بازرسی به روش جریان گردابی (ET)

تست جریان گردابی

تست جریان گردابی  یا ET نوعی بازرسی غیر مخرب بسیار پرطرفدار است که برای کنترل کیفیت قطعات رسانا به کار می رود. تست ET یک روش الکترومغناطیسی محسوب می شود که از لحاظ دقت و سرعت عمل، آزمون بسیار مناسبی برای آشکار سازی عیوب و ناهمگنی های سطحی و زیر سطحی است. به دلیل این که وجود لایه های نازک رنگ، روغن و چربی روی سطح قطعه مزاحمت چندانی برای تست جریان گردابی ایجاد نمی کند، کاربرد این تست در صنعت به صورت روزافزونی در حال افزایش است.

تست جریان گردابی چیست؟

به استفاده از اصول اولیه القای الکترومغناطیس و به کارگیری آن برای تشخیص و شناخت خواص ساختاری و متالورژیکی قطعات صنعتی رسانا، تست جریان گردابی یا تست ET گفته می شود. همواره از این آزمایش به عنوان روش بازرسی با سرعت بالا یاد می شود و در صورت نیاز قطعاتی بزرگ را با این روش، در زمانی کم می توان بازرسی نمود.

پیشنهاد می‌کنیم:

دوره آشنایی با تست های غیر مخرب (NDT) شروع یادگیری

اساس کار تست جریان گردابی

در تست ET جریان متناوب با محدوده فرکانس ۱ کیلوهرتز تا ۲ مگاهرتز از داخل یک پروب (یا سیم پیچ) عبور می کند که در اطراف خود جریان میدان مغناطیسی متناوب تولید می کند. هنگامی که این سیم پیچ به سطح یک قطعه هادی جریان الکتریکی نزدیک شود، در اثر القای الکترومغناطیسی، جریان گردابی در ماده مورد آزمایش القا می شود. حال وجود هر عیب یا ناپیوستگی در ماده سبب ایجاد اختلال در جریان گردابی می شود. عموما این جریان القایی موازی جهت پیچش سیم پیچ است. این جریان های گردابی به نوبه خود یک میدان مغناطیسی متناوب (در جهت مخالف) تولید می کنند که به وسیله تغییر ولتاژ در سیم پیچ ثانویه یا انحراف امپدانس (مقاومت ظاهری) در سیم پیچ اولیه شناسایی می گردند.

اصولا امپدانس در سیم پیچ اولیه، به وسیله هدایت الکتریکی، نفوذپذیری مغناطیسی، هندسه قطعه، فرکانس آزمایش و فاصله بین سیم پیچ و قطعه تغییر می کند. در تست جریان گردابی، این تغییر امپدانس قابل اندازه گیری بوده و با تغییرات پارامترهای ذکر شده در بالا ارتباط دارد. اهمیت بالای فرکانس آزمایش به دلیل نقش تعیین کننده آن در تعیین کردن عمق نفوذ جریان گردابی در ماده است. چگالی جریان گردابی به صورت نمایی از سطح نمونه به طرف داخل کاهش می یابد که نرخ این کاهش، وابسته به فرکانس آزمایش، هدایت الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیس قطعه مورد آزمایش است.

مشاهده تغییرات جریان گردابی

دو روش برای مشاهده تغییرات در مشخصه های جریان گردابی در تست ET وجود دارد:

• روش امپدانس
• روش ارسال و دریافت

در روش امپدانس، امپدانس سیم پیچی که حامل جریان متناوب است (سیم پیچ محرک) بررسی می شود. به دلیل آن که تغییر در ولتاژ یا جریان سیم پیچ به علت تغییر در امپدانس است، می توان از این روش برای تشخیص هرگونه عیب و به دنبال آن تغییر در پارامترهای قطعه از روی تغییرات امپدانس استفاده کرد.

در روش ارسال و دریافت از دو سیم پیچ مجزا استفاده می شود که یکی از آن ها سیم پیچ محرک و دیگری سیم پیچ دریافت است. در این حالت ولتاژ القا شده در سیم پیچ دریافت اندازه گیری می شود و عیوب شناسایی می شوند.

اجزای تست جریان گردابی

• پروب

پروب های جریان گردابی بر اساس اصول نسبتا ساده ای کار می کنند و معمولا شامل یک یا چند مجموعه سیم پیچ در یک پیکربندی مناسب هستند. شکل سیم پیچ ها، سطح مقطع و پیکربندی آن ها پارامترهایی هستند که برای تولید یک پروب مناسب باید مورد توجه قرار گیرند. سیم پیچ به وسیله یک جریان متناوب با فرکانس و دامنه معلوم تغذیه می شود و یک میدان مغناطیسی متغیر را تولید می کند. وقتی سیم پیچ به قطعه رسانا نزدیک می شود، یک ولتاژ القایی در قطعه تولید می گردد. این ولتاژ القایی نیز جریان گردابی را پدید می آورد.

پروب های تست جریان گردابی انواع متنوعی دارند؛ از جمله داخلی، محیطی و سطحی. انتخاب نوع پروب بستگی به وضعیت آزمون دارد.

• توزیع جریان گردابی مرتبط با موقعیت سیم پیچ

خطوط میدان (یا شار) مغناطیسی برای یک رسانای بلند و صاف حامل جریان، به صورت مسیرهای بسته دایره ای شکل متحدالمرکز با محوریت سیم رسانا هستند. نفوذپذیری مغناطیسی نسبی برای هوا و مواد غیرمغناطیسی در تمام کاربردهای عملی برابر یک درنظر گرفته می شود. نفوذپذیری مغناطیسی نسبی برای مواد فرومغناطیس ثابت نیست و تابعی از چگالی شار است. با این حال برای پروب جریان گردابی دارای سطوح پایین انرژی مغناطیسی، نفوذپذیری مغناطیسی تقریبا ثابت در نظر گرفته می شود.

اگر یک سیم مستقیم به صورت سیم پیچ (تعداد زیادی حلقه سیم) پیچیده شود، خطوط نیرو به صورت حلقه های بسته ای در داخل و خارج سیم پیچ تشکیل می شوند. حال توزیع جریان های گردابی القا شده در قطعه به صورت مسیرهای دایروی در صفحه عمود بر جهت شار مغناطیسی تشکیل می گردد. جهت معمول جریان گردابی در تست ET موازی با سیم پیچ و به موازات سطح است. جریان گردابی همواره محدود به ناحیه ای است که در آن میدان مغناطیسی القا می شود.

• تصویرسازی از جریان گردابی

روش های تصویرسازی در تست ET نیز همانند تست التراسونیک یا تست رادیوگرافی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تصویرسازی جریان گردابی یا به اختصار ECI از پیشرفت های اخیر در زمینه تست جریان گردابی به شمار می رود. در این روش تصاویر با روبش نمودن سطح جسم به صورت افقی حاصل می گردند. همزمان با روبش، مقاومت ظاهری به صورت نقطه به نقطه اندازه گیری شده و در نهایت داده ها به سطوح خاکستری رنگ تبدیل می شوند. تصاویر اطلاعات کاملی را در زمینه وسعت و اندازه ناپیوستگی ها در دو بعد به دست می دهند. در روش های NDT یک تصویر از هزاران سیگنال ارزشمندتر است و همین باعث شده تا تست ET از محبوبیت بالایی در صنعت برخوردار باشد.

مزایای تست جریان گردابی

• به کوپلنت نیاز ندارد. (کوپلنت: ماده ای که بین پروب و سطح قطعه قرار می گیرد تا اتصال را فراهم کند.)
• سرعت بالایی دارد و پاسخ لحظه ای می دهد.
• در طول بازرسی مراحل پیچیده ای ندارد.
• به تمامیِ عیوب کاملاً حساس است.
• بسیار تکرار پذیر است.
• برای آنالیز ابعادی عیوب و ضخامت پوشش بسیار دقیق عمل می کند.

معایب تست جریان گردابی

• از نظرتئوری به یک زمینه خوب آموزش درباره اصول الکتریکی و ریاضیات نیاز دارد.
• به تغییرات سطحی بسیار حساس است و بنابراین به یک سطح خوب نیاز است.
• تنها برای مواد رسانا قابل استفاده است.
• می تواند برای مواد غیرمغناطیسی و مغناطیسی استفاده شود اما در فولاد کربنی برای تشخیص عیوب زیرسطحی قابل اعتماد نیست.
• عمق نفوذ آن محدود است.
• تنگی ترک و جهت گیری جریان گردابی در یک ترک یا ناپیوستگی خطی، روی قدرت آشکارسازی تاثیر می گذارد.

تست ET چه کاربردهایی در بازرسی جوش دارد؟

این روش معمولا برای شناسایی عیوب سطحی در بازرسی غیر مخرب جوش، تولیدات نیمه تمام مانند لوله ها، انواع پروفیل ها، میله ها، شمش های داغ ریخته گری مداوم، مفتول های داغ در حین فرآیند شکل دهی گرم با دمای بالا (حدود ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد) و محصولات نهایی مانند غلتک ها، پین ها و ارزیابی خوردگی سازه ها و سطوح مخفی بال هواپبماها و بدنه کشتی ها و مخازن به کار می رود. در هر مورد از کاربردها از تاثیر یکی از عوامل موثر بر جریان گردابی استفاده می شود و تاثیر عوامل دیگر تا حد امکان حذف می شود.

برای مثال برای شناسایی یک عیب، از اختلاف قابلیت رسانایی الکتریکی موضعی عیب با دیگر نقاط سالم مجاور آن استفاده می شود. عوامل موثر دیگری که بر روی تمامی قطعه به صورت یکنواخت تاثیر می گذارد، می تواند با استفاده از یک سیم پیچ ثانویه حذف شود.

بازرسی جریان گردابی علاوه بر شناسایی عیوب، برای موارد زیر نیز مورد استفاده قرار می گیرد:

• اندازه گیری ابعاد قطعه
• تعیین ضخامت لایه پوشش
• ارزیابی سختی و استحکام فولادها
• تشخیص فازهای حاصل از عملیات حرارتی
• طبقه بندی مواد
• اندازه گیری ضخامت جداره نازک تنها از یک سطح
• اندازه گیری عمق قطعات سخت کاری سطحی شده

جمع بندی

در این مقاله آموختیم که در تست جریان گردابی، از روی تحلیل آثار مقاومت ظاهری در قطعات، می‌توان در مورد کیفیت و شرایط قطعه کار نتیجه گیری کرد. خاطرنشان می کنیم که این روش بازرسی، امروزه به طور گسترده ای در صنعت برای شناسایی عیوب سطحی و زیرسطحی و اندازه گیری عمق سخت کاری سطحی شده استفاده می شود. سادگی و نوع خروجی نهاییِ تست ET که به صورت تصویر است، باعث شده بسیاری از بازرسین جوش استفاده از آن را مرجح بدانند.

منابع

• آزمایش غیرمخرب جوش ها – دکتر محمد یوسفیه – انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان
• آزمون غیر مخرب به روش جریان گردابی – انتشارات آژانس بین المللی انرژی اتمی
• آزمون جریان گردابی – دکتر فرهنگ هنرور

مطالعه بیشتر درباره تست‌های غیرمخرب

• روش های بازرسی غیر مخرب (NDT)
• آزمون چشمی (VT)
• تست مایع نافذ (PT)
• تست ذرات مغناطیسی (MT)
• تست التراسونیک (UT)
• تست رادیوگرافی (RT)
• تفسیر فیلم رادیوگرافی صنعتی (RTI)