انت هنا : الرئيسية » علوم و طبيعة » تحليل الانهيارات الناتجة عن تآكل المعادن

تحليل الانهيارات الناتجة عن تآكل المعادن

Bridge_corrosion
الدكتور موسى الطل

آفاق علمية وتربوية – فحوص الانهيارات الناتجة عن التآكل GENERAL PRACTICE IN FAILURE ANALYSIS يجب أن يحدد السبب الأولي للانهيار وبناء على سبب الانهيار يجب انشاء فعل تصحيح لمنع حدوث انهيارات مشابهه. وتقييم الأسباب المسببة للانهيار ، بالاضافة الى تطوير تقنيات عملية جديدة .

مراحل التحليل Stages Of An Analysis

المراحل الرئيسية التي تشمل على الاستقصاء والتحليل للإنهيار هي :

جمع المعلومات واختيار العينات
الفحص الأولي للجزء المنهار (الفحص البصري وتسجيل المعلومات )
الفحص اللاتدميري
الفحص الميكانيكي (وتشمل على فحص الصلادة وفحص المتانة )
اختيار ، تمييز، حفظ، وتنظيف جميع العينات .
الفحص بالعين المجردة والتحليل ( السطوح المكسورة ، الكسور الثانوية ، وظواهر السطوح الأخرى ) .
الفحص المجهري والتحليل .
اختيار وتحضير التركيب المعدني .
فحص وتحليل التركيب المعدني .
تحديد ميكانيكية الانهيار
التحليل الكيميائي (كلي، موضعي، نواتج التآكل ، الترسبات أو التغطيات )
تحليل ميكانيكية الكسر
الفحص تحت ظروف مشابهه .
تحليل جميع البيانات ، استخلاص النتائج وكتابة التقرير (ويتضمن التوصيات )

عند استخدام جزء مكسور للفحص ، يقوم الباحث أحياناً بتحضير العينات في الحال بدون ابتكار طريقة بحث . ويجب تجنب مثل هذا النقص في التصميم ، لأنه في النهاية يتم استهلاك وقت وجهد كبيرين .في عملية الانهيار لبعض المكونات ، قد يكون غير عملي أو مستحيل لمحلل الانهيار زيارة موقع الانهيار . وتحت مثل هذه الظروف يمكن جمع المعطيات والعينات بواسطة مهندسي الموقع أو بواسطة أية أشخاص آخرين في الموقع . تقرير الانهيار الصادر في الموقع أو قائمة الفحص يمكن استخدامها للتأكد من أن جميع المعلومات ذات العلاقة بموضوع الانهيار قد تم تسجيلها .

جمع المعطيات واختيار العينات

أولاً يجب توجيه عملية استقصاء الانهيار باتجاه جمع جميع التفاصيل ذات العلاقة بموضوع الانهيار ، جمع المعلومات المتوفرة عن تاريخ الصناعة ، تشغيل وخدمة المكون المنهار وإعادة بناء وحسب الإمكانية ، الأحداث المتتالية التي أدت إلى الانهيار . عملية جمع المعطيات عن تاريخ صناعة وتجميع المكون يجب أن تبدأ بجمع المواصفات والرسومات ويجب أن تحيط بكل مظاهر التصميم للمكون . المعطيات ذات العلاقة بالتصنيع والتجميع يمكن وصفها في مجموعات العمليات الميكانيكية وهذه تتضمن التشكيل على البارد ، الانحناء ، التشغيل ، الصنفرة والصقل ، العمليات الحرارية والتي قد تتضمن تفاصيل عن التشكيل على الحار ، المعالجة الحرارية ، اللحام ، اللحام بالنحاس الأصفر والعمليات الكيميائية والتي تعطي تفاصيل عن التنظيف ، الطلاء الكهربائي وتطبيق التغطيات بطريقة السبك الكيميائي أو الانتشار .

تاريخ الخدمة service history

الحصول على تاريخ الخدمة الكامل يعتمد على التسجيل التفصيلي والكلي قبل الانهيار . توفر التسجيل الكامل للخدمة يسهل من عملية تحليل الانهيار . وفي جمع المعلومات عن تاريخ الخدمة يجب إعطاء توجه خاص نحو التفاصيل البيئية ، مثل الحمل العادي وغير العادي وزيادة الحمل ، والأحمال الدورية ، التغيير في الضغط ودرجة الحرارة والعمل في وسط آكل ، والذي يتضمن التركيز ، وسرعة الوسط الآكل . وفي معظم الحالات يكون التسجيل الكامل للخدمة غير متوفر . وهذه تدفع المحلل على العمل من هذه معلومات البسيطة عن الخدمة . وعندما تكون معطيات الخدمة ضعيفة يجب على المحلل أن يستنبط ظروف الخدمة . وهذا يعتمد على مهارة وحكمة المحلل لان الخطأ في ذلك يكون مؤذي أكثر من غياب المعلومات .

التسجيل الفوتوغرافي .

على المحلل أن يقرر مدى الحاجة الى صور المكون أو التركيب المنهار فالانهيار الذي يظهر في الغالب غير تابع في الاستقصاء الأولي من الممكن أن يكون أخيراً تابع خطير ، وبالتالي فان استقصاء التسجيل الفوتوغرافي الكامل مهم . وإذا تم تزويد الصور للمحلل من مصدر آخر ، فعلى المحلل أن يكون واثقاً من أن هذه الصور مناسبة للغرض.

اختيار العينات

اختيار العينات يجب أن يتم قبل عملية الفحص ، وخاصة اذا كانت عملية الاستقصاء طويلة ويكون المحلل مسؤولاً عن التأكيد بأن العينات مناسبة للغرض وتمثل خصائص الانهيار بصورة مناسبة وينصح بالبحث عن بيانات إضافية عن الانهيار .

وفي الغالب يكون من الضروري مقارنة المكونات المنهارة بمكونات مشابهه غير منهارة لتحديد فيما إذا كان الانهيار بسبب ظروف الخدمة أو كنتيجة لخطأ في التصنيع . مثال في حالة انهيار أنبوب المرجل كان المعتقد بأن السبب هو زيادة التسخين Overheating وأن الاستقصاء بين التركيب الكروي للأنبوب والذي يدل على زيادة التسخين أثناء التشغيل وبالتالي فان المقارنة بأنبوب أخر بعيداً عن المنطقة التي تعرضت إلى درجة حرارة عالية سوف تحدد فيما إذا تم تزويد الأنابيب في ظرف التركيب الكروي ، وبالنسبة للانهيارات التي تتضمن التآكل ، التآكل الاجتهادي ، أو الكلال التآكلي ، فان عينة من المائع الذي على تماس مع المعدن أو عينة من الترسبات التي تكونت تكون لازمة للتحليل .

الظروف الغير عادية Abnormal Conditions

بالإضافة إلى تطوير تاريخ عام عن المكون أو التركيب المنهار ، فانه أيضاً ينصح لتحديد فيما إذا ساد أثناء العمل ظروف غير عادية أو حدثت حوادث أثناء العمل ساهمت في أسباب الانهيار ولتحديد إذا تم إجراء تصليحات حديثة أو أفرهولات … ولماذا ؟ . كما أنه ضروري الاستفسار إذا كان الانهيار تحت الاستقصاء قد حدث لأول مرة أو أن مرة أخرى قد حدثت ، إما في مكون مشابه أو في تصميم آخر مشابه .

الفحص الأولي للجزء المنهار

الجزء المنهار ، والذي يتضمن جميع أجزاءه ، يجب أن يتعرض إلى الفحص البصري الكلي قبل تنظيفه . الأتربة والمواد الصلبة التي توجد على الجزء المنهار تعطي برهان مفيد لأسباب الإنهيار أو لتحديد تتابع الأحداث التي أدت إلى الإنهيار مثال على ذلك بقايا مادة الدهان التي توجد على السطح المكسور لفترة من الزمن قبل حدوث الكسر . مثل هذا الدليل يجب ملاحظته وتسجيله .

الفحص البصري Visual Inspection

الفحص الأولي يجب أن يبدأ بالعين المجردة . لأن لها القدرة على فحص مساحات كبيرة وبسرعة ولها القدرة على الكشف عن التغيرات الدقيقة في اللون والتركيب Texture . بعض هذه الفوائد تفقد في حالة استخدام الأجهزة البصرية . ويجب إعطاء إنتباه خاص إلى الكسور في السطوح وممرات الكسور ، كما أن أهمية أية دلائل عن الظروف الغير عادية أو سوء الإستعمال أثناء العمل يجب ملاحظتها وتقييمها ، بالإضافة إلى تقييم عام لقواعد التصميم والتشغيل للجزء المنهار . جميع المعالم المهمة ، وتشمل الأبعاد ، يجب تسجيلها بالكتابة أو بعمل رسومات أو صور .

تصوير الكسور

المرحلة الثانية في الفحص الأولي هو تصوير جميع الجزء المنهار ، ويتضمن القطع المكسورة ، لتسجيل حجومها والظروف المحيطة ولبيان علاقة الكسر بمكونات الجزء المنهار . ويجب أن يتبع ذلك الفحص بحذر للسطح المكسور عند زوايا ودرجات تكبير مختلفة . ويجب أن يبدأ الفحص باستخدام ضوء مباشر ثم باستخدام ضوء مائل عند زوايا مختلفة ومجال إضاءة معتم وذلك لتحديد خصائص الكسر بصورة جيدة . وهذا يساعد أيضاً في تحديد مساحات الكسر ذات الأهمية ومدى التكبير الذي يجب استخدامه لإعطاء تفاصيل كافية .

الفحص اللاتدميري Nondestructive Testing

الفحص الميكانيكي Mechanical Testing

يعتبر فحص الصلادة من أبسط الفحوصات الميكانيكية ومن أكثر الوسائل المتوفرة لتحليل الإنهيار . ومن بين تطبيقاته يمكن استخدامه للمساعدة في تقييم المعالجة الحرارية ، ولتزويد قيمة تقريبية لقوة الشد للفولاذ ولبيان النعومة أو الصلادة الناتجة عن فرط التسخين ، نزع الكربون أو التقاط الكربون أو النتروجين وهناك فحوصات ميكانيكية أخرى لتقييم تأثير الظروف السطحية على الخواص الميكانيكية مثل الشد ، الكلال ، أو الصدم . كما أنه من الضروري إجراء بعض الفحوصات إما عند درجات حرارية مرتفعة إلى حد ما أو عند درجات حرارية منخفضة لتمثيل ظروف العمل . كما أنه أيضاً قد يلزم فحص بعض العيينات بعد تعريضهما إلى معالجات حرارية خاصة التي تمثل المعالجة الحرارية للمكون المنهار في العمل وذلك لتحديد كيفية تأثير المعالجة على الخواص الميكانيكية .

فمثلاً معالجة الفولاذ عند درجة حرارة في مدى القصف لمدة ساعة وقبل فحص الصدم تعطي مؤشر لأي ميل إلى التقصف العمر- الإنفعالي Strain – age Embrittlement ، بالإضافة إلى تحديد درجة حرارة الإنتقال من المطيلية إلى الهشاشية Brittle قد تكون مفيدة لإستقصاء كسر الهشاشية للفولاذ الكربوني .

اختيار ، حفظ وتنظيف السطوح المكسورة

إن اختيار ، حفظ وتنظيف السطوح المكسورة عملية مهمة وحيوية ، لمنع تدمير الدلائل والبيانات المهمة . السطوح المكسورة قد تعاني من تدمير ميكانيكي أو كيميائي . التدمير الميكانيكي قد ينتج من مصادر عديدة وتشمل ضرب السطوح المكسورة بوسائل أخرى . وقد يحدث هذا خلال الكسر الفعلي أثناء العمل أو خلال إزالة أو نقل الأجزاء المكسورة للتحليل . وفي العادة ، يتم وقاية سطح الكسر خلال النقل بواسطة تغطيته بقطعة قماش أو قطن . لكن هذا قد يعمل على إزالة بعض المواد اللاصقة والتي غالباً ما تحتوي على الدليل الأولي عن أسباب الكسر . كما أنه يجب عدم لمس السطح المكسور بواسطة الأصابع . وأيضاً عدم وضع الأجزاء المكسورة على تماس مع بعضها البعض ، لأن هذا يؤدي إلى تدمير السطح المكسور .

التدمير الكيميائي ( التآكل ) للعينة المكسورة يمكن منعه بعدة طرق ، فمثلاً وبسبب تمييز المواد الغريبة الموجودة على السطح المكسور والتي قد تكون مهمة في التفسير الكلي لسبب الكسر ، والعديد من المختبرات لا تفضل استخدام تغطيات مانعة للتآكل على العينات المكسورة . ويفضل تجفيف العينة المكسورة بواسطة هواء مضغوط وجاف وهذا أيضاً سوف يعمل على إزالة المواد الغريبة الدخيلة من السطح ، وبعد ذلك يجب وضع العينة في مجفف . ويجب تجنب غسل السطح المكسور بالماء . ولكن العينات الملوثة بماء البحر أو موائع إطفاء الحريق تحتاج إلى غسل كامل في العادة بالماء ثم تنقع بالأستون أو الكحول قبل تخزينها في المجفف .

التنظيف

تغسل السطوح المكسورة فقط عند الضرورة المطلقة . عملية التنظيف قد تلزم لإزالة أثر الأوساخ أو لتحضير السطح للفحص المجهري الإلكتروني وتتم عملية التنظيف باستخدام القذف بالهواء الجاف Blast أو باستخدام فرشاة شعر ناعمة ، المعالجة بمذيبات غير عضوية بالغمر أو باستخدام منفث (Jet) ، المعالجة بمحاليل حامضية أو قاعدية ( يعتمد على نوع المعدن ) والتي تهاجم الترسبات ولكنها خاملة بالنسبة للمعدن ( مثال محلول من حامض الهيدروكلوريك 6N مثبط بـ 2 غم/لتر من سداسي مثلين رباعي أمين يستخدم بنجاح للحديد ) ، والتنظيف باستخدام الموجات فوق الصوتية .

التنظيف باستخدام أسيتات السليولوز من أكثر الطرق فائدة وخاصة في حالة السطوح المكسورة والمتأثرة بالتآكل . حيث يتم وضع شريحة من الأسيتات سمكها حوالي 1 ملم وذات حجم مناسب وبعد غمرها ونقعها بالأسيتون على السطح المكسور . الشريحة الأولى يتم لفها بقطعة غير مبللة من الأسيتات ثم تعصر بشدة باستخدام ملزمة على السطح المكسور وتكرر العملية حتى يتم تجفيف السطح . زمن التجفيف قد يستغرق ساعة وفي حالة توفر الوقت يترك السطح ليجف طوال الليل . ويمكن تكرار العماية عدة مرات في حالة تلوث السطح المكسور . وتوقف العملية في حالة الحصول على نسخة نظيفة وغير ملوثة . وفائدة هذه الطريقة بأن الحتات debris المزالة من السطح يتم حفظها للفحوصات التالية والتي قد تكون ضرورية لتمييز نوع الحتات .

التجزئة Sectioning

نظراً لأن وسائل الفحص والتي تتضمن فحوصات الصلادة والفحص البصري والفحص المجهري الإلكتروني محدودة مع اعتبار حجم العينة التي يمكن قبولها ، فإنه غالباً من الضروري إزالة جزء أو قطعة من المكون المنهار ذات حجم مناسب ليسهل حملها وفحصها . كما انه من الأهمية تحديد بالرسم أو بالصور المواقع التي تم اقتطاع الأجزاء الصغيرة منها للفحص .

وقبل عملية القطع أو التجزئة يجب حفظ ووقاية المساحة المكسورة أو يجب عمل القطع بحيث أن السطوح المكسورة والمساحات الملاصقة لها لا تتحطم أو تتغير ، وهذا يتضمن حفظ السطح المكسور جاف إن أمكن . وفي حالة القطع الكبيرة فإن الطريقة العامة لإزالة العينات هو القطع باللهب Flame Cutting وعملية القطع يجب أن تتم عند مسافة كافية من موقع الكسر وذلك لتجنب تغيير التركيب المجهري للمعدن تحت السطح المكسور بواسطة حرارة اللهب ولتجنب ترسب المعدن المصهور بتأثير على السطح المكسور .

ويفضل استخدام القطع الجاف لأن استخدام سائل تبريد قد يسبب تآكل موقع الكسر أو يعمل على إزالة مواد غريبة من السطح المكسور . وقد يلزم استخدام سائل تبريد في حالة صعوبة اجراء القطع الجاف عند مسافة كافية من موقع الكسر وذلك لتجنب تحطيم مساحة الكسر بواسطة الحرارة .

فتح شقوق ثانوية Opening Secondary Cracks

في حالة تحطم الكسور الأولية أو تآكلها لدرجة بأن معظم المعلومات عن سبب الكسر قد طمست ، فإنه من الضروري فتح شقوق ثانوية وذلك لتعريض سطوحها المكسورة إلى الفحص والدراسة . هذه الشقوق قد تعطي معلومات أكثر من معلومات الكسر الأولي . وإذا كانت الشقوق مغلقة بإحكام ، فإنها تكون محمية من ظروف التآكل ، وإذا وجدت لوقت أقل من الكسر الأولي فإنها تكون قد تآكلت بصورة أقل . وأيضاً فإن الشقوق الأولية التي لم تنمو إلى حد الكسر الكلي يمكن فتحها .

الفحص بالعين المجردة للسطوح المكسورة

فحص السطوح المكسورة عند درجات تكبير تتراوح من 1 إلى 100X يمكن أن تتم بالعين المجردة ، عدسات يدوية ، أو ميكروسكوب بصري ذي قدرة منخفضة . وقذ يكون مفيداً أيضاً استخدام ميكروسكوب المسح الإلكتروني Scanning – Electron Microscope عند درجات تكبير منخفضة . تصوير العينات يحتاج إلى كاميرات ذات نوعية عالية وبدرجة تكبير تصل إلى 20X .

وغالباً ، ما تكون العينة كبيرة جداً أو ثقيلة لمرحلة دراسة التركيب المعدني وعملية قطع وتجزئة العينة قد يكون صعباً أو غير مناسب . وفي هذه الحالات يمكن الحصول على نتائج ممتازة بالفحص والتصوير المطابق يتم عمله بطريقة تنظيف الكسور . هذه النسخة المطابقة يتم تغطيتها بطبقة رقيقة من الذهب المبخر في الفراغ أو الألمنيوم وذلك لتحسين انعكاسيتها Reflectivity .

الفحص بالعين المجردة يمكن أن يحدد اتجاه نمو الشق وأصل الإنهيار . بالنسبة إلى الكسور المستوية الهشة ، عملية التحديد تعتمد بشكل كبير على السطح المكسور

الفحص المجهري للسطوح المكسورة

يمكن اجراء الفحص المجهري للسطوح المكسورة بواسطة الميكروسكوب البصري ، ميكروسكوب الإنتقال الإلكتروني (TEM) أو ميكروسكوب المسح الإلكتروني (SEM) .

اختيار وتحضير مقاطع التركيب المعدني

فحص التركيب المعدني للسطوح المصقولة بواسطة تقنيات الميكروسكوب البصري والالكترون – البصري يعتبر جزء حيوي في فحص الانهيار ويتم اجراءه كطريقة روتينية . فحص التركيب المعدني يزود الفاحص بمؤشرات جيدة عن نوع المادة وفيما اذا لها التركيب المطلوب . كما أن الفحص الميكروسكوبي أيضاً يزود الفاحص بمعلومات تتعلق بطريقة التصنيع والمعالجة الحرارية التي تعرضت لها القطعة اما خلال التصنيع أو خلال الخدمة ويمكن الكشف أيضاً عن تأثيرات الخدمة الأخرى مثل التآكل ، الأكسدة والتصليد الشديد للسطوح . كما أن أيضاً خصائص الكسور التي يمكن أن تكون موجودة وخاصة طريقة نموها ، تزود المعلومات ذات العلاقة بالعوامل المسؤولة عن نشوء وتطور الكسور .

وفي معظم الفحوصات ، يجب التأكد من أن تركيب العينة المأخوذة من منطقة محاذية الى السطح المكسور ممثلة للمكون ككل.

فحص وتحليل التركيب المعدني للمقاطع

فحص التركيب المعدني للمقاطع باستخدام الميكروسكوب عبارة عن تمرين قياسي في معظم تحاليل الانهيار وذلك لامكانية الميكروسكوب في الكشف عن عيوب المواد التي تنتج خلال عملية التصنيع وفي الكشف عن النتائج المختلفة الناتجة عن الظروف التشغيلية والأوساط التي ساهمت في الانهيار . وتتضمن هذه الفحوصات ، فصل التركيب المجهري segregation ، ازالة الكربون ، التقاط الكربون ، المعالجة الحرارية الغير مناسبة ، مارتنسايت أبيض غير مقسى، والتآكل ما بين الحبيبات والتي تعتبر من بين العديد من العيوب في التركيب المعدني والظروف الغير مناسبة التي يمكن اكتشافها وتحليلها بواسطة الفحص المجهري للتركيب المعدني للمقاطع .

تحديد نوع الكسر وميكانيكية الإنهيار

تستخدم المعلومات التي تم الحصول عليها من المنطقة المنهارة ، السطوح المكسورة والتركيب المعدني للمقاطع لتحديد سبب الكسر ، وفي العادة من الضروري تحديد نوع الكسر . ومع هذا فإن التصنيف المنطقي للإنهيارات والتي تتضمن الكسر غير موجود . فمثلاً الإستطالة الواسعة لعينة من الفولاذ الكربوني المنخفض يتبعه شق Cleavage يمكن أن يصنف إما Brittle أو Ductile Fracture

التحليل الكيميائي

في عملية فحص الإنهيار يتم التوصية لإجراء تحليل روتيني للتأكد من المادة . الإنحراف البسيط عن مواصفات التركيب ليس لها أهمية في تحليل الإنهيار . وفي الحقيقة ، لأن القليل من إنهيارات الخدمة تنتج من مواد غير مناسبة أو مواد بها عيوب ، نتائج التحليل الكيميائي نادراً ما تكشف عن سبب الإنهيار ، وفي الفحوصات الخاصة ، وخاصة عندما يتضمن ذلك التآكل والتآكل الإجهادي ، فإن التحليل الكيميائي لأي ترسبات قشور أو ناتج تآكل ، أو الوسط الذي على تماس مع المادة المتأثرة يلزم للمساعدة في وضع الأسباب الأولية المسببة للإنهيار .

ويشمل التحليل الكيميائي على التحليل الكلي Bulk باستخدام Emission Spectroscopy أو Atomic absorption spectroscopy أو التحليل الموضعي Spot tests ويتم إما في المختبر أو في الحقل وتحليل السطوح والترسبات باستخدام تقنيات مثل Auger electron spectroscopy أو Mossbauer spectroscopy أو Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) وغيرها من الأجهزة الأخرى .

تحليل ميكانيكية الكسر

ميكانيكية الكسر في القطع المعدنية والعينات تحت الحمل وتطبيق مفهوم ميكانيكية الكسر في التصميم وتوقع زمن الخدمة للقطع والمكونات أصبح مهم جداً في فحص الانهيارات الناتجة عن الكسر وتكوين قياسات صحيحة لمنع حدوث إنهيارات مماثلة . مفاهيم ميكانيكية الكسر تفيد في قياس بارامتر متانة الكسر Fracture Toughness وغيرها من باراميترات المتانة الأخرى بالإضافة إلى تزويد إطار عمل كمي لتقييم وثوقية التركيب .

مفاهيم ميكانيكية الكسر تستخدم أيضاً في دراسة الكلال ، التآكل الإجهادي التشققي والتقصف الهيدروجيني .

الفحص تحت ظروف خدمة مشابهه
SIMULATED – SERVICE TESTING

خلال نتائج مراحل الفحص ، قد يكون من الضروري عمل فحوصات تحت ظروف مشابهه للظروف التي يعتقد أنها سبب حدوث الإنهيار ، وغالباً الفحص تحت ظروف مشابهه طريقة غير عملية لأنها تحتاج إلى أجهزة دقيقة وحتى عندما تكون عملية ، فإنه من المحتمل أن تكون ظروف الخدمة غير معروفة بالكامل أو غير مفهومة . فمثلاً إنهيارات التآكل من الصعب إعادة إنتاجها في المختبر ، والعديد من محاولات إنتاجها أعطت نتائج خاطئة . وأخطاء خطيرة قد تنتج عند محاولة تقليل زمن الفحص عن طريق زيادة شدة أحد العوامل مثل شدة تآكل الوسط أو درجة حرارة التشغيل .

وفوق كل ذلك ، عند فهم محددات هذا الفحص بوضوح ، فإن الفحص تحت ظروف مشابهه لدراسة تأثير متغيرات معينة مختارة تدخل في العملية قد تساعد لتخطيط فعل صحيح لتجنب الإنهيارات المشابهه أو على الأقل تجديد زمن الخدمة . فمثلاً تقييم كفاءة الإضافات الخاصة لزيوت التزييت لمقاومة البلي عبارة عن مثال تطبيق ناجح لفحص الخدمة المشابهه باستخدام عدد مختار من متغيرات الخدمة .

تحليل البيانات واستخلاص النتائج وكتابة التقرير
ANALYZING THE EVIDENCE , FORMULATING CONCLUSIONS, AND WRITING THE REPORT.

عند مرحلة معينة من مراحل الفحص ، البيانات التي يتم الكشف عنها بواسطة الإختبارات يتم تحليلها واستخلاص النتائج الأولية . وإذا أظهرت النتائج السبب المحتمل للإنهيار مبكراً ، فإن الفحوصات اللاحقة يجب توجيهها باتجاه اثبات السبب المحتمل للإنهيار وحذف الإحتمالات الأخرى وفي حالة توفر وسائل مخبرية شاملة للفاحص ، يجب بذل أقصى الجهد لجمع نتائج الفحوصات الميكانيكية ، التحليل الكيميائي ، الفحص المجهري قبل محاولة استخلاص النتائج الأولية . بعض الأعمال التي يتم انجازها خلال عملية الفحص والإستقصاء يمكن أن يعتقد بأنها غير ضرورية . إنه من المهم التمييز بين الأعمال الغير ضرورية والأعمال التي لا تنتج نتائج مفيدة . والقائمة التالية Check List والتي وضعت على صورة أسئلة متتالية تم اقتراحها لتساعد في تحليل البيانات المشتقة من الفحوصات والإختبارات واستخلاص النتائج .

Has failure sequence been established?

If failure involved cracking or fracture, have the nitiation sites been determined?

Did cracks initiate at the surface or below the surface?

Was cracking associated with a stress concentrator?

How long was the crack present?

What was the intensity of the load?

What was the type of loading—static, cyclic, or intermittent?

How were the stresses oriented?

What was the failure mechanism?

What was the approximate service temperature at the time of failure?

Did temperature contribute to failure?

Did wear contribute to failure?

Did corrosion contribute to failure? What type of corrosion?

Was the proper material used? Is a better material required?

Was the cross section adequate for class of service?

Was the quality of the material acceptable in accordance with specifi-cation?

Were the mechanical properties of the material acceptable in accordance with specification?

Was the component that failed properly heat treated?

Was the component that failed properly fabricated?

Was the component properly assembled or installed?

Was the component repaired during service? If so. was the repair performed correctly?

Was the component properly run in?

Was the component properly maintained? Properly lubricated?

Was failure related to abuse in service?

Can the design of the component be improved to prevent similar failures?

Are failures likely to occur in similar components now in service? What can be done to prevent their failure?

انهيارات التآكل CORROSION FAILURES

العوامل التي تؤثر على إنهيارات التآكل عوامل عديدة بالإضافة إلى إحتمالية تداخل هذه العوامل مع بعضها البعض يجب أخذها بعين الإعتبار من قبل محلل الإنهيار لتحديد فيما إذا كان التآكل هو سبب أو ساهم بطريقة ما في الإنهيار . ولإستنباط قياسات صحيحة عملية وفاعلة . نوع التآكل ، معدل حدوثه ومدى تقدمه يتأثر بطبيعة التركيب ، وعدم إنتظام الوسط وسطح المعدن الذي على تماس مع الوسط . هذه العوامل في العادة لا تبقى ثابتة مع تقدم التآكل ، ولكنها تتأثر بالتغيرات الخارجية المفروضة وبالتغيرات التي تحدث كنتيجة مباشرة لعملية التآكل .

عوامل أخرى لها تأثيرات كبيرة على عملية التآكل تشمل التوزيع الحراري على سطح المعدن / الوسط ، وجود تصدعات في أجزاء المعدن ، الحركة النسبية بين الوسط والمعدن ، ووجود معادن مختلفة على إتصال في وسط موصل كهربائي . عمليات التصنيع مثل تجليخ السطح ، المعالجة الحرارية ، اللحام ، التشغيل على البارد ، التشكيل ، التثقيب ، والقص ، تنتج تغيرات عامة أو موضعية على أجزاء المعدن والتي إلى درجة معينة تؤثر على قابليتها للتآكل .

التطبيقات الخاصة تحدد كمية المعدن التي يجيب أن تفقد قبل اعتبار المعدن منهارا بواسطة التآكل . وفي بعض التطبيقات ، وخاصة عندما تحدث تآكل منتظم ، نقصان كبير في سمك المعدن يمكن السماح به ، وفي التطبيقات التي يكون فيها المظهر العام مهم ، أو تلون أو تلوث المادة الغذائية أو نواتج أخرى في عمليات التصنيع أو التخزين غير مقبول ، فإن انحلال أو ذوبان حتى كميات قليلة من المعدن تسبب إنهار .

التآكل الموضعي – مثل تنقر ينفذ خلال جدران الأوعية ، الأنابيب ، الصمامات ، والأجهزة الأخرى مسبباً تسرب والذي يؤدي إلى حدوث انهيار .

تحليل انهيارات التآكل

في تحليل إنهيارات التآكل ، فإنه يتم إتباع الطرق التي تم وضعها في التمرين العام في تحليل الانهيار . عملية البحث والإستقصاء يجبلا أن تتضمن زيارة إلى موقع الإنهيار إن أمكن ، وإلا فإن تحليل الإنهيار سيكون صعباً وقابلاً للأخطاء ليست كل انهيارات التآكل تحتاج إلى تحليل مكثف ومفصل ، غالباً فإن الفحوصات الأولية سوف تزود المعلومات الكافية لتبين بأن طريقة بسيطة نسبياً ستكون كافية .

تاريخ الجزء المنهار

قبل أخذ العينات أو عمل تجارب والتي قد تدمر البيانات التي لها علاقة بالإنهيار إنه من الأفضل الحصول وتقييم جميع المعلومات المتوفرة عن الانهيار وظروفه ، تاريخ الجزء المنهاره ، وخطورة الإنهيار . كما أن جمع المعلومات عن الوسط التي تعرض له الجزء المنهار له أهمية وإعتبار أولي . التصرف التآكلي للجزء المنهار يتأثر بالتركيب الكيميائي للنظام ، بالتعرض المستمر أو المتقطع للوسط ، بدرجة الحرارة ، وبالتغير في هذه العوامل والعوامل الأخرى خلال فترة الخدمة للقطعة . الرسومات الهندسية والمواد ومواصفات التصنيع يجب أن تفحص المعلومات الناقصة يجب الحصول عليها من مسؤولي التشغيل والفحص ، وفي نفس الوقت يجب التحقق من دقة المعلومات المدونة ، مثل تقارير الفحص و Daily log Sheets .

فحص موقع الإنهيار ON-Site Examination

يجب فحص منطقة الإنهيار باستخدام أجهزة تكبير يدوية أو أية أجهزة أخرى مناسبة متوفرة .

المساحات الملاصقة أو بالقرب من الإنهيار ، بالإضافة إلى مكونات النظام ذات العلاقة يجي فحصها لإحتمالية تسببها في الإنهيار . أيضاً فحص والتأكد من احتمالية دخول مواد كيميائية أو ملونات من مناطق مجاورة إلى المنطقة المنهارة .

التصوير Photography

يجب تصوير المكون المنهار وبقية أجزاء النظام التي لها علاقة قبل إزالة العينات .

أخذ العينات من الموقع ON-Site Sampling

يجب أخذ عينات من الوسط التي تعرض له الجزء المنهار ويجب اتباع تقنية مناسبة للحصول على العينات وعمل المراقبات .

بالإضافة إلى أخذ العينات من المنطقة المنهارة ، فإنه يجب أخذ عينات من المنطقة المجاورة أو المناطق الغير متآكلة وذلك لأغراض المقارنة إزالة العينات ونواتج التآكل من الجزء المنهار يحتاج إلى عناية خاصة من حيث اختيار المواقع وطريقة ازالة العيينات . يجب أخذ احتياطات مناسبة لتجنب تدمير البيانات التي قد يكون لها قيمة في فحص الإنهيار كما أنه يجب وقاية وحفظ الأجزاء الصغيرة وكذلك العيينات التي أخذت من الأجزاء الكبيرة خلال عملية نقلها إلى المختبر .

الفحوصات المتبعة في الفحوصات المخبرية الأولية مختلفة ، تعتمد فيما إذا كان الفحص في الموقع قد تم إجراؤه بواسطة محلل الإنهيار ومدى اتمامه . كما أن الفحص في الموقع بواسطة باحث مجهز بأجهزة جيدة يوفر العديد من الفحوصات فيما لو لم تتم في الموقع سيتم إجراؤها في المختبر .

حفظ البيانات Preservation of Evidence

يجب التداول والتعامل مع العينات بطريقة بحيث يمكن الحصول على أقصى المعلومات قبل تحطم أي عيينة أو قبل تلوثها بحيث لا يمكن إجراء فحوصات مفيدة عليها . بالإضافة إلى كتابة الملاحظات وأخذ الصور خلال جميع مراحل البحث .

الفحص البصري والتنظيف .
الفحص اللاتدميري .

الفحص المجهري

السطوح المتآكلة
التركيب المجهري

التمييز والتحليل Identification and Analysis

فحوصات التآكل Corrosion Testing

أنواع مختلفة من تقنيات الفحوصات تستخدم في عملية استقصاء انهيارات التآكل وتقييم مقاومة المعادن والسبائك للتآكل .

وهذه تشمل الفحوصات المعجلة ، فحوصات الخدمة المشابهه والفحوصات الكهروكيميائية .

الفحوصات المعجلة Accelerated Tests

تستخدم هذه الفحوصات بشكل عام في استقصاء الإنهيارات وتقييم مقاومة المعادن التآكل . لتقليل زمن الفحص يتم تعجيل التآكل مقارنة بالوضع الطبيعي ، في العادة ، عن طريق زيادة درجة الحرارة ، أو استخدام وسط تآكل أكثر شدة . نتائج الفحوصات المعجلة يجب تفسيرها بحذر شديد .

فحوصات الخدمة المشابهه Simulated – Service Tests

تستخدم في تحليل انهيارات التلآآكل وتقييم التصرف التآكلي للمعادن والسبائك في بعض التطبيقات المحددة . وفي هذه الفحوصات يتم تعريض إما أجزاء فعلية أو عيينات فحص إلى أوساط صناعية أو طبيعية .

الفحوصات الكهروكيميائية Electrochemical Tests

هذه الفحوصات تعطي معطيات تفيد في بناء معيار لظاهرة السلبية أو الحماية الأنودية ضد التآكل ، وتحدد جهود الكسر الحرج والتنقر . ومن الأجهزة المستخدمة لهذه الفحوصات جهاز المجهاد الساكن ويستخدم للحصول على منحنيات الإستقطاب الأنودية والكاثودية .



معدلات التآكل وأنواعه Corrosion Rates and Corrosion Types

لتحديد في إذا كان سبب الإنهيار هو استخدام مادة غير مناسبة ، من الضروري معرفة إذا كان معدل التآكل ونوعه طبيعي لهذا المعدن المنهار في الوسط الذي على تماس معه . وهنالك معطيات ومعلومات شاملة عن معدلاتن التآكل للمعادن والسبائك وفي أوساط مختلفة متوفرة في الكتب والدوريات .

مثال : التآكل ما بين الحبيبات لوعاء الملح المنصهر لمعدن الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع 304 بسبب التحسس .
وفي الشكل يبين وعاء خلية الكتروليتية ، الملح المنصهر يحتوي على Molten eutectic mixture من الصوديوم ، البوتاس وكلوريد الليثيوم ويعمل عند درجات الإنصهار تتراوح ما بين 500 to 650C ، أظهر تآكلاً شديداً بعد شهرين من الخدمة .
CORROISION 34
الوعاء موضح في الشكل عبارة عن اسطوانة ملحومة بسمك 3 mm ومصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ نوع 304 .

هنالك تآكل شديد موضعي وكسر أفقي أسفل وفوق مستوى الملح المنصهر وبالقرب من لحام عمودي .

الإستقصاء : تم ازالة ستة عيينات من جدار الوعاء للتقييم . مواقع هذه العينات واضحة على الشكل . تركيب العينات كما هو مبين في الأشكال من b إلى f . جميع العينات أظهرت ، ترسب الكاربيدات في مناطق حدود الحبيبات .
تم أخذ عينتان من المنطقة b كما في الشكل ، إحدى العينات من منطقة HAZ والثانية من منطقة خارج HAZ العينتين متشابهتين في التركيب المجهري ولم يحدث لهما تآكل ما بين الحبيبات .

كما هو مبين في الشكل C ، لم يلاحظ حدوث تآكل ما بين الحبيبات للعينة المأخوذة من منطقة (C) والتي تقع على بعد 45 mm فوق مستوى المنصهر وخارج حدود HAZ . العينة من المنطقة (d) والتي تقع على نفس المسافة من المنصهر كما في العينة (C) ولكنها تقع داخل HAZ ، أظهرت تآكل شديد من نوع ما بين الحبيبات .

العينات من المناطق (e) و (f) كلاهما خضع للتحسس أثناء اللحام وعلى تماس مباشر بالملح المنصهر وبالتالي تعرض إلى درجات حرارة من (500-650C) أثناء الخدمة ، أظهرتا تآكل شامل وشديد من نوع حدود الحبيبات .

النتائج : فشل الوعاء بالتآكل ما بين الحبيبات بسبب تعرض الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنايتي الغير مثبت والذي يحتوي على أكثر من 0.03% كربون للتحسس ووضع في الخدمة على تماس وسط آكل في مدى درجة حرارة التحسس .

عملية لحام المعدن وتعريضه بعد ذلك في الخدمة لدرجات التحسس تسبب تآكل ما بين الحبيبات في المنطقة HAZ عند مستوى أقل من مستوى المنصهر (منطقةf) ، وعند مستوى المنصهر ، (منطقة e) ومستوى على بعد 45 mm أعلى من مستوى المنصهر (منطقة d) كما وجد راسب الكاربيدات في المناطق الثلاثة الباقية ، ولم يحدث التآكل ما بين الحبيبات في أي من هذه المناطق لعدم تعريضها إلى درجات حرارة في مدى درجات التحسس أثناء الخدمة .

التوصيات : يجب تغيير مادة التصنيع للوعاء من نوع 304 الفولاذ المقاوم للصدأ إلى هستالوي N (70Ni-17Mo-7Cr-5Fe) .

يمكن الحصول على الحد الأقصى من مقاومة التآكل والمطيلية في المعدن هستالوي N اذا تم معالجة السبيكة حرارياً عند 1120C وتبريدها إما تبريداً مفاجئاً في الماء أو تبريد سريع بواسطة الهواء .

هنالك مادة بديلة ، ولكنها أقل مناسبة ، الفولاذ المقاوم للصدأ نوع 347 .

القياسات التصحيحية : Corrective Measures

الفولاذ المقاوم للصدأ نوع 347 تم اختياره ليحل محل نوع 304 ، وذلك لأنه أقل كلفة ومتوفر أكثر من معدن هستالوي N .

الوعاء الجديد تم ادخاله في العمل بنجاح لمدة ستة أشهر ، وبعد ذلك تم توقيف العملية .

الفحوصات البصرية المتتالية للسطح الداخلي للوعاء أظهرت عدم وجود تأكل موضعي أو كسر مثل الذي حدث للوعاء الأصلي . لوحظ حدوث تآكل عام من النوع المنتظم على السطح .

عن الكاتب

الأردن

كاتب علمي متخصص في تكنولوجيا الصناعات الكيماوية عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين @amjad

عدد المقالات : 3236

تعليقات (5)

اكتب تعليق

© 2016 Powered By Wordpress, Theme By alsatary hosting

© 2013 alsatary hosting السطري للاستضافة

الصعود لأعلى