بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین چالش هاي روش هاي آزمون غیر مخرب الکترومغناطیسی در مبدلها، تداخل اغتشاش گسستگی هاي طبیعی قطعات فلزي بکار رفته در مبدلها مانند گسستگی هاي لبه این قطعات، مانند ابتدا و انتهاي ورقه هاي تشکیل دهنده پوسته و لوله، با اغتشاش ناشی از خرابی می باشد. این تداخل گاه می تواند تقریباً موجب حذف و عدم تشخیص خرابی گردد. در این تحقیق، به اندازه گیري عملی جهت یافتن میزان اطمینان پذیري روش آزمون غیر مخرب "اندازه گیري میدان حاصل از جریان متناوب "3 - ACFM - در یافتن و تعیین ابعاد ترك هاي لبه پرداخته شد.
با بررسی سیگنال هاي خروجی براي دو جنس نماینده فلزات متشکل از فلز فرومغناطیس و فلز غیر فرومغناطیس، و در هرنوع با شکل عمق4 کمان دایره با ابعاد مشابه، مشاهده گردید اثر قابل توجه گسستگی لبه، فقط تا محدوده ناچیزي از لبه دیده می شود و حتی درون این ناحیه نیز اثر ترك را می توان علیرغم اینکه با اثر لبه مخلوط شده است، بوضوح تشخیص داد و تا حدودي تفکیک کرد. لذا با توجه به نتایج تحقیق انجام شده، این روش اطمینان پذیري قابل توجهی در یافتن و تشخیص ابعاد ترك هاي لبه دارد.
-1 مقدمه
یکی از عوامل تخریب قطعات فلزي تشکیل دهنده مبدلها در صنایع، پیدایش و رشد ترك هاي خستگی می باشد. ترك هاي آشکار نشدة فعال در قطعات سازه هاي تحت بار مانند پوسته و لوله مبدلها، می توانند موجب شکستگی، و اختلالات فاجعه آمیز مبدلها گردند. به دلیل اینکه تنش در سطح فلزات تحت بار بیشتر از درون آنها می باشد، معمولاً خستگی از سطح فلز شروع می گردد.
یافتن به موقع این ترك ها جهت جلوگیري از بروز حوادث و در نتیجه بروز صدمات جانی و همچنین توقف تولید، از نقش حیاتی در صنایع نفت و گاز برخوردار است.[1] این ترك هاي آغاز شونده از سطح، با توجه به اینکه قسمتی از سطوح قطعات درناحیه هاي حاشیه اي و لبه ها قرار می گیرند، همچنین می توانند در حاشیه و لبه هاي قطعات نیز ایجاد گردند و تحت تنش مساوي، تاثیر پذیري بیشتري دارند.[2]
آزمون هاي غیر مخرب، روشهایی هستند، که براي یافتن این خرابی ها در قطعات موجود در مبدلها، بکار رفته و با استفاده از آنها نه تنها می توان در بازة زمانی طول عمر مفید اجزاي مبدل از سلامت آن اطمینان حاصل کرد، بلکه می توان با تکیه به نتایج مطلوب حاصل از انجام آنها به صورت دوره اي، بعد از طول عمر مفید نیز از آن اجزا استفاده نمود.[3]
دو روش عمده آزمون غیر مخرب الکترومغناطیسی براي آشکار سازي ترك هاي سطحی در فلزات وجود دارد، که عبارتند از روش جریان گردابی5 و روش اندازه گیري میدان جریان متناوب - . - ACFM این دو روش تاحدودي شبیه هم هستند، از این جهت که هردوي آنها از سیم هاي حامل جریان با فرکانس به اندازة کافی بالا استفاده می کنند، تا جریان هاي گردابی را در لایه نازکی از سطح کار القا کنند.[1]
یک فاکتور مهم براي انتخاب فرکانس بکار گرفته شده در این روشها عمق ناحیه اي است که باید مورد بازرسی قرار گیرد. از آنجایی که بزرگی جریان القایی با فرکانس بکار گرفته شده نسبت عکس دارد، نواحی عمیقتر نیاز به فرکانس کوچکتري دارند. این دو روش انتخابهاي خوبی براي یافتن اشکالات سطحی می باشند.[4] البته این دو روش، راههاي متفاوتی را براي اندازه گیري و تحلیل اغتشاشات میدان مغناطیسی منتجه بوسیله خرابی، به کار می گیرند.
در روش جریان گردابی، تغییر در امپدانس القاگر جریان، اطلاعات شرایط سطحی فلز را بدست می دهد، در حالیکه در روش ACFM، یک حسگر میدان مغناطیسی، وظیفه مشاهدة تغییرات میدان مغناطیسی سطحی را به عهده دارد. طراحی خوب القاگر و حسگر، حساسیت آشکارسازي و سنجش ابعاد خرابی را در هر دو روش جریان گردابی و ACFM، افزایش می دهد.
در روش جریان گردابی، القاگر، معمولاً قسمتی از سیستم حس کننده است، در صورتیکه در تکنیک ACFM، القاگر و حسگر، از یکدیگر جدا هستند. جدایی القاگر و حسگر، این امکان را فراهم می سازد تا اغتشاشات متفاوت توزیع میدان برخوردي، با آرایشهاي متفاوت القاگر و حسگر، و با القاگرهایی با شکل متفاوت، امتحان گردند.[4] از طرفی در روش جریان گردابی براي تاثیر پذیرفتن از خرابی هاي کوچک باید براي حساس شدن حسگر به دلیل یکی بودن آن با القاگر باید، ابعاد القاگر را نسبت به اندازه خرابی به طور قابل مقایسه اي کوچک در نظر گرفت که این خود منجر به ضعیف شدن میدان و در نتیجه جریان گردابی و در نتیجه حساسیت کمتر سیستم اندازه گیري می گردد، که در روش ACFM به دلیل جدا بودن حسگر از القاگر چنین مشکلی وجود ندارد.[4]
آزمونهاي غیر مخرب به دو روش مستقیم6 و معکوس7 بکار برده می شوند. در آزمون مستقیم مشخصات خرابی از قبیل شکل و ابعاد کاملاً مشخص بوده و معلوم است که نتیجه آزمون بازاي چه خرابی به دست آمده است. اما در آزمون معکوس مشخصات خرابی نامعلوم بوده و از نتایج آزمون باید به مشخصات خرابی رسید.[3] واضح است که در صنعت و آزمون اجزاي مبدلها، آزمونی که براي قطعات در حال کار استفاده می گردد، از نوع معکوس بوده و جهت اطمینان از دستگاه و روش آزمون و الگوبرداري8 آنها باید از آزمون مستقیم استفاده نمود.
مانند دیگر روشهاي آزمون غیر مخرب، حل مسایلی که به نام معکوس معروفند، براي آشکارسازي پارامترهاي ترك - مانند طول، جهت، و پروفایل عمق - از سیگنال خروجی پروب ACFM بالاترین جذابیت را داراست. از آنجاییکه طول و جهت ترك، در این روش از طریق اسکن دوبعدي ترك قابل حصول است، تخمین شکل عمق ترك، دستهجدیدي از مسائل را پیش رو قرار خواهد داد.
یکی از مشکلات روشهاي آزمون الکترومغناطیس، تشخیص اغتشاشات خرابی در لبه فلز است که در آنجا به دلیل گسستگی فلز، میدان از حالت یکنواختی خود خارج شده و در نتیجه تشخیص اغتشاش حاصل از خرابی مشکل می گردد. نمونه این گسستگی ها را می توان در انتها و ابتداي پوسته و لوله هاي مبدلها مشاهده کرد. بنابر این یکی از جذابیتها در آزمایشهاي غیر مخرب لکترومغناطیسی، عدم تاثیر پذیري این روشها از گسستگی هاي طبیعی مانند لبه قطعات فلزي و توانایی جداسازي آنها از گسستگی هاي ناشی از خرابی آن قطعات می باشد.
در این مقاله با انجام آزمایش و اندازه گیري میدان مغناطیسی با روش ACFM، روي ترك هاي موجود در لبه قطعات و مقایسه آن با پروفایل عمق ترك، قابلیت اطمینان این روش در یافتن عمق خرابیها در لبه فلز بررسی خواهد شد. با توجه به اینکه در صورت اختیار نمودن ابعاد کوچک حسگر دستگاه آزمون در برابر قطر انحناي پوسته و لوله مبدل می توان از انحناي آنها صرفنظر نمود، در آزمونهاي انجام شده در این مقاله از سطح بدون انحناي فلزي استفاده شده است.
-2 تئوري
شکل 1 دیاگرام شماتیک روش ACFM را نمایش می دهد. در این مدل، یک فلز که در یک نیم فضا گسترده است، با رسانایی ثابت σ و گذردهی مغناطیسی ثابت µ، شامل یک ترك سطحی با شکل دلخواه و با طول l در راستاي محور xها به عنوان قطعه مورد آزمون در نظر گرفته شده است. عمق ترك در راستاي محور zها می باشد که عمود بر سطح فلز می باشد.
فرض می شود باز شدگی ترك g بسیار کوچکتر از عمق، d، و طول، l، ترك باشد. میدان مغناطیسی که در آزمون فلز بکار می رود، توسط القاگر سولنویدي ساخته می شود که حامل جریان متناوبی است، با فرکانس بقدر کافی بزرگ، با مقدار f و بزرگی دامنه جریان Im، به شکلی که عمق پوستی جریان بسیار کوچکتر از عمق و طول ترك می باشد.
با توجه به شکل 1 سولنوید شامل چند دور سیم پیچ با مقطع مستطیلی با ابعاد w، L، و t است که هرکدام با فاصله s از هم جدا شده اند. محور تقارن سولنوید، MM' - شکل - 1 در فاصله h موازي با سطح فلز قرار دارد. حسگر مغناطیسی یک کویل القاییست که به القاگر، در راستاي محور تقارنش، NN' الصاق گردیده است - شکل - 1، و تغییرات میدان مغناطیسی را در اطراف ترك، در موقعیت xs, ys, zs اندازه گیري می کند.
