الفحص غير المتعمد للحامات الأنابيب: الاختبار بالأشعة السينية مقابل الاختبار بالموجات فوق الصوتية

جسم أنبوب الأنبوب من الأنبوب الفولاذي عالي الضغط هو الحلقة الأكثر تعقيدًا والأكثر ضعفًا في التصنيع، ودرزة اللحام هي الأعلى دقة والأضعف طولًا في المنتج. إن جودة تلك الرابطة المعدنية الوحيدة التي تشكل خط اللحام الطويل للأنبوب، هي مفتاح قدرة الأنبوب على تحمل عقود من الضغط والعناصر والتآكل أثناء التشغيل. يبدو اللحام رائعًا من الخارج، ولكنه يكمن في داخل الفولاذ بلا هوادة. فكيف يكشف المصنعون عن هذا العالم الخفي؟ يمكنهم استخدام مجموعة متنوعة من طرق الفحص المتطورة التي يشار إليها مجتمعةً بالاختبار غير المدمر (NDT).

قراءة المزيد تتيح لنا تقنية NDT إمكانية النظر داخل اللحام دون قطع الأنبوب أو تدميره بطريقة أخرى، مما يوفر نافذة أساسية على التكوين الداخلي لخط التدفق. إن اثنين من أقوى تقنيات NDT، التي تُستخدم بشكل متكرر في إنتاج الأنابيب، هما الاختبار الإشعاعي (RT) - يُطلق عليه أيضًا اسم الأشعة السينية - والاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT). حسنًا، كلاهما تم تنفيذهما لاستئصال خط اللحام المعيب، ولكنهما مختلفان تمامًا في مبادئ التشغيل وللكشف عن أنواع مختلفة من العيوب. سواءً كنت تعمل كمهندس أو مفتش أو مدير مشتريات، من المهم أن تفهم وظائف وفروق الأشعة السينية مقابل UT لتتمكن من فهم ما يعنيه الحصول على أنبوب فولاذي مضمون الجودة.

ما هو الاختبار غير المدمر (NDT)؟

نظرة عامة يشتمل الاختبار غير التدميري (NDT) على مجموعة متنوعة من تقنيات التحليل التي تُستخدم في العلوم والصناعة لتقييم وفحص خصائص المواد أو المكونات من حيث السلامة دون التسبب في أي ضرر. في عملية إنتاج الأنابيب الفولاذية، يتم تطبيق الاختبارات غير المدمرة على خط اللحام للكشف عن العيوب الداخلية والعيوب السطحية التي قد تؤثر على سلامة اللحام.

Whereas a tensile or impact test requires the destruction of a piece in which one is interested to verify material properties, NDT is done on 100% of the finished product. It isn’t a sample test, it is an exhaustive test of every square millimetre of the weld. The aim is to identify and categorize defects, such as cracks, porosity, inclusions, and lack of penetration. It is only through strict observance of a stringent NDT regime (such as that specified by the various standards such as API 5L) that it can be ensured that all pipes leaving the factory are free of serious flaws.

الاختبار الإشعاعي (RT / الأشعة السينية): نظرة إلى الداخل

يعمل الاختبار الإشعاعي (RT) على مفهوم مشابه للأشعة السينية الطبية. ويتحقق ذلك عن طريق استخدام مصدر أشعة مخترقة (أنبوب أشعة سينية أو مصدر أشعة غاما مثل الإيريديوم-192) الذي يجتاز خط اللحام. ويتم الكشف عن الجانب الآخر من اللحام بواسطة كاشفات مخصصة تعتمد على فيلم فوتوغرافي أو كاميرا رقمية.

يتم امتصاص الإشعاع بدرجات مختلفة اعتمادًا على كثافة وسمك المادة أثناء مروره عبر الأنبوب. سيتم تخفيف الكثير من الإشعاع بواسطة المعدن الأساسي السليم ومادة اللحام. ولكن، إذا كان اللحام يحتوي على عيب، مثل مسام غازية (فراغ) أو خبث (شوائب غير معدنية)، فإن تلك المنطقة ستكون بها مادة أقل كثافة. سيتعرض الكاشف لمزيد من الإشعاع الذي يمر عبر هذه المنطقة الأقل كثافة. والنتيجة هي صورة ظل ثنائية الأبعاد أو صورة إشعاعية تمثل خريطة مرئية للهيكل الداخلي للحام يمكن الاحتفاظ بها بشكل دائم. وتتحدث الصورة الأكثر كثافة بشكل أفتح” في الفيلم وتظهر الصورة الأقل كثافة (العيوب) بشكل أغمق.

نقاط قوة الاختبار الإشعاعي: العثور على العيوب الحجمية

نظرًا لأن RT هي في الأساس تقنية لرسم خرائط الكثافة، فهي جيدة بشكل استثنائي في العثور على العيوب الحجمية. هذه عيوب لها ارتفاع وعرض وعمق يمكن قياسها. وتشمل الأمثلة الرئيسية ما يلي:

· المسامية: فراغات صغيرة، غالباً ما تكون كروية الشكل أو جيوب غازية محصورة داخل معدن اللحام. تظهر على شكل بقع صغيرة داكنة ومستديرة على الصورة الشعاعية.

· شوائب الخبث: المواد الصلبة غير المعدنية المحصورة في اللحام، والتي تكون أقل كثافة من الفولاذ. وتظهر عادةً على شكل مؤشرات داكنة ممدودة أو غير منتظمة الشكل.

· اختراق غير مكتمل: حالة يفشل فيها معدن اللحام في الاندماج تماماً مع جذر الوصلة تاركاً فراغاً. يظهر ذلك كخط داكن ومستمر على طول مركز صورة اللحام.

يتمثل القيد الأساسي ل RT في انخفاض حساسيته تجاه العيوب المستوية, ، وأبرزها الشقوق. الشق هو عيب رقيق جداً وضيق. وما لم يكن شعاع الإشعاع موازياً تماماً تقريباً للشق، فإن التغير في الكثافة يكون صغيراً جداً بحيث لا يمكن اكتشافه بشكل موثوق على الصورة الشعاعية.

الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT): الاستماع للأصداء

يعمل الاختبار بالموجات فوق الصوتية على مبدأ مختلف تماماً: الصوتيات. ويستخدم موجات صوتية عالية التردد، تتجاوز نطاق السمع البشري، لفحص المواد. يتم وضع مسبار صغير، يسمى محول الطاقة، على سطح الأنبوب. يقوم محول الطاقة، الذي يحتوي على بلورة كهرضغطية، بتحويل نبضة كهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي - أي موجة قصيرة من الموجات الصوتية.

تنتشر هذه الموجات الصوتية عبر الفولاذ بسرعة ثابتة. عندما تلتقي بحاجز، مثل جدار خلفي للأنبوب أو عيب داخلي، تنعكس منه منتجة صدى. يعود هذا الصدى إلى محول الطاقة، وتتحول الموجة الصوتية فوق الصوتية إلى إشارة كهربائية. يتم بعد ذلك إخراج هذه الإشارة إلى الشاشة وعرضها هناك كنقطة أو مقطع على قاعدة زمنية (عرض المسح الضوئي A-scan). من خلال تفسير موضع وسعة هذه الأصداء وسعتها، يستطيع المشغل تحديد الموقع الدقيق لأي عيب في اللحام وحجمه واتجاهه.

نقاط قوة الاختبار بالموجات فوق الصوتية: الكشف عن العيوب المستوية الحرجة

نظرًا لأن تقنية UT تعتمد على انعكاس الصوت، فهي حساسة جدًا لأي سطح يتقاطع مع مسار الصوت. هذه التقنية هي أفضل التقنيات المتاحة للكشف عن العيوب المستوية، وهي عيوب ثنائية الأبعاد التي يُنظر إليها عادةً على أنها الأخطر من حيث أنها يمكن أن تنمو بسرعة تحت الضغط. وتشمل الأمثلة الرئيسية ما يلي:

- التشققات ：UT هي أبسط طريقة للكشف عن التشققات. حتى الشقوق الدقيقة والدقيقة، كونها ضيقة، سوف تقدم منطقة عاكسة كبيرة لشعاع الصوت، ومن ثم يمكن أن تقدم النهاية صدى قويًا وحادًا للغاية.

- اندماج غير كافٍ: حالة لا يندمج فيها معدن اللحام بشكل صحيح مع الجدار الجانبي للحام. ويشكل ذلك عاكساً مستوياً مشابهاً للشق، والذي يتم اكتشافه بسهولة عن طريق الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT).

- التصفيح: وهي أجزاء من الصفيحة الفولاذية نفسها منفصلة عن بعضها البعض ويمكن اكتشافها عن طريق مسح المادة الأساسية المجاورة للوصلة الملحومة.

يتمتع جهاز UT بالقدرة على اكتشاف العيوب الحجمية، وإلى حد ما شكل العيب وتكوينه، ولكن ليس بنفس سهولة الكشف عن العيوب في صورة الأشعة السينية ويعتمد على المشغل بشكل كبير.

مقارنة وجهاً لوجه: آر تي ضد يو تي

لتلخيص الاختلافات الجوهرية، يقارن الجدول التالي بين السمات الرئيسية لكلتا طريقتين من طرق الاختبار غير القابل للتفكيك:

لماذا يعتبر النهج ثنائي الطريقة هو المعيار الذهبي

في السابق، ربما كان المصنعون في السابق يتجادلون حول أي النهجين أفضل. لم يعد هذا هو الحال الآن، والرأي الشائع اليوم بين صانعي الأنابيب المتطورة هو أن RT و UT لم يعدا تقنيتين متعارضتين، بل شريكتين في برنامج ضمان الجودة الكامل.

وعادةً ما يجمع برنامج ITP الشامل الذي يتبع واجهة برمجة التطبيقات 5L بين مزايا الممارستين من أجل الوصول إلى أفضل تحديد للعيوب. وفيما يلي كيفية سير العمل الشائع:

1. UT - الفحص الآلي بالموجات فوق الصوتية يتم فحص الطول الكامل لجميع طبقات اللحام باستخدام نظام UT الآلي. يمكن فحص 100% للإنتاج بسرعة وكفاءة عالية بحثًا عن أهم العيوب المستوية مثل الشقوق.

2. الفحص الإشعاعي (RT): يتم بعد ذلك إجراء الفحص بالأشعة السينية على أطراف الأنبوب، وهي المناطق الأكثر عرضة للحام الميداني. وهذه أيضًا تقنية ثانوية لمواصلة فحص أي مؤشرات مشبوهة تمت ملاحظتها أثناء الفحص بالأشعة السينية (UT) ولكنها توفر صورة مرئية للمساعدة في توصيف العيوب.

إن سرعة وحساسية التصدع في UT مع إثبات العمل الذي يوفره لهم RT، يعني أنه يمكنهم ضمان الجودة بمستوى مناسب لا يمكن لأي من الطريقتين وحدهما.

الخلاصة: الالتزام بالجودة الشاملة

لا يتعلق الأمر بكون أحدهما أفضل من الآخر، بل يتعلق الأمر بأنك تحتاج أحيانًا إلى مفك براغي وأحيانًا تحتاج إلى مفتاح براغي. تُنتج الأشعة السينية “صورة” دائمة ومقروءة لداخل اللحام من الداخل، مما يجعلها فعالة للغاية في اكتشاف العيوب الحجمية. يعمل الاختبار بالموجات فوق الصوتية كزوج من “الآذان” الحساسة، بحثًا عن أصداء العيوب المستوية شديدة الضرر (مثل الشقوق). شركة تصنيع أنابيب عالمية المستوى