تقنية كشف الصدأ للهيكل الفولاذي للبرج
دراسة معاملات حمل الرياح للأذرع المتقاطعة لبرج النقل الفولاذي تحت زوايا الرياح المنحرفة: التحليل الفني
كانون الثاني 11, 2026
تقنية كشف الصدأ للهيكل الفولاذي للبرج: تحليل شامل
1. مقدمة
1.1 خلفية البحث وأهميته
في البنية التحتية الحديثة, تلعب هياكل الأبراج الفولاذية دورًا حاسمًا ويتم تطبيقها على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل نقل الطاقة, الاتصالات, والنقل. على سبيل المثال, في صناعة الطاقة, أطول برج – الجهد االكهربى برج الإرسال الهياكل الفولاذية مسؤولة عن توصيل الكهرباء بأمان وثبات لمسافات طويلة. في قطاع الاتصالات, برج الاتصالات الهياكل الفولاذية تدعم الهوائيات, ضمان التشغيل العادي لشبكات الاتصالات اللاسلكية.
ومع ذلك, تتعرض هذه الهياكل الفولاذية البرجية باستمرار لبيئات طبيعية قاسية, بما في ذلك الرطوبة, الأكسجين, والمواد الكيميائية المختلفة في الهواء والتربة. نتيجة ل, التآكل مشكلة شائعة وخطيرة. لا يؤثر الصدأ على مظهر الهيكل الفولاذي فحسب، بل يهدد أيضًا بشكل كبير سلامته ومدة خدمته. بمجرد حدوث التآكل, الخواص الميكانيكية للصلب, مثل القوة والليونة, سوف تنخفض تدريجيا. إذا تركت دون أن يتم اكتشافها أو علاجها لفترة طويلة, قد يؤدي إلى فشل هيكلي للبرج, مما قد يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي, اضطرابات الاتصالات, بل وتشكل تهديدًا خطيرًا للسلامة العامة.
وبالتالي, إن البحث في تكنولوجيا الكشف عن الصدأ للهياكل الفولاذية للأبراج له أهمية عملية كبيرة. إن الكشف الدقيق وفي الوقت المناسب عن الصدأ يمكن أن يمكّن موظفي الصيانة من اتخاذ التدابير المناسبة مسبقًا, مثل مكافحة – علاج التآكل, استبدال الجزء, الخ., لضمان التشغيل الآمن للهياكل الفولاذية للبرج وإطالة عمر الخدمة, وبالتالي تقليل تكاليف الصيانة والمخاطر المحتملة على السلامة.
1.2 أهداف البحث ونطاقه
الهدف من هذه الورقة هو إجراء تحليل شامل لتقنيات الكشف عن الصدأ الحالية لهياكل الأبراج الفولاذية. ويهدف إلى مراجعة المبادئ بشكل منهجي, مزايا, والقيود المفروضة على طرق الكشف المشتركة, استكشاف تطبيق التقنيات الجديدة في هذا المجال, والتنبؤ باتجاهات التطوير المستقبلية لتكنولوجيا الكشف عن الصدأ.
يشمل نطاق البحث على سبيل المثال لا الحصر الجوانب التالية. أولا, التقليدية غير – طرق الاختبار المدمرة للكشف عن الصدأ, مثل الفحص البصري, كشف تسرب التدفق المغناطيسي, واختبار الموجات فوق الصوتية, سيتم تحليلها بالتفصيل. ثانية, التقنيات الناشئة مثل التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية, التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء, ومستشعر ذكي – سيتم استكشاف طرق الكشف القائمة. أخيرا, اتجاهات التطوير المستقبلية لتكنولوجيا الكشف عن الصدأ, بما في ذلك دمج تقنيات متعددة, تطبيق الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة في الكشف, سيتم تغطيتها أيضًا.
1.3 هيكل الأطروحة
ويتم تنظيم هذه الأطروحة على النحو التالي. الفصل 2 سوف يقدم المعرفة الأساسية للهياكل الفولاذية للبرج, بما في ذلك أشكالها الهيكلية, المواد, وآلية تكون الصدأ. سيضع هذا الجزء الأساس النظري للدراسة اللاحقة لتقنية الكشف عن الصدأ.
الفصل 3 سوف يركز على طرق الكشف عن الصدأ الشائعة للهياكل الفولاذية للأبراج. وسوف يشرح مبادئ العمل, عمليات التشغيل, وسيناريوهات تطبيق كل طريقة, ومقارنة مميزاتها وعيوبها من خلال حالات عملية.
الفصل 4 سوف تستكشف التقنيات الجديدة المطبقة في الكشف عن الصدأ. وسوف يعرض مبادئ وخصائص التقنيات الناشئة, ومناقشة آفاق التطبيق المحتملة والتحديات في مجال اكتشاف صدأ الهياكل الفولاذية للبرج.
الفصل 5 سيتم تحليل اتجاهات التطوير المستقبلية لتكنولوجيا الكشف عن الصدأ, مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الابتكار التكنولوجي, تطور علم المواد, ومتطلبات الصناعة.
أخيرا, الفصل 6 سوف يلخص محتوى البحث للأطروحة بأكملها, استخلاص النتائج, وطرح بعض المقترحات للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية. من خلال هذا الهيكل المنطقي, يمكن للقراء الحصول على فهم واضح لعملية التطوير والاتجاه المستقبلي لتكنولوجيا الكشف عن الصدأ في الهيكل الفولاذي للبرج.
2. الأساس النظري لصدأ الهياكل الفولاذية للبرج
2.1 آلية صدأ الهيكل الفولاذي
2.1.1 التفاعلات الكيميائية في تكوين الصدأ
يتكون الصلب في المقام الأول من الحديد (Fe), وعندما تتعرض هياكل البرج الفولاذية للجو, تحدث سلسلة من التفاعلات الكهروكيميائية المعقدة. عملية صدأ الحديد هي في الأساس تفاعل تآكل كهروكيميائي. في وجود الماء والأكسجين, يعمل الحديد كأنود ويخضع للأكسدة. المعادلة الكيميائية لأكسدة الحديد عند الأنود هي:
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$$
. هنا, تفقد ذرات الحديد الإلكترونات وتتأكسد إلى أيونات الحديدوز ($$Fe^{2+}$$
).عند الكاثود, الأكسجين والماء يكتسبان الإلكترونات. معادلة التفاعل هي:
$$O_{2}+2H_{2}O + 4e^{-}\rightarrow4OH^{-}$$
. الأيونات الحديدية ($$Fe^{2+}$$
) يتفاعل المنتج عند الأنود مع أيونات الهيدروكسيد ($$OH^{-}$$
) المتولدة في الكاثود. المنتج الناتج هو هيدروكسيد الحديدوز ($$Fe(OH)_{2}$$
), والذي يتأكسد أيضًا بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء ليشكل هيدروكسيد الحديديك ($$Fe(OH)_{3}$$
). المعادلة الكيميائية لعملية الأكسدة هذه هي: $$4Fe(OH)_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow4Fe(OH)_{3}$$
. هيدروكسيد الحديديك غير مستقر وسوف يتحلل ليشكل الصدأ, والتي تتكون بشكل رئيسي من الحديد(ثالثا) أكسيد ($$Fe_{2}O_{3}$$
) وأشكاله المائية مثل $$Fe_{2}O_{3}·nH_{2}O$$
. هذه السلسلة من التفاعلات الكيميائية تؤدي تدريجياً إلى تكوين اللون المحمر – طبقة الصدأ البني التي تظهر عادة على سطح الهياكل الفولاذية.2.1.2 تأثير العوامل البيئية
رطوبة: تلعب الرطوبة دورًا حاسمًا في عملية الصدأ. يعتبر الماء وسيلة أساسية للتفاعلات الكهروكيميائية لتكوين الصدأ. عندما تكون الرطوبة النسبية في البيئة مرتفعة, يتم تشكيل طبقة رقيقة من الماء بسهولة على سطح الهيكل الفولاذي. يوفر هذا الفيلم المائي بيئة إلكتروليتية لنقل الأيونات, تسريع تفاعل التآكل الكهروكيميائي. فمثلا, في المناطق الساحلية حيث تكون رطوبة الهواء أعلى غالبًا 80%, من المرجح أن تصدأ هياكل الأبراج الفولاذية مقارنة بالمناطق الداخلية القاحلة. وقد أظهرت الأبحاث أنه عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 60%, يبدأ معدل صدأ الفولاذ في الزيادة بشكل ملحوظ.
قيمة الرقم الهيدروجيني: تؤثر حموضة البيئة أو قلويتها أيضًا على معدل الصدأ. في بيئة حمضية, أيونات الهيدروجين (
$$H^{+}$$
) يمكن أن تشارك في التفاعل الكهروكيميائي. معادلة التفاعل هي $$Fe + 2H^{+} \rightarrow Fe^{2+} + H_{2}\uparrow$$
. المواد الحمضية مثل ثاني أكسيد الكبريت ($$SO_{2}$$
) وأكاسيد النيتروجين ($$NO_{x}$$
) في الجو يمكن أن تذوب في الماء لتشكل محاليل حمضية, والتي تسرع تآكل الفولاذ. في المقابل, في بيئة قلوية للغاية, على الرغم من أن معدل تآكل الفولاذ يكون بطيئاً نسبياً في الظروف العادية, إذا كان هناك بعض الأنيونات العدوانية الموجودة, يمكن أن يسبب أيضًا التآكل. على سبيل المثال, في المناطق الصناعية ذات المستويات العالية من الملوثات الحمضية, ويكون تآكل الهياكل الفولاذية للبرج أكثر خطورة.درجة حرارة: تؤثر درجة الحرارة على معدل التفاعلات الكيميائية. عموما, ضمن نطاق درجة حرارة معينة, يمكن أن تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تسريع عملية الصدأ. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات والأيونات, تعزيز انتشار المواد المتفاعلة والمنتجات في نظام التفاعل الكهروكيميائي. ومع ذلك, عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدا, قد يتسبب أيضًا في تبخر طبقة الماء على سطح الفولاذ, مما يمنع رد فعل الصدأ إلى حد ما. فمثلا, في المناطق الاستوائية ذات درجات الحرارة المرتفعة والرطوبة العالية, معدل الصدأ في الهياكل الفولاذية للبرج أسرع بكثير منه في المناطق المعتدلة.
2.2 مخاطر الصدأ على الهيكل الصلب للبرج
2.2.1 تخفيض القوة الهيكلية
من وجهة نظر ميكانيكية, الصدأ مادة مسامية وهشة. عندما يتشكل الصدأ على سطح الهيكل الفولاذي, فهو يشغل مساحة ويقلل العرضية تدريجيًا – مساحة مقطعية للعضو الصلب. وفقا لصيغة قدرة تحمل القوة المحورية
$$N = fA$$
(أين $$N$$
هي قدرة التحمل, $$f$$
هو الضغط المسموح به للمادة, و $$A$$
هو الصليب – منطقة مقطعية), كالصليب – منطقة مقطعية $$A$$
يتناقص بسبب الصدأ, ستنخفض أيضًا قدرة تحمل العضو الفولاذي.علاوة على ذلك, يمكن أن يؤدي وجود الصدأ إلى تركيز الضغط عند السطح البيني بين طبقة الصدأ والمصفوفة الفولاذية. يمكن أن يؤدي تركيز الإجهاد إلى بدء وانتشار الشقوق في الفولاذ. بمجرد ظهور الشقوق وتوسيعها, أنها سوف تزيد من تقليل قوة وليونة الفولاذ, تهديد خطير للسلامة الهيكلية للهيكل الفولاذي للبرج. فمثلا, في برج نقل الطاقة, إذا تآكلت الأعضاء الداعمة الرئيسية وصليبها – يتم تقليل المناطق المقطعية بنسبة 10%, قد تنخفض قدرة تحمل البرج بأكمله بأكثر من 20%, مما يزيد بشكل كبير من خطر الفشل الهيكلي.
2.2.2 التأثير على عمر الخدمة
يؤدي تآكل الهياكل الفولاذية للبرج إلى تسريع عملية شيخوخة الهيكل. ومن الأمثلة على ذلك برج الاتصالات الذي تم بناؤه في منطقة صناعية في التسعينيات. بسبب ارتفاع – تلوث البيئة في المنطقة, تعرض الهيكل الفولاذي للبرج لتآكل شديد. في ما يزيد قليلا عن عقد من الزمان, وكانت درجة تآكل البرج أعلى بكثير من الأبراج المماثلة بنسبة أقل – المناطق الملوثة. كانت مدة الخدمة المصممة في الأصل للبرج 25 سنوات, ولكن بسبب الصدأ الشديد, كان لا بد من استبداله بعد ذلك فقط 15 سنوات من الاستخدام.
لا يؤدي الصدأ إلى إتلاف خصائص مادة الفولاذ فحسب، بل يضعف أيضًا الاتصال بين المكونات. يمكن أن تؤدي التوصيلات السائبة إلى زيادة الاهتزازات الهيكلية تحت الأحمال الخارجية مثل الرياح والزلازل, مزيد من تسريع تدهور الهيكل. نتيجة ل, يتم تقصير عمر الخدمة الطبيعي للهيكل الفولاذي للبرج, ويلزم إجراء المزيد من الصيانة والاستبدال بشكل متكرر, زيادة تكاليف الصيانة وتقليل الفوائد الاقتصادية الشاملة للمشروع.
3. الطرق الشائعة للكشف عن الصدأ للهيكل الفولاذي للبرج
3.1 طريقة الفحص البصري
3.1.1 عملية التفتيش والميزات
تعد طريقة الفحص البصري هي الطريقة الأساسية والمباشرة للكشف عن الصدأ على الهياكل الفولاذية للأبراج. أثناء عملية التفتيش, ويقوم المفتشون بمراقبة سطح الهيكل الفولاذي مباشرة بالعين المجردة أو بمساعدة بعض الأدوات البسيطة مثل العدسات المكبرة. يبحثون عن علامات الصدأ, مثل وجود المحمر – بقع الصدأ البني, تغير في لون سطح الفولاذ من بريقه المعدني الأصلي إلى مظهر باهت, وتشكل طبقات الصدأ بسماكات مختلفة. في بعض الحالات, يمكنهم أيضًا استخدام الكاشطات لإزالة الطبقة الخارجية من الصدأ بلطف لتقييم درجة التآكل تحتها بشكل أفضل.
هذه الطريقة لديها العديد من الميزات المميزة. أولاً, إنه بسيط للغاية ولا يتطلب أي معدات معقدة أو باهظة الثمن. يمكن للمفتشين التعرف بسرعة على مشاكل الصدأ الواضحة على سطح الهيكل الفولاذي. ثانيًا, فهو يوفر نتائج فورية. طالما يتم التفتيش, يمكن تحديد وجود الصدأ السطحي وموقعه التقريبي – ال – بقعة. ومع ذلك, كما أن لديها عيوب كبيرة. إنها ذاتية للغاية, حيث قد يكون لدى المفتشين المختلفين أحكام مختلفة حول درجة الصدأ. علاوة على ذلك, يمكنه اكتشاف السطح فقط – مستوى الصدأ وغير قادر على تقديم معلومات حول حالة التآكل الداخلي للهيكل الفولاذي, مما قد يؤدي إلى التقليل من الضرر الفعلي للتآكل.
3.1.2 سيناريوهات التطبيق والقيود
يعتبر الفحص البصري هو الأكثر ملاءمة لعمليات الفحص الأولية للهياكل الفولاذية للبرج. فمثلا, أثناء فحوصات الصيانة الروتينية لأبراج الاتصالات, يمكن للعمال أولاً استخدام الفحص البصري لمسح الهيكل بأكمله بسرعة لتحديد أي مناطق صدأ واضحة. كما أنه فعال عندما يكون الصدأ السطحي واضحًا جدًا, كما هو الحال في حالة الهياكل الفولاذية شديدة التآكل في المناطق الساحلية ذات الرطوبة العالية والملوحة – الهواء المحمل, حيث يمكن رصد الصدأ بسهولة.
ومع ذلك, حدودها واضحة أيضا. لأنه يمكنه اكتشاف الصدأ السطحي فقط, للهياكل الفولاذية ذات التآكل الداخلي الذي لم يظهر بعد على السطح, هذه الطريقة غير فعالة. بالإضافة الى, للهياكل الفولاذية البرجية ذات الأشكال الهندسية المعقدة أو تلك التي يصعب الوصول إليها, قد لا يكون الفحص البصري شاملاً بدرجة كافية. على سبيل المثال, في بعض عالية – أبراج نقل الجهد ذات المساحات الضيقة بين المكونات أو في الصادات – إلى – الوصول إلى المناطق, من الصعب إجراء فحص بصري شامل, وقد يتم التغاضي عن مشاكل الصدأ المخفية.
3.2 طريقة الكشف الكهروكيميائية
3.2.1 المبادئ الأساسية (مثل طريقة مقاومة الاستقطاب الخطي)
تعد طريقة مقاومة الاستقطاب الخطي مبدأً شائعًا للكشف الكهروكيميائي للكشف عن الصدأ في الهياكل الفولاذية للأبراج. في النظام الكهروكيميائي, عندما يتم تطبيق إمكانات استقطاب صغيرة على الهيكل الفولاذي (القطب العامل) في بيئة المنحل بالكهرباء (مثل طبقة الماء الرقيقة الموجودة على سطح الهيكل الفولاذي والتي تحتوي على الأكسجين المذاب ومواد أخرى), سوف يتدفق تيار الاستقطاب المقابل. وفقا لقانون فاراداي ومبادئ الحركية الكهروكيميائية, هناك علاقة بين معدل التآكل (
$$v$$
) الفولاذ ومقاومة الاستقطاب ($$R_{p}$$
). يمكن التعبير عن معدل التآكل بـ $$v = \frac{B}{R_{p}}$$
, أين $$B$$
هو ثابت يتعلق بآلية التفاعل الكهروكيميائي للصلب في بيئة محددة. عن طريق قياس مقاومة الاستقطاب $$R_{p}$$
, يمكن حساب معدل تآكل الفولاذ, وبالتالي يمكن تحديد درجة الصدأ. عندما يكون الهيكل الفولاذي في حالة تآكل شديد, معدل التآكل أعلى, ومقاومة الاستقطاب أقل.3.2.2 خطوات الأجهزة والتشغيل
تشمل أدوات الكشف الكهروكيميائية شائعة الاستخدام أجهزة قياس احتمالية التآكل. خطوات العملية هي كما يلي: أولا, إعداد القطب العمل, القطب المرجعي, والعداد – القطب. عادةً ما يكون قطب العمل هو الهيكل الفولاذي نفسه أو قطعة صغيرة منه – نوع الفولاذ المتصل بالهيكل. يوفر القطب المرجعي مرجعا محتملا مستقرا, والعداد – يستخدم القطب لاستكمال الدائرة الكهروكيميائية. ثم, قم بتوصيل هذه الأقطاب الكهربائية بمقياس احتمال التآكل. التالي, ضع الأقطاب الكهربائية في بيئة الإلكتروليت المناسبة على سطح الهيكل الفولاذي. بعد ذلك, بدء تشغيل الأداة لتطبيق إمكانات الاستقطاب الصغيرة وقياس تيار الاستقطاب الناتج. أخيرا, وفقا للبيانات المقاسة, حساب مقاومة الاستقطاب ومن ثم تحديد معدل التآكل ودرجة الصدأ من خلال الصيغ ذات الصلة.
أثناء العملية, يجب اتخاذ العديد من الاحتياطات. يجب تركيب الأقطاب الكهربائية بشكل صحيح لضمان اتصال كهربائي جيد مع الهيكل الفولاذي والكهارل. يجب أن يكون اختيار القطب المرجعي مناسبًا للبيئة المحددة للهيكل الفولاذي. أيضا, وينبغي إجراء القياس في بيئة مستقرة نسبيا لتجنب التدخل من العوامل الخارجية مثل التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة والرطوبة.
3.2.3 المزايا والعيوب
إحدى المزايا المهمة لطريقة الكشف الكهروكيميائية هي سرعة الكشف السريعة. بمجرد إعداد الأداة وبدء القياس, ويمكن الحصول على النتائج بسرعة نسبيا, وهو مناسب جدًا للتشغيل – عمليات تفتيش الموقع حيث يكون الوقت محدودا. كما أنه يتمتع بحساسية عالية ويمكنه اكتشاف حتى تغييرات التآكل الطفيفة في الهيكل الفولاذي. ومع ذلك, هذه الطريقة شديدة التأثر بالتدخل البيئي. فمثلا, التغييرات في تكوين المنحل بالكهرباء (مثل تركيز الأكسجين المذاب ووجود شوائب أخرى في طبقة الماء على سطح الفولاذ), تقلبات درجات الحرارة, ووجود المجالات الكهرومغناطيسية يمكن أن يؤثر جميعها على دقة نتائج القياس. بالإضافة الى, تتطلب طريقة الكشف الكهروكيميائية مستوى معينًا من المعرفة والمهارات المهنية للتشغيل وتحليل البيانات, مما قد يحد من تطبيقه على نطاق واسع بين غير – الموظفين المحترفين.
3.3 طرق الاختبار غير المدمرة
3.3.1 اختبار الموجات فوق الصوتية
يعتمد مبدأ الاختبار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن الصدأ في هياكل الأبراج الفولاذية على سلوك الموجات فوق الصوتية عندما تواجه وسائط مختلفة. عندما تنتقل الموجات فوق الصوتية إلى الهيكل الفولاذي, يسافرون بسرعة معينة. إذا كان هناك طبقة صدأ أو تآكل – العيوب المتعلقة داخل الهيكل الفولاذي, سوف تتعرض الموجات فوق الصوتية للانعكاس والانكسار عند السطح البيني بين الصوت – إجراء مصفوفة الصلب وغير – صوت – إجراء طبقة الصدأ. يمكن استقبال الموجات فوق الصوتية المنعكسة بواسطة محول الطاقة. من خلال تحليل التأخير الزمني, السعة, ومرحلة إشارات الموجات فوق الصوتية المستلمة, معلومات حول الموقع, بحجم, وشكل الصدأ – يمكن الحصول على العيوب ذات الصلة. فمثلا, صدأ كبير – سيؤدي التجويف المملوء داخل الهيكل الفولاذي إلى انعكاس قوي للموجات فوق الصوتية, مما أدى إلى ارتفاع – إشارة صدى السعة التي يستقبلها محول الطاقة.
3.3.2 اختبار تسرب التدفق المغناطيسي
الصلب لديه نفاذية مغناطيسية معينة. في اختبار تسرب التدفق المغناطيسي, يتم تطبيق المجال المغناطيسي على الهيكل الفولاذي للبرج. عندما يكون الهيكل الفولاذي في حالة طبيعية, يتم توزيع خطوط القوة المغناطيسية بالتساوي داخل الفولاذ. ومع ذلك, عندما يكون هناك صدأ أو تآكل في الهيكل الفولاذي, النفاذية المغناطيسية للصدأ – تغيرات المنطقة المتضررة. يتمتع الصدأ بنفاذية مغناطيسية أقل بكثير مقارنة بالمصفوفة الفولاذية. نتيجة ل, سوف تتسرب خطوط القوة المغناطيسية من الصدأ – المنطقة المتضررة, تشكيل مجال تسرب التدفق المغناطيسي. يمكن استخدام أجهزة استشعار مغناطيسية خاصة للكشف عن مجال تسرب التدفق المغناطيسي. ترتبط قوة وتوزيع إشارة تسرب التدفق المغناطيسي المكتشفة بحجم وموقع عيب الصدأ. على سبيل المثال, ستنتج منطقة الصدأ الأكبر إشارة تسرب تدفق مغناطيسي أقوى, مما يسمح للمفتشين بتحديد مدى خطورة مشكلة الصدأ.
3.3.3 مقارنة طرق الاختبار غير المدمرة
من حيث عمق الكشف, يمكن للاختبار بالموجات فوق الصوتية أن يخترق الهيكل الفولاذي بشكل عميق نسبيًا, عادة ما تكون قادرة على اكتشاف عيوب الصدأ الداخلي عند عمق معين, حسب تردد الموجات فوق الصوتية المستخدمة ونوع الفولاذ. يعد اختبار تسرب التدفق المغناطيسي أكثر ملاءمة للكشف عن السطح – القريبة والضحلة – عيوب الصدأ العميقة. لدقة الكشف, يمكن أن يوفر اختبار الموجات فوق الصوتية معلومات دقيقة نسبيًا حول موقع وحجم عيوب الصدأ الداخلية بمساعدة الإشارة المتقدمة – تقنيات المعالجة. يمكن لاختبار تسرب التدفق المغناطيسي أيضًا تحديد موقع السطح بدقة – بالقرب من مناطق الصدأ ولكن قد يكون لها بعض القيود في قياس حجم العمق بدقة – عيوب الجلوس.
فيما يتعلق بالنطاق المطبق, اختبار الموجات فوق الصوتية مناسب لمجموعة واسعة من الهياكل الفولاذية, بغض النظر عن خصائصها المغناطيسية. اختبار تسرب التدفق المغناطيسي ينطبق بشكل رئيسي على الهياكل الفولاذية المغناطيسية, كما لا – لا تستجيب المواد المغناطيسية بشكل جيد للمجال المغناطيسي في طريقة الاختبار هذه. في ملخص, كل طريقة اختبار غير مدمرة لها خصائصها الخاصة, وفي التطبيقات العملية, يمكن استخدام مجموعة من الطرق المتعددة لتحقيق نتائج أكثر شمولاً ودقة للكشف عن الصدأ لهياكل الأبراج الفولاذية.
4. دراسات حالة للكشف عن الصدأ في الهيكل الصلب للبرج
4.1 الحالة الأولى: تطبيق الفحص البصري في برج النقل
4.1.1 خلفية المشروع
تم بناء برج النقل المعني في 1995 ويقع في منطقة الضواحي بالقرب من المنطقة الصناعية في الجزء الجنوبي من مدينة معينة. وتشهد المنطقة رطوبة عالية طوال العام, مع متوسط رطوبة نسبية حولها 70%, كما يتأثر بالملوثات الصناعية مثل ثاني أكسيد الكبريت المنبعث من المصانع القريبة. يعد البرج مكونًا رئيسيًا لشبكة الطاقة المحلية, المسؤولة عن نقل عالية – الجهد الكهربائي من محطة توليد الكهرباء إلى المنطقة الحضرية, مع ارتفاع 80 متر وشعرية – هيكل النوع مصنوع من الفولاذ Q345.
4.1.2 نتائج الفحص البصري والتحليل
أثناء الفحص البصري الروتيني الذي أجراه فريق صيانة شبكة الكهرباء في 2020, وتم تحديد العديد من المجالات المثيرة للقلق. أولاً, في الجزء السفلي من البرج, قريبة من الأرض, محمر واضح – وقد لوحظت بقع صدأ بنية اللون على العديد من أعضاء الدعم الرئيسيين. وكانت طبقة الصدأ سميكة نسبياً في بعض المناطق, بسمك يقدر بنحو 2 – 3 ملم عن طريق الكشط باستخدام أداة بسيطة. بالإضافة الى, الأجزاء التي تربط بين الأعضاء الرئيسية والصليب – كما أظهرت الأقواس علامات الصدأ, وبدا أن بعض البراغي متآكلة, مع فقدان أسطحها بريقها الأصلي.
الأسباب المحتملة للصدأ هي كما يلي. توفر الرطوبة العالية في المنطقة بيئة مواتية لتفاعلات التآكل الكهروكيميائي لتكوين الصدأ. يعمل فيلم الماء الموجود على سطح الهيكل الفولاذي بمثابة المنحل بالكهرباء, تسهيل نقل الأيونات أثناء عملية التآكل. الملوثات الصناعية, وخاصة ثاني أكسيد الكبريت, تذوب في فيلم الماء لتكوين مواد حمضية. تتفاعل هذه المواد الحمضية مع الفولاذ, تسريع معدل التآكل. فمثلا, يمكن أن يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء لتكوين حمض الكبريتيك (
$$H_{2}SO_{3}$$
), الذي يتأكسد كذلك إلى حامض الكبريتيك ($$H_{2}SO_{4}$$
) في وجود الأكسجين. ثم يتفاعل حمض الكبريتيك مع الحديد الموجود في الفولاذ, مما يؤدي إلى تكوين كبريتات الحديد وغاز الهيدروجين, وبالتالي تعزيز عملية الصدأ.4.2 الحالة الثانية: الكشف الكهروكيميائي في برج الاتصالات
4.2.1 متطلبات معلومات البرج والكشف عنه
يقع برج الاتصالات في مدينة ساحلية وتم بناؤه عام 2008. إنه أ 50 – متر – النفس العالية – يقف ثلاثة – برج الأنبوب مصنوع من الفولاذ – سبائك الصلب, تستخدم بشكل رئيسي لدعم هوائيات الاتصالات لمشغلي شبكات الهاتف المحمول. نظرا لقربها من البحر, يتعرض البرج باستمرار لارتفاع – الملح وعالية – بيئة الرطوبة. يتطلب المشغلون اكتشافًا منتظمًا ودقيقًا لحالة تآكل البرج لضمان التشغيل المستقر لشبكة الاتصالات. إنهم قلقون بشكل خاص بشأن المراحل الأولية للتآكل, حيث أن التآكل الطفيف في المكونات الرئيسية يمكن أن يؤثر على الاستقرار الهيكلي للبرج وجودة إشارات الاتصال.
4.2.2 عملية الكشف الكهروكيميائية وتحليل البيانات
تم إجراء الكشف الكهروكيميائي باستخدام نظام مراقبة التآكل الاحترافي المعتمد على طريقة مقاومة الاستقطاب الخطي. قبل الاختبار, تم ربط قطب العمل بعناية بسطح الأنبوب الرئيسي للبرج, تم وضع القطب المرجعي في وضع مستقر بالقرب من قطب العمل, والعداد – تم إعداد القطب الكهربائي لإكمال الدائرة الكهروكيميائية. تمت معايرة الأداة لضمان القياس الدقيق.
أثناء عملية الكشف, تم تطبيق إمكانات الاستقطاب الصغيرة, وتم قياس تيار الاستقطاب الناتج على فترات منتظمة. وأظهرت البيانات التي تم جمعها على مدى ساعة واحدة أن قيم مقاومة الاستقطاب في بعض مناطق البرج كانت منخفضة نسبيا. فمثلا, في موقف حول 10 متر فوق سطح الأرض على أحد الأنابيب الرئيسية, تم قياس مقاومة الاستقطاب 1000 أوم·سم², مما يدل على نسبة تآكل عالية نسبيا في هذه المنطقة. وفقا للصيغة
$$v = \frac{B}{R_{p}}$$
(أين $$B$$
تم تحديد أن يكون 26 بالسيارات على أساس خصائص الفولاذ – سبائك الصلب والبيئة المحلية), تم حساب معدل التآكل في هذه المنطقة 0.026 ملم/سنة.من خلال تحليل البيانات من مواقع مختلفة للبرج, وقد وجد أن المناطق الأقرب إلى الأرض وتلك التي تواجه البحر لديها قيم مقاومة استقطاب أقل, يشير إلى تآكل أكثر خطورة. وكان هذا متسقًا مع حقيقة أن هذه المناطق كانت أكثر تعرضًا للارتفاع – الملح وعالية – رطوبة البحر – بيئة نسيم. بالإضافة الى, من خلال مقارنة البيانات التي تم جمعها على مدى عدة فترات كشف متتالية, ولوحظ أن معدل التآكل في بعض المناطق يتزايد تدريجياً, مما يشير إلى وجود خطر محتمل للتآكل المتسارع إذا لم يتم اتخاذ تدابير وقائية.
4.3 الحالة الثالثة: التطبيق الشامل للاختبارات غير المدمرة في نطاق واسع – برج مقياس
4.3.1 هيكل البرج والتعقيد
الكبيرة – برج الحجم هو 200 – متر – شعرية عالية – نوع البرج يقع في منطقة جبلية وتم تشييده في 2010. يتم استخدامه لأغراض نقل الطاقة والاتصالات, ببنية معقدة تتضمن مستويات متعددة من المنصات, صليب عديدة – الأقواس, ومختلفة – أعضاء الصلب الحجم. البرج مصنوع من مواد عالية – قوة الصلب, ولكن هندستها المعقدة والبيئة الجبلية القاسية, والتي تشمل الرياح القوية, التغيرات في درجات الحرارة, وأحيانا أمطار حمضية بسبب ملوثات الهواء التي تحملها الرياح من المناطق الصناعية القريبة, تشكل تحديات كبيرة لأعمال الكشف عن الصدأ. إن وجود مكونات مختلفة وصعوبة الوصول إلى بعض أجزاء البرج يجعل من الصعب الحصول على فهم شامل لحالة الصدأ من خلال طريقة كشف واحدة.
4.3.2 اختيار وتطبيق طرق الاختبار غير المدمرة
لمواجهة التحديات, تم اختيار مزيج من اختبار الموجات فوق الصوتية واختبار تسرب التدفق المغناطيسي. تم اختيار اختبار الموجات فوق الصوتية لأنه يمكنه اكتشاف عيوب الصدأ الداخلية بشكل فعال في السماكة – أعضاء البرج الفولاذية المسورة, بغض النظر عن خصائصها المغناطيسية. تمت إضافة اختبار تسرب التدفق المغناطيسي إلى السطح المستهدف على وجه التحديد – القريبة والضحلة – عيوب الصدأ العميقة في مكونات الفولاذ المغناطيسي, والتي تكون أكثر عرضة للتأثر بالعوامل البيئية.
أثناء اختبار الموجات فوق الصوتية, تم استخدام محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية بترددات مختلفة لضمان اكتشاف عيوب الصدأ على أعماق مختلفة. متوسط – تم استخدام محولات التردد للكشف عن الضحلة – عيوب العمق, بينما منخفضة – تم تطبيق محولات التردد لأعمق – عيوب الجلوس. تم تحريك محولات الطاقة بعناية على طول سطح الأعضاء الفولاذية, ويتم رصد وتسجيل إشارات الموجات فوق الصوتية المستلمة بشكل مستمر.
لاختبار تسرب التدفق المغناطيسي, تم استخدام كاشف تسرب التدفق المغناطيسي المحمول. تم تحريك الكاشف ببطء فوق سطح مكونات الفولاذ المغناطيسية, وتم الكشف عن إشارات تسرب التدفق المغناطيسي وتحليلها بشكل حقيقي – وقت. تم إيلاء اهتمام خاص للمناطق التي من المحتمل أن يحدث فيها تركيز الإجهاد, مثل نقاط اتصال الأعضاء.
4.3.3 التحليل المتكامل لنتائج الكشف
بعد الانتهاء من اختبار الموجات فوق الصوتية واختبار تسرب التدفق المغناطيسي, وتم تحليل البيانات من الطريقتين بشكل شامل. أظهرت نتائج اختبار الموجات فوق الصوتية وجود العديد من الصدأ الداخلي – ملئ التجاويف في بعض أعضاء الدعم الرئيسية على عمق 5 – 10 ملم من السطح. وتراوحت أحجام هذه التجاويف من 10 – 30 مم في القطر. أشارت نتائج اختبار تسرب التدفق المغناطيسي إلى وجود العديد من الأسطح – بالقرب من عيوب الصدأ, خاصة في المناطق المحيطة بنقاط اتصال الأعضاء. هذه السطح – كانت معظم عيوب الصدأ بشكل أساسي على شكل حفر وأخاديد صغيرة, مع أقصى عمق حوالي 2 مم.
من خلال دمج مجموعتي البيانات, وكان من الممكن الحصول على صورة أكثر اكتمالا لحالة الصدأ في البرج. عيوب الصدأ الداخلية المكتشفة عن طريق اختبار الموجات فوق الصوتية, بالرغم من أنها غير مرئية من السطح, شكلت تهديدا كبيرا للقوة الهيكلية للأعضاء الرئيسيين. السطح – تم الكشف عن عيوب الصدأ القريبة عن طريق اختبار تسرب التدفق المغناطيسي, إذا تركت دون علاج, من المحتمل أن يتطور إلى تآكل داخلي أكثر خطورة بمرور الوقت. وبناء على هذا التقييم الشامل, وتمت صياغة خطة صيانة مفصلة, والتي شملت مكافحة المستهدفة – معالجة التآكل لكل من السطح الداخلي والسطحي – بالقرب من مناطق الصدأ لضمان فترة طويلة – مصطلح السلامة والاستقرار الكبير – برج مقياس.
5. التطورات والاتجاهات الجديدة في تكنولوجيا الكشف عن الصدأ للهيكل الفولاذي للبرج
5.1 مقدمة لتقنيات الكشف الجديدة
5.1.1 الفيبر – تقنية الاستشعار البصري
الفيبر – ظهرت تقنية الاستشعار البصري كطريقة واعدة للكشف عن الصدأ في الهياكل الفولاذية للأبراج. المبدأ الأساسي للألياف – تكمن المستشعرات الضوئية في قدرتها على الاستفادة من التغيرات في الإشارات الضوئية للكشف عن المعلمات الفيزيائية المتعلقة بالهيكل الفولاذي. في سياق الكشف عن الصدأ, الفيبر – غالبًا ما تستخدم أجهزة الاستشعار البصرية لمراقبة الإجهاد والتآكل – التغيرات الناجمة عن الصلب.
معظم الألياف – تعمل أجهزة الاستشعار الضوئية على مبدأ انتشار الضوء في الألياف الضوئية. عندما الألياف – يتم توصيل المستشعر البصري بهيكل البرج الفولاذي, أي تشوه أو إجهاد في الفولاذ بسبب الصدأ – سيؤدي التدهور المستحث إلى حدوث تغييرات في الخواص الفيزيائية للألياف الضوئية. فمثلا, يمكن أن يؤدي تآكل الفولاذ إلى تركيزات الإجهاد المحلية, والذي بدوره يتسبب في تجربة الألياف الضوئية الدقيقة – انحناءات أو تغيرات في معامل انكسارها. تؤثر هذه التغييرات على انتقال الضوء داخل الألياف, مثل الشدة, مرحلة, أو الطول الموجي للإشارة الضوئية. من خلال قياس هذه التغييرات بدقة في الإشارة الضوئية, يمكن استنتاج حالة الإجهاد والتآكل للهيكل الفولاذي.
واحدة من المزايا الهامة للألياف – تتميز تقنية الاستشعار البصري بحساسيتها العالية. يمكنه اكتشاف التغيرات الصغيرة جدًا في الإجهاد والتآكل, والتي قد لا يمكن اكتشافها بالطرق التقليدية. على سبيل المثال, الفيبر – يمكن لأجهزة الاستشعار البصرية اكتشاف تغيرات الضغط بترتيب الجزئي – سلالات, مما يتيح الاكتشاف المبكر للمراحل الأولية للصدأ – الأضرار الناجمة عن الهياكل الفولاذية للبرج. علاوة على ذلك, الفيبر – أجهزة الاستشعار البصرية محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي, وهو مفيد بشكل خاص في البيئات التي تتعرض فيها هياكل الأبراج الفولاذية في كثير من الأحيان لمجالات كهرومغناطيسية قوية, مثل خطوط نقل الطاقة القريبة. تضمن هذه الحصانة موثوقية ودقة نتائج الكشف. بالإضافة إلى ذلك, الفيبر – يمكن دمج أجهزة الاستشعار البصرية بسهولة في الهيكل أثناء مرحلة البناء, توفير طويلة – شرط, حقيقي – قدرات مراقبة الوقت. يمكن توزيعها على طول الأعضاء الفولاذية, مما يسمح بمراقبة شاملة للهيكل بأكمله.
5.1.2 تكنولوجيا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء
تعد تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء طريقة مبتكرة أخرى للكشف عن الصدأ في الهياكل الفولاذية للأبراج. تعتمد هذه التقنية على مبدأ أنه عندما يكون الهيكل الفولاذي في حالة طبيعية, ويكون توزيع درجة حرارة سطحه موحدًا نسبيًا في ظل نفس الظروف البيئية. ومع ذلك, عندما يحدث الصدأ, تتغير الخواص الحرارية لسطح الفولاذ. الصدأ هو موصل حراري رديء مقارنة بالمصفوفة الفولاذية. نتيجة ل, عند وجود مصدر حرارة خارجي (مثل ضوء الشمس أو مصدر التدفئة الاصطناعي) يعمل على الهيكل الصلب, معدل تبديد الحرارة في الصدأ – المناطق المتضررة تختلف عن تلك الموجودة في المناطق الطبيعية.
في نظام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء, يتم استخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء لالتقاط الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من سطح الهيكل الفولاذي للبرج. يرتبط الأشعة تحت الحمراء مباشرة بدرجة حرارة سطح الجسم. تقوم الكاميرا بتحويل الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية, والتي تتم بعد ذلك معالجتها وعرضها كصورة حرارية. في هذه الصورة الحرارية, يتم تمثيل المناطق ذات درجات الحرارة المختلفة بألوان مختلفة أو قيم تدرج رمادي. لهيكل البرج الصلب مع الصدأ, الصدأ – ستظهر المناطق المتضررة كمناطق ذات توزيعات غير طبيعية لدرجات الحرارة في الصورة الحرارية. فمثلا, إذا تآكل جزء من الهيكل الفولاذي, ستؤدي طبقة الصدأ الموجودة على سطحها إلى تسخين المنطقة بشكل أبطأ أو تبريدها بسرعة أكبر من المناطق الطبيعية المحيطة بها عند تعرضها لنفس مصدر الحرارة. ويظهر هذا الاختلاف في درجات الحرارة بوضوح في الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء, مما يسمح للمفتشين بتحديد موقع الصدأ ومداه بدقة.
توفر تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء العديد من المزايا. إنه غير – طريقة كشف الاتصال, مما يعني أنه يمكن استخدامه لفحص الهياكل الفولاذية للبرج بقوة – إلى – الوصول إلى المناطق الخطرة أو الوصول إليها دون الحاجة إلى الاتصال الجسدي المباشر. وهذا مفيد بشكل خاص للأبراج العالية أو الهياكل الصعبة – إلى – تضاريس الوصول. بالإضافة إلى ذلك, يمكنه مسح مساحة كبيرة من الهيكل الفولاذي بسرعة, توفير لمحة شاملة عن حالة السطح في وقت قصير. ومع ذلك, كما أن لديها بعض القيود. تتأثر دقة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بعوامل مثل الانبعاثية السطحية للفولاذ, درجة الحرارة البيئية, ووجود حرارة أخرى – توليد مصادر في المنطقة المجاورة. وبالتالي, تعد المعايرة الصحيحة والتحكم البيئي ضروريين للحصول على نتائج كشف موثوقة.
5.2 تكامل تقنيات الكشف المتعددة
5.2.1 المزايا التكميلية لتكامل التكنولوجيا
أصبح دمج تقنيات الكشف المتعددة اتجاهًا مهمًا في الكشف عن صدأ الهياكل الفولاذية للبرج. تتمتع كل تقنية كشف بمزاياها وقيودها الفريدة. من خلال الجمع بين التقنيات المختلفة, من الممكن التعويض عن أوجه القصور في الطرق الفردية وتحقيق نتائج كشف أكثر دقة وموثوقية.
فمثلا, يمكن للفحص البصري التعرف بسهولة على الصدأ السطحي الواضح, ولكنها تقتصر على السطح – ملاحظات المستوى ولا يمكن اكتشاف التآكل الداخلي. تعتبر طرق الكشف الكهروكيميائية حساسة للغاية للمراحل المبكرة من التآكل ولكنها تتأثر بسهولة بالعوامل البيئية. يمكن لطرق الاختبار غير المدمرة مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية اكتشاف العيوب الداخلية ولكن قد يكون لها قيود في التحديد الدقيق لطبيعة العيوب في بعض الحالات. عندما يتم دمج هذه التقنيات, يمكن استخدام الفحص البصري كطريقة فحص أولية لتحديد المناطق المثيرة للقلق المحتملة بسرعة على سطح الهيكل الفولاذي للبرج. يمكن بعد ذلك تطبيق الكشف الكهروكيميائي في هذه المناطق المحددة لقياس معدل التآكل ودرجة الصدأ بدقة. يمكن استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية لمزيد من التحقيق في الحالة الداخلية للهيكل الفولاذي في المناطق التي يشتبه في حدوث تآكل داخلي فيها, توفير معلومات تفصيلية عن موقع وحجم الصدأ الداخلي – العيوب ذات الصلة.
تكامل الألياف – تتمتع تقنية الاستشعار البصري وتقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أيضًا بمزايا تكميلية. الفيبر – يمكن أن توفر أجهزة الاستشعار البصرية حقيقية – وقت, المراقبة المستمرة للإجهاد والتآكل – إحداث تغييرات في الهيكل الفولاذي عند نقاط محددة أو على طول معين. التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء, على الجانب الآخر, يمكن أن توفر كبيرة – مقياس, غير – عرض الاتصال لتوزيع درجة حرارة السطح للهيكل بأكمله, مما يساعد في تحديد المناطق ذات أنماط تبديد الحرارة غير الطبيعية التي قد تكون مرتبطة بالصدأ. من خلال الجمع بين هاتين التقنيتين, ويمكن الحصول على فهم أكثر شمولاً لحالة الصدأ في الهيكل الفولاذي للبرج, سواء من حيث التغيرات الهيكلية الداخلية أو السطحية – مظاهر المستوى.
5.2.2 أمثلة على أنظمة الكشف المتكاملة
فى السنوات الاخيرة, وقد تم تطوير العديد من أنظمة الكشف المتكاملة وتطبيقها في الهندسة العملية. أحد الأمثلة على ذلك هو النظام الذي يجمع بين اختبار الموجات فوق الصوتية, اختبار تسرب التدفق المغناطيسي, والكشف الكهروكيميائي للتفتيش الكبيرة – الهياكل الفولاذية لبرج نقل الطاقة على نطاق واسع.
يتكون النظام من أنظمة فرعية متعددة. يتكون النظام الفرعي للاختبار بالموجات فوق الصوتية من مستويات عالية – محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية الدقيقة, مكبرات الإشارة, ووحدات الحصول على البيانات. يشتمل النظام الفرعي لاختبار تسرب التدفق المغناطيسي على مولدات مجال مغناطيسي قوية, أجهزة الاستشعار المغناطيسية الحساسة, ووحدات معالجة البيانات. تم تجهيز النظام الفرعي للكشف الكهروكيميائي بمقاييس محتملة للتآكل, الأقطاب الكهربائية, وبرامج التحليل الكهروكيميائية.
أثناء تشغيل نظام الكشف المتكامل هذا, أولاً, يتم إجراء اختبار تسرب التدفق المغناطيسي لمسح السطح بسرعة – بالقرب من مناطق الهيكل الفولاذي بحثًا عن أي علامات صدأ – الشذوذ المغناطيسي الناجم. يتم تحليل إشارات تسرب التدفق المغناطيسي المكتشفة على الفور لتحديد الصدأ المحتمل – المناطق المتضررة. ثم, في هذه المناطق التي تم تحديدها, يتم إجراء الكشف الكهروكيميائي لقياس معدل التآكل ودرجة الصدأ بشكل أكثر دقة. أخيرا, يتم تطبيق اختبار الموجات فوق الصوتية لمزيد من التحقيق في الحالة الداخلية للهيكل الفولاذي في المناطق التي يشتبه في حدوث تآكل داخلي فيها بناءً على الاختبارين السابقين. يتم دمج البيانات من الأنظمة الفرعية الثلاثة وتحليلها باستخدام وحدة معالجة البيانات المركزية. تستخدم هذه الوحدة خوارزميات متقدمة للعبور – الرجوع إلى البيانات من النظم الفرعية المختلفة, القضاء على النتائج الإيجابية الكاذبة وتقديم تقييم أكثر دقة لحالة الصدأ.
في التطبيق العملي بشكل كبير – شبكة الكهرباء على نطاق واسع, تم استخدام نظام الكشف المتكامل هذا لفحص مجموعة من أبراج نقل الطاقة القديمة. وأظهرت النتائج أنه يمكن اكتشاف نطاق أوسع من الصدأ – المشاكل ذات الصلة مقارنة باستخدام طريقة كشف واحدة. وكان قادرا على تحديد بدقة ليس فقط السطح – بالقرب من عيوب الصدأ ولكن أيضًا تجاويف التآكل الداخلي التي لم يتم اكتشافها من قبل بالطرق التقليدية. نتيجة ل, تمكن موظفو الصيانة من تطوير خطط صيانة أكثر استهدافًا وفعالية, تحسين سلامة وموثوقية أبراج نقل الطاقة بشكل كبير.
5.3 تطبيق الخوارزميات الذكية في الكشف عن الصدأ
5.3.1 مبدأ خوارزمية التعلم الآلي في تحليل البيانات
خوارزميات التعلم الآلي, وخاصة الشبكات العصبية, لقد وجدت تطبيقات متزايدة في تحليل بيانات الكشف عن الصدأ للهياكل الفولاذية للأبراج. تتكون الشبكات العصبية من طبقات متعددة من العقد المترابطة (الخلايا العصبية). في سياق الكشف عن الصدأ, يتم تدريب الشبكة العصبية أولاً باستخدام كمية كبيرة من البيانات المصنفة. تتضمن هذه البيانات الموسومة معلومات حول خصائص الهيكل الفولاذي للبرج (مثل خصائصه المادية, الأبعاد الهندسية), الظروف البيئية (رطوبة, درجة الحرارة, قيمة الرقم الهيدروجيني), ونتائج الكشف عن الصدأ المقابلة التي تم الحصول عليها من طرق الكشف المختلفة (بيانات الفحص البصري, بيانات الكشف الكهروكيميائية, بيانات الاختبار بالموجات فوق الصوتية, الخ.).
أثناء عملية التدريب, تقوم الشبكة العصبية بضبط أوزان الاتصالات بين الخلايا العصبية لتقليل الفرق بين النتائج المتوقعة والبيانات الفعلية المصنفة. فمثلا, في تغذية – الشبكة العصبية الأمامية المستخدمة للكشف عن الصدأ, تستقبل طبقة الإدخال ميزات البيانات المختلفة المتعلقة بالهيكل الفولاذي ونتائج الكشف. ثم تتم معالجة هذه البيانات من خلال الطبقات المخفية, حيث غير معقدة – يتم تطبيق التحولات الخطية لاستخراج أنماط ذات معنى. أخيرا, توفر طبقة الإخراج حالة الصدأ المتوقعة للهيكل الفولاذي, مثل درجة الصدأ, موقع عيوب الصدأ, واحتمال التآكل في المستقبل.
الشبكات العصبية للتعلم العميق, والتي تحتوي على طبقات مخفية متعددة, يمكنه تعلم الميزات الهرمية تلقائيًا من البيانات الأولية. على سبيل المثال, في تحليل إشارات الاختبار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن الصدأ, عميق – تعلم الشبكة العصبية يمكن أن يتعلم التمييز بين إشارات الموجات فوق الصوتية العادية والإشارات المقابلة لأنواع ودرجات مختلفة من الصدأ – العيوب ذات الصلة. ويمكنه أيضًا أن يأخذ في الاعتبار العلاقات المعقدة بين العوامل المختلفة, مثل كيفية تفاعل الرطوبة ودرجة الحرارة البيئية مع عملية التآكل وكيفية تأثير هذه العوامل على إشارات الكشف.
5.3.2 مزايا الكشف الذكي
يوفر تطبيق الخوارزميات الذكية في الكشف عن الصدأ العديد من المزايا المهمة. أولاً, فهو يتيح التعرف التلقائي وتقييم حالة الصدأ في هياكل الأبراج الفولاذية. بدلاً من الاعتماد على التفسير اليدوي لبيانات الكشف, وهو الوقت – مستهلكة وعرضة للخطأ البشري, يمكن للخوارزميات الذكية تحليل كميات كبيرة من البيانات بسرعة ودقة. فمثلا, في كبير – مشروع فحص البرج على نطاق واسع حيث يتم جمع آلاف نقاط البيانات من طرق الكشف المتعددة, يمكن للخوارزمية الذكية معالجة جميع البيانات في وقت قصير وتقديم تقييم شامل لحالة الصدأ للبرج بأكمله.
ثانيًا, الكشف الذكي يمكن أن يحسن دقة الكشف عن الصدأ. من خلال التعلم من كمية كبيرة من البيانات التاريخية والعلاقات المعقدة بين العوامل المختلفة, آلة – يمكن لخوارزميات التعلم تقديم تنبؤات أكثر دقة حول حالة الصدأ. يمكنهم تحديد الأنماط الدقيقة في البيانات التي قد يتجاهلها المفتشون البشريون, مما يؤدي إلى تحديد أكثر دقة للموقع, حد, وشدة الصدأ.
علاوة على ذلك, يمكن للخوارزميات الذكية التكيف مع هياكل الأبراج الفولاذية المختلفة والظروف البيئية. يمكنهم تحديث نماذجهم بشكل مستمر بناءً على البيانات الجديدة, مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات. فمثلا, إذا تم إدخال نوع جديد من الهياكل الفولاذية للبرج أو تغيرت الظروف البيئية في منطقة معينة بشكل كبير, ويمكن إعادة تدريب الخوارزمية الذكية باستخدام البيانات الجديدة لضمان فعاليتها في الكشف عن الصدأ. بصورة شاملة, يمثل تطبيق الخوارزميات الذكية في الكشف عن الصدأ خطوة كبيرة إلى الأمام في تحسين كفاءة ودقة صيانة وإدارة الهياكل الفولاذية للبرج.
6. الاستنتاج والتوقعات
6.1 ملخص نتائج البحث
طوال هذا البحث, تم إجراء استكشاف شامل لتقنيات الكشف عن الصدأ للهياكل الفولاذية للأبراج. طرق الكشف التقليدية, مثل الفحص البصري, بسيطة وبديهية, تمكين التعرف السريع على السطح – مستوى الصدأ. ومع ذلك, فهي ذاتية للغاية وتقتصر على الملاحظات السطحية, الفشل في الكشف عن التآكل الداخلي. طرق الكشف الكهروكيميائية, مثل طريقة مقاومة الاستقطاب الخطي, توفر حساسية عالية ونتائج سريعة, لكن دقتها تتأثر بسهولة بالعوامل البيئية. طرق الاختبار غير المدمرة, بما في ذلك اختبار الموجات فوق الصوتية واختبار تسرب التدفق المغناطيسي, يمكن الكشف عن الداخلية والسطحية – بالقرب من عيوب الصدأ على التوالي, مع اختبار الموجات فوق الصوتية المناسبة للعمق – اكتشاف العيوب أثناء الجلوس في مختلف الهياكل الفولاذية واختبار تسرب التدفق المغناطيسي ينطبق بشكل أساسي على الهياكل الفولاذية المغناطيسية.
تقنيات الكشف الجديدة, مثل الألياف – تكنولوجيا الاستشعار البصري, توفير عالية – حساسية, حقيقي – مراقبة الوقت مع الحصانة للتداخل الكهرومغناطيسي. تكنولوجيا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء, على الجانب الآخر, يسمح لغير – اتصال, كبير – مسح المنطقة لتحديد الصدأ – توزيعات درجات الحرارة غير الطبيعية ذات الصلة, على الرغم من تأثره بالانبعاثية السطحية والعوامل البيئية.
أثبت تكامل تقنيات الكشف المتعددة أنه مفيد للغاية. من خلال الجمع بين الأساليب المختلفة, ويمكن الاستفادة من المزايا التكميلية للتغلب على القيود المفروضة على التقنيات الفردية. فمثلا, الفحص البصري للفحص السطحي, الكشف الكهروكيميائي لقياس معدل التآكل بدقة, ويمكن أن يوفر الاختبار بالموجات فوق الصوتية للتحقيق في العيوب الداخلية تقييمًا أكثر شمولاً ودقة لحالة الصدأ.
6.2 التحديات والفرص في البحوث المستقبلية
على الرغم من التقدم في تقنيات الكشف عن الصدأ, لا تزال هناك العديد من التحديات. من حيث الدقة, لا تزال الأساليب الحالية تكافح من أجل قياس درجة التآكل بدقة في الهياكل الفولاذية المعقدة, خاصة عند التعامل مع أنواع متعددة من التآكل المشترك – الموجودة أو في الصعب – إلى – مناطق الوصول. وتشكل القدرة على التكيف مع البيئات المعقدة تحديا كبيرا آخر. غالبًا ما توجد هياكل الأبراج الفولاذية في بيئات متنوعة, مثل عالية – ارتفاع, أطول برج – رطوبة, أو كيميائيا – المناطق الملوثة. قد لا تعمل تقنيات الكشف الحالية على النحو الأمثل في هذه الظروف. على سبيل المثال, تتأثر طرق الكشف الكهروكيميائية بشدة بالتغيرات في تكوين المنحل بالكهرباء في البيئات الملوثة, ويمكن تشويه التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بسبب التغيرات الشديدة في درجات الحرارة.
ومع ذلك, توفر التقنيات الناشئة أيضًا العديد من الفرص. قد يؤدي تطور تكنولوجيا النانو إلى إنشاء أجهزة استشعار أكثر حساسية مع تحسين الأداء. فمثلا, يمكن لأجهزة الاستشعار النانوية اكتشاف كميات ضئيلة من التآكل – المواد ذات الصلة في البيئة المحيطة بالهيكل الفولاذي للبرج, مما يتيح الكشف المبكر عن الصدأ. يوفر التقدم المستمر للذكاء الاصطناعي وخوارزميات التعلم الآلي الفرصة لتطوير المزيد من الذكاء والذات – تكييف أنظمة الكشف. يمكن لهذه الخوارزميات تحليل كميات كبيرة من البيانات من أجهزة استشعار متعددة ومعايير بيئية, تحسين دقة وموثوقية الكشف عن الصدأ.
6.3 آفاق تطوير تكنولوجيا الكشف عن الصدأ في الهياكل الفولاذية للبرج
نتطلع إلى الأمام, من المتوقع أن تتطور تقنية الكشف عن الصدأ للهياكل الفولاذية للأبراج نحو ذكاء أكبر. ستكون أنظمة الكشف الذكية قادرة على تحليل وتشخيص حالة الصدأ تلقائيًا, توفير حقيقي – تنبيهات الوقت وتوصيات الصيانة. فمثلا, بالكامل – يمكن للنظام الذكي المتكامل مراقبة حالة البرج بشكل مستمر باستخدام مجموعة من أجهزة الاستشعار والآلة – خوارزميات التعلم, وعندما يكتشف اتجاهات التآكل غير الطبيعية, ويمكنه إخطار موظفي الصيانة على الفور واقتراح التدابير الوقائية المناسبة.
يعد تعدد الوظائف اتجاهًا مهمًا آخر للتنمية. لن تكون تقنيات الكشف المستقبلية قادرة على اكتشاف الصدأ فحسب، بل ستتمكن أيضًا من تقييم العوامل الأخرى المتعلقة بالسلامة الهيكلية للبرج, مثل أضرار التعب, تركيز الإجهاد, والتدهور المادي. سيساعد هذا التقييم الشامل في اتخاذ قرارات أكثر استنارة فيما يتعلق بصيانة وتجديد الهياكل الفولاذية للأبراج. بالإضافة إلى ذلك, مع تزايد الطلب على التنمية المستدامة, وستكون تقنيات الكشف الصديقة للبيئة أيضًا محورًا للبحث المستقبلي. ستعمل هذه التقنيات على تقليل التأثير على البيئة أثناء عملية الكشف مع ضمان درجة عالية – نتائج الكشف عن الجودة, المساهمة على المدى الطويل – مصطلح السلامة والاستقرار للهياكل الفولاذية للبرج بطريقة مسؤولة بيئيًا.
مراجع
[1] تشانغ, ز., تشانغ, ز., ليو, X., & تشانغ, مع. (2010). الكشف عن تآكل الفولاذ. سيتشوان لمواد البناء, 36(5), 56-57. [2] تان, ج., طويل, ز., تشين, ج., هوانغ, ل., & لين, C. (2014). تحليل تآكل برج النقل والعوامل ذات الصلة في منطقة قوانغدونغ الساحلية. مجلة جامعة قوانغدونغ للتكنولوجيا, 31(11), 116-119. [3] تشين, ي., ياو, ن., شو, ل., كونغ, X., & وانغ, ب. (2015). مناقشة حول تصنيف درجة الصدأ للبرج الفولاذي لخط النقل. شمال الصين للطاقة الكهربائية, (4), 30-34. [4] بيليس, د., & الشماس, J. (2005). التحكم في التآكل في الهياكل الفولاذية. بكين: مطبعة الصناعة الكيميائية. [5] تشين, ي., تيان, ل., وو, ي., أغنية, ت., يان, X., & أيّ, S. (2006). صيغة محلول الفوسفات لمرحلة ما قبل – معالجة صدأ أبراج النقل قبل الطلاء. تآكل & حماية, 27(6), 294-296. [6] قوه, ج., لو, ل., أغنية, ز., & تشانغ, J. (2007). مضاد كيميائي كامل – معالجة التآكل العالية – أبراج خطوط نقل الجهد. شمال الصين للطاقة الكهربائية, (أ01), 153-156. [7] في, دبليو., زو, ي., شيونغ, ج., & تساو, J. (2008). خصائص EIS لعملية فشل أنظمة الطلاء المركبة تحت ظروف المعالجة السطحية المختلفة. مجلة الصناعة الكيميائية والهندسة (الصين), 59(2), 420-425. [8] تشانغ, ز., شيونغ, ج., تساو, ج., & زو, و. (2008). دراسة EIS على سلوك الفشل للطلاءات العضوية تحت درجات مختلفة من المعالجة السطحية. التكنولوجيا الجديدة & عملية جديدة, (10), 90-93. [9] شو, ي., يان, ج., جاو, ي., تشانغ, س., & تساو, C. (2003). تأثير حالة السطح والمعالجة على تآكل الفولاذ A3 وفشل الطلاءات تحت الطلاءات. علوم التآكل وتكنولوجيا الحماية, 15(4), 208-211.
