یکی از چالش‌ها و آسیب‌هایی که ممکن است هنگام فرایند جوشکاری رخ بدهد، بروز عیوب جوشکاری است. درصورتی‌که این عیوب شناخته و برطرف نشوند، ممکن است سبب وقوع خسارات و صدماتی مالی و جانی جبران‌ناپذیری شوند؛ بنابراین معمولاً برای بازرسی و آزمایش عیوب جوشکاری از دو روش آزمایش یا تست غیرمخرب و آزمایش یا تست مخرب جوشکاری استفاده می‌شود که هدف ما در این مقاله توضیح آزمایش‌های مخرب جوشکاری و انواع روش‌های آن است.
آزمایش مخرب جوشکاری (DT) چیست؟
آزمایش یا تست جوش مخرب، همان‌طور که از نام آن پیداست، شامل تخریب فیزیکی یک جوش تکمیل شده برای ارزیابی استحکام و ویژگی‌های آن است. این روش آزمایش برای درک رفتار ماده نمونه، استحکام، کیفیت اتصال جوش داده شده و مهارت جوشکار انجام می‌شود.
آزمایش جوش مخرب اغلب برای کاربردهای زیر استفاده می‌شود:
- تایید روش جوشکاری
- بازرسی جهت نمونه‌برداری
- بازرسی جهت تحقیق
- تست صلاحیت عملکرد جوشکار
- تجزیه‌وتحلیل شکست جوش
روش های آزمایش جوش مخرب (Destructive Weld Testing)
روش های آزمایش جوش مخرب معمولاً شامل برش یا شکستن جزء جوش داده شده و ارزیابی ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی مختلف آن است. برخی از رایج‌ترین روش‌ها برای اجرای آزمایش جوش مخرب را در ادامه بررسی خواهیم کرد:
1. تست ماکرو اچ (Macro Etch Testing)
این روش مستلزم برش نمونه‌های کوچک از اتصال جوش داده شده است و در امتداد سطح مقطع اتصال جوش انجام می‌شود. سپس این نمونه‌ها در سطح مقطع خود صیقل داده می‌شوند و با استفاده از مخلوط اسیدی ملایم بسته به ماده پایه مورداستفاده، اچ می‌شوند. اچ اسید تصویری واضح از ساختار داخلی جوش ارائه می‌دهد.
آزمایش اچ جوش مخرب فیزیکی برای اطمینان از سلامت جوش استفاده می‌شود. اسید به لبه عیوب فلز پایه یا فلز جوش حمله کرده و عیوب جوش را شناسایی می‌کند. در شرایط عیب، مرز بین فلزات پایه و جوش برجسته می‌شود و می‌تواند عیب را به‌وضوح مشخص کند که در غیر این صورت با چشم غیرمسلح قابل‌مشاهده نیست.
محلول‌های اسیدی مورداستفاده در این تست عبارت‌اند از: اسیدکلریدریک، پر سولفات آمونیوم، اسید نیتریک یا ید، و یدید پتاسیم برای حکاکی کربن و فولاد کم‌آلیاژ.
2. تست های خمشی (Bend Test)
آزمون‌های خمشی، یکی از ساده‌ترین و ارزان‌ترین تست‌های مخرب جوشکاری محسوب می‌شوند. از این آزمایش برای بررسی مشخصات اتصال جوش داده شده و فلز جوش استفاده می‌شود. تست های خمشی را می‌توان با استفاده از دستگاه کشش، برش ساده و حتی گیره و چکش نیز انجام داد. گاهی از این آزمایش‌ها جهت یافتن انعطاف‌پذیری منطقة جوش، نفوذ جوش، ساختار كريستالي، مقاومت و تشخيص بعضي عيوب جوشکاری نیز استفاده می‌شود. تست‌های خمشی باتوجه‌به ویژگی‌ها و نوع کارایی‌شان از انواع مختلفی برخوردار هستند که در ادامه توضیح خواهیم داد.
تست خمش هدایت شده (Guided Bend Test)
تست خم هدایت شده یک روش آزمایشی است که شامل خم‌کردن یک نمونه به شعاع خمش مشخص می‌شود و انواع مختلف تست خم مانند آزمايش خمش ريشه اي (Root Bend)، آزمايش خمش كناره اي (Side Bend) و خمش با شكاف (Nick Break) برای ارزیابی شکل‌پذیری و سلامت اتصالات جوش داده شده استفاده می‌شود که انتخاب فرایند آن به شرایط جوش نمونه همچون طولي، عرضي يا كناري و درجه وضعيت بر روي فك تحت نيرو بستگی دارد.
آزمایش‌های خمشی هدایت‌شونده معمولاً به‌صورت عرضی روی محور جوش انجام می‌شوند و ممکن است در دستگاه‌های آزمایشی از نوع پیستونی یا در دستگاه‌های تست خمشی پیچیده شوند. آزمایشات خمش سطح با سطح جوش در کشش انجام می‌شود، درحالی‌که آزمایش خم ریشه با ریشه جوش در کشش انجام می‌شود. هنگام آزمایش خمش صفحات ضخیم، نمونه‌های آزمایش خم جانبی معمولاً از اتصال جوش داده شده بریده می‌شوند و با سطح مقطع جوش در کشش خم می‌شوند.
تست خم هدایت شده بیشتر در روش‌های جوشکاری و تست‌های صلاحیت عملکرد جوشکار کاربرد دارند. این نوع آزمایش به‌ویژه در یافتن عیوب همجوشی لاینر که اغلب در طول آزمایش در سطح صفحه باز می‌شود، خوب است.
تست خمش انتها آزاد (Free Bend Test)
از تست خمش انتها آزاد، برای محاسبه انعطاف‌پذیری فلز جوش بهره می‌گیرند و یک جوش لب‌به‌لب که جوش در مرکز آن قرار گرفته، به‌عنوان نمونه مورد آزمایش استفاده می‌شود. به این صورت که دو خط بر روی سطح جوش اعمال نموده و طول موثر آن را مشخص می‌کنند. سپس نمونه را در یک گیره یا سایر ابزارها قرار داده و به جهتی خم می‌کنند که سطح جوش در قسمت محدب یا پشت بوده و تحت‌فشار قرار بگیرد. فرایند خم‌کردن تا جایی ادامه پیدا می‌کند که ترک یا عیوبی بزرگ‌تر از 1.5 سانتی‌متر در سطح محدب مشاهده شود و اگر عیبی ظاهر نشد تا دوپوسته شدن کامل نمونه، خمش ادامه پیدا می‌کند. همچنین درصد تغيير طول نسبي را می‌توان با نسبت‌دادن طول مؤثر به طول مؤثر اوليه ضربدر 100 به دست آورد.
3. تست ضربه (Impact Test)
یکی از تست‌هایی که توانایی و رفتار جوش را در مقابل نیروهای مکانیکی بررسی می‌کند، آزمایش ضربه است.
تست ضربه میزان انرژی جذب شده توسط یک ماده را در هنگام شکست تعیین می‌کند. این انرژی جذب شده معیاری از چقرمگی یک ماده معین است و به‌عنوان ابزاری جهت بررسی توانایی یک ماده در جذب انرژی و تغییر شکل خمیری (plastic deformation) قبل از وقوع شکست می‌باشد. تعریف دیگری برای چقرمگی مواد، میزان انرژی به‌ازای حجم واحدی است که ماده می‌تواند قبل از شکستن جذب کند.
از انواع آزمایش‌های ضربه می‌توان به تست شارپي (Charpy) و آزمايش ایزود (Izod) اشاره نمود.
تست ایزود (Izod)
در آزمايش ايزود يك طرف نمونه در گیره‌ای محكم می‌شود و چکش پاندولی با انرژی پتانسیل مشخصی، آزاد می‌شود و به‌طرف آزاد نمونه برخورد می‌نماید. مقداری از انرژی پاندول صرف شکستن نمونه و باقیماندة انرژی جنبشی، پاندول را تا ارتفاع معینی بالا می‌برد و دستگاه تفاوت انرژی اولیه و باقی‌مانده انرژی را مورد بررسی قرار می‌دهد.
تست شارپي (Charpy)
در تست شارپی، دو طرف نمونه تکیه داده شده و چکش پاندولی به وسط آن برخورد می‌نماید و باعث شکست می‌شود.
جمع‌بندی
بروز عیوب در جوشکاری، یکی از چالش‌های جدایی‌ناپذیر این فرایند است. اما درصورتی‌که مورد آزمایش، بازرسی و بررسی قرار نگیرند و تعمیر نشوند اتصالات سازه را دچار مشکل کرده و باعث ترک و گسستگی در آنها می‌شوند. این آسیب در ساختمان‌ها و سازه‌های عظیم خسارات جبران‌ناپذیری به بار خواهد آورد.
تست های مخرب، نوعی از تست‌ها هستند که با جداسازی نمونه‌ای از جوش و اتصالات و انجام آزمایش‌های فیزیکی و مکانیکی بر روی آنها انجام می‌پذیرند و با توجه به ابزار به کار رفته در آنها و ویژگی‌هایی که دارند به چند روش مختلف تقسیم می‌شوند که در اینجا تنها به توضیح و معرفی برخی از نمونه‌های آن پرداختیم.
