شرکت خشکه و فولاد پایتخت

 به کار گیری تکنیک حرارت نگاری پالسی در ارزیابی عیوب خوردگی در ورق های فولادی-برای تشخیص و بررسی عیب خوردگی در ورق های فلزی از روش های آزمون غیر مخرب، روش حرارت نگاری پالسی استفاده شده است.

حرارت نگاری پالسی امروزه در صنایع مختلف برای بازرسی. و پایش برخی قطعات و مجموعه های در حال کار، مورد استفاده قرار می گیرد. خوردگی در سازه های فلزی و قطعات مکانیکی از مهمترین عیوبی است. که هر ساله هزینه های زیادی را به صنایع تحمیل می کند. که با تشخیص به موقع آن می توان بخشی از این هزینه ها را کاهش داد. روش های زیادی برای تشخیص عیب خوردگی وجود دارد. اما سرعت زیاد انجام آزمون، عدم نیاز به تماس با نمونه، بررسی و بازرسی سطوح بزرگ در زمان کم. و قابلیت انجام آن بر روی بسیار از مواد، از جمله مزایای حرارت نگاری پالسی است.

در این مقاله، برای تشخیص و بررسی عیب خوردگی در ورق های فلزی از روش های آزمون غیر مخرب، روش حرارت نگاری پالسی استفاده شده است. نمونه های مورد آزمایش در این مقاله از جنس فولاد کم کربن و فولاد آلیاژی ساخته شدند. که کاربردهای فراوان در صنایع مختلف دارند. هدف این پژوهش شبیه سازی و شناسایی عیوب خوردگی در قطعات فولادی بود. عیوب مختلفی جهت بررسی قدرت این آزمون غیر مخرب در تشخیص حداقل قطر و بیشترین عمق، طراحی و ساخته شدند.

به کار گیری تکنیک حرارت نگاری پالسی

اثر فاصله منابع تحریک، زاویه تابش، جنس نمونه ها و طول زمان تحریک در آزمون های انجام شده. مورد بررسی قرار گرفت. توانایی و قدرت تشخیص عیوب بدون نیاز به پردازش تصویر از مزایای روش به کار برده شده است. از الگوی عیوب ایجاد شده در نمونه ها در نمونه فولاد کم کربن. کوچکترین عیب با قطر 4 میلی متر در عمق 1 میلی متر و در نمونه فولاد آلیاژی. کوچکترین عیب با قطر 3 میلی متر در عمق 1 میلی متر از سطح قابل تشخیص است.

مقدمه

تکنیک حرارت نگاری

تکنولوژی مادون قرمز بر این پایه استوار است که همه اجسام از خودشان انرژی منتشر می کنند. و تابش فروسرخ یک فرم از این انرژی می باشد. سیستم تصویر برداری حرارتی مادون قرمز یا دوربین های مادون قرمز تجهیزاتی هستند. که با اندازه گیری شدت تابش مادون قرمز گسیل شده. از سط سوژه، تصاویری از دمای سطح سوژه تهیه می کنند. حرارت نگاری هم برای سوژه و هم بازرس بسیار ایمن است، چرا که روش غیر تماسی است.

بازرسی حرارت نگاری در صورتی امکان پذیر است. که جسم تحت بازرسی، با محیط بیرون از خود درگیر انتقال حرارت باشد. و یک گرادیان دمایی طبیعی با محیط اطراف خود داشته باشد. از نقطه نظر سخت افزاری، بسته به اینکه این گرادیان دمایی را ما ایجاد کنیم. و یا ناشی از کارکرد جسم، بطور طبیعی وجود داشته باشد. بازرسی به دو روش بازرسی فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شود.

به کار گیری

در بازرسی حرارت نگاری فعال، تحریک حرارتی جسم به عهده اپراتور می باشد. و اپراتور با ایجاد یک گرادیان دمایی بین جسم و محیط و حالت انتقال حرارت گذار بین این دو. نحوه پاسخ جسم را به این شرایط بررسی می شود. در بازرسی حرارت نگاری غیر فعال به دلیل شرایط کاری جسم، این گرادیان دمایی بطور طبیعی وجود دارد. و اپراتور تنها به دریافت تشعشعات مادون قرمز و تحلیل آنها، اکتفا می کند.

در زمینه آزمون غیر مخرب، حرارت نگاری پالسی به دلیل سرعت بالا در بازرسی محبوب است. برای مواد هدایت حرارتی بالا (مانند آلومینیوم) مدت تحریک حرارتی فقط چند میلی ثانیه طول می کشد. در حالی که مدت زمان آزمایش نمونه های هدایت حرارتی کم (مانند پلاستیک ها، کامپوزیت ها، فولادها و غیره) مدت تحریک حرارتی چند ثانیه است [24-25].

آماده سازی و ساخت نمونه ها

از دو ورق به ضخامت 5 میلی متر، مربعی شکل به ضلع 15 سانتی متر. از جنس فولاد کم کربن و فولاد آلیاژی انتخاب شدند. بر روی هر دون نمونه، الگوهایی سوراخ کرای گردید. با توجه به شکل 2، قطر این سوراخ ها از 5 تا 2 میلی متر. و با عمق های 1 تا 4/7 میلی متر می باشد. همچنین، قطر سوراخ ها بصورت عمودی ثابت و بصورت افقی از چپ به راست کاهش می یابند. عمق سوراخ ها بصورت افقی ثابت و بصورت عمودی کاهش می یابند. جهت به حداقل رساندن نویزهای ناشی از بازتاب نور و جذب حداکثر حرارت اعمالی به نمونه ها. پشت نمونه ها با اسپری مشکلی مات رنگ آمیزی شد. در شکل 2 نقشه نمونه های ساخته شده آورده شده است.

به کار گیری

آماده سازی چیدمان حرارت نگاری و طراحی آزمایشات تجهیزات مورد استفاده در آزمایش ها. یک دوربین حرارتی فلیر سری A دارای رزولیشن 240 × 360 با توانایی ضبط 9 الی 60 هرتز. دقت 0/01 درجه سانتی گراد و دو پروژکتور با توان 1 کیلووات بودند. تمامی آزمایش ها در دمای محیط 27 درجه سانتی گراد، در محیط بسته آزمایشگاه اجرا شد. پارامترهای مورد بررسی عبارتند از تأثیر زمان پالس، فاصله منبع تحریک تا نمونه HSD. زاویه تابش HSRA و در نهایت جنس نمونه می باشند.

فاصله دوربین از نمونه 30 سانتی متردر نظر گرفته شد. که با توجه به ابعاد نمونه و نقطه فوکوس دوربین ثابت می باشد. دوربین عمود بر سطح نمونه قرار گرفت. بر این اساس 16 تست انجام گرفت که به ترتیب، زاویه و فاصله منابع تحریک را تنظیم و ثابت کرده. و پالس های 5 ثانیه و سپس 10 ثانیه اعمال شد. و این تست ها با تغییر زاویه و فاصله و در نهایت تغییر جنس نمونه ادامه پیدا کرد.

بحث بر روی نتایج بدست آمده

اثر فاصله منابع تحریک

در ابتدا آزمایشی با دو پروژکتور تنگستنی را با زاویه 40 درجه نسبت به سطح نمونه فولاد کم کربن. و در فاصله های 30 سانتی متر و 60 سانتی متر طراحی شد. تحریک برای هر دو تست 5 ثانیه در نظر گرفته شد. در شکل 3 تصاویری از هر آزمون که در بهترین کنتراست حرارتی در طول تست قرار داشتند، آورده شده است. همان طور که در شکل مشخص است. دمای سطح نمونه HSD 30cm بالاتر و وضوح عیوب و همچنین تعداد عیوب قابل تشخیص نیز بیشتر است.

شکل 4 در راستای عیوب با قطر 5 و 4 میلی متر دو مسیر ایجاد شد. و نمودار دما – پیکسل آن استخراج گردید. و نمودارهای دو آزمایش، در هر قطر با هم مقایسه شد. که در شکل تفاوت ها به وضوح مشخص می شوند.

در تصاویر شکل 5، در نمودار دما – پیکسل عیوب با قطر 5 مشاهده می شود. که کنتراست حرارتی در تست HSD 30CM بالاتر از تست HSD 60CM می باشد. و تشخیص عیوب به علت کنتراست بالا راحت تر است. همچنین مرز بین عیوب و سطح سالم نمونه، تیزتر و به ابعاد واقعی نزدیک تر هستند. در تصاویر شکل 5، در نمودار دما – پیکسل عیوب با قطر 4 میلی متر نتایج مشابهی را نشان می دهد.

در آزمایش دیگری چیدمان همانند آزمون اول برای نمونه فولاد آلیاژی نیز انجام داده شد. بهترین وضوح از آمون ها در شکل 6 آورده شده است. همانطور که در شکل مشخص است. دمای سطح نمونه HSD 30cm بالاتر و وضوح عیوب با قطر کمتر، بیشتر است.

اگر در راستای عیوب با قطرهای 5،4 و 3 میلی متر مسیری کشیده و نمودار دما – پیکسل آن استخراج شود. و نمودارها با هم مقایسه شود، تفاوت ها به وضوح مشخص خواهند شد. در شکل 7 که نمودار دما – پیکسل عیوب با قطرهای 5، 3 و 4 میلی متر را نشان می دهد. مشاهده می شود. که دمای نقاط مختلف آزمون HSD 30cm از آزمون HSD 60cm بالاتر است. و همچنین کنتراست حرارتی (اختلاف دمای بین نقاط بدون عیب نمونه و محل معیوب). در تست HSD 30cm بالاتر از تست HSD 60cm می باشد. و تشخیص بصری عیوب به علت کنتراست حرارتی بیشتر راحت تر است.

در نهایت می توان گفت که هرچه منبع حرارتی از سطح نمونه دورتر باشد. مقدار انرژی انتقالی به سطح نمونه و به دنبال ان نرخ افزایش دما نیز کاهش می یابد.

اثر تابش منابع تحریک

برای بررسی اثر زاویه تابش منابع تحریک، دو آزمایش طراحی شد. که در آن دو پروژکتور در زاویه 60 درجه نسبت به سطح نمونه. و در فاصله 60 سانتی متری از آن قرار گرفته. و تحت تحریک 5 ثانیه ای قرار گرفت. در آزمون دیگری همین آزمایش با زاویه 40 درجه انجام شد. شکل 8 تصویر دمایی دو تست در بهترین کنتراست حرارتی را نشان می دهد. همان گونه که مشخص است در شکل HSRA 60 درجه سانتی گراد وضوح عیوب (کنتراست حرارتی بیشتر). بهتر از شکل HSRA 40 درجه ی سانتی گراد می باشد.

در نمودار دما – پیکسل شکل 9 که مربوط به دما در مسیر عیوب با قطر 5 میلی متر میباشد. مشاهده می شود. که کنتراست حرارتی تست HSRA 40 درجه ی سانتی گراد (اختلاف دمای محل عیب با سایر نقاط). بالاتر از تست HSRA 60 درجه سانتی گراد است. بنابراین این وضوح عیوب از نقاط بدون عیب، زمانی که زاویه تابش به سمت عمود بر سطح نمونه میل کند. بیشتر خواهد بود. در نمودار – پیکسل که مربوط به دمای نقاط مختلف در مسیر عیوب با قطر 4 میلی مت می باشد. کنتراست حرارتی با افزایش زاویه تابش نسبت به سطح نمونه، افزایش می یابد.

در آزمون دیگری، دو پروژکتور در زاویه 40 درجه. و در فاصله 60 سانتی متری نسبت به نمونه فولادآلیاژی قرار گرفته. و تحت تحریک 5 ثانیه ای قرار گرفت. سپس همین چیدمان، در آزمون دیگری با زاویه 60 درجه انجام گرفت. در شکل 10 HSRA 60 درجه سانتی گراد وضوح عیوب (کنتراست حرارتی بیشتر) بهتر. و تعداد عیوب قابل رویت بیشتر است.

به کار گیری

اگر در راستای عیوب با قطرهای 3،4،5 میلی متر مسیرهایی ایجاد شود. و نمودار دمایی آن در هر دو تست مورد بررسی قرار گیرد، تفاوت ها مشخص تر خواهند شد. همانطور که در نمودار دما – پیکسل شکل 11 مشاهده می شود. کنتراست حرارتی عیوب 5 میلی متر در تست HSRA 60 درجه سانتی گراد. بالاتر از تست HSRA 40 درجه ی سانتی گراد می باشد.

بنابراین عیوب با وضوح بیشتری قابل رویت خواهند بود. در نمودار دما -پیکسل عیوب با قطر 4 میلی متر، مشاهده می شود. که کنتراست حرارتی تست HSRA 60 درجه ی سانتی گراد از تست HSRA 40 درجه سانتی گراد بالاتر است. در نمودار دما-پیکسل که مربوط به دمای نقاط مختلف در مسیر عیوب 3 میلی متر است، مشاهده می شود. که همچنان کنتراست حرارتی نمودار تست HSRA 60 درجه ی سانتی گراد. بیشتر از تست HSRA 40 درجه ی سانتی گراد می باشد. و تشخیص عیوب با قطر کمتر و عمق بیشتر راحت تر است.

به کار گیری

قدرت شناسایی عیوب و وضوح تصاویر حرارتی با افزایش زاویه تابش حرارت بهبود می یابد. یکی از دلایل عمده آن افزایش انعکاس امواج انرژی از سطح نمونه و عدم جذب آن است. بنابراین هرچه زاویه منابع تحریک نسبت به سطح نمونه به 90 درجه نزدیک شود. میزان جذب انرژی افزایش می یابد. در نتیجه نرخ افزایش دمای سطح نمونه، افزایش می یابد. شناسایی عیوب با قطر کوچکتر امکان پذیر شده و همچنین رویت عیوب سریع تر میشود.