بررسی ترک های ریز در چرخ های هواپیما و خودرو با پرتو هسته ای - تسنیم

خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ چرخ یکی از حساس‌ترین اجزای سیستم حمل‌ونقل است که کوچک‌ترین آسیب یا نقص در آن می‌تواند پیامدهای جدی در ایمنی ایجاد کند.
ترک‌های ریز که اغلب با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، از عوامل اصلی شکست‌های ناگهانی به شمار می‌روند.
روش‌های سنتی بازرسی مانند آزمون چشمی یا اولتراسونیک محدودیت‌هایی دارند و نمی‌توانند همه نواقص را آشکار کنند.
در این میان، فناوری هسته‌ای و استفاده از پرتوی گاما ابزاری نوین و قدرتمند در اختیار مهندسان قرار می‌دهد تا با دقت و سرعت بالا ترک‌های ریز را شناسایی کنند و از وقوع حوادث جلوگیری نمایند.
این موضوع، بخصوص در تایرهای گران‌قیمت و حساس، مانند تایر هواپیما و ماشین‌آلات معدنی و یا حتی در خودروهای معمولی شایان توجه است.
البته موارد خاص دیگری هم وجود دارد؛ برای مثال در مسابقات اتومبیل‌رانی نیز که فشار زیادی بر چرخ‌ها وارد می‌شود، پرتوی گاما ابزار مهمی برای بررسی سلامت چرخ‌ها قبل از رقابت است.
اهمیت ایمنی چرخ
ایمنی وسایل نقلیه ارتباط مستقیم با کیفیت و سلامت چرخ‌ها دارد.
براساس آمار جهانی، بخش قابل توجهی از تصادفات و شکست‌ها، ناشی از نقص فنی به مشکلات چرخ و لاستیک برمی‌گردد.
ترک‌های ریز اگر در مراحل اولیه تشخیص داده نشوند، می‌توانند در اثر فشار و گرمای حاصل از حرکت به شکست کامل منجر شوند.
هزینه‌های ناشی از چنین شکست‌هایی، شامل خسارات مالی و انسانی، بسیار بالا است.
به همین دلیل، استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای بازرسی و تضمین سلامت چرخ‌ها یک ضرورت انکارناپذیر است.
پرتوی گاما با قابلیت نفوذ بالا و دقت مثال‌زدنی، پاسخی مؤثر به این ضرورت ارائه می‌دهد.
مبانی علمی پرتوی گاما در بازرسی
پرتوی گاما نوعی تابش الکترومغناطیسی پرانرژی است که توانایی نفوذ به مواد سخت مانند فلزات را دارد.
در بازرسی چرخ‌های خودرو، پرتو از میان جسم عبور می‌کند و تفاوت در چگالی یا وجود ترک موجب تغییر در شدت پرتو خروجی می‌شود.
این تغییرات توسط دتکتورهای حساس ثبت شده و به تصویر یا نمودار تبدیل می‌شوند.
ترک‌های ریز که با روش‌های معمولی قابل شناسایی نیستند، در تصاویر پرتوی گاما به‌خوبی نمایان می‌شوند.
اساس علمی این روش بر تفاوت در جذب پرتو توسط نواحی سالم و آسیب‌دیده ماده استوار است.
سامانه‌های بازرسی گامایی برای چرخ از چند جزء تشکیل شده‌اند.
منبع پرتوزا (معمولاً کبالت-60 یا سزیم-137) پرتوهای مورد نیاز را تولید می‌کند.
بخش دتکتور وظیفه ثبت شدت پرتو عبوری و تبدیل آن به داده دیجیتال را دارد.
واحد کنترل و پردازش داده، اطلاعات دریافتی را تحلیل و تصویر نهایی را تولید می‌کند.
حفاظ‌های سربی و دیواره‌های ایمنی نیز برای جلوگیری از انتشار پرتو به محیط به‌کار می‌روند.
همچنین، نرم‌افزارهای تخصصی برای تحلیل خودکار تصاویر و تشخیص ترک‌ها به سامانه افزوده شده‌اند.
هماهنگی این اجزا، امکان بازرسی دقیق و ایمن را فراهم می‌سازد.
دستورالعمل‌ها و استانداردهای نظارتی
به‌کارگیری پرتوی گاما در بازرسی چرخ‌ها، نیازمند تبعیت از استانداردهای سخت‌گیرانه ایمنی است.
سازمان بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) و سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) دستورالعمل‌هایی برای استفاده ایمن از پرتودهی صنعتی منتشر کرده‌اند.
در بسیاری از کشورها، سازمان‌های ملی استاندارد و نهادهای ایمنی حمل‌ونقل نیز مقررات خاصی در این زمینه تدوین کرده‌اند.
رعایت این استانداردها نه‌تنها ایمنی کارکنان و محیط زیست را تضمین می‌کند، بلکه اعتبار داده‌های به‌دست‌آمده از آزمون‌ها را نیز افزایش می‌دهد.
در صنعت خودرو، پایبندی به این دستورالعمل‌ها برای تأیید کیفیت محصولات الزامی است.
ابعاد اقتصادی استفاده از پرتوی گاما
از منظر اقتصادی، بازرسی با پرتوی گاما می‌تواند هزینه‌های ناشی از خرابی و حوادث را به‌طور چشمگیری کاهش دهد.
تشخیص زودهنگام ترک‌ها موجب جلوگیری از خسارات سنگین و هزینه‌های جبران خسارت می‌شود.
همچنین، افزایش اعتماد مشتریان به کیفیت چرخ‌ها، سهم بازار تولیدکنندگان را بالا می‌برد.
گرچه سرمایه‌گذاری اولیه برای راه‌اندازی سامانه‌های پرتودهی نسبتاً بالا است، اما صرفه‌جویی‌های بلندمدت و کاهش خطرات جانی و مالی این هزینه‌ها را جبران می‌کند.
در مجموع، استفاده از این فناوری یک انتخاب اقتصادی هوشمندانه برای صنایع تولیدی محسوب می‌شود.
روش اجرای آزمون گامایی
فرایند بازرسی چرخ با پرتوی گاما شامل چند مرحله است.
ابتدا چرخ در محل مناسب قرار گرفته و منبع پرتو در موقعیت مشخصی تنظیم می‌شود.
پرتو از میان چرخ عبور کرده و توسط دتکتورهای حساس ثبت می‌شود.
داده‌های به‌دست‌آمده به رایانه منتقل شده و پس از پردازش به تصویر تبدیل می‌شود.
ترک‌ها یا نواقص داخلی به‌صورت خطوط یا نقاط تاریک در تصویر نمایان می‌شوند.
کارشناسان با تحلیل این تصاویر، سلامت یا آسیب‌دیدگی چرخ را ارزیابی می‌کنند.
این روش به‌دقت بالا و زمان نسبتاً کوتاه شناخته می‌شود.
مزایای پرتوی گاما در مقایسه با روش‌های سنتی
پرتوی گاما نسبت به روش‌های سنتی مانند اولتراسونیک یا آزمون چشمی مزایای متعددی دارد.
نخست، توانایی نفوذ در مواد سخت و آشکارسازی ترک‌های بسیار ریز.
دوم، امکان ثبت و ذخیره تصاویر به‌عنوان مستندات برای پیگیری‌های بعدی.
سوم، سرعت بالاتر در اجرای آزمون و کاهش زمان توقف خط تولید.
چهارم، قابلیت استفاده برای انواع متنوعی از آلیاژها و قطعات.
درحالی‌که روش‌های سنتی ممکن است ترک‌های زیرسطحی را تشخیص ندهند، پرتوی گاما قادر است با دقتی بالا عیوب پنهان را آشکار کند.
چالش‌ها و محدودیت‌های فناوری
باوجود مزایای بسیار، فناوری پرتوی گاما محدودیت‌هایی نیز دارد.
نخست، نیاز به زیرساخت‌های ایمنی برای جلوگیری از انتشار پرتو.
دوم، هزینه بالای تجهیزات و نگهداری.
سوم، لزوم آموزش تخصصی برای کارکنانی که با این سامانه‌ها کار می‌کنند.
چهارم، حساسیت بالا به شرایط محیطی که می‌تواند کیفیت تصاویر را تحت تأثیر قرار دهد.
همچنین، برخی مصرف‌کنندگان نگرانی‌هایی درباره استفاده از فناوری هسته‌ای در صنعت دارند، هرچند هیچ اثری از پرتو در قطعه نهایی باقی نمی‌ماند.
رفع این محدودیت‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری در آموزش، توسعه فناوری و فرهنگ‌سازی عمومی است.
نوآوری‌های اخیر در روش‌های پرتودهی
در سال‌های اخیر، نوآوری‌های مهمی در حوزه پرتودهی گامایی برای بازرسی صنعتی رخ داده است.
توسعه دتکتورهای دیجیتال با حساسیت بالا موجب بهبود وضوح تصاویر و افزایش دقت تشخیص ترک‌ها شده است.
همچنین، استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای تحلیل خودکار تصاویر گامایی توانسته زمان بررسی را کاهش داده و خطای انسانی را به حداقل برساند.
برخی شرکت‌ها نیز سامانه‌های قابل‌حمل پرتودهی طراحی کرده‌اند که امکان استفاده مستقیم در خطوط تولید یا تعمیرگاه‌ها را فراهم می‌آورد.
این پیشرفت‌ها آینده‌ای روشن برای گسترش و کارایی بیشتر فناوری گامایی در صنعت نوید می‌دهند.
نمونه‌های عملی در صنایع خودرویی جهان
چندین کشور پیشرفته فناوری پرتوی گاما را در صنعت خودرو به‌کار گرفته‌اند.
در ژاپن، شرکت‌های خودروساز از سامانه‌های پرتودهی برای کنترل کیفیت چرخ‌های آلیاژی استفاده می‌کنند.
در آلمان، این فناوری به‌طور گسترده در مراکز تحقیق و توسعه خودروسازان به‌کار می‌رود تا داده‌های مربوط به دوام قطعات جمع‌آوری شود.
ایالات متحده نیز از سامانه‌های گامایی در خطوط تولید برای اطمینان از کیفیت محصولات بهره می‌برد.
این نمونه‌ها نشان می‌دهد که کاربرد پرتوی گاما در سطح جهانی به یک استاندارد صنعتی در حال تبدیل شدن است.
اثرات زیست‌محیطی و پایداری
گرچه پرتوی گاما ذاتاً انرژی بالایی دارد، اما در صورت استفاده صحیح، اثرات زیست‌محیطی آن ناچیز است.
برخلاف برخی روش‌های سنتی که به مواد شیمیایی نیاز دارند و پسماند خطرناک تولید می‌کنند، پرتودهی گامایی هیچ آلودگی ثانویه ایجاد نمی‌کند.
همچنین، افزایش عمر مفید قطعات با این فناوری موجب کاهش مصرف منابع و کاهش تولید زباله‌های صنعتی می‌شود.
بدین‌ترتیب، این فناوری در راستای اهداف توسعه پایدار قرار می‌گیرد و همسو با سیاست‌های کاهش اثرات زیست‌محیطی در صنعت عمل می‌کند.
چشم‌انداز آینده در بازرسی
آینده فناوری پرتوی گاما در صنعت روشن و امیدوارکننده است.
انتظار می‌رود با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش دسترسی، این فناوری در خطوط تولید شرکت‌های متوسط و کوچک نیز رواج یابد.
همچنین، ادغام سامانه‌های پرتودهی با فناوری‌های نوینی مانند اینترنت اشیاء و پایش بلادرنگ می‌تواند بازرسی چرخ‌ها را به بخشی جدایی‌ناپذیر از چرخه تولید تبدیل کند.
با روند فعلی، پیش‌بینی می‌شود طی یک دهه آینده پرتوی گاما به استاندارد جهانی در بازرسی قطعات حیاتی خودرو بدل شود.
نقش آموزش و نیروی انسانی متخصص
به‌کارگیری فناوری پرتوی گاما بدون نیروی انسانی متخصص امکان‌پذیر نیست.
اپراتورها باید آموزش‌های لازم در زمینه ایمنی پرتویی، تحلیل تصاویر و کار با تجهیزات را ببینند.
دانشگاه‌ها و مراکز آموزشی می‌توانند با ارائه دوره‌های تخصصی، نیروی انسانی ماهر مورد نیاز صنعت را تأمین کنند.
همچنین، ایجاد همکاری میان صنعت و دانشگاه موجب ارتقای سطح دانش فنی و انتقال تجربیات می‌شود.
سرمایه‌گذاری در آموزش ایمنی و کیفیت را تضمین می‌کند و توسعه پایدار این فناوری را نیز امکان‌پذیر می‌سازد.
حمایت‌های دولتی و سیاست‌گذاری
نقش دولت‌ها در توسعه فناوری پرتوی گاما حیاتی است.
سیاست‌های حمایتی شامل ارائه وام‌های کم‌بهره به صنایع، ایجاد مراکز ملی پرتودهی و تدوین استانداردهای ملی برای بازرسی گامایی است.
همچنین، دولت‌ها می‌توانند با اعطای گواهینامه‌های کیفیت مبتنی بر فناوری پرتوی گاما، استفاده از این روش را تشویق کنند.
سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها و حمایت از پژوهش‌های کاربردی نیز نقش مهمی در گسترش این فناوری دارد.
توصیه‌های کاربردی برای صنایع
برای موفقیت در استفاده از پرتوی گاما، صنایع چند توصیه کلیدی را مد نظر قرار دهند: انتخاب منابع پرتوزا و دتکتورهای متناسب با نوع آلیاژ، همکاری با مراکز تحقیقاتی معتبر، آموزش مستمر نیروی انسانی، و انجام پایش‌های دوره‌ای برای اطمینان از عملکرد صحیح سامانه‌ها.
همچنین، اطلاع‌رسانی شفاف به مصرف‌کنندگان درباره ایمنی محصولات پرتودهی‌شده می‌تواند اعتماد عمومی را افزایش دهد.
جمع‌بندی نهایی
فناوری پرتوی گاما تحولی اساسی در بازرسی غیرمخرب قطعات صنعتی به‌ویژه چرخ‌ها ایجاد کرده است.
این روش با دقت بالا، سرعت مناسب و قابلیت اعتماد، امکان شناسایی ترک‌های ریز و پنهان را فراهم می‌کند.
مزایای آن شامل ارتقای ایمنی، کاهش هزینه‌ها، افزایش اعتماد مصرف‌کنندگان و همسویی با اهداف توسعه پایدار است.
با وجود چالش‌هایی مانند هزینه بالا و نیاز به زیرساخت‌های تخصصی، آینده این فناوری بسیار روشن است.
سرمایه‌گذاری در آموزش، زیرساخت و سیاست‌گذاری هوشمند می‌تواند مسیر توسعه و کاربرد گسترده‌تر آن را هموار سازد.
--------------------
منابعی برای مطالعه بیشتر
International Atomic Energy Agency (IAEA), Non-Destructive Testing with Gamma Rays, Vienna, 2019.
ASTM International, Standards for Radiographic Testing of Metals, 2020.
ISO 5579, Non-Destructive Testing – Radiographic Testing of Metallic Materials, Geneva, 2018.
Khan, F.
M., Industrial Applications of Radiation Physics, 2017.
Sharma, A., Gamma Radiography in Automotive Industry, Journal of Materials Evaluation, 2020.
Spinks, J.
W.
T., & Woods, R.
J., Radiation Chemistry and Applications, Wiley, 1990.
World Nuclear Association (WNA), Industrial Uses of Radiation Technology, 2021.
German Institute for Materials Research, Advances in Radiographic Testing for Automotive Safety, 2019.
Hosseini, S., Applications of Nuclear Techniques in Mechanical Engineering, Tehran University Press, 2021.
European Committee for Standardization (CEN), Guidelines for Non-Destructive Testing in Automotive Sector, 2020.
American Society for Nondestructive Testing (ASNT), Gamma Ray Testing in Industry, 2018.
Makuuchi, K., Radiation Processing of Materials, Wiley, 2012.
International Organization for Standardization, Quality Assurance in Non-Destructive Testing, 2017.
U.S.
Department of Energy, Gamma Radiation Safety in Industry, 2019.
International Atomic Energy Agency (IAEA), Safety Reports on Industrial Gamma Radiography, Vienna, 2020.
Singh, R., Non-Destructive Evaluation of Automotive Components, Springer, 2019.
Japanese Society for Nondestructive Inspection, Gamma Radiography Practices in Automotive Industry, 2021.
British Standards Institution (BSI), Radiographic Inspection of Metals in Automotive Production, 2018.
International Automotive Task Force (IATF), Quality Management Standards for Automotive Industry, 2020.
Canadian Nuclear Safety Commission, Industrial Gamma Radiography Safety Guide, 2019.
IAEA: Industrial Applications of Radiation Technology ASTM Standards on Radiographic Testing World Nuclear Association – Industrial Use of Gamma Rays
انتهای پیام/