مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
 

آزمون ضربه زدن

یکی از روش های غیر مخرب مورد استفاده برای ارزیابی کیفیت یک اتصال چسب، آزمون ضربه زدن می باشد که در آن، کیفیت چسب با ضربه زدن به اتصال و شنیدن صدای ایجاد شده، بررسی می شود. تفاوت در صداهای ایجاد شده، نشاندهنده ی بی ثباتی در اتصال پیوند داده شده می باشد. این مسئله به دلیل عمل آوری ناکافی، وجود حفرات و یا سایر مسائل، اتفاق می افتد. ضربه زدن ساده بر روی یک اتصال با چکش سبک و یا یک سکه می تواند نشاندهنده ی نواحی بدون اتصال باشد. صدای تیز و واضح نشاندهنده ی وجود چسب می باشد و همچنین نشاندهنده ی این است که زیرلایه نیز تا حدی وجود دارد. صداهای توخالی نشاندهنده ی وجود حفرات و نواحی بدون اتصال می باشد.
موفقیت آزمون ضربه به مهارت و تخصص اپراتور وابسته می باشد. همچنین میزان صداهای حاشیه ای نیز یکی از مسائل مهم می باشد. همچنین نوع ساختار اتصال یافته نیز در ایجاد صداها مؤثر است.
برخی بهبودها در آزمون ضربه زدن می تواند با استفاده از یک چکش سلنوییدی و یک میکروفون، انجام شود. سیگنال های الکتریکی منتج شده، می تواند بر اساس دامنه و فرکانس، مورد آنالیز قرار گیرند. این آزمون در واقع به ما می گوید که آیا چسب در اتصال قرار دارد یا نه؟ آیا یک مسیر اکوستیک از زیرلایه به سمت زیرلایه ی دیگر وجود دارد و آیا چسب عمل آوری شده است و یا با هوا پر است. آزمون ضربه زدن هیچ اطلاعات کمی در مورد وجود لایه های پیوند تضعیف شده، نمی دهد.

آزمون ثبات (Proof tests)

اگر یک میزان بالا از قابلیت اطمینان مورد نیاز باشد، این ضروری است که آزمون ثبات انجام شود. این آزمون باید شرایط سرویس دهی را به روشی شبیه سازی کند که در واقع اتصال یا ساختار و میزان تنش های اعمالی بالاتر از چیزی باشد که سطح انتظار ماست. زمان آزمون ثبات باید انعکاس دهنده ی عمر مورد انتظار اتصال باشد اما این کار، کار سختی است. در حقیقت آزمون ثبات به گونه ای طراحی می گردد که تنش های بیش از اندازه به نمونه اعمال نشود و بدین صورت، تخریبی ایجاد نشود که منجر به کاهش عمر مفید قطعه شود.
یک مثال متداول از آزمون ثبات، در واقع اعمال نیروهای کلیواژ به ساختاری لانه زنبوری است که در واقع با قرار دادن نمونه ی مورد نظر در میان یک سطح و هسته انجام می شود. در این حالت، نیرو به صورت عمود بر هسته، اعمال می شود. اگر هیچ اختلالی در اتصال مشاهده نشود، این به نظر می رسد که تمام الزامات سرویس دهی در نظر گرفته شده است. یک ارزیابی ثبات متداول در واقع برای مواد آب بندی انجام می شود. در این آزمون، یک گاز شناسای مانند هلیوم، برای بررسی میزان آب بندی، استفاده می شود.
بررسی های التراسونیک
موفقیت آزمون ضربه زدن، هر چند محدود است، منجر به استفاده از التراسونیک برای تعیین کیفیت اتصال می باشد. روش های التراسونیک در حال حاضر متداول ترین روش های NDT برای استفاده از اتصال های چسبی است. آزمون التراسونیک در حقیقت پاسخ اتصال پیوند داده شده نسبت به ارتعاشات التراسونیک با انرژی پایین را بررسی می کند. پالس های کوتاه دارای انرژی التراسونیک پایین، می تواند بر روی یکی از زیرلایه ها اعمال شود و دستگاه تشخیصی بر روی سطح دیگر استفاده شود. این کار آزمون انتقال امواج از وسط نمونه نامیده می شود. یک ناحیه ی بدون اتصال، حفره و یا چسب های با خاصیت جذب انرژی، از عبور انرژی التراسونیک جلوگیری می کند.
برخی از روش های بررسی التراسونیک از موج های پالسی التراسونیک بهره می برد که فرکانسی بین 2.25 تا 10 MHz دارند. این موجب ها می توانند به ساختارهای چسبی اعمال شوند. روش های متداول برای این کار، عبارتند از:
اکوی پالس تماسی: سیگنال اولتراسونیک انتقال می یابد و بوسیله ی یک واحد سیگنال دریافت می شود.
تماس از طریق انتقال: در این روش واحد بررسی بر روی یک سمت ساختار اتصال یافته، حرکت می کند و واحد دریافت در سمت دیگر این ساختار متحرک است.
روش غوطه وری: در این روش، ساختار مونتاژ شده در داخل یک تانک آب وارد می شود و آب به عنوان یک مکانیزم کوپلینگ برای سیگنال التراسونیک عمل می کند.
شکل 1 نشاندهنده ی این روش های التراسونیک غیر مخرب می باشد.
روش های اکوی پالسی احتمالا ساده ترین روش از لحاظ استفاده می باشد. در واقع در این روش، صوت از میان قطعه عبور می کند و انعکاس های آن از حفرات موجود در سطح مشترک اتصال، بدست می آید. نتیجه عموماً تنها به صورت کیفی در نظر گرفته می شود زیرا یک اتصال ضعیف می تواند اتصالی خوب جلوه کند مادامی که موج های صوتی همدیگر را تقویت کنند. یک لایه ی نازک از روغن یا آب در سطح مشترک ممکن است به عنوان عامل کوپلینگ عمل کند و نواحی بدون پیوند را تشخیص دهد.
موج های برشی همچنین با استفاده از مبدل های گوه ای شکل، به ساختار وارد می شود. این روش، روشی مؤثر در بررسی ساختارهای ساندویچی است.
در ساختارهای پیوند داده شده که معمولا به صورت التراسونیک مورد آزمایش قرار می گیرند، اغلب بخش های ثبت کننده ی C اسکن مورد استفاده قرار می گیرند. این ثبت کننده ها، یک وسایل الکتریکی هستند که سیگنال ها را از یک دریافت کننده، دریافت کرده و یک ساختار کلی از قطعه ارئه می دهند. واحد بررسی التراسونیک به صورت التراسونیک قطعه را بررسی می کند. سیگنال های التراسونیک برای بخش های پیوند دار و بدون پیوند، از یک استاندارد مرجع، تشخیص داده می شود. روش های NDT مجهز به C اسکن، به طور گسترده ای در تولید هواپیما و بررسی قطعات اتصال یافته، استفاده می شوند.
یکی از قدیمی ترین و شناخته شده ترین سیستم های آزمون التراسونیک، بوسیله ی شرکت Fokker Aircraft در آلمان طراحی شده است. در این روش، از روش رزونانس فرکانس رفت و برگشتی برای بررسی التراسونیک، استفاده می شود. این ادعا شده است که از این سیستم، به صورت گسترده در صنعت هواپیما، استفاده می شود. جدول 1 نشاندهنده ی میزان ارتباط میان استحکام پیوند واقعی و پیش بینی شده در روش Fokker Aircraft است که در مقایسه با دو روش NDT دیگر بیان شده است.

سایر روش های NDT

بررسی با رادیوگرافی (X-Ray) می تواند برای تشخیص عیوب و عدم پیوستگی ها در یک اتصال چسبی، استفاده شود. این روش گران قیمت تر است و نیازمند متخصصی است که تجربه ی خوبی داشته باشد. چسب ها در این حالت باید حاوی مقادیری پودر فلز و یا سایر پرکننده ها باشد تا بدین صورت عیوب قابلیت تشخیص داشته باشند.
این روش برای ساختارهای لانه زنبوری و اتصال های فلزی و غیر فلزی، قابل استفاده می باشد.
روش های انتقال گرمایی نیز روش های به نسبت جدیدی هستند که برای بررسی چسب ها، استفاده می شود. جریان حرارتی با ارزیابی دمای سطحی نمونه ی آزمایش بعد از اعمال حرارت خارجی، ررسی می شود. ناهنجاری زیرسطحی موجب تغییر در الگوهای حرارتی می شود و از این رو، اثر دمای زیرلایه، مورد بررسی قرار می گیرد. تفاوت در دمای سطحی می تواند بوسیله ی ترموکوپل، تشخیص داده شود. این ترموکوپل ها می توانند موجب تشخیص عیوب سطحی شوند.
آزمون انتقال گرمایی یک روش خوب برای تشخیص انواع مختلف ناهنجاری ها مانند خوردگی های سطحی زیر رنگ پیش از نمایان شدن، می باشد. ساختارهای لایه ای نازک مانند پانل های پوسته ی هواپیما می تواند از لحاظ عیور زیرلایه ای و سطحی، مورد ارزیابی قرار گیرد. این آزمون که در شکل 2 نشان داده شده است، یک روش ساده و ارزان قیمت است، اگر چه انجام این آزمون برای مواد با انتقال حرارتی پایین سخت است و در این حالت، اتصال باید از هر دو طرف، دسترسی داشته باشد. برای مواد غیر فلزی، قطر عیوب باید 4 برابر عمق آنها باشند تا بتوان آنها را از طریق این روش، شناسایی کرد. برای فلزات قطر عیوب باید تقریباً 8 برابر عمق آنها باشد تا با این روش قابل شناسایی باشند. برخی از سطوح روشن مانند سطح مس و آلومینیوم تابش های فروسرخ کافی ساتع نمی کنند و ممکن است برای استفاده از این روش، مجبور شویم سطح آنها را با پوششی تیره، پوشش دهی کنیم.
بررسی موج های گرمایی همچنین یک روش نسبتا جدید برای مطالعه ی عدم اتصال چسب می باشد. با این روش، حرارت از طریق یک گاز گرم، به داخل سطح شیئی تزریق می شود. دمای سطح منتج شده، آنالیز می شود و بدین صورت، کیفیت اتصال در زمان واقعی، مورد بررسی قرار می گیرد. دمای سطحی با استفاده یک روش غیر تماسی اندازه گیری می شود و بدین صورت، تفاوت های ایجاد شده، بررسی می گردد. این روش بوسیله ی زبری سطحی و عیوب سطحی، تحت تأثیر قرار نمی گیرد.
شکل 2 نشاندهنده ی نوع عیوبی است که می توانند بوسیله ی روش های مختلف NDT شناسایی شوند. جدول 2a نشاندهنده ی وابط میان نتایج NDT برای بررسی عیوب ساختاری در پانل های لایه ای است و جدول 2b یک رابطه ی مشابه برای ساختارهای لانه زنبوری است. یک روش NDT کلی برای ارزیابی تمام ساختارهای پیوند داده شده، هنوز موجود نیست. عموماً انتخاب یک آزمون بر پایه ی موارد زیر انجام می شود:
پیکربندی قطعه و مواد مورد استفاده در ساخت
نوع و اندازه ی عیوب تشخیص داده شده
قابلیت دسترسی به ناحیه ی مورد بررسی
قابلیت دسترسی و کیفیت ادوات و پرسنل
سرعت مورد نیاز برای رسیدن به بهره ی مورد نظر در آزمون NDT
مستندسازی های مورد نیاز برای فرایند و نتایج آزمون
آزمون اتصال های شکسته برای بررسی علل شکست
بررسی کامل بر روی اتصال های شکسته می تواند برخی اوقات منجر به توصیف این مسئله شود که چرا یک نمونه شکسته است. با بررسی های میکروسکوپی و بصری می توان به علت شکست اتفاق افتاده، پی برد. شواهد نیز ممکن است در واقع نشاندهنده ی عدم ترشوندگی مناسب سطح مشترک در برخی از سطوح مشترک جدید باشد.
در مقایسه ی ویژگی های سطحی بعد از شکست پیوند و سطوح چسبندگی اولیه، رزولیشن ماکزیممی در حدود 1×〖10〗^(-8) m برای میکروسکوپ الکترونی روبشی ممکن است همواره کافی نباشد و نتوان عیوب موجود در لایه های نازک را تشخیص داد. روش های نوری و استفاده از عوامل رنگ زا که بوسیله ی Brett توصیف شده اند، می تواند برای تعیین این لایه های نازک، استفاده شود.
علم میکروفوتوگرافی و هولوگرافی نیز برای بررسی غیر مخرب اتصال های چسبی، استفاده می شود. بزرگنمایی و فوتوگرافی زیرلایه های شکسته شده اغلب برای بدست آوردن اطلاعات در مورد نحوه ی شکست، می باشد. هولوگرافی روشی که در آن، تصاویر فوتوگرافی از عیوب با استفاده از نور منسجم بدست می آید مانند چیزی که بواسطه ی لیزر بدست می آید. مزیت اصلی هولوگرافی این است که این روش، تکه های پیوسته ای را در داخل حجم به ما نشان می دهد. تصویر سه بعدی واقعی یک عیب و یا حفره می تواند سپس تشخیص داده شود.
استفاده از ابزارهای با ویژگی سطحی خاص موجب بهبود فرصت استنباط در مورد ترکیب شیمیایی سطحی می شود. این ابزارها، برای اهداف تجزیه و تحلیل چسب ها و سطوح چسبندگی توسعه یافته است. برای سطوح چسبندگی، بررسی های تحلیل بر موارد زیر تمرکز یافته است:
شیمی سطح با استفاده از آنالیز عنصری، نمونه برداری شیمیایی و یا تجزیه و تحلیل ناخالصی ها و لایه های مرزی
تجزیه و تحلیل سطوح شکست برای بررسی عیوب داخلی، شکستگی های موجود در سطوح چسبندگی و یا در داخل یک پرایمر یا سایر لایه های مرزی. تجزیه و تحلیل چسب ها عموماً شامل بررسی ویژگی های لایه های عمل آوری شده، عوامل عمل آوری و شیمی سطح نمونه های شکسته شده، می باشد.
در طی 20 سال، ابزارهای تجزیه و تحلیل برای شناسایی عنصری و ترکیب شیمیایی سطوح جامد، موجود می باشند. استفاده از این ابزارهای تحلیلی یادگیری ما در مورد خواص سطحی و لایه های سطحی را افزایش می دهد. جدول 3 نشاندهنده ی یک مقایسه در مورد ظرفیت های تحلیلی برخی از ابزارهای تحلیلی حساس به سطح می باشد. متداول ترین این ابزارها، اسپکتروسکوپی جرم یونی ثانویه (SIMS)، اسپکتروسکوپی تفرق یونی (ISS) و اسپکتروسکوپی الکترون اوژه (AES) می باشد. اثبات شده است که این ابزارها کارایی بالایی دارند، حتی در زمانی که لایه های سطحی تنها به اندازه ی ابعادی اتمی می باشند و یا در زمانی که شکست در نزدیکی سطح مشترک بین چسب و سطح چسبندگی ایجاد شود.
روش SIMS به خودی خود، یک ابزار قوی در بررسی ویژگی های عنصری سطحی است که بوسیله ی Benninghoven، Schubert و Tracy پیشنهاد شده است. به هر حال، عدم قطعیت و یا تغییرات بازده یون ثانویه که به دلیل تغییر در اتصال شیمیایی ایجاد می شود، آنالیز کمی را با استفاده از SIMS منفرد، غیر ممکن می کند. SIMS در زمانی بهترین اثربخشی را دارد که با سایر روش ها مانند ISS و یا AES ترکیب شود.
بهترین نقطه ی قوت ESCA در قابلیت مهیا نمودن اطلاعات در مورد شیمی سطح ماده ی پلیمری و یا آلی است. ESCA همچنین با نام اسپکتروسکوپی فوتو- الکترونی اشعه ی X (XPS) نیز معروف است. تهییج سطحی ایجاد شده با ESCA یک روش نسبتاً غیر مخرب است. AES یک روش با رزولیشن فضایی بالا برای تجزیه و تحلیل فلزات، آلیاژها و مواد آلی است. پلیمرها و سطوح آلی مشکل آفرین هستند زیرا باریکه ی برخورد کننده به سطح، موجب تخریب و تغییر نمونه می شود. ISS همچنین یک ابزار آنالیز عنصری با رزولیشنی در حد یک لایه ی اتمی است و اغلب به همراه سایر روش ها، استفاده می شود.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie