آزمون‌ها و بازرسی‌های کیفی لوله‌ مانیسمان

لوله‌ مانیسمان (Seamless pipes) به علت ساختار بدون درز در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، ساخت نیروگاه و کاربری‌های حساس که فشار و دمای بالایی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لوله‌ها به‌صورت یکپارچه تولید می‌شوند و از هیچ جوشی استفاده نمی‌کنند؛ بنابراین تضمین کیفیت و سلامت آن‌ها اهمیت حیاتی دارد و تنها با روش‌های بازرسی دقیق می‌توان از عدم وجود ترک، حفره، ترک‌خوردگی یا عیوب ساختاری اطمینان حاصل کرد. در این مقاله انواع آزمون‌های غیرمخرب (NDT) و تست هیدرواستاتیک برای لوله‌های مانیسمان تشریح شده و اهمیت آن‌ها در فرآیند کنترل کیفیت بررسی می‌شود. همچنین آزمون‌های مکانیکی متداول معرفی می‌شود تا دید کامل‌تری نسبت به روش‌های ارزیابی این محصولات به دست آید.

نقش آزمون‌های غیرمخرب (NDT)

آزمون غیرمخرب (Non‑Destructive Testing) روشی است که بدون ایجاد آسیب به قطعه، عیوب سطحی و زیرسطحی را آشکار می‌کند. این روش‌ها برای لوله‌های بدون درز اهمیت ویژه دارند، زیرا مقاطع لوله اغلب ضخیم بوده و دسترسی به نواحی داخلی مشکل است. هدف NDT تشخیص ترک‌ها، خلل و فرج، تخلخل یا تغییرات ضخامت است تا از انفجار یا نشت احتمالی در زمان بهره‌برداری جلوگیری شود. برخی مزایای NDT عبارت‌اند از:
• عدم تخریب قطعه: قطعات پس از آزمایش قابل استفاده بوده و هزینه دوباره‌کاری یا دورریز کاهش می‌یابد.
• پوشش ۱۰۰٪ محصول: برخی روش‌ها امکان بازرسی تمام طول لوله را فراهم می‌کنند و عیوب موضعی از دید پنهان نمی‌ماند.
• تشخیص سریع: با کمک حسگرها و تجهیزات کامپیوتری، نتایج به سرعت به دست می‌آید و خطوط تولید دچار وقفه طولانی نمی‌شوند.

در ادامه، مهم‌ترین روش‌های NDT در بازرسی لوله‌ مانیسمان معرفی می‌شود.

۱. آزمون التراسونیک (UT)

در آزمون التراسونیک، امواج صوتی با فرکانس بالا وارد لوله می‌شوند و با توجه به زمان رفت و برگشت و تغییر دامنهٔ موج‌های بازتابی، محل و اندازهٔ عیوب تعیین می‌شود. این روش عیوب داخلی و سطحی را تشخیص می‌دهد و می‌تواند برای اندازه‌گیری ضخامت دیواره نیز استفاده شود . امواج از طریق حسگر پیزوالکتریک تولید و دریافت می‌شود و برای دسترسی به سطوح داخلی، از پروب‌های مخصوص استفاده می‌کنند.

۲. آزمون جریان گردابی (Eddy Current – ECT)

این روش بر اساس القای الکترومغناطیسی عمل می‌کند. برای لوله‌هایی با قطر خارجی کمتر یا مساوی ۱۸۰ میلی‌متر، از کویل عبوری استفاده می‌شود، اما برای لوله‌های بزرگ‌تر به‌دلیل کاهش نسبت سیگنال به نویز، استفاده از کویل عبوری توسط استاندارد محدود شده و در عوض از حساسه نقطه‌ای (Point‑Probe) استفاده می‌شود . در این روش، پروب روی سطح لوله می‌لغزد و با چرخش مارپیچی، تمام سطح را می‌پیماید؛ میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده باعث القای جریان در لوله می‌شود و تغییرات میدان ناشی از ترک یا تخلخل، از طریق سنسور اندازه‌گیری و تحلیل می‌شود. این روش برای تشخیص ترک‌های محوری و چین‌خوردگی‌های نزدیک به سطح بسیار کارآمد است و برای لوله‌های فولادی زنگ‌نزن و لوله‌های جوشی نیز به کار می‌رود .

۳. آزمون ذرات مغناطیسی (MPT)

در آزمون ذرات مغناطیسی، سطح لوله که باید از جنس فرو‌مغناطیس باشد (معمولاً فولاد کربنی)، مغناطیده می‌شود و سپس ذرات ریز آهن یا پودر فلورسنت روی آن پاشیده می‌شود. در صورت وجود ترک یا شکاف، خطوط میدان مغناطیسی شکسته می‌شود و ذرات در آن قسمت تجمع می‌یابند. این روش به‌ویژه برای تشخیص ترک‌های سطحی و نزدیک سطح مؤثر است . در لوله‌ مانیسمان، این آزمون معمولاً برای بررسی قسمت‌های انتهای لوله یا نقاطی که احتمال ترک‌خوردگی دارند استفاده می‌شود.

۴. آزمون پرتوی ایکس یا گاما (Radiographic – RT)

اشعهٔ ایکس یا گاما قابلیت نفوذ در فلزات و ثبت تصویر نقص‌ها را روی فیلم یا حسگر دیجیتال دارد. این روش می‌تواند حفره‌های داخلی، ترک‌ها، سربارهٔ باقی‌مانده از ساخت (در لوله‌های جوشی) و نواحی متخلخل را به وضوح نشان دهد . در لوله‌ مانیسمان، آزمون پرتوی به‌ویژه برای تضمین یکنواختی ضخامت و نبود حفره‌های داخلی استفاده می‌شود. استفاده از این روش مستلزم رعایت اصول ایمنی پرتو و به‌کارگیری تجهیزات خاص است.

۵. آزمون نفوذ مایعات (Penetrant – PT)

این آزمون برای تشخیص عیوبی به کار می‌رود که در سطح باز شده‌اند، مانند ترک‌های مویی یا سوراخ‌های ریز. ابتدا سطح کاملاً تمیز می‌شود، سپس مایع رنگی یا فلورسنت روی سطح اعمال می‌گردد. پس از نفوذ در عیوب، مایع اضافی پاک شده و آشکارساز روی سطح زده می‌شود تا مایع باقی‌مانده در ترک‌ها آشکار شود . این روش برای لوله‌های مانیسمان کمتر استفاده می‌شود زیرا عیوب سطحی در لوله‌های بدون درز نسبتاً محدود است، اما در صورت وجود زنگ‌زدگی یا ترک‌های ناشی از حمل‌ونقل به‌کار می‌رود.

۶. آزمون نشتی شار مغناطیسی و شار سنجی

با عبور دادن قطعه از یک میدان مغناطیسی قوی و اندازه‌گیری میزان نشتی شار، می‌توان عیوب سطحی و نزدیک سطح را شناسایی کرد. در برخی استانداردها از این روش برای کنترل کیفیت لوله‌هایی استفاده می‌شود که امکان به‌کارگیری سایر روش‌ها فراهم نیست .

همچنین بخوانید :فرآیند اکستروژن (اکسترود)

جمع‌بندی نقش NDT

استفاده از روش‌های فوق به همراه استانداردهای بین‌المللی، بازرسان را قادر می‌سازد تا ۱۰٪ تا ۱۰۰٪ سطح و حجم لوله را بسته به روش انتخابی و نیاز مشتری مورد بررسی قرار دهند. انتخاب روش مناسب براساس جنس لوله، قطر، ضخامت و نوع عیوب مورد انتظار انجام می‌شود. آزمون‌های التراسونیک و جریان گردابی در خطوط تولید لوله مانیسمان رایج‌تر هستند زیرا سرعت بالا و امکان اتوماسیون دارند، در حالی که آزمون ذرات مغناطیسی یا نفوذ مایعات معمولاً برای بررسی موضعی یا بخش‌های حساس به‌کار می‌رود.

آزمون هیدرواستاتیک

پس از انجام NDT، آزمون هیدرواستاتیک انجام می‌شود تا تحمل فشار و آب‌بندی لوله مانیسمان به‌طور عملی مورد ارزیابی قرار گیرد. این آزمون یکی از اصلی‌ترین مراحل کنترل کیفیت برای لوله‌هایی است که در سیستم‌های فشار بالا کار می‌کنند.

هدف و اهمیت

هدف آزمون هیدرواستاتیک اطمینان از مقاومت لوله در برابر فشار طراحی و نبود نشتی یا تغییر شکل دائمی است. این آزمون به‌عنوان «آزمون فشار» شناخته می‌شود و در خطوط لوله نفت و گاز، شیمیایی، نیروگاهی و واحدهای صنعتی ضروری است. مقاله‌ای از شرکت Hunan Standard Steel خاطرنشان می‌کند که این آزمایش برای تضمین ایمنی خطوط پر فشار و بررسی ظرفیت تحمل، آب‌بندی و استحکام لوله‌های بدون درز به کار می‌رود .

مراحل انجام آزمون

1. آماده‌سازی تجهیزات و بازرسی اولیه: ابتدا تجهیزات لازم نظیر پمپ آب، فشارسنج، کلمپ‌ها، اتصالات آب‌بندی و شیرهای اطمینان آماده می‌شود. سطح لوله باید تمیز و عاری از ترک یا زنگ‌زدگی باشد؛ پیش از آزمون، سطح بازرسی غیرمخرب (UT یا RT) انجام شده تا از نبود عیوب جدی اطمینان حاصل شود . هر دو انتهای لوله با صفحه‌های خاص آب‌بندی می‌شود و فقط دریچه‌های ورود و خروج آب باقی می‌ماند.
2. تنظیم پارامترها و نصب لوله: فشار آزمایشی معمولاً حدود ۱٫۵ برابر فشار کاری طراحی تعیین می‌شود تا حاشیه امنیت کافی ایجاد شود. لوله در دستگاه آزمون قرار می‌گیرد و لوله‌ها و اتصالات و فشارسنج‌ها نصب می‌گردند .
3. پر کردن لوله با آب: لوله به آرامی با آب تمیز پر می‌شود. باید تمام هوا از داخل لوله خارج شود؛ وجود حباب هوا فشار واقعی را کاهش می‌دهد و ممکن است نتایج آزمون را مخدوش کند. سپس شیرهای مربوط به هواگیری بسته می‌شود و تنها خط فشار باقی می‌ماند .
4. افزایش تدریجی فشار: با استفاده از پمپ هیدرولیک، فشار آب به آرامی افزایش می‌یابد تا به مقدار آزمایشی برسد. سرعت افزایش فشار باید کنترل شده باشد تا از شوک ناگهانی و احتمالی شکست جلوگیری شود. برخی استانداردها مدت زمان نگه‌داشت فشار را حداقل ۵ تا ۳۰ دقیقه تعیین می‌کنند و در لوله‌های شیمیایی ممکن است بیشتر از ۳۰ دقیقه باشد .
5. بازرسی و خوانش: در زمان نگه‌داشت فشار، لوله از نظر نشتی، تورم یا تغییر شکل دائمی بررسی می‌شود. فشارسنج به‌طور مداوم کنترل می‌شود تا کاهش یا افزایش غیرعادی دیده نشود . هرگونه کاهش ناگهانی فشار نشانهٔ نشتی یا ترک است.
6. کاهش فشار و تخلیه: پس از اتمام آزمون، فشار به آرامی کاهش می‌یابد و آب داخل لوله تخلیه می‌شود. سپس اتصالات باز و لوله خشک می‌شود. در پایان، لوله برای زنگ‌زدگی احتمالی خشک و سطح آن تمیز می‌گردد .

بیشتر بخوانید :تعریف و اهمیت کشش لوله

ارزیابی نتایج

اگر در مرحلهٔ نگه‌داشت فشار هیچ نشتی، تورم، تغییر شکل دائمی یا کاهش فشار مشاهده نشود، لوله قبول می‌شود. وجود هر یک از موارد فوق نشان می‌دهد که لوله یا اتصالات آن دارای عیب بوده و باید تعمیر یا تعویض شود . استانداردها تفاوت‌هایی در مدت زمان نگه‌داشت یا میزان فشار آزمایشی دارند، اما اصول کلی مشابه است.

اشکالات رایج و اقدامات اصلاحی

• کاهش فشار ناگهانی: نشان‌دهندهٔ نشتی در اتصالات یا بدنهٔ لوله است؛ باید اتصالات باز و دوباره آب‌بندی شود یا لوله معیوب تعویض گردد .
• تورم لوله: معمولاً ناشی از عدم مقاومت کافی در برابر فشار است؛ این لوله‌ها برای استفاده در پروژه‌های فشار بالا مناسب نیستند و باید از رده خارج شوند.
• نشتی از جوش‌ها (در لوله‌های جوشی): احتمال وجود ترک در خط جوش وجود دارد؛ باید توسط آزمون‌های NDT مانند UT یا RT دوباره بررسی شود.
• وجود هوا در لوله: باعث تغییر نتایج آزمون می‌شود؛ قبل از افزایش فشار باید همهٔ هوا خارج شود.

نکات ایمنی در آزمون هیدرواستاتیک

1. خالی کردن هوا: وجود هوا در هنگام شروع آزمایش می‌تواند فشار را اشتباه نشان دهد یا باعث ترکیدن تجهیزات شود؛ بنابراین قبل از افزایش فشار باید تمام خطوط هواگیری شوند .
2. ثبات فشار: فشار باید به تدریج بالا برود و در زمان نگه‌داشت ثابت نگه داشته شود؛ نوسان شدید فشار باعث آسیب دیدن لوله یا تجهیزات آزمون می‌شود .
3. نظارت مداوم: در طول آزمون، اپراتور باید وضعیت لوله، فشار و سیستم آب‌بندی را تحت نظر داشته باشد و در صورت مشاهدهٔ هرگونه مشکل، آزمایش را متوقف کند.
4. رعایت استانداردها: استفاده از استانداردهای معتبر (مانند ASTM، API یا ISO) و دستورالعمل‌های کارخانه‌ای، مانع از بروز خطا و خسارت می‌شود.

آزمون‌های مکانیکی مکمل

اگرچه NDT و آزمون هیدرواستاتیک ابزارهای اصلی تضمین کیفیت لوله‌های مانیسمان هستند، آزمون‌های مکانیکی نیز به‌عنوان بخش مکمل انجام می‌شوند. این آزمون‌ها اغلب مخرب هستند و برای تعیین خواص مکانیکی نمونه‌هایی از لوله، به ویژه در فرآیند طراحی و تأیید کیفیت، انجام می‌گیرند.
• آزمون کشش: نمونه‌ای از لوله تحت کشش قرار می‌گیرد تا مقاومت کششی نهایی، حد تسلیم و ازدیاد طول (قابلیت شکل‌پذیری) اندازه‌گیری شود . این آزمون مشخص می‌کند لوله در شرایط عملیاتی تا چه حد تحمل کشیدگی دارد.
• آزمون سختی: میزان مقاومت لوله در برابر فرورفتگی یا تغییر شکل موضعی تعیین می‌شود. سختی مناسب نشان‌دهندهٔ مقاومت به سایش و خراش است .
• آزمون ضربه (چارپی): انرژی جذب شده توسط نمونه در هنگام شکست تحت ضربه اندازه‌گیری می‌شود تا تافنس یا چقرمگی ماده بررسی شود .
• آزمون خم: لوله تا زاویهٔ مشخصی خم می‌شود و عدم بروز ترک یا شکست بررسی می‌شود .
• آزمون خستگی: نمونه تحت بارگذاری سیکلی قرار می‌گیرد تا مقاومت لوله در برابر بارهای تکراری تعیین شود .
• آزمون صاف کردن (Flattening): بخشی از لوله فشرده می‌شود تا داکتیلیتی و مقاومت آن در برابر ترک‌های ناشی از تغییر شکل شدید بررسی شود .

این آزمون‌ها معمولاً بر روی نمونه‌های برش خورده از لوله انجام می‌شوند و نتایج آن‌ها در کنار آزمون‌های غیرمخرب و هیدرواستاتیک، تصویری جامع از کیفیت و قابلیت اعتماد لوله‌ مانیسمان ارائه می‌دهد.

نتیجه‌گیری

لوله‌ مانیسمان به‌دلیل استفاده در سیستم‌های حساس و فشار بالا، نیازمند کنترل‌های کیفی دقیق هستند. آزمون‌های غیرمخرب مانند التراسونیک، جریان گردابی، ذرات مغناطیسی، پرتوی ایکس/گاما و نفوذ مایعات، بدون آسیب رساندن به لوله، عیوب سطحی و داخلی را آشکار می‌کنند و در خطوط تولید مدرن به‌طور کامل اجرا می‌شوند. پس از تأیید کیفی با NDT، آزمون هیدرواستاتیک با اعمال فشار بیش از فشار کاری طراحی، مقاومت و آب‌بندی لوله را در شرایط شبیه‌سازی‌شدهٔ عملیاتی بررسی می‌کند؛ این آزمون اگرچه ساده به نظر می‌رسد، نیازمند رعایت دقیق مراحل و الزامات ایمنی است و نتایج آن مستقیماً در پذیرش یا رد لوله اثر می‌گذارد . در کنار این روش‌ها، آزمون‌های مکانیکی چون کشش، سختی، ضربه، خستگی و صاف کردن، خواص مکانیکی ماده را مشخص می‌کنند و در فرایند طراحی و توسعهٔ محصول استفاده می‌شوند . ترکیب این آزمایش‌ها به مهندسان و کارشناسان اطمینان می‌دهد که لوله‌ مانیسمان تولید شده دارای کیفیت، ایمنی و کارایی لازم برای کاربردهای فشار بالا هستند