الفحص غير المتلف للحام الهيكل الصلب للرافعة العلوية

تُعد الشروخ الناتجة عن الإجهاد في لحام الهيكل الصلب للرافعة العلوية السبب الرئيسي لفشل هيكل آلات الرفع. تتعرض لحامات الوصلات للعارضة الرئيسية، ولحامات توصيل العربة الطرفية بالعارضة الرئيسية، ولحامات هيكل العربة وغيرها من لحامات التحمل الحرجة لأحمال متناوبة لفترات طويلة، وغالبًا ما ينشأ ويتمدد الشرخ الدقيق داخل الهيكل الصلب بشكل غير مرئي. يعاني الفحص بالموجات فوق الصوتية التقليدي أحادي البلورة (UT) اليدوي من انخفاض الكفاءة (حوالي 30 دقيقة لكل خط لحام)، ويعتمد تحديد موقع العيب على خبرة المشغل، ولا يمكنه حفظ بيانات التصوير. يستخدم نظام KL-WELD-PAUT تقنية الموجات فوق الصوتية بالمصفوفة الطورية (PAUT) ذات 64 عنصرًا، ويستند مستوى فحص اللحام ومعايير التقييم إلى معيار GB/T 11345-2023 ومتطلبات جودة لحامات التحمل في معيار ISO 4301 / FEM 1.001 "مواصفة تصميم الرافعات". وبالاقتران مع أسلوب توقيت الحيود (TOFD) ونموذج تصنيف العيوب بالذكاء الاصطناعي، يتم تحقيق التصوير السريع والقياس الكمي الدقيق والتعرف على نوع عيوب اللحام. يستغرق فحص خط اللحام الواحد من 5 إلى 8 دقائق فقط، وتبلغ دقة قياس ارتفاع الشرخ ±1 مم، ودقة تصنيف العيوب 92%.

مبدأ الفحص بالموجات فوق الصوتية بالمصفوفة الطورية ومكونات النظام

يتمثل جوهر نظام KL-WELD-PAUT من كيلود للصناعات الثقيلة في مسبار مصفوفة طورية يحتوي على 64 عنصرًا (بتردد مركزي 5MHz، ومسافة بين العناصر 0.6mm، وفتحة إجمالية 38.4mm)، إلى جانب بطاقة إرسال/استقبال بالموجات فوق الصوتية متعددة القنوات (64:64 بالتوازي، جهد إرسال قابل للضبط من 50 إلى 200 فولت، وكسب من 0 إلى 80dB). تحقق تقنية المصفوفة الطورية التركيز الإلكتروني وانحراف الحزمة الصوتية من خلال التحكم في وقت تأخير الإرسال لكل عنصر: يؤدي حساب قوانين التركيز إلى تراكب الموجات الصوتية لجميع العناصر في الطور عند العمق المستهدف، ويبلغ حجم نقطة التركيز حوالي 1.2mm (عند عمق 40mm)، وتكون الدقة الجانبية أفضل بكثير من مسبار أحادي البلورة. أثناء الفحص، يتحرك المسبار خطيًا على طول خط اللحام بتشغيل من المشفر، بخطوة 0.5mm، ويغطي عرض اللحام 35mm في المرة الواحدة.

يدعم النظام ثلاثة أوضاع للمسح:

المسح المروحي (S-scan) — نطاق الزاوية من −45° إلى +45° بخطوة 1°، مناسب للحام الزاوية ووصلات T.

المسح الخطي (E-scan) — حركة خطية إلكترونية بطول 35mm، مناسب للحام التناكبي.

المسح بالتركيز (Focal Law) — تركيز منفصل لكل عمق، مناسب للحامات الرقيقة حتى ≤20mm.

تُعرض البيانات المجمعة في الوقت الفعلي كصورة مسح مروحي (S-scan)، حيث تحتوي كل لقطة على 2,048 نقطة بيانات لمسح A. بعد اكتمال المسح، يتم إنشاء ثلاثة إسقاطات متعامدة تلقائيًا: عرض علوي (C-scan)، وعرض جانبي (B-scan)، وعرض طرفي (D-scan). تُحفظ بيانات مسح خط اللحام بالكامل بتنسيق DICONDE القياسي، مما يدعم التحليل دون اتصال والمقارنة التاريخية.

منهجية التقييم الكمي للشروخ

يتم القياس الكمي الدقيق لارتفاع الشرخ باستخدام أسلوب توقيت الحيود (TOFD). عندما تصطدم الموجات فوق الصوتية بطرف الشرخ، تتولد موجات حيود بدلاً من موجات انعكاس، ويكون مسار انتشار موجة الحيود من مسبار الإرسال إلى طرف الشرخ ثم إلى مسبار الاستقبال. من خلال القياس الدقيق لزمن انتشار موجة الحيود (t)، وباستخدام المسافة بين مركزي المسبارين (2S) وسرعة الصوت (c)، يُحسب عمق طرف الشرخ بالمعادلة d=√[(ct/2)²−S²]. إن فرق زمن وصول موجات الحيود من الطرف العلوي والسفلي يقابل مباشرة ارتفاع الشرخ (h). يحتوي نظام KL-WELD-PAUT على خوارزمية TOFD تلقائية مدمجة، يمكنها التعرف تلقائيًا على إشارات الحيود من الطرفين العلوي والسفلي في صورة المسح المروحي، وتصل دقة قياس ارتفاع الشرخ إلى ±1mm (في نطاق سمك من 10 إلى 50mm).

يُقاس طول الشرخ باستخدام أسلوب هبوط 6dB: يتم تحريك المسبار على طول خط اللحام، وعندما تنخفض سعة صدى الانعكاس من نهاية الشرخ إلى نصف السعة القصوى (−6dB)، يُسجل موضع المسبار — المسافة بين موضعي −6dB الأيسر والأيمن هي طول الشرخ. بالنسبة لتحديد موضع العيوب المتعددة الطبقات في اتجاه العمق، يستخدم النظام معلومات المسار والزاوية في صورة المسح الجانبي (B-scan)، ويحسب الإحداثيات الدقيقة للعيب في مقطع اللحام (العمق من السطح d والإزاحة الأفقية من مركز اللحام x) باستخدام الدوال المثلثية. تُوضع جميع نتائج القياس تلقائيًا على صورتي المسح الجانبي (B-scan) والمسح العلوي (C-scan)، ويُولد تقرير فحص اللحام. يستند معيار الفحص إلى GB/T 11345-2023 "الفحص غير المتلف للحامات - الفحص بالموجات فوق الصوتية - التقنية، ومستوى الفحص، والتقييم".

تصنيف العيوب بالذكاء الاصطناعي والتحقق الهندسي

يضم النظام نموذج تصنيف العيوب القائم على الشبكات العصبية التلافيفية (CNN)، حيث تُستخدم صور التردد الزمني بأبعاد 128×128 بكسل من مسح S كمدخلات، ويُخرج احتمالات ست فئات من العيوب: الشرخ، عدم الانصهار، عدم الاختراق، المسامية، شوائب الخبث، والتقوس. تم تدريب النموذج على 3,800 مجموعة بيانات معايرة تم التحقق منها بتقنية TOFD والفحص المعدني، وبلغت دقة التصنيف 92.3%. كما بلغ معدل استدعاء فئة الشرخ (معدل الاكتشاف) 95.1%، بينما بلغ معدل الإنذار الكاذب 4.8%. يقوم النظام تلقائيًا بتحديد العيوب عالية الخطورة ووضع علامات على إحداثياتها في الإسقاط ثلاثي الأبعاد.

في اختبار لحام تناكبي للعارضة الرئيسية لرافعة علوية بسعة 32 طنًا في أحد أحواض بناء السفن، اكتشف النظام عيبين من عدم الانصهار الجذري بطول 8 مم و14 مم (بعمق دفن 18 مم و22 مم)، وبعد إعادة الفحص بالموجات فوق الصوتية (UT) والتحقق بالطحن الموضعي، كان انحراف حجم العيب ضمن النطاق المطلوب. تؤكد هذه الحالة موثوقية نظام PAUT+AI في التطبيقات الهندسية الفعلية. خلال 12 شهرًا من الاستخدام المستمر، فحص النظام 486 خط لحام، واكتشف 37 عيبًا (منها 9 شروخ، 14 حالة عدم انصهار، 8 مسامية، و6 شوائب خبث)، بنسبة تطابق 94.6% مع التحقق التدميري. مقارنة بالفحص العشوائي بالموجات فوق الصوتية التقليدي، ارتفع معدل اكتشاف العيوب لنظام PAUT+AI من 78% إلى 96%، وانخفض معدل الفواقد من 22% إلى 4%، مما قلل بشكل كبير من مخاطر فشل خط اللحام.

تطبيقات الفحص الميداني وحالات هندسية

نظام KL-WELD-PAUT مناسب للفحص الميداني لمختلف لحامات التحمل في الرافعات العلوية، ويغطي السيناريوهات النموذجية مثل اللحام التناكبي للعارضة الرئيسية (سماكة الصفيحة 10~50 مم)، ولحام الزاوية على شكل T بين العربة الطرفية والعارضة الرئيسية (مقاس رجل اللحام 6~16 مم)، ولحامات تجميع هيكل العربة، ولحامات لوحة تثبيت السكة. بالنسبة لمختلف سماكات الصفائح وأشكال اللحام، يطابق النظام تلقائيًا إعدادات المسبار ومعاملات عملية الفحص: للسماكات 10~20 مم يُستخدم مسبار 5MHz بـ64 عنصرًا مع مسح TOFD المشترك؛ وللسماكات 20~40 مم يُستخدم مسبار 4MHz بـ64 عنصرًا مع زاوية المسح المروحي −60°~+60°؛ أما للسماكات 40~50 مم فيتطلب مسحًا مزدوجًا من الجانبين أو استخدام مسبار منخفض التردد 2.5MHz.

في الفحص السنوي للحامات العارضة الرئيسية لرافعة جسرية بسعة 40 طنًا في أحد الموانئ، أكمل النظام مسح PAUT وتحليل AI لـ32 خط لحام بطول إجمالي 48 مترًا خلال 12 ساعة، واكتشف 7 عيوب (شرخان، 3 حالات عدم انصهار، وحالتا مسامية). بعد إعادة الفحص بالموجات فوق الصوتية والتحقق بالطحن الموضعي، كان انحراف تحديد حجم الشروخ 0.8 مم و1.1 مم (كلاهما ضمن نطاق ±1.5 مم المطلوب في التصميم)، وبلغت دقة تصنيف العيوب 100%. وأشار قسم المعدات في الميناء إلى أن حل PAUT+AI قلص دورة الفحص السنوي للحامات من 5 أيام إلى 1.5 يوم، كما حقق الأرشفة الرقمية إدارة قابلة للتتبع لحالة سلامة اللحامات. تم تطبيق خدمة فحص اللحامات من كيلود للصناعات الثقيلة في 12 مصنع صلب، و8 موانئ، و6 شركات تصنيع، مع فحص تراكمي لأكثر من 2,800 خط لحام.

مقارنة تقنيات الكشف

الأسئلة الشائعة