فحص الهياكل الخرسانية بالانبعاث الصوتي

ما هو الانبعاث الصوتي المستخدم لفحص الهياكل الخرسانية؟

عندما تتشقق المواد أو تتشوه أو تتلف بطريقة أخرى، فإنّها تنتج نوعًا من الصوت. وفي بعض الأحيان، تكون هذه الأصوات عالية وواضحة. كما يمكن أن يتم اكتشاف هذه الأصوات الرقيقة من خلال اختبار الانبعاث الصوتي (AET) عن شقوق وعيوب أخرى تتشكل والتي قد تسبب مشكلات كبيرة.

يُعرَّف الانبعاث الصوتي (AE) بأنه الظاهرة الفيزيائية التي تولد فيها مادة ما موجات مرنة عند تعرضها لضغط أو تشوه. حيث يتم تسجيل هذه الإشارات باستخدام طريقة اختبار غير مدمرة (NDT) تسمى اختبار الانبعاث الصوتي. ويتم إجراء اختبار انبعاث صوتي لمراقبة الصحة الهيكلية للعضو لتقييم إمكانيات التعديل التحديثي والإصلاح.

اختبار الانبعاث الصوتي هو طريقة للاختبارات غير التدميرية مع تطبيق واسع النطاق في اختبار السلامة الهيكلية ومراقبة الجسور وخطوط الأنابيب وتوربينات الرياح واكتشاف التسرب. حيث تستكشف هذه المقالة مبدأ وخصائص اختبار انبعاث الصوتيات في البناء.

مبدأ اختبار الانبعاث الصوتي:

يحدد اختبار الانبعاث الصوتي نقطة إنتاج المادة من خلال تمثيل الشقوق والكسور ونقاط التسرب أو المشكلات المماثلة. حيث أن نقطة العائد هي المسؤولة عن توليد موجات الإجهاد التي تنتشر عبر الهيكل. كما تُستخدم الموجات التي تصل إلى سطح الهيكل لتحفيز جهاز استشعار كهرضغطية.

إنّ جهاز الاستشعار، يحول موجات الإجهاد هذه إلى إشارة كهربائية لمزيد من التحليل. حيث أن اختبار الانبعاث الصوتي حساس للأضرار الداخلية. وهذه الأضرار لها معلمات ترتبط بالحمل الداخلي. كما يساعد اختبار الانبعاث الصوتي على الخرسانة على ربط السلوك الميكانيكي للخرسانة بانتشار الشقوق داخل الهيكل.

تمت دراسة انتشار الشقوق وتوطين الشقوق الدقيقة باستخدام اختبار الانبعاث الصوتي. حيث يتم تطوير ضغوط موضعية للغاية عند طرف الشق، ممّا يؤدي إلى إطلاق موجات الإجهاد. ويتم رصد هذه الموجات بواسطة مستشعرات كهرضغطية، حيث يتم تحويلها من إشارات ميكانيكية إلى إشارات كهربائية.

تمت دراسة خصائص الأضرار والشقوق في الهياكل الجديدة والتاريخية بناءً على معايير اختبار الانبعاث الصوتي التي تم الحصول عليها. حيث أن معلمات اختبار الانبعاث الصوتي هي حدث اختبار الانبعاث الصوتي، عدد الاختبارات، طاقة الاختبار، وقت وصول الاختبار وموقع مصدر الاختبار.

طرق اختبار الانبعاث الصوتي:

بعبارات أبسط، يمكن تعريف الانبعاث الصوتي في هيكل على أنه زلازل صغيرة تحدث داخل المادة. ويتم تطوير هذه الانبعاثات عندما تتعرض مادة الاختبار لمحفز خارجي مثل الأحمال أو درجة الحرارة. حيث تراقب هذه التقنية على مستوى العالم العيوب داخل الهياكل أو الآلات الكبيرة مع الحد الأدنى من تعطيل المواد. كما يمكن أن تكون طريقة اختبار الانبعاث الصوتي عابرة أو مستمرة.

1. اختبار الانبعاث الصوتي العابر:

في هذا الاختبار، يتم التقاط الانبعاثات الصوتية التي تتجاوز العتبة بواسطة المستشعرات. وهنا، يتم تحديد ميزات مثل طاقة الإشارة ومدة الموجات المنبعثة وسعة الذروة. حيث أن هذه الطريقة في اختبار التعريض الضوئي التلقائي مناسبة لدراسة العيوب مثل الشقوق.

2. اختبار الانبعاث الصوتي المستمر:

في هذه الطريقة، تلتقط المستشعرات الانبعاث الصوتي خلال فترة زمنية محددة، على سبيل المثال، 1/10 من الثانية. ومن البيانات التي تم الحصول عليها، يتم الحصول على متوسط ​​مستوى الإشارة وقيمة الجذر التربيعي. كما أن هذه الطريقة مناسبة للمناطق التي يكون فيها اتساع الانبعاث منخفضًا، مثل اختبار علب التروس أو اكتشاف التسرب.

يمكن إجراء اختبار الانبعاث الصوتي في المختبر وكذلك في الظروف الميدانية.

نتائج اختبار الانبعاث الصوتي:

يوفر اختبار الانبعاث الصوتي معلومات الاختبار التالية اعتمادًا على الطريقة والمستلم الذي يتم اختباره:

1. فحص الهيكل:

يساعد الموقع الصحيح لجهاز الاستشعار أثناء اختبار التعريض الضوئي التلقائي على فحص الهيكل بأكمله حتى مع وجود عدد أقل من أجهزة الاستشعار. ويتم تطبيق هذا بشكل أفضل على الهياكل الكبيرة مثل المبادلات الحرارية حيث يكون الفحص صعبًا.

2. تحديد العيوب الجسيمة:

يمكن لاختبارات الانبعاث الصوتي أن تميز حالات الشذوذ التي تتطور وتتزايد داخل الهيكل حتى في ظل ظروف التحميل الفعلية.

3. قياس الخطورة الإنشائية:

تقيس اختبارات الانبعاث الصوتي حالة الهيكل وتوفر التفاصيل المتعلقة بعمليات التفتيش التي يجب إجراؤها على الهيكل. يتم إجراء الاختبار دون الحاجة إلى أي وصول داخل المواد.

مزايا وعيوب اختبارات الانبعاث الصوتي:

1. مزايا اختبارات الانبعاث الصوتي:

المزايا الرئيسية لفحص الهياكل الخرسانية بالانبعاث الصوتي هي:

• يكتشف اختبار الانبعاث الصوتي آليات التلف، الاحتكاك، التأثيرات، التفكيك، التآكل، كسر الألياف وتشقق المواد والهياكل.

• يحدد الاختبار مصادر الضرر ويميزها.

• يقوم برصد شامل للهيكل.

• يتم تقييم ودراسة الهياكل خلال ظروف التشغيل الحقيقية.

• يمكن إجراء الاختبار عن بعد.

• يكتشف اختبار الانبعاث الصوتي الأضرار في الهياكل التي يصعب اكتشافها بواسطة تقنيات الاختبار التقليدية الأخرى.

2. عيوب اختبارات الانبعاث الصوتي:

عيوب فحص الهياكل الخرسانية بِالانبعاث الصوتي هي:

• لا يمكن لِاختبار الانبعاث الصوتي اكتشاف العيوب الحالية التي لا تتحرك أو تنمو مع مرور الوقت.

• الطريقة أبطأ من طرق الاختبارات غير المدمرة الأخرى.

• ينهي الاختبار هدفه من خلال تقييم السلامة الهيكلية أو سلامة الماكينة من خلال اكتشاف المشكلة. ويجب إجراء مزيد من التفتيش بطرق أخرى.

تطبيقات اختبارات الانبعاث الصوتي:

اختبارات الانبعاث الصوتي لها التطبيقات التالية:

• لاختبار حالة الهياكل الخرسانية مثل الجسور والمباني.

• لاختبار الهياكل المعدنية مثل خطوط الأنابيب وهياكل الطائرات والكابلات الفولاذية وخزانات التخزين وما إلى ذلك.

• لاختبار الهياكل المركبة مثل الكمرات المركّبة وهياكل الطائرات وما إلى ذلك.

• لتحديد التآكل المبكر في المحامل وعلب التروس للآلات الدوارة.

• للكشف عن التسربات في خطوط الأنابيب وأنظمة الضغط.

أسئلة وأجوبة حول فحص الهياكل الخرسانية بالانبعاث الصوتي:

1. كيف يعمل اختبار الانبعاث الصوتي؟

يحدد اختبار الانبعاث الصوتي (AE) نقطة إنتاج المادة من خلال تمثيل الشقوق والكسور ونقاط التسرب أو المشكلات المماثلة. وينتج عن نقطة الخضوع موجات إجهاد تنتشر عبر الهيكل. حيث تستخدم الموجات التي تصل إلى سطح الهيكل لتحفيز جهاز استشعار كهرضغطية. كما يقوم المستشعر بتحويل موجات الإجهاد هذه إلى إشارة كهربائية لمزيد من التحليل.

2. ما هي تطبيقات اختبار الانبعاث الصوتي؟

اختبار الانبعاث الصوتي له التطبيقات التالية في البناء:

1. لاختبار حالة الجسور والمباني والعوارض المركبة وَهياكل الطائرات، إلخ.

2. الكشف عن التسربات في خطوط الأنابيب وأنظمة الضغط.

3. لتحديد التآكل المبكر في المحامل وعلب التروس للآلات الدوارة.

3. ما هي حدود اختبار الانبعاث الصوتي؟

العيوب الرئيسية لِاختبار الانبعاث الصوتي (AE) هي:

1. لا يمكن لاختبار الانبعاث الصوتي تحديد العيوب الموجودة والتي لا تتحرك أو تنمو مع مرور الوقت.

2. اختبار الانبعاث الصوتي أبطأ من طرق الاختبارات غير المدمرة الأخرى.

3. ينهي الاختبار هدفه من خلال تقييم السلامة الهيكلية أو سلامة الماكينة من خلال اكتشاف المشكلة. كما يجب إجراء مزيد من التفتيش بطرق أخرى.