בדיקת נוזל חודר

בדיקה בעזרת נוזל חודר, המוכרת לרוב כ-"בדיקת נוזלים חודרים זוהרים" (Dye/Liquid penetrant inspection), היא שיטת בדיקה לא הורסת המאפשרת איתור אי רציפויות הפתוחות על פני השטח, לרוב בחומר מתכתי. השיטה משמשת כאשר לא ניתן לבצע בדיקת חלקיקים מגנטיים או על מנת לאמת תוצאות בדיקה באמצעות זרמי ערבולת.

השיטה מוכרת גם כזייגלו (Zyglo), שהיה המותג הראשון שהתבסס על השיטה.

שיטה זו התפתחה מבדיקת נוזל חודר שמנוני, שיטת בדיקה בה יוצקים נוזל שמנוני על פני החומר, מנגבים אותו ומפזרים אבקת גיר. במקום בו יש סדק מצטבר שומן הנספח אל הגיר ויוצר בו כתם, וכך מבחינים בסדק.

עקרונות ותכונות

השיטה משתמשת בנוזל מיוחד (Penetrant) המוחדר אל תוך אי רציפויות בחלק הנבדק ומאפשר את זיהויים.

נוזל הבדיקה מתאפיין בשילוב התכונות הבאות:
צמיגות - מידת ההתנגדות של החומר לשינוי צורה או זרימה.
מתח פנים - כוחות האחיזה בין-מולקולריים של הנוזל.
כושר הרטבה - יכולת הנוזל להמרח על פני השטח ולהרטיבו.
קפילריות - יכולת הנוזל לחדור לתוך אי רציפויות זעירות ולמקומות צרים. הקפילריות מבטאת את שילוב שלוש התכונות הבסיסיות, ולמעשה קובעת את רגישות הבדיקה.
 ניתן לבטא את הקפילריות בנוסחה הבאה:
 
 כאשר P היא הקפילריות הנדרשת, θ היא זווית המגע (כושר הרטבה גבוה פירושו זווית מגע נמוכה),  מציינת את מתח הפנים, ו-W היא רוחב מפתח אי הרציפות אל פני השטח.
 ניתן לראות בבירור שככל שרוחב אי הרציפות קטן יותר, כך נדרש כח קפילרי גדול יותר על מנת לחדור אליה.

סיווג חומרי הבדיקה
סיווג חומרי הבדיקה הוא לפי סוג החומר (type) שיטת הסרתו מפני השטח (method) ורמת רגישותו (level או sensitivity level):

לפי סוג 
 type I - נוזל בעל פיגמנטים של צבע פלואורסצנטי.
 type II - נוזל בעל פיגמנטים של צבע נראה לעין - לרוב אדום (מכונה "נוזל חודר צבעוני" או "צבע חודר").

הצבע הפלואורסצנטי עולה בסדר גודל אחד לפחות על הצבע הנראה לעין מבחינת רגישות הבדיקה (יכולת גילו פגמים קטנים) אך דורש תנאי בדיקה מיוחדים - חושך ומנורת אור אולטרה סגול, לעומתו הצבע החודר מתאים יותר לעבודות שטח כגון בדיקת ריתוכים, אך הוא אסור לשימושים תעופתיים.

לפי שיטת ההסרה 
החומר צריך להתאים לאופן בו יוסר:
 method A - צבע חודר שטיף במים
 method B - צבע חודר המוסר על ידי חומר מתחלב ליפופילי (על בסיס שמן).
 method C - צבע חודר המוסר על ידי ממס (אצטון, לדוגמה).
 method D - צבע חודר המוסר על ידי מתחלב הידרופילי (מהול במים).

שיטה C מתאימה בעיקר לבדיקה מקומית כגון בדיקת ריתוכים, בדיקות בתחזוקת מבנה המטוס וכדומה, והיא הנפוצה ביותר בבדיקות שטח כי ניתן ליישמה בקלות מתרסיסים.

שיטה B היא שיטה ישנה אשר כמעט ואינה בשימוש והוחלפה על ידי שיטה D.
בתעשייה השימוש הוא בשיטות A ו-D. הבחירה בין השיטות היא בהתאם לחשיבות החלק הנבדק וחספוס פני השטח שלו, לשיטת D ישנו יתרון בבקרה טובה יותר למניעת שטיפת יתר של הנוזל (הוצאתו מהפגם) אך בדרך כלל הצבע יהיה קשה יותר להסרה מפני השטח.

דוגמאות ליישומים:
 A - בדיקת יציקות, ריתוכים וחלקים שאינם קריטיים.
 D - בדיקת להבים וחלקים אחרים במנוע המטוס.

רמות רגישות 
חלוקה זו קיימת רק לחומרים הפלואורסצנטיים. להלן חמש דרגות הרגישות הקיימות:
 0.5 – רמת רגישות נמוכה מאוד
 1 – רמת רגישות נמוכה.
 2 – רמת רגישות בינונית.
 3 – רמת רגישות גבוהה.
 4 – רמת רגישות גבוהה מאוד.

גם בבחירת רמת הרגישות של החומר השיקולים הם חשיבות החלק וחספוס פני השטח שלו. כך לדוגמה חלקי מנוע המטוס יבדקו ברמת רגישות 3 או 4, ואילו חלקי מבנה יבדקו ברמת רגישות 2, רוב החלקים המיוצרים בתהליך יציקה יבדקו ברמת רגישות 2 או פחות.

סיווג זה מגדיר הן את תהליך הבדיקה הנדרש (בחוזה, שרטוט או כל מסמך דרישות אחר), והן את החומר הספציפי שישמש לבדיקה. בחירת החומר הספציפי (שם מסחרי) תהיה לפי QPL AMS 2644.

דוגמאות 
להלן דוגמאות לשימוש בסיווג:
 TYPE I METHOD A LEVEL 2 - צבע פלואורסצנטי, שטיף במים, ברגישות בינונית.
 TYPE I METHOD D LEVEL 3 - צבע פלואורסצנטי המוסר באמצעות מתחלב הידרופילי ברמת רגישות גבוהה.
 TYPE II METHOD C - צבע חודר אדום המוסר על ידי ממס (אין חלוקה לרמות רגישות).

תהליך העבודה והבדיקה

הכנה ראשונית - ניקוי
ניקוי החלק הנבדק משמנים, לכלוך וכדומה, ובעיקר הסרת ציפויים וצבעים.

הניקוי חייב להתבצע באמצעים ידניים או כימיים שלא פוגמים בחלק (כך לדוגמה אין לבצע שיוף של החלק הנבדק לצורך ניקוי משיתוך). פגיעות מכניות בחלק יוצגו בעת הבדיקה כפגם (חיווי שווא), או יסתירו פגמים אמיתיים.

יש לבצע צריבה למתכות שעברו עיבוד שבבי או נפגעו מכנית.

יישום הנוזל
ישנם שלושה סוגי יישום עיקריים של חומרי הבדיקה - טבילה באמבט נוזל, הברשה והתזה בעזרת תרסיס. בנוסף, צורת היישום מתחלקת גם לשיטה יבשה (שבה לא מבוצעת שטיפה של החלק לאחר יישום הנוזל) ושיטה רטובה (שבה נשטף הנוזל החודר כשלב מקדים ליישום המפתח).

יש להשאיר את החלק בהמתנה, על מנת שתכונת הקפילריות תבוא לידי ביטוי, והנוזל יחדור לתוך אי הרציפויות שבחומר. זמן ההמתנה משתנה על פי סוג החומר ורמת רגישות הנוזל, ונע על פי רוב בין 30 ל-45 דקות, על פי צפי גודל הפגמים וצפיפות החומר הנבדק. המתנה של כ-60 דקות ומעלה תגרום להתייבשות הנוזל החודר, ויהיה צורך לחדשו (יישום חוזר) בפרקי זמן קבועים (בתלות בחומר המדויק), ולהמתין כעשר דקות נוספות לפני המעבר לשלב הבא.

ניקוי וייבוש הנוזל
לאחר ההמתנה מנקים את הנוזל מעל פני השטח. את הניקוי מבצעים בעזרת חומר ניקוי (כגון אצטון או חומר ניקוי ייעודי) או בעזרת שטיפה מים.
ישנם סוגי נוזלים שאינם מתנקים בעזרת מים בלבד ומחייבים שימוש במתחלב [אמולסיפייר]. נוזל שיושם בטבילה באמבט עובר ייבוש בתנור.

אם החומר נשטף במים, יש להקפיד להשתמש בלחץ מים בינוני ולא חזק מדי (תחום מקובל הוא בין 20 ל-40 PSI), ולהתיז את המים בזווית קהה (בין 40° ל-70°) על מנת שלא להוציא את הנוזל החודר מתוך אי הרציפויות עצמן. מים חמים או קרים מדי ייפגעו בתכונות הכימיות של הנוזל החודר, ולכן יש לבדוק את הגדרות היצרן הנוגעות לחום המים הרצוי.

ניקוי טוב של החלק יאפשר למפתח להציג בצורה ברורה וחדה את אי הרציפויות, אם הן קיימות בחומר.

יישום חומר מפתח
תפקיד המפתח (Developer) הוא לספוח אליו את נוזל הבדיקה מתוך אי הרציפויות, והוא מורכב מחומרים סופחים, כגון אבקת גיר. המפתח יוצר רקע בהיר וקונטרסטי לנוזל החודר שיצא החוצה מתוך אי הרציפויות.

את המפתח יש לפזר בצורה אחידה ככל האפשר, ולהימנע מיצירת שכבת מפתח עבה מדי. ישנם שלושה סוגי מפתחים:
 מפתח אבקתי, שמפוזר באמצעות אמבט אוורור מיוחד המפזר את האבקה בצורה אחידה על כל פני החלק.
 מפתח רטוב בתרסיס.
 מפתח רטוב המשולב בנוזל השטיפה או באמבט מיוחד, שנדרש לייבש בתנור לאחר יישומו.

המפתחים הרטובים ניחנים בתכונה המעוררת את הנוזל החודר, אם הוא התחיל להתייבש.

זמן ההמתנה לפיתוח הוא כמחצית מזמן חדירת הנוזל.

בדיקה ופענוח ממצאים
אם נעשה שימוש במפתח, יוצגו על פני השטח חיוויים שונים, שנדרש לפענח ולסווג. לצורך כך יש לנקות את פני השטח ידנית בעזרת ספוגית/צמר גפן טבול בחומר ממיס (לרוב אצטון). אי רציפות מתגלה לרוב כפס מזוגזג ודק של נוזל זוהר המופיע בחזרה מיד לאחר ניגוב פני השטח. אי רציפויות גדולות הפתוחות אל פני השטח יוצגו גם ללא מפתח, אך על פי התקנים הבינלאומיים והוראות היצרנים השימוש במפתח הוא חובה.

ניקוי שלאחר הבדיקה
לאחר הבדיקה ובחינת תוצאותיה, יש לנקות את משטח הבדיקה על מנת למנוע פגימה בחומר ויצירת נזקי שיתוך עקב הלכדות נוזל חודר וחומרי בדיקה רטובים אחרים בתוך חללים בחומר.

יתרונות וחסרונות
לשיטה מספר יתרונות וחסרונות ביחס לבדיקות לא הרסניות אחרות.

יתרונות
 צבע הנוזל הוא בעל ניגודיות גבוהה ביחס לפני השטח וקל להבחין בו.
 השיטה מאפשרת להעריך את אורך אי הרציפות.
 ברמות הרגישות הגבוהות יוצגו כל הפגמים הפתוחים על פני השטח, באמינות גבוהה.

חסרונות
 חומרי הבדיקה רעילים, ויש להשתמש באמצעי מגן על מנת להימנע מחשיפת יתר אליהם.
 בשיטות מסוימות יש שימוש בתאורה אולטרה סגולה, המסוכנת לאדם.
 לא ניתן להעריך חד משמעית את גודל הסדק, וכמעט בלתי אפשרי להעריך את עומקו.
 תהליך הבדיקה ארוך וגוזל זמן רב.
 לא ניתן לבדוק כל סוג חומר. מתכת יצוקה וכל משטח מחוספס יציגו אינדיקציות מוטעות.

תקנים ומפרטי עבודה
 MIL MIL-HDBK-728/3 - liquid Penetrant Testing
 SAE J426 - Liquid Penetrant Test Methods
 ASTM E1417-05e1 - Standard Practice for Liquid Penetrant Testing
 ISO/SS-EN 3452 - Non-destructive testing - Penetrant testing

קישורים חיצוניים

תעשייה
הנדסה אזרחית
בדיקות