اختبار بالموجات فوق الصوتية لحامات الفولاذ المزدوج: تحديد توازن الفريت الأوستنيتي والعيوب المحتملة

اختبار بالموجات فوق الصوتية لحامات الفولاذ المزدوج: تحديد توازن الفريت الأوستنيتي والعيوب المحتملة

تعتبر الفولاذات المزدوجة (الستينلس) ركيزة أساسية في الصناعة الحديثة، وتُقدّر لقوتها الاستثنائية ومقاومتها للتآكل. ومع ذلك، فإن التركيب المجهرى المعقد ذو الطورين (الأوستنيت والفرتيت) يُعدّ تحدّيًا خاصًا في الفحص غير المدمر (NDT). يعد الفحص فوق الصوتى (UT) أداة حيوية لضمان سلامة لحامات الفولاذ المزدوج، لكنه يتطلب فهمًا عميقًا لكيفية تأثير خصائص المادة على عملية الفحص. يقدم هذا الدليل إطارًا عمليًا لاستخدام الفحص فوق الصوتى (UT) لتقييم جودة اللحام والتركيب المجهرى في الفولاذات المزدوجة (الستينلس).

لماذا يعد الفحص فوق الصوتى (UT) ضروريًا لفحص لحامات الفولاذ المزدوج؟

يُعد لحام الفولاذ المزدوج توازنًا دقيقًا. ويجب أن تتحقق من هدفين رئيسيين:

1. لحام خالٍ من العيوب: خالٍ من الشقوق وغياب الاتحاد والمسامات والشوائب.

2. تركيب متوازن: الحفاظ على توازن طورى بنسبة 50٪ أوستنيت و50٪ فرتيت تقريبًا للحفاظ على الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل.

إن اختبار التصوير فوق الصوتي (UT) هو الطريقة الأساسية للتحقق من الهدف الأول. ومع ذلك، فإن الهدف الثاني يؤثر مباشرةً على فحص UT نفسه. يمكن أن تُخفي البنية المجهرية غير المتوازنة العيوب أو تخلق مؤشرات خاطئة، مما يجعل الفهم الشامل لكليهما ضروريًا.

التحدي: التباين البُعدي في البُنى المزدوجة

أكبر تحدٍ في فحص الفولاذ المزدوج هو التباين البُعدي ، مما يعني أن سرعة الموجات الصوتية تتغير حسب الاتجاه الذي تنتقل فيه عبر البنية البلورية للمادة.

• في المواد المتجانسة (مثل الفولاذ الأوستنيتي أو الفريتي القياسي)، تنتقل الموجات الصوتية بسرعة ثابتة في جميع الاتجاهات، مما يجعل تفسيرها بسيطًا.

• في المواد غير المتجانسة (مثل الفولاذ المزدوج واللحامات)، يمكن أن تتفرع حزمة الصوت وتتشوه وتتفرق، مما يؤدي إلى:

  • انحناء الحزمة: قد لا ينتقل شعاع الصوت في خط مستقيم، مما يجعل من الصعب تحديد موقع العيب بدقة.

  • الانكسار: فقدان قوة الإشارة، مما يقلل من الاختراق وقدرة اكتشاف العيوب الصغيرة أو العميقة.

  • مستويات ضوضاء عالية: تؤدي البنية الحبيبية المعقدة إلى مستوى مرتفع من الضوضاء الخلفية (الأعشاب) التي قد تُخفي العيوب الحقيقية.

يكون هذا التباين في الخواص (اللاأنيزتروبية) أكثر وضوحًا في معدن اللحام نفسه، حيث تكون البنية المتبلورة ذات اتجاه محدد تحتوي على حبيبات خشنة، وشدته مرتبطة بشكل مباشر بتوازن الفريت مع الأوستنيت.

إجراء اختبار بالموجات فوق الصوتية: الاعتبارات الأساسية الخاصة بالفولاذ المزدوج (ديوبلكس)

للتغلب على هذه التحديات، يجب تصميم إجراء الاختبار بالموجات فوق الصوتية واعتماده بدقة.

1. اختيار المعدات والمحولات:

• التقنية:  التقطيع في وقت الطيران (TOFD) تُعتبر فعالة للغاية في لحامات الدوبلكس حيث إنها أقل حساسية لانحراف الحزمة وتوفّر إمكانيات ممتازة في قياس العيوب المستوية. كما أن تقنية الفحص فوق الصوتي بالضبطائف الطورية (PAUT) تتفوّق على الفحص فوق الصوتي التقليدي بفضل قدرتها على توليد زوايا حزمة متعددة وتوفير خرائط مرئية مفصّلة لحجم اللحام.

• الزوايا: استخدم زوايا انكسارية منخفضة (على سبيل المثال، 45°) لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء. قد تواجه المجسّات القياسية بزاوية 60° أو 70° تشويهًا أكبر في الحزمة.

• التردد: توفر الترددات المنخفضة (على سبيل المثال، 2 ميغاهرتز) اختراقًا أفضل ولكن دقة أقل. بينما توفر الترددات الأعلى (على سبيل المثال، 4-5 ميغاهرتز) دقة أفضل ولكن قد تعاني من توهين أعلى. يجب إيجاد توازن يعتمد على سمك المادة.

2. المعايرة وكتل المرجع:

• الممارسة الأساسية: يجب إجراء المعايرة على كتلة مرجعية مصنوعة من نفس درجة الدوبلكس وشكل المنتج (على سبيل المثال، أنبوب، لوحة) للمكوّن الذي يتم فحصه.

• لماذا هذا مهم: سوف يؤدي استخدام كتلة مرجعية من الفولاذ الكربوني إلى عدم دقة كبير لأن سرعة الموجات الصوتية تختلف. تأخذ الكتلة الثنائية في الاعتبار سرعة الصوت الفعلية والامتصاص في المادة غير المتجانسة.

3. المسح وتفسير البيانات:

• يجب تدريب المشغلين على التمييز بين:

  • الدلائل الهندسية: الانعكاسات الناتجة عن جذور اللحام أو أغطية اللحام أو التجويفات المدورة.

  • ضوضاء البنية الدقيقة: نمط الخلفية المتقطعة والمستمر الناتج عن تركيب الحبيبات.

  • العيوب الحقيقية: الدلائل الواضحة والجليّة التي ترتفع بشكل ملحوظ فوق مستوى الضوضاء ويمكن تتبعها عبر زوايا مجسّات مختلفة.

تحديد عدم التوازن البنيوي الدقيق عبر اختبار بالموجات فوق الصوتية

بينما تتطلب قياسات توازن الطور الكميّ تقنيات مخبرية معدنية (على سبيل المثال لا الحصر: تحليل العدّ النقطي)، يمكن أن توفر تقنية الفحص بالموجات فوق الصوتية مؤشرات نوعية قوية لمشكلة ما:

ملاحظة هامة: إذا أشارت الفحوصات بالموجات فوق الصوتية (UT) إلى وجود شذوذ في البنية المجهرية، فيجب تأكيد ذلك عن طريق الفحص التدميري (على سبيل المثال، قص عينة لتحليل معدني). تُعد الفحوصات بالموجات فوق الصوتية أداة فرز للبنية المجهرية، وليس قياساً نهائياً.

العيوب الشائعة في اللحام ودلائلها في الفحوصات بالموجات فوق الصوتية في الفولاذ المزدوج (Duplex Steel)

الممارسات الأفضل لفحص موثوق

1. تأهيل الإجراء: قم بتأهيل إجراء اختبار فوق صوتي على نموذج يحتوي على عيوب حقيقية ونموذجية (على سبيل المثال، شقوق منشار، مشابك تفريغ كهربائي) ومناطق معروفة من عدم التوازن المجهرية.

2. العاملون المدربون: استخدم فقط فنيي الاختبار فوق الصوتي من المستوى الثاني والثالث ولديهم خبرة محددة في فحص المواد اللامتجانسة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج واللحامات.

3. تسجيل البيانات: قم بتسجيل جميع مخططات A، وبالنسبة لاختبارات TOFD/PAUT تسجيل مسح القطاع بالكامل. يسمح ذلك بتحليل لاحق وإصدار آراء ثانوية حول المؤشرات الصعبة التفسير.

4. الارتباط مع اختبارات لا تدميرية أخرى: عند وجود شك، قم بتوفيق نتائج اختبار فوق الصوتية مع طرق أخرى. يعد اختبار اختراق السائل (PT) ممتازًا للعثور على عيوب سطحية، في حين يمكن لاختبار التصوير الإشعاعي (RT) أن يوفر منظورًا مختلفًا حول العيوب الحجمية.

الاستنتاج

يتطلب اختبار فوق الصوتية للحامات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج تغييرًا في الممارسات القياسية. يعتمد النجاح على الاعتراف بأن البنية المجهرية للمادة ليست مجرد خاصية يتم قياسها، بل هي متغير أساسي يؤثر على الفحص نفسه. من خلال استخدام تقنيات متقدمة مثل PAUT وTOFD، والمعايرة على كتل مرجعية تمثيلية، وفهم التوقيعات الصوتية لكل من العيوب والاختلافات البنية المجهرية، يمكن للمفتشين ضمان سلامة وفعالية المكونات الحرجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج بشكل موثوق.