بازرسی‌های کیفیت در کارگاه‌های فولادی: محصولات عاری از نقص

اهمیت بازرسی‌های کیفی در عملیات کارگاه فولادی

پیشگیری از شکست‌های ساختاری از طریق تشخیص زودهنگام نقص در ساخت فولادی

بررسی اجزای کارگاه فولاد در مراحل اولیه به شناسایی مشکلات قبل از تبدیل شدن به مسائل بزرگ کمک می‌کند. برای مثال، آزمون‌های غیرمخرب از جمله اسکن‌های فراصوتی می‌توانند ترک‌های پنهان زیر سطح جوش‌ها را تشخیص دهند. در همین حال، کارگرانی که در حین تولید بازرسی‌های بصری انجام می‌دهند، اغلب مشکلات سطحی مانند حفره‌ها یا جوش‌های نامناسب که ظاهر مناسبی ندارند را متوجه می‌شوند. گزارش‌های صنعتی چیز جالبی را نیز نشان می‌دهند. کارگاه‌هایی که به جای انتظار برای ظهور مشکلات، به طور منظم از رویه‌های بازرسی پیروی می‌کنند، حدود ۸۰ درصد کاهش در شکست‌های ساختاری را تجربه می‌کنند. این موضوع از نظر ایمنی و هزینه‌های بلندمدت تفاوت بسیار زیادی ایجاد می‌کند.

مزایای اقتصادی کاهش کارهای اضافی و ضایعات در تولید کارگاه فولاد

بازرسی‌های پیشگیرانه ضایعات مواد را در فرآیندهای معمول ساخت فولاد بین ۲۳ تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند. گزارش مؤسسه آمریکایی سازه‌های فولادی (AISC) در سال ۲۰۲۲، ارتباط مستقیمی بین فراوانی بازرسی و کارایی هزینه‌ها نشان می‌دهد: کارگاه‌هایی که در حین تولید تیرها، هر ساعت بازرسی ابعادی انجام می‌دادند، هزینه‌های بازکاری را به میزان ۱۴۷ دلار در تن کاهش دادند.

ادغام پروتکل‌های استاندارد شده بازرسی در جریان کار روزانه کارگاه‌های فولادی

مجهزترین واحدها از چک‌لیست‌های بازرسی سه‌مرحله‌ای استفاده می‌کنند:

1. تأیید مواد اولیه مطابق با استانداردهای ASTM A6/A6M
2. بررسی‌های همترازی در حین فرآیند با استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری لیزری
3. صدور گواهی محصول نهایی همراه با مدارک دیجیتال
   این رویکرد سیستماتیک در یک مطالعه ۱۲ ماهه از ۴۲ کارگاه فولادی، خطاهای رویه‌ای را به میزان ۶۷ درصد کاهش داد.

بینش داده‌ها: کاهش ۷۳ درصدی بازکاری از طریق بازرسی‌های مرحله اولیه (منبع: AISC، ۲۰۲۲)

مطالعه مبنایی AISC در سال ۲۰۲۲ از ۲۱۴ کارگاه فولادی نشان داد که واحدهایی که از سیستم‌های بازرسی فازی استفاده می‌کنند، موارد زیر را کاهش داده‌اند:

کارگاه‌هایی که سیستم‌های بازرسی نوری خودکار را اتخاذ کرده‌اند، برجسته‌ترین نتایج را داشته‌اند، همان‌طور که در این مطالعه جامع درباره رویه‌های کیفیت صنعتی آمده است.

معمول‌ترین عیوب موجود در فرآیندهای ساخت کارگاه فولاد

عیوب جوش مانند تخلخل، ترک‌خوردگی و عدم ادغام کامل که یکپارچگی فولاد را تضعیف می‌کنند

بیش از ۴۰ درصد مشکلات سازه‌های فولادی در کارگاه‌ها در واقع ناشی از مسائل مربوط به جوشکاری است. عوامل اصلی شامل مواردی مانند تخلخل (porosity) که در آن گاز درون جوش به دام می‌افتد، ترک‌های ایجاد شده حین فرآیند جوشکاری، و مناطقی است که در آن فلز به درستی به هم متصل نمی‌شوند. تمام این مشکلات باعث ایجاد نقاطی می‌شوند که زودتر از موعد از بین می‌روند و سریع‌تر خوردگی پیدا می‌کنند. در اغلب موارد، این مشکلات زمانی رخ می‌دهند که کارگران از ترکیب نادرست گازهای محافظ استفاده می‌کنند، الکترودهای کثیف در دسترس دارند، یا اجازه می‌دهند فلز پس از جوشکاری خیلی سریع سرد شود. به همین دلیل شرکت‌های بزرگ در صنعت ساخت‌وساز اصرار دارند که بر روی جوش‌های مهم آزمون‌های فراصوتی انجام شود. این کار به تشخیص مشکلات پنهان در عمق فلز کمک می‌کند، خیلی قبل از اینکه هر قطعه‌ای در کار سرهم شود.

ناسازگاری مواد ناشی از تهیه نادرست، نگهداری یا انبارش در کارگاه‌های فولاد

وقتی ورق‌های فولاد ساختاری در شرایط مرطوب نگهداری می‌شوند، معمولاً لایه‌های اکسید فلز (میل اسکیل) یا زنگ‌زدگی روی سطح آنها ایجاد می‌شود. این پوشش‌ها می‌توانند به‌طور قابل توجهی استحکام جوش‌ها را کاهش دهند و گاهی مقاومت نفوذ را تا سی درصد کاهش دهند. مشکل دیگری ناشی از تغییرات در ترکیب فلزات است. این موضوع زمانی که با تأمین‌کنندگانی که مجوزهای لازم را ندارند کار می‌شود، اتفاق می‌افتد. آلیاژهای مختلف هنگام گرم شدن با نرخ‌های متفاوتی منبسط می‌شوند که این امر باعث بروز انواع مشکلات در طول فرآیند ساخت می‌شود. با این حال، کارگاه‌هایی که از استانداردهای تأیید مواد ASTM A6/A6M-22 استفاده می‌کنند، به نظر می‌رسد نتایج بهتری داشته باشند. بر اساس برخی گزارش‌های صنعتی، این کارگاه‌ها حدود نصف تعداد مشکلات پیچشی در محصولات نهایی خود را نسبت به کارگاه‌هایی که چنین پروتکل‌هایی را اجرا نمی‌کنند، تجربه می‌کنند.

ناقص‌های ابعادی ناشی از خطاهای ماشین‌کاری یا اندازه‌گیری در تولید حجم بالا

وقتی مراکز ماشین‌کاری CNC بیش از حدود ۸۵ درصد از ظرفیت روزانه خود کار کنند، ابزارها شروع به انحراف با نرخی تقریباً سه برابر حد معمول می‌کنند. این امر منجر به مشکلات قابل توجهی در دقت می‌شود و معمولاً باعث انحراف‌هایی بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ میلی‌متر در همان نقاط حساس و مهم اتصالات می‌گردد. با این حال، انجام بررسی‌های تراز لیزری حدوداً هر چهار تا شش ساعت تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. این بازرسی‌های منظم خطاهای موقعیت‌یابی را در واحدهایی که به حداکثر تولید نزدیک هستند، تقریباً ۸۰ درصد کاهش می‌دهند. و چیز مهم دیگری را فراموش نکنیم: مشکلات کوچک ابعادی در ستون‌های تحمل‌کننده بار ممکن است در نگاه اول بی‌اهمیت به نظر برسند، اما در زمان وقوع زلزله یا فعالیت‌های لرزه‌ای دیگر، این نقص‌های کوچک می‌توانند منجر به فروپاشی کامل سیستم‌های سازه‌ای شوند.

تکنیک‌های پیشرفته بازرسی برای خروجی‌های بدون نقص کارگاه فولاد

روش‌های آزمون غیرمخرب (NDT): آزمون‌های فراصوتی و رادیوگرافی در محیط‌های فولادی

امروزه فروشگاه‌های فولادی از آزمون اولتراسونیک، که به اختصار UT نامیده می‌شود، برای تشخیص مشکلات پنهان درون قطعات فلزی مانند ترک‌ها و حباب‌های هوا استفاده می‌کنند. آنها امواج صوتی با فرکانس بالا را از طریق ماده عبور می‌دهند و به دنبال تغییراتی می‌گردند که نشان‌دهنده وجود مشکلی باشد. روش دیگری به نام آزمون رادیوگرافی، که اغلب به آن RT گفته می‌شود، وجود دارد که به شیوه‌ای متفاوت عمل می‌کند اما هدف یکسانی دارد. با عبور پرتوهای ایکس از جوش‌ها و ساختارهای دیگر، تکنسین‌ها می‌توانند آنچه در درون قطعات باربری رخ می‌دهد را مشاهده کنند که امکان بررسی آن فقط از طریق ظاهر وجود ندارد. بر اساس آخرین گزارش ساخت و ساز فولادی که در سال ۲۰۲۴ منتشر شده است، با ترکیب این روش‌ها با بازرسی‌های مرئی منظم، تولیدکنندگان تقریباً نصف دیگر از عیوب را نسبت به حالتی که این روش‌ها را به کار نمی‌بردند، شناسایی می‌کنند. و بهترین قسمت اینجاست؟ خود مواد در طول تمام این فرآیند بازرسی دست‌نخورده باقی می‌مانند.

بازرسی بصری و آزمون نفوذ مایع برای تشخیص نقص‌های سطحی

بازرسی سطح همچنان برای شناسایی مشکلاتی مانند خراش، حفره‌ها و پاشش جوش ضروری است. آزمون نفوذ مایع، بازرسی‌های بصری را با برجسته کردن ترک‌های ریز از طریق عمل مویینگی تقویت می‌کند و ناپیوستگی‌های سطحی با عرض کمتر از ۰٫۵ میلی‌متر را آشکار می‌سازد و برای ارزیابی‌های اولیه به تجهیزات تخصصی نیازی ندارد.

سیستم‌های بازرسی نوری خودکار که دقت و کارایی را در کارگاه‌های فولاد مدرن افزایش می‌دهند

سیستم‌های بینایی ماشین اکنون در شرایط نوری کنترل‌شده به دقت ۹۹٫۷٪ در تشخیص نقص دست یافته‌اند و بیش از ۱۵۰ قطعه در دقیقه را پردازش می‌کنند. مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۳ در مجله فرآیندهای ساخت منتشر شد، نشان داد این سیستم‌ها انحرافات ابعادی را تا حدود ±۰٫۰۲ میلی‌متر تشخیص می‌دهند که در کاربردهای حساس به تلرانس، ۱۲ برابر بهتر از توانایی بازرسی انسان عمل می‌کند.

مطالعه موردی: آزمون فراصوتی آرایه فازی نرخ گریز عیب را در یک کارگاه فولاد در منطقه میدوست به میزان ۶۸٪ کاهش داد

یک تولیدکننده فولاد سازهای از آزمون فازآرایه‌ای برای جوش‌های پیچیده تیرهای I شکل استفاده کرد و زوایای متعدد فراصوتی را در بازرسی‌های تک‌مرحله‌ای ترکیب نمود. در طی ۱۸ ماه، این روش زمان بازرسی هر اتصال را از ۴۵ دقیقه به ۱۲ دقیقه کاهش داد، ۳۲٪ عیوب زیرسطحی بیشتری نسبت به روش معمولی فراصوتی شناسایی کرد و ادعاهاي ضمانت را به‌طور سالانه از طریق تشخیص زودهنگام نقص‌ها به میزان ۴۲۰ هزار دلار کاهش داد.

ادغام فناوری برای نظارت بر کیفیت در زمان واقعی در کارگاه‌های فولاد

سنسورهای اینترنت اشیا و تحلیل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی که کنترل مداوم کیفیت را در عملیات کارگاه فولاد ممکن می‌سازند

امروزه کارگاه‌های فولاد شروع به استفاده از آن سنسورهای کوچک اینترنت اشیا در همه جا کرده‌اند. این سنسورها چیزهایی مانند دمای حین تولید، تنظیمات دستگاه‌های جوشکاری و حتی زمانی که مواد شروع به نشان دادن علائم تنش می‌کنند را پایش می‌کنند. تمام این اطلاعات به نرم‌افزار هوشمندی مبتنی بر هوش مصنوعی منتقل می‌شود که نقص‌های بسیار ریزی را شناسایی می‌کند که انسان‌ها قادر به دیدن آنها نیستند. صحبت از نقص‌هایی به اندازه ۰٫۰۴٪ کمتر از حدی است که چشم ما قادر به تشخیص آن باشد. طبق تحقیقات سال گذشته، کارگاه‌هایی که این بررسی‌های کیفیت لحظه‌ای را اجرا کرده‌اند، شاهد کاهش تقریباً ۶۰٪ی ضایعات خود بوده‌اند. قابل توجه است، با این حال همچنان توانسته‌اند دقت محصولات خود را در اندازه‌گیری‌های ابعادی بین دسته‌های مختلف تولید در حد ۹۹٫۷٪ حفظ کنند.

فناوری دیجیتال دوقلو برای نگهداری پیش‌بینانه و زمان‌بندی فعالانه بازرسی

سازندگان فولادی که می‌خواهند پیش از دیگران حرکت کنند، امروزه به طور فزاینده‌ای به استفاده از دوقلوهای دیجیتال روی می‌آورند. این نسخه‌های مجازی خطوط تولید واقعی به آن‌ها امکان می‌دهند تا نقاطی را که تنش در آن‌ها ایجاد می‌شود مشاهده کنند و مشکلات احتمالی تجهیزات را تقریباً سه روز قبل از وقوع شناسایی کنند. بررسی اخیر داده‌های مربوط به کارایی تولید این موضوع را تأیید می‌کند و نشان می‌دهد که کارخانه‌هایی که از نگهداری پیش‌بینانه استفاده می‌کنند، در صنایعی که ماشین‌آلات تحت فشار شدید قرار دارند، حدود ۴۰٪ از خاموشی‌های غیرمنتظره کاسته‌اند. کارگاه‌هایی که این روش را اجرا می‌کنند، معمولاً خطاهای خود در فرآیندهای ماشین‌کاری را حدود یک سوم کاهش می‌دهند و در عین حال توانایی انجام دو برابر بررسی کیفیت در هر ماه را دارا می‌شوند، و همه این‌ها بدون استخدام نیروی اضافی برای کارهای بازرسی.

استانداردهای انطباق و گواهی‌نامه در تضمین کیفیت کارگاه‌های فولادی

رعایت استانداردهای AWS D1.1 و ISO 3834 در رویه‌های بازرسی کارگاه‌های فولادی

فروشگاه‌های فولادی زمانی نتایج بهتری کسب می‌کنند که از استانداردهای شناخته‌شده صنعتی مانند AWS D1.1 برای جوشکاری سازه‌ای و ISO 3834 که قوانین کیفیت را برای فرآیندهای جوشکاری اتصالی تعیین می‌کند، پیروی کنند. این استانداردها نیازمند بازرسی‌های منظم ابزارهای اندازه‌گیری هستند تا دقت آنها در حدود نیم میلی‌متر حفظ شود. همچنین خواسته می‌شود سوابق دقیقی از عمق جوش و آنچه در ناحیه اطراف آن که تحت تأثیر حرارت قرار گرفته است ثبت شود. علاوه بر این، سیستم‌هایی برای ردیابی منشأ مواد و تأیید همخوانی آنها با مشخصات آلیاژ مناسب وجود دارد. واحدهایی که به تمام این موارد پایبند باشند بهبودهای چشمگیری نیز تجربه می‌کنند. طبق تحقیقات انجام‌شده روی بیش از ۱۰۰ شرکت ساخت‌وساز در آمریکای شمالی، کارگاه‌های دارای گواهی، مشکلات ابعادی را حدود ۴۰ درصد و مشکلات جوشکاری را تقریباً دو سوم نسبت به مراکز بدون گواهی مناسب کاهش داده‌اند.

نقش بازرسی‌های شخص ثالث در تأیید تولید عاری از نقص

حسابرسان مستقل، جریان کارهای کارگاه فولاد را نسبت به 23 شاخص عملکرد حیاتی ارزیابی می‌کنند، از جمله:

تأیید شخص ثالث، اعتماد مشتری را در پروژه‌های زیرساختی به میزان ۷۸ درصد افزایش می‌دهد، همان‌طور که در یک نظرسنجی سال ۲۰۲۳ از ۴۵ شرکت مهندسی نشان داده شده است. کارگاه‌هایی که همراه با ممیزی‌های سالانه برگزار می‌شوند، ۹۲ درصد سریع‌تر مجوز پروژه‌های با مشخصات بالا مانند سازه‌های مقاوم در برابر زلزله را دریافت می‌کنند.

‫سوالات متداول‬

چرا بازرسی‌های کیفی در کارگاه‌های فولاد ضروری هستند؟

بازرسی‌های کیفی به تشخیص زودهنگام نقص‌ها کمک می‌کنند، از شکست‌های احتمالی سازه‌ای جلوگیری می‌کنند و بازکاری و ضایعات را به حداقل می‌رسانند که منجر به مزایای اقتصادی قابل توجهی می‌شود.

معمول‌ترین نقص‌های یافت‌شده در ساخت فولاد چیست؟

نقص‌های متداول شامل مشکلات جوشکاری مانند تخلخل و ترک، ناسازگاری مواد ناشی از تهیه نادرست مواد اولیه و نقص‌های ابعادی ناشی از خطاهای ماشین‌کاری هستند.

چگونه فناوری می‌تواند نظارت بر کیفیت را در کارگاه‌های فولاد بهبود بخشد؟

فناوری‌هایی مانند حسگرهای اینترنت اشیا (IoT)، تحلیل‌های هوش مصنوعی و دوقلوهای دیجیتال، کنترل کیفیت بلادرنگ، نگهداری پیش‌بینانه و برنامه‌ریزی فعال بازرسی را ممکن می‌سازند.

کارگاه‌های فولاد باید به چه استانداردهایی پایبند باشند تا تضمین کیفیت فراهم شود؟

کارگاه‌های فولاد باید به استانداردهایی مانند AWS D1.1 و ISO 3834 پایبند باشند تا کیفیت و انطباق در روش‌های بازرسی آنها تضمین شود.