تُسجّل شهادة اختبار الصدم نتائج اختبارات صدم Charpy V-notch المُجراة على عينات مقطوعة من مادة أو لحام. تُحدّد مقاومة المادة للكسر الهش عند درجة حرارة منخفضة محددة — وهي خاصية حيوية للأوعية الضاغطة وخطوط الأنابيب والمكوّنات الهيكلية العاملة في درجات حرارة دون المحيطة.
الإجابة السريعة
Quick Answer
تُبلّغ شهادة اختبار صدم Charpy عن الطاقة الممتصة (بالجول أو ft-lbs) المقاسة عند ضرب عينة مشقوقة بمطرقة بندول عند درجة حرارة محددة. تُستخدم للتحقق من استيفاء المادة لمتطلبات المتانة الدنيا في المواصفة أو الكود المعتمد، لا سيما لتطبيقات الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة أو التبريد العميق.
لماذا تهم متانة الصدم
يمكن للمعادن أن تُظهر انتقالاً من الكسر المطيل إلى الكسر الهش (DBTT) مع انخفاض درجة الحرارة. فوق درجة حرارة الانتقال، يكون الفشل مطيلاً (يمتص طاقة كبيرة، ويتشوه بلاستيكياً). تحتها، يكون الفشل هشاً (طاقة ممتصة منخفضة، تشوه ضئيل، كارثي).
في الفولاذ الكربوني ومنخفض السبائك، يحدث هذا الانتقال في نطاق -50°C إلى +50°C حسب التركيب والبنية المجهرية. لا تُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ومعظم سبائك النيكل DBTT وتبقى مطيلة عند درجات الحرارة المتجمدة.
تستلزم الأوعية الضاغطة العاملة في المناطق الباردة وتطبيقات التبريد العميق وتطبيقات LNG مواد تتمتع بحد أدنى مضمون من المتانة عند الحد الأدنى لدرجة حرارة التصميم للمعدن (MDMT) لمنع الكسر الهش الكارثي.
طريقة اختبار Charpy V-Notch
هندسة العينة: قضيب مقاسه 10 مم × 10 مم × 55 مم مع شق على شكل حرف V عمقه 2 مم وزاوية 45° عند منتصف الطول. تُستخدم العينات الأصغر حجماً (7.5 مم × 10 مم أو 5 مم × 10 مم) عندما لا يكفي سُمك المادة لعينات كاملة الحجم.
إجراء الاختبار (ASTM A370، EN ISO 148-1):
- تُبرَّد العينة (أو تُسخَّن) إلى درجة حرارة الاختبار المحددة في حمام سائل وتُنقل إلى سندان الاختبار خلال 5 ثوانٍ من الإزالة
- تضرب مطرقة بندول 300 جول (أو أكبر) العينة على الوجه المقابل للشق
- تُقاس الطاقة الممتصة من قِبل العينة عند كسرها من الارتداد المتبقي للبندول
- تُفحص سطح الكسر — قد تُبلَّغ أيضاً نسبة مساحة القص والتمدد الجانبي
الوحدات: الجول (J) وفق المعايير الأوروبية؛ قدم-رطل (ft-lb) وفق ASTM. المعادلة: 1 ft-lb = 1.356 J.
اختيار درجة حرارة الاختبار
تُختار درجة حرارة الاختبار بناءً على MDMT للمعدة:
| المعيار | قاعدة درجة حرارة الاختبار |
|---|---|
| ASME VIII-1 | وفق منحنيات اختبار الصدم UCS-66/UCS-66M، أو MDMT المعلّمة على اللوحة |
| ASME B31.3 | مماثل لـ VIII-1 لمنحنيات مواد الأنابيب |
| EN 13480 | أدنى درجة حرارة تشغيل (LOT) أو درجة حرارة التصميم، أيهما أقل |
| API 5L PSL2 | محددة في تسمية درجة الأنبوب (مثلاً X65 QO عند -20°C) |
| EN 10028-3 | درجة حرارة اختبار محددة للدرجة (مثلاً P355NL1 مختبَرة عند -40°C) |
لتأهيل إجراءات اللحام (ASME IX QW-406.31)، تُحدد درجة حرارة اختبار Charpy المطلوبة بواسطة الكود المرجعي (مثلاً ASME VIII-1 أو B31.3) عند استدعاء اختبار الصدم كمتغير أساسي تكميلي.
متطلبات الطاقة الدنيا
تتباين معايير القبول حسب الكود والتطبيق. المعايير الشائعة:
| المعيار / التطبيق | متوسط الطاقة الدنيا | الحد الأدنى للقيمة المنفردة |
|---|---|---|
| ASME VIII Div. 1 (UG-84) | 27 J (20 ft-lb) للحجم الكامل | 19 J (14 ft-lb) |
| EN 10028-4 (صفيحة مبردة) | 27–47 J حسب الدرجة | 70% من متوسط الحد الأدنى |
| API 5L PSL2 (جسم) | 40 J (29 ft-lb) لـ X65 وما فوق | 27 J (20 ft-lb) |
| NORSOK MDS (Y30) | 45 J متوسط عند -46°C | 30 J |
| DNV-ST-F101 خطوط أنابيب تحت البحر | 100 J كحد أدنى حسب الدرجة | — |
للعينات الأصغر، تُخفَّض القيم الدنيا بنسبة. تحدد ASME VIII-1 UG-84(b)(4) معاملات التصحيح.
ما يجب أن تتضمنه شهادة اختبار الصدم
- تعريف المادة — رقم الصهر/الدفعة، المواصفة، الدرجة، شكل المنتج، الأبعاد
- مختبر الاختبار — الاسم، رقم الاعتماد ISO 17025
- معيار الاختبار المعمول به — ASTM A370 أو EN ISO 148-1
- أبعاد العينة — كاملة أو أصغر حجماً (اذكر معامل التخفيض إن كان مطلوباً)
- اتجاه الشق — عرضي (T-L أو T-S) أو طولي (L-T) نسبةً لاتجاه الدرفلة؛ يؤثر الاتجاه تأثيراً كبيراً على النتائج
- درجة حرارة الاختبار — المحددة والفعلية (درجة حرارة الحمام مع مرجع المعايرة)
- نتائج العينات الفردية — الطاقة الممتصة لكل عينة (عادةً 3 عينات لكل مجموعة)
- متوسط الطاقة الممتصة — محسوب من الثلاث نتائج
- مظهر الكسر — نسبة مساحة القص (إذا كانت مطلوبة)
- التمدد الجانبي (إذا اشترطته المواصفة)
- نجاح / إخفاق وفق معايير القبول المُصرَّح بها
- توقيع الفني وتفويض المختبر
اختبار صدم اللحام (PQR)
عند اشتراط اختبار الصدم لتأهيل إجراء اللحام، تُقطع العينات من ثلاثة مواقع:
- معدن اللحام (WM): عينات مُمركزة في رسوب اللحام
- خط الاندماج (FL): شق مُمركز على خط الاندماج بين اللحام والمعدن الأساسي
- المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ): شق على بُعد 2 مم من خط الاندماج داخل HAZ
يجب أن تستوفي جميع المجموعات الثلاث متطلبات الطاقة الدنيا. نتائج HAZ هي الأصعب اجتيازاً في الغالب لأن البنية المجهرية في HAZ ذات الحبيبات الخشنة تميل إلى أن تكون أقل متانة من المعدن الأساسي أو رسوب اللحام.
ما الفرق بين اختبار صدم Charpy واختبار Izod؟
يقيس كلاهما الطاقة الممتصة في عينة مشقوقة تضربها مطرقة بندول. عينة Charpy مدعومة من طرفيها وتُضرب في المنتصف؛ أما عينة Izod فهي رافعة معلقة (مثبتة من طرف واحد) وتُضرب بالقرب من الشق. Charpy هو المعيار للمعادن في أكواد المعدات الصناعية والضاغطة. يُستخدم Izod أساساً في اختبار المواد البلاستيكية.
هل يستلزم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي اختبار صدم Charpy؟
لا في الغالب. لا تُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (سلسلة 300) وسبائك النيكل ومعظم السبائك غير الحديدية انتقالاً من الكسر المطيل إلى الهش وتحافظ على متانة جيدة في درجات الحرارة المتجمدة. تُعفي ASME VIII-1 هذه المواد من اختبار الصدم في معظم التطبيقات. غير أن معدن اللحام في اللحامات الأوستنيتية قد يخضع لاختبار الصدم عند اشتراط ذلك صراحةً في الكود المرجعي.
ما الذي يجعل صهرة فولاذ تفشل في اختبار صدم Charpy؟
الأسباب الشائعة: ارتفاع نسبة الكبريت والفوسفور (تُقلل الشوائب الكبريتية من المتانة)، وخشونة الحبيبات من المعالجة الحرارية الخاطئة، وارتفاع الكربون أو انخفاض المنغنيز، ووجود هياكل بينيتية أو مارتنزيتية من التبريد السريع، واتجاه غير صحيح للعينة (استخدام عينات طولية حيث تُشترط عرضية).
هل يمكن إعادة اختبار نتائج الصدم إذا فشلت إحدى العينات؟
نعم، وفق بروتوكول إعادة اختبار محدد. يسمح ASTM A370 المتطلب التكميلي S5 وEN ISO 148-1 بإعادة الاختبار إذا لم يكن إلا عينة واحدة فقط تحت الحد الأدنى المنفرد ولا يزال المتوسط يستوفي الحد الأدنى. يمكن إجراء إعادة اختبار على ثلاث عينات إضافية؛ يجب أن تستوفي جميعها متوسط الحد الأدنى، ولا يجوز أن تنخفض أي عينة منفردة إلى ما دون ثلثي متوسط الحد الأدنى.
ما هو MDMT وكيف يرتبط باختبار الصدم؟
MDMT (الحد الأدنى لدرجة حرارة التصميم للمعدن) هو أدنى درجة حرارة يُصمَّم الوعاء الضاغط للعمل عندها في الخدمة المضغوطة الكاملة. تشترط ASME VIII-1 إخضاع المادة ولحاماتها لاختبار الصدم عند MDMT أو تحته، إلا إذا كانت مجموعة من درجة المادة والسُّمك ودرجة الحرارة تقع ضمن منحنيات الإعفاء في UCS-66. يُعلَّم MDMT بشكل دائم على لوحة الوعاء المكتمل.
Ready to automate your certificate workflow?
Try TestCert free