فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج
بررسی ضرایب بار باد بازوهای متقاطع برج انتقال فولاد زاویه ای تحت زوایای باد کج: یک تحلیل فنی
ژانویه 11, 2026
فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج: یک تحلیل جامع
1. مقدمه
1.1 پیشینه و اهمیت تحقیق
در زیرساخت های مدرن, سازه های فولادی برج نقش مهمی ایفا می کنند و به طور گسترده در زمینه های مختلفی مانند انتقال نیرو کاربرد دارند, ارتباط, و حمل و نقل. برای مثال, در صنعت برق, زیاد – ولتاژ انتقال برج سازه های فولادی وظیفه انتقال ایمن و پایدار برق را در فواصل طولانی دارند. در بخش ارتباطات, برج ارتباطات سازه های فولادی از آنتن ها پشتیبانی می کنند, اطمینان از عملکرد عادی شبکه های ارتباطی بی سیم.
با این حال, این سازه های فولادی برج به طور مداوم در معرض محیط های طبیعی خشن قرار دارند, از جمله رطوبت, اکسیژن, و مواد شیمیایی مختلف در هوا و خاک. در نتیجه, خوردگی یک مشکل رایج و جدی است. زنگ نه تنها ظاهر سازه فولادی را تحت تأثیر قرار می دهد بلکه به طور قابل توجهی ایمنی و عمر مفید آن را تهدید می کند. هنگامی که خوردگی رخ می دهد, خواص مکانیکی فولاد, مانند استحکام و شکل پذیری, به تدریج کاهش خواهد یافت. اگر برای مدت طولانی تشخیص داده نشود و درمان نشود, ممکن است منجر به شکست ساختاری برج شود, که می تواند باعث قطع برق شود, اختلالات ارتباطی, و حتی یک تهدید جدی برای امنیت عمومی است.
از این رو, تحقیق در مورد تکنولوژی تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج از اهمیت عملی زیادی برخوردار است. تشخیص دقیق و به موقع زنگ زدگی می تواند پرسنل تعمیر و نگهداری را قادر سازد تا اقدامات مربوطه را از قبل انجام دهند, مانند ضد – درمان خوردگی, تعویض قطعه, و غیره., برای اطمینان از عملکرد ایمن سازه های فولادی برج و افزایش عمر مفید آنها, در نتیجه هزینه های تعمیر و نگهداری و خطرات احتمالی ایمنی را کاهش می دهد.
1.2 اهداف و محدوده تحقیق
هدف این مقاله انجام یک تحلیل جامع از فناوریهای تشخیص زنگ موجود برای سازههای فولادی برج است. هدف آن بررسی سیستماتیک اصول است, مزایای, و محدودیت های روش های تشخیص رایج, کاربرد فناوری های جدید در این زمینه را بررسی کنید, و روند توسعه آینده فناوری تشخیص زنگ را پیش بینی کنید.
دامنه تحقیق شامل جنبه های زیر است اما به آن محدود نمی شود. اولین, traditional non – روش های آزمایش مخرب برای تشخیص زنگ زدگی, مانند بازرسی چشمی, تشخیص نشت شار مغناطیسی, and ultrasonic testing, به تفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت. دومین, فناوری های نوظهور مانند طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی, infrared thermography, and intelligent sensor – روش های تشخیص مبتنی بر بررسی خواهد شد. سرانجام, روند توسعه آینده فناوری تشخیص زنگ, از جمله ادغام چندین فناوری, کاربرد هوش مصنوعی و کلان داده در تشخیص, نیز پوشش داده خواهد شد.
1.3 ساختار پایان نامه
این پایان نامه به شرح زیر تنظیم شده است. فصل 2 دانش پایه سازه های فولادی برج را معرفی خواهد کرد, از جمله اشکال ساختاری آنها, مواد, و مکانیسم تشکیل زنگ. این بخش یک پایه نظری برای مطالعه بعدی فناوری تشخیص زنگ خواهد گذاشت.
فصل 3 بر روی روش های رایج تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج تمرکز خواهد کرد. اصول کار را توضیح خواهد داد, فرآیندهای عملیاتی, و سناریوهای کاربردی هر روش, و مزایا و معایب آنها را از طریق موارد عملی مقایسه کنید.
فصل 4 فن آوری های جدید به کار رفته در تشخیص زنگ را بررسی خواهد کرد. اصول و ویژگی های فناوری های نوظهور را معرفی خواهد کرد, و در مورد چشم انداز کاربرد بالقوه و چالش های آنها در زمینه تشخیص زنگ سازه فولادی برج بحث کنید.
فصل 5 روند توسعه آینده فناوری تشخیص زنگ را تجزیه و تحلیل خواهد کرد, با در نظر گرفتن عواملی مانند نوآوری تکنولوژیک, توسعه علم مواد, و الزامات صنعت.
سرانجام, فصل 6 محتوای تحقیق کل پایان نامه را خلاصه خواهد کرد, نتیجه گیری کنید, و پیشنهاداتی را برای تحقیقات آتی و کاربردهای عملی ارائه دهید. از طریق این ساختار منطقی, خوانندگان می توانند درک روشنی از روند توسعه و جهت آینده فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج داشته باشند.
2. مبانی نظری زنگ سازه فولادی برج
2.1 مکانیسم زنگ زدگی سازه های فولادی
2.1.1 واکنش های شیمیایی در تشکیل زنگ
فولاد عمدتاً از آهن تشکیل شده است (آهن), و زمانی که سازه های فولادی برج در معرض جو قرار می گیرند, یک سری واکنش های الکتروشیمیایی پیچیده رخ می دهد. فرآیند زنگ زدن آهن عمدتاً یک واکنش خوردگی الکتروشیمیایی است. در حضور آب و اکسیژن, آهن به عنوان یک آند عمل می کند و تحت اکسیداسیون قرار می گیرد. معادله شیمیایی برای اکسیداسیون آهن در آند است:
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$$
. اینجا, اتم های آهن الکترون های خود را از دست می دهند و به یون های آهن اکسید می شوند ($$Fe^{2+}$$
).At the cathode, oxygen and water gain electrons. معادله واکنش است:
$$O_{2}+2H_{2}O + 4e^{-}\rightarrow4OH^{-}$$
. The ferrous ions ($$Fe^{2+}$$
) produced at the anode react with the hydroxide ions ($$OH^{-}$$
) generated at the cathode. The resulting product is ferrous hydroxide ($$Fe(OH)_{2}$$
), which is further oxidized by oxygen in the air to form ferric hydroxide ($$Fe(OH)_{3}$$
). The chemical equation for this oxidation process is: $$4Fe(OH)_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow4Fe(OH)_{3}$$
. Ferric hydroxide is unstable and will decompose to form rust, which is mainly composed of iron(سوم) oxide ($$Fe_{2}O_{3}$$
) and its hydrated forms such as $$Fe_{2}O_{3}·nH_{2}O$$
. این سری از واکنش های شیمیایی به تدریج منجر به تشکیل رنگ قرمز می شود – لایه زنگ قهوه ای که معمولاً در سطح سازه های فولادی مشاهده می شود.2.1.2 تأثیر عوامل محیطی
رطوبت: رطوبت نقش مهمی در فرآیند زنگ زدگی دارد. آب یک محیط ضروری برای واکنش های الکتروشیمیایی تشکیل زنگ است. زمانی که رطوبت نسبی در محیط زیاد باشد, a thin water film is easily formed on the surface of the steel structure. This water film provides an electrolyte environment for the transfer of ions, accelerating the electrochemical corrosion reaction. مثلا, in coastal areas where the air humidity is often above 80%, tower steel structures are more likely to rust compared to arid inland areas. Research has shown that when the relative humidity exceeds 60%, the rusting rate of steel begins to increase significantly.
pH Value: The acidity or alkalinity of the environment also affects the rusting rate. In an acidic environment, hydrogen ions (
$$H^{+}$$
) می تواند در واکنش الکتروشیمیایی شرکت کند. معادله واکنش است $$Fe + 2H^{+} \rightarrow Fe^{2+} + H_{2}\uparrow$$
. مواد اسیدی مانند دی اکسید گوگرد ($$SO_{2}$$
) and nitrogen oxides ($$NO_{x}$$
) in the atmosphere can dissolve in water to form acidic solutions, which accelerate the corrosion of steel. در مقابل, in a highly alkaline environment, although the corrosion rate of steel is relatively slow under normal circumstances, if there are certain aggressive anions present, it can also cause corrosion. برای مثال, in industrial areas with high levels of acidic pollutants, خوردگی سازه های فولادی برج بسیار شدیدتر است.درجه حرارت: دما بر سرعت واکنش های شیمیایی تأثیر می گذارد. بطور کلی, در محدوده دمایی معین, افزایش دما می تواند روند زنگ زدگی را تسریع کند. دمای بالاتر انرژی جنبشی مولکول ها و یون ها را افزایش می دهد, ترویج انتشار واکنش دهنده ها و محصولات در سیستم واکنش الکتروشیمیایی. با این حال, وقتی دما خیلی بالاست, همچنین ممکن است باعث تبخیر لایه آب روی سطح فولاد شود, که واکنش زنگ زدگی را تا حدی مهار می کند. مثلا, در مناطق گرمسیری با درجه حرارت بالا و رطوبت بالا, سرعت زنگ زدگی سازه های فولادی برج بسیار سریعتر از مناطق معتدل است.
2.2 خطرات زنگ زدگی در سازه فولادی برج
2.2.1 کاهش مقاومت سازه
از نظر مکانیکی, زنگ یک ماده متخلخل و شکننده است. هنگامی که زنگ زدگی روی سطح یک سازه فولادی ایجاد می شود, فضا را اشغال می کند و به تدریج صلیب را کاهش می دهد – سطح مقطع عضو فولادی. طبق فرمول ظرفیت تحمل نیروی محوری
$$N = fA$$
(آن $$N$$
ظرفیت باربری است, $$f$$
تنش مجاز ماده است, و $$A$$
صلیب است – منطقه مقطعی), به عنوان صلیب – منطقه مقطعی $$A$$
به دلیل زنگ زدگی کاهش می یابد, ظرفیت باربری عضو فولادی نیز کاهش می یابد.علاوه بر این, وجود زنگ می تواند باعث تمرکز تنش در سطح مشترک بین لایه زنگ و ماتریس فولادی شود. تمرکز تنش می تواند منجر به شروع و انتشار ترک در فولاد شود. هنگامی که ترک ظاهر می شود و گسترش می یابد, آنها استحکام و شکل پذیری فولاد را بیشتر کاهش می دهند, به طور جدی یکپارچگی سازه سازه فولادی برج را تهدید می کند. مثلا, در یک برج انتقال نیرو, اگر اعضای اصلی پشتیبان خورده شده و ضربدر آنها خورده شده باشد – مناطق مقطع کاهش می یابد 10%, ظرفیت باربری کل برج ممکن است بیش از 20%, که خطر خرابی سازه را به شدت افزایش می دهد.
2.2.2 تاثیر بر عمر سرویس
خوردگی سازه های فولادی برج روند پیری سازه را تسریع می کند. نمونه بارز آن برج ارتباطی است که در یک منطقه صنعتی در دهه 1990 ساخته شد. به دلیل بالا بودن – آلودگی محیط زیست در منطقه, سازه فولادی برج دچار خوردگی شدید شد. فقط در بیش از یک دهه, درجه خوردگی برج بسیار بیشتر از برج های مشابه در کمتر بود – مناطق آلوده. عمر مفید طراحی اولیه برج بود 25 سال ها, اما به دلیل زنگ زدگی شدید, فقط بعد از آن باید تعویض می شد 15 سال استفاده.
زنگ نه تنها به خواص مواد فولاد آسیب می رساند، بلکه اتصال بین اجزا را نیز ضعیف می کند. اتصالات سست می تواند منجر به افزایش ارتعاشات سازه تحت بارهای خارجی مانند باد و زلزله شود, تسریع بیشتر تخریب ساختار. در نتیجه, عمر عادی سازه فولادی برج کوتاه شده است, و تعمیر و نگهداری و تعویض مکرر مورد نیاز است, افزایش هزینه های نگهداری و کاهش منافع اقتصادی کلی پروژه.
3. روش های رایج تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج
3.1 روش بازرسی بصری
3.1.1 فرآیند و ویژگی های بازرسی
روش بازرسی چشمی ابتدایی ترین و ساده ترین روش برای تشخیص زنگ زدگی سازه های فولادی برج است. در طول فرآیند بازرسی, بازرسان مستقیماً سطح سازه فولادی را با چشم غیرمسلح یا با کمک برخی ابزارهای ساده مانند ذره بین رصد می کنند.. آنها به دنبال نشانه هایی از زنگ زدگی هستند, مانند وجود مایل به قرمز – لکه های زنگ قهوه ای, تغییر در رنگ سطح فولاد از درخشش فلزی اولیه به ظاهری کدرتر, و تشکیل لایه های زنگ با ضخامت های مختلف. در برخی موارد, آنها همچنین ممکن است از خراش دهنده ها برای برداشتن ملایم لایه بیرونی زنگ استفاده کنند تا درجه خوردگی زیر آن را بهتر ارزیابی کنند..
این روش دارای چندین ویژگی متمایز است. اولا, بسیار ساده است و نیازی به تجهیزات پیچیده یا گران قیمت ندارد. بازرسان می توانند به سرعت مشکلات زنگ زدگی آشکار را در سطح سازه فولادی شناسایی کنند. دوما, نتایج فوری را ارائه می دهد. تا زمانی که بازرسی انجام شود, وجود و محل تقریبی زنگ سطح را می توان در آن تعیین کرد – the – نقطه. با این حال, همچنین دارای معایب قابل توجهی است. به شدت ذهنی است, زیرا بازرسان مختلف ممکن است قضاوت های متفاوتی در مورد درجه زنگ زدگی داشته باشند. علاوه بر این, فقط می تواند سطح را تشخیص دهد – سطح زنگ زدگی می کند و قادر به ارائه اطلاعات در مورد وضعیت خوردگی داخلی سازه فولادی نیست, که ممکن است منجر به دست کم گرفتن خسارت خوردگی واقعی شود.
3.1.2 سناریوها و محدودیت های کاربردی
بازرسی بصری برای بازرسی های اولیه سازه های فولادی برج مناسب ترین است. مثلا, در طول بررسی های معمول تعمیر و نگهداری دکل های ارتباطی, کارگران می توانند ابتدا از بازرسی بصری برای اسکن سریع کل ساختار برای شناسایی نقاط زنگ زدگی آشکار استفاده کنند. همچنین زمانی موثر است که زنگ زدگی سطح بسیار آشکار باشد, مانند سازه های فولادی با خوردگی شدید در مناطق ساحلی با رطوبت و نمک بالا. – هوای باردار, جایی که زنگ زدگی به راحتی قابل تشخیص است.
با این حال, محدودیت های آن نیز مشهود است. از آنجایی که فقط می تواند زنگ زدگی سطح را تشخیص دهد, برای سازه های فولادی با خوردگی داخلی که هنوز روی سطح قابل مشاهده نیست, این روش بی اثر است. علاوه بر این, برای سازه های فولادی برج با هندسه های پیچیده یا آنهایی که دسترسی به آنها دشوار است, بازرسی بصری ممکن است به اندازه کافی جامع نباشد. برای مثال, در برخی از بالا – دکل های انتقال ولتاژ با فضاهای باریک بین اجزا یا در هارد – به – رسیدن به مناطق, انجام یک بازرسی بصری کامل چالش برانگیز است, و مشکلات زنگ پنهان ممکن است نادیده گرفته شوند.
3.2 روش تشخیص الکتروشیمیایی
3.2.1 اصول اولیه (مانند روش مقاومت قطبی خطی)
روش مقاومت پلاریزاسیون خطی یک اصل رایج تشخیص الکتروشیمیایی برای تشخیص زنگ زدگی در سازه های فولادی برج است. در یک سیستم الکتروشیمیایی, هنگامی که یک پتانسیل پلاریزاسیون کوچک به سازه فولادی اعمال می شود (الکترود کار) در محیط الکترولیتی (مانند لایه آب نازک روی سطح سازه فولادی حاوی اکسیژن محلول و مواد دیگر), جریان پلاریزاسیون مربوطه جریان خواهد داشت. طبق قانون فارادی و اصول سینتیک الکتروشیمیایی, بین نرخ خوردگی رابطه وجود دارد (
$$v$$
) فولاد و مقاومت پلاریزاسیون ($$R_{p}$$
). نرخ خوردگی را می توان به صورت بیان کرد $$v = \frac{B}{R_{p}}$$
, آن $$B$$
ثابت مربوط به مکانیسم واکنش الکتروشیمیایی فولاد در یک محیط خاص است. با اندازه گیری مقاومت پلاریزاسیون $$R_{p}$$
, نرخ خوردگی فولاد را می توان محاسبه کرد, و بدین ترتیب می توان درجه زنگ زدگی را تعیین کرد. زمانی که سازه فولادی در وضعیت خوردگی شدیدتری قرار دارد, نرخ خوردگی بالاتر است, و مقاومت پلاریزاسیون کمتر است.3.2.2 ابزار دقیق و مراحل عملیات
ابزارهای تشخیص الکتروشیمیایی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند شامل متر پتانسیل خوردگی هستند. مراحل عملیات به شرح زیر است: اولین, الکترود کار را آماده کنید, الکترود مرجع, و شمارنده – الکترود. الکترود کار معمولاً خود سازه فولادی یا قطعه کوچکی از آن است – نوع فولاد متصل به سازه. الکترود مرجع یک مرجع پتانسیل پایدار را فراهم می کند, و پیشخوان – الکترود برای تکمیل مدار الکتروشیمیایی استفاده می شود. سپس, این الکترودها را به دستگاه سنجش پتانسیل خوردگی وصل کنید. بعدی, الکترودها را در محیط الکترولیت مناسب روی سطح سازه فولادی قرار دهید. پس از آن, ابزار را برای اعمال یک پتانسیل پلاریزاسیون کوچک شروع کنید و جریان قطبش حاصل را اندازه گیری کنید. سرانجام, با توجه به داده های اندازه گیری شده, مقاومت پلاریزاسیون را محاسبه کرده و سپس از طریق فرمول های مربوطه میزان خوردگی و درجه زنگ زدگی را تعیین کنید.
در طول عملیات, چندین اقدامات احتیاطی باید انجام شود. الکترودها باید به درستی نصب شوند تا از تماس الکتریکی خوب با ساختار فولادی و الکترولیت اطمینان حاصل شود. انتخاب الکترود مرجع باید برای محیط خاص سازه فولادی مناسب باشد. همچنین, اندازه گیری باید در یک محیط نسبتاً پایدار انجام شود تا از تداخل عوامل خارجی مانند تغییرات ناگهانی دما و رطوبت جلوگیری شود..
3.2.3 مزایا و معایب
یکی از مزایای قابل توجه روش تشخیص الکتروشیمیایی سرعت تشخیص سریع آن است. هنگامی که دستگاه تنظیم شد و اندازه گیری شروع شد, نتایج را می توان نسبتاً سریع به دست آورد, که برای روی بسیار مناسب است – بازرسی سایت که زمان محدود است. همچنین حساسیت بالایی دارد و می تواند حتی تغییرات خوردگی جزئی را در سازه فولادی تشخیص دهد. با این حال, این روش به شدت مستعد تداخل محیطی است. مثلا, تغییر در ترکیب الکترولیت (مانند غلظت اکسیژن محلول و وجود ناخالصی های دیگر در لایه آب روی سطح فولاد.), نوسانات دما, و وجود میدان های الکترومغناطیسی می تواند بر دقت نتایج اندازه گیری تأثیر بگذارد. علاوه بر این, روش تشخیص الکتروشیمیایی به سطح معینی از دانش و مهارت های حرفه ای برای عملیات و تجزیه و تحلیل داده ها نیاز دارد, که ممکن است کاربرد گسترده آن را در بین غیر محدود کند – پرسنل حرفه ای.
3.3 روش های تست غیر مخرب
3.3.1 تست اولتراسونیک
اصل تست اولتراسونیک برای تشخیص زنگ زدگی در سازه های فولادی برج بر اساس رفتار امواج اولتراسونیک در مواجهه با رسانه های مختلف است.. هنگامی که امواج اولتراسونیک به ساختار فولادی منتقل می شود, آنها با سرعت معینی حرکت می کنند. اگر لایه زنگ زدگی یا خوردگی وجود داشته باشد – عیوب مربوط به داخل سازه فولادی, امواج اولتراسونیک انعکاس و شکست را در سطح مشترک بین صدا تجربه می کنند – ماتریس فولاد رسانا و غیر – صدا – لایه زنگ رسانا. امواج اولتراسونیک منعکس شده را می توان توسط مبدل دریافت کرد. با تجزیه و تحلیل تاخیر زمانی, دامنه, و فاز سیگنال های اولتراسونیک دریافتی, اطلاعات در مورد مکان, اندازه, و شکل زنگ – می توان عیوب مرتبط را به دست آورد. مثلا, یک زنگ بزرگ – حفره پر شده در داخل سازه فولادی باعث انعکاس قوی امواج اولتراسونیک می شود, در نتیجه بالا – سیگنال اکو دامنه دریافت شده توسط مبدل.
3.3.2 تست نشت شار مغناطیسی
فولاد دارای نفوذپذیری مغناطیسی خاصی است. در تست نشت شار مغناطیسی, یک میدان مغناطیسی به سازه فولادی برج اعمال می شود. زمانی که سازه فولادی در حالت عادی باشد, خطوط مغناطیسی نیرو به طور مساوی در داخل فولاد توزیع می شوند. با این حال, هنگامی که در سازه فولادی زنگ زدگی یا خوردگی وجود دارد, نفوذپذیری مغناطیسی زنگ – تغییرات منطقه آسیب دیده. زنگ در مقایسه با ماتریس فولادی دارای نفوذپذیری مغناطیسی بسیار کمتری است. در نتیجه, خطوط مغناطیسی نیرو از زنگ نشت می کنند – منطقه آسیب دیده, تشکیل یک میدان نشتی شار مغناطیسی. برای تشخیص این میدان نشتی شار مغناطیسی می توان از سنسورهای مغناطیسی خاصی استفاده کرد. قدرت و توزیع سیگنال نشتی شار مغناطیسی شناسایی شده با اندازه و محل نقص زنگ مرتبط است.. برای مثال, یک منطقه زنگ بزرگتر سیگنال نشتی شار مغناطیسی قوی تری تولید می کند, به بازرسان اجازه می دهد تا شدت مشکل زنگ زدگی را تعیین کنند.
3.3.3 مقایسه روش های تست غیر مخرب
از نظر عمق تشخیص, آزمایش اولتراسونیک می تواند نسبتاً عمیق به ساختار فولادی نفوذ کند, معمولاً قادر به تشخیص عیوب زنگ داخلی در یک عمق مشخص است, بسته به فرکانس امواج اولتراسونیک استفاده شده و نوع فولاد. تست نشت شار مغناطیسی برای تشخیص سطح مناسب تر است – نزدیک و کم عمق – عیوب زنگ عمقی. برای دقت تشخیص, تست اولتراسونیک می تواند اطلاعات نسبتاً دقیقی در مورد محل و اندازه عیوب زنگ داخلی با کمک سیگنال پیشرفته ارائه دهد. – تکنیک های پردازش. آزمایش نشت شار مغناطیسی همچنین می تواند به دقت سطح را تعیین کند – نزدیک به نواحی زنگ زده اما ممکن است محدودیت هایی در اندازه گیری دقیق اندازه عمق داشته باشد – نقص های نشسته.
با توجه به محدوده قابل اجرا, تست اولتراسونیک برای طیف گسترده ای از سازه های فولادی مناسب است, صرف نظر از خواص مغناطیسی آنها. آزمایش نشت شار مغناطیسی عمدتاً برای سازه های فولادی فرومغناطیسی قابل استفاده است, به عنوان نه – مواد فرومغناطیسی به خوبی به میدان مغناطیسی در این روش آزمایش پاسخ نمی دهند. به طور خلاصه, هر روش آزمایش غیر مخرب ویژگی های خاص خود را دارد, و در کاربردهای عملی, ترکیبی از چندین روش ممکن است برای دستیابی به نتایج جامعتر و دقیقتر تشخیص زنگ برای سازههای فولادی برج مورد استفاده قرار گیرد.
4. مطالعات موردی تشخیص زنگ زدگی در سازه فولادی برج
4.1 مورد اول: کاربرد بازرسی بصری در برج انتقال
4.1.1 پیشینه پروژه
برج انتقال مورد نظر در سال ساخته شده است 1995 و در یک منطقه حومه شهر نزدیک یک شهرک صنعتی در قسمت جنوبی یک شهر خاص واقع شده است. این منطقه در طول سال از رطوبت بالایی برخوردار است, با میانگین رطوبت نسبی در اطراف 70%, و همچنین تحت تأثیر آلاینده های صنعتی مانند دی اکسید گوگرد ساطع شده از کارخانه های مجاور قرار می گیرد. برج یک جزء کلیدی از شبکه برق محلی است, مسئول انتقال بالا – ولتاژ برق از یک نیروگاه به منطقه شهری, با ارتفاع 80 متر و یک شبکه – ساختار نوع ساخته شده از فولاد Q345.
4.1.2 نتایج بازرسی بصری و تجزیه و تحلیل
در طی یک بازرسی معمول بصری که توسط تیم تعمیر و نگهداری شبکه برق در 2020, چندین زمینه نگرانی شناسایی شد. اولا, در قسمت پایین برج, نزدیک به زمین, مایل به قرمز آشکار – لکه های زنگ قهوه ای روی بسیاری از اعضای اصلی پشتیبانی مشاهده شد. لایه زنگ در برخی مناطق نسبتاً ضخیم بود, با ضخامتی که حدوداً تخمین زده می شود 2 – 3 میلی متر با تراشیدن با یک ابزار ساده. علاوه بر این, قسمت های اتصال بین اعضای اصلی و صلیب – بریس ها نیز نشانه هایی از زنگ زدگی را نشان دادند, و برخی از پیچ ها خورده شده بودند, با از دست دادن سطح درخشش اولیه خود.
دلایل احتمالی زنگ زدگی به شرح زیر است. رطوبت بالا در منطقه محیطی مساعد را برای واکنش های خوردگی الکتروشیمیایی ناشی از تشکیل زنگ فراهم می کند.. لایه آب روی سطح سازه فولادی به عنوان یک الکترولیت عمل می کند, تسهیل انتقال یون ها در طول فرآیند خوردگی. آلاینده های صنعتی, به خصوص دی اکسید گوگرد, در فیلم آب حل می شود تا مواد اسیدی تشکیل شود. این مواد اسیدی با فولاد واکنش می دهند, افزایش سرعت خوردگی. مثلا, دی اکسید گوگرد می تواند با آب واکنش داده و اسید گوگرد تشکیل دهد (
$$H_{2}SO_{3}$$
), که بیشتر به اسید سولفوریک اکسید می شود ($$H_{2}SO_{4}$$
) در حضور اکسیژن. سپس اسید سولفوریک با آهن موجود در فولاد واکنش می دهد, منجر به تشکیل سولفات آهن و گاز هیدروژن می شود, در نتیجه فرآیند زنگ زدگی را ترویج می کند.4.2 مورد دوم: تشخیص الکتروشیمیایی در برج های ارتباطی
4.2.1 اطلاعات برج و الزامات تشخیص
برج ارتباطی در شهری ساحلی قرار دارد و در آن ساخته شده است 2008. یک است 50 – متر – خود بالا – ایستاده سه – برج لوله ساخته شده از ضد زنگ – آلیاژ فولاد, عمدتا برای پشتیبانی از آنتن های ارتباطی برای اپراتورهای شبکه تلفن همراه استفاده می شود. به دلیل نزدیکی به دریا, برج دائما در معرض ارتفاع است – salt and high – محیط رطوبت. اپراتورها به تشخیص منظم و دقیق وضعیت خوردگی برج برای اطمینان از عملکرد پایدار شبکه ارتباطی نیاز دارند.. آنها به ویژه در مورد مراحل اولیه خوردگی نگران هستند, زیرا حتی خوردگی جزئی در اجزای کلیدی می تواند به طور بالقوه بر پایداری ساختاری برج و کیفیت سیگنال های ارتباطی تأثیر بگذارد..
4.2.2 فرآیند تشخیص الکتروشیمیایی و تجزیه و تحلیل داده ها
تشخیص الکتروشیمیایی با استفاده از یک سیستم پایش خوردگی حرفه ای بر اساس روش مقاومت قطبش خطی انجام شد. قبل از آزمون, الکترود کار با دقت به سطح لوله اصلی برج متصل شد, الکترود مرجع در یک موقعیت ثابت نزدیک به الکترود کار قرار گرفت, و پیشخوان – الکترود برای تکمیل مدار الکتروشیمیایی راه اندازی شد. دستگاه برای اطمینان از اندازه گیری دقیق کالیبره شد.
در طول فرآیند تشخیص, یک پتانسیل پلاریزاسیون کوچک اعمال شد, و جریان پلاریزاسیون حاصل در فواصل منظم اندازه گیری شد. دادههای جمعآوریشده در مدت یک ساعت نشان داد که مقادیر مقاومت قطبش در برخی از مناطق برج نسبتاً پایین است.. مثلا, در یک موقعیت در مورد 10 متر بالاتر از سطح زمین بر روی یکی از لوله های اصلی, مقاومت پلاریزاسیون اندازه گیری شد 1000 اهم·cm², که نشان دهنده نرخ خوردگی نسبتاً بالایی در این ناحیه بود. طبق فرمول
$$v = \frac{B}{R_{p}}$$
(آن $$B$$
was determined to be 26 mV بر اساس ویژگی های ضد زنگ – آلیاژ فولاد و محیط محلی), the corrosion rate in this area was calculated to be 0.026 mm/year.By analyzing the data from different positions of the tower, it was found that the areas closer to the ground and those facing the sea had lower polarization resistance values, نشان دهنده خوردگی شدیدتر است. This was consistent with the fact that these areas were more exposed to the high – salt and high – humidity sea – breeze environment. علاوه بر این, by comparing the data collected over several consecutive detection periods, it was observed that the corrosion rate in some areas was gradually increasing, suggesting a potential risk of accelerated corrosion if no preventive measures were taken.
4.3 Case Three: Comprehensive Application of Nondestructive Testing in a Large – Scale Tower
4.3.1 ساختار و پیچیدگی برج
بزرگ – scale tower is a 200 – متر – high lattice – برج نوع در منطقه ای کوهستانی واقع شده و در آن احداث شده است 2010. هم برای انتقال نیرو و هم برای اهداف ارتباطی استفاده می شود, با ساختاری پیچیده که شامل سطوح مختلف پلت فرم است, numerous cross – بریس, و متفاوت – sized steel members. برج از ارتفاع ساخته شده است – strength steel, اما هندسه پیچیده و محیط خشن کوهستانی آن, که شامل بادهای شدید می شود, temperature variations, و گاهی باران اسیدی به دلیل آلاینده های هوا که توسط باد از مناطق صنعتی مجاور منتقل می شود, چالش های بزرگی را برای کار تشخیص زنگ ایجاد می کند. وجود اجزای مختلف و دشواری دسترسی به برخی از قسمتهای برج، دستیابی به درک جامع از وضعیت زنگزدگی آن را از طریق یک روش تشخیص واحد دشوار میکند..
4.3.2 انتخاب و بکارگیری روشهای تست غیر مخرب
برای رسیدگی به چالش ها, ترکیبی از تست اولتراسونیک و آزمایش نشت شار مغناطیسی انتخاب شد. تست اولتراسونیک به این دلیل انتخاب شد که می تواند به طور موثر نقص های زنگ داخلی را در ضخامت تشخیص دهد – اعضای فولادی دیواری برج, صرف نظر از خواص مغناطیسی آنها. آزمایش نشت شار مغناطیسی به طور خاص به سطح هدف اضافه شد – نزدیک و کم عمق – عیوب زنگ زدگی عمقی در اجزای فولاد فرومغناطیسی, که بیشتر تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می گیرند.
در طول آزمایش اولتراسونیک, مبدل های اولتراسونیک با فرکانس های مختلف برای اطمینان از تشخیص نقص زنگ زدگی در اعماق مختلف استفاده شد.. زیاد – مبدل فرکانس برای تشخیص سطحی استفاده شد – نقص های عمقی, در حالی که کم – مبدل های فرکانس برای عمق بیشتر استفاده شد – نقص های نشسته. مبدل ها با دقت در امتداد سطح اعضای فولادی حرکت داده شدند, و سیگنال های اولتراسونیک دریافتی به طور مستمر پایش و ثبت شدند.
برای تست نشت شار مغناطیسی, یک آشکارساز نشت شار مغناطیسی قابل حمل استفاده شد. آشکارساز به آرامی روی سطح اجزای فولاد فرومغناطیسی حرکت کرد, و سیگنال های نشت شار مغناطیسی به صورت واقعی شناسایی و تجزیه و تحلیل شدند – زمان. توجه ویژه به مناطقی که احتمال وقوع تمرکز استرس وجود داشت، شد, مانند نقاط اتصال اعضا.
4.3.3 تجزیه و تحلیل یکپارچه نتایج تشخیص
پس از اتمام هر دو آزمایش اولتراسونیک و آزمایش نشت شار مغناطیسی, داده های دو روش به طور جامع مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج آزمایش اولتراسونیک نشان داد که چندین زنگ داخلی وجود دارد – حفره ها را در برخی از اعضای اصلی پشتیبانی در عمق پر کرد 5 – 10 mm from the surface. اندازه این حفره ها از 10 – 30 mm in diameter. نتایج آزمایش نشت شار مغناطیسی نشان داد که سطوح متعددی وجود دارد – near rust defects, به ویژه در نواحی اطراف نقاط اتصال اعضا. These surface – عیوب نزدیک به زنگ عمدتاً به صورت گودال ها و شیارهای کوچک بود, با حداکثر عمق حدود 2 میلی متر.
با ادغام دو مجموعه داده, می توان تصویر کامل تری از وضعیت زنگ زدگی برج به دست آورد. عیوب زنگ داخلی که با آزمایش اولتراسونیک شناسایی می شوند, اگرچه از سطح قابل مشاهده نیست, استحکام ساختاری اعضای اصلی را تهدید می کند. The surface – عیوب نزدیک به زنگ زدگی با آزمایش نشت شار مغناطیسی شناسایی شده است, if left untreated, می تواند در طول زمان به خوردگی داخلی جدی تری تبدیل شود. بر اساس این ارزیابی جامع, یک برنامه تعمیر و نگهداری دقیق تدوین شد, که شامل آنتی هدفمند بود – درمان خوردگی هم برای سطح داخلی و هم برای سطح – نزدیک مناطق زنگ زده برای اطمینان از طولانی بودن – مدت ایمنی و پایداری بزرگ – scale tower.
5. پیشرفت ها و روندهای جدید در فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج
5.1 معرفی فن آوری های جدید تشخیص
5.1.1 فیبر – Optic Sensor Technology
فیبر – فناوری حسگر نوری به عنوان یک رویکرد امیدوارکننده برای تشخیص زنگ زدگی در سازه های فولادی برج ظاهر شده است. اصل اساسی فیبر – حسگرهای نوری در توانایی آنها برای استفاده از تغییرات سیگنال های نوری برای تشخیص پارامترهای فیزیکی مربوط به سازه فولادی نهفته است.. در زمینه تشخیص زنگ زدگی, فیبر – سنسورهای نوری اغلب برای نظارت بر کرنش و خوردگی استفاده می شوند – تغییرات ایجاد شده در فولاد.
Most fiber – سنسورهای نوری بر اساس اصل انتشار نور در فیبرهای نوری کار می کنند. When a fiber – سنسور نوری به سازه فولادی برج متصل شده است, هرگونه تغییر شکل یا کرنش در فولاد به دلیل زنگ زدگی – تخریب ناشی از تغییراتی در خواص فیزیکی فیبر نوری ایجاد می کند. مثلا, خوردگی فولاد می تواند منجر به غلظت تنش موضعی شود, که به نوبه خود باعث می شود فیبر نوری میکرو را تجربه کند – خم شدن یا تغییر در ضریب شکست آن. این تغییرات بر انتقال نور درون فیبر تأثیر می گذارد, such as the intensity, مرحله, یا طول موج سیگنال نور. با اندازه گیری دقیق این تغییرات در سیگنال نور, وضعیت کرنش و خوردگی سازه فولادی قابل استنباط است.
یکی از مزایای قابل توجه فیبر – فناوری حسگر نوری حساسیت بالای آن است. می تواند تغییرات بسیار کوچک در کرنش و خوردگی را تشخیص دهد, که ممکن است با روش های سنتی غیر قابل تشخیص باشد. برای مثال, فیبر – حسگرهای نوری می توانند تغییرات کرنش را به ترتیب میکرو تشخیص دهند – سویه ها, امکان تشخیص زودهنگام مراحل اولیه زنگ زدگی را فراهم می کند – آسیب های ناشی از سازه های فولادی برج. علاوه بر این, فیبر – سنسورهای نوری در برابر تداخل الکترومغناطیسی مصون هستند, که به ویژه در محیط هایی که سازه های فولادی برج اغلب در معرض میدان های الکترومغناطیسی قوی هستند مفید است., مانند خطوط انتقال برق نزدیک. این ایمنی، قابلیت اطمینان و دقت نتایج تشخیص را تضمین می کند. علاوه بر این, فیبر – حسگرهای نوری را می توان به راحتی در طول مرحله ساخت و ساز در سازه ادغام کرد, ارائه طولانی – مدت, واقعی – قابلیت نظارت بر زمان. آنها را می توان در طول اعضای فولادی توزیع کرد, امکان نظارت جامع بر کل ساختار را فراهم می کند.
5.1.2 فناوری ترموگرافی مادون قرمز
فناوری ترموگرافی مادون قرمز یکی دیگر از رویکردهای نوآورانه برای تشخیص زنگ زدگی در سازه های فولادی برج است. این فناوری بر این اصل استوار است که وقتی یک سازه فولادی در حالت عادی قرار دارد, توزیع دمای سطح آن در شرایط محیطی یکسان نسبتاً یکنواخت است. با این حال, زمانی که زنگ زدگی رخ می دهد, خواص حرارتی سطح فولاد تغییر می کند. زنگ رسانای حرارتی ضعیفی در مقایسه با ماتریس فولادی است. در نتیجه, هنگامی که یک منبع حرارت خارجی (مانند نور خورشید یا منبع گرمایش مصنوعی) بر روی سازه فولادی عمل می کند, میزان اتلاف گرما در زنگ زدگی – مناطق آسیب دیده با مناطق عادی متفاوت است.
در یک سیستم ترموگرافی مادون قرمز, یک دوربین مادون قرمز برای گرفتن تابش مادون قرمز ساطع شده از سطح ساختار فولادی برج استفاده می شود.. تابش مادون قرمز مستقیماً با دمای سطح جسم ارتباط دارد. دوربین تابش مادون قرمز را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند, که سپس پردازش شده و به صورت تصویر حرارتی نمایش داده می شود. In this thermal image, مناطق با دماهای مختلف با رنگ های مختلف یا مقادیر خاکستری نشان داده می شوند. برای سازه فولادی برج با زنگ زدگی, زنگ – مناطق آسیب دیده به صورت مناطقی با توزیع دمای غیرعادی در تصویر حرارتی ظاهر می شوند. مثلا, اگر قسمتی از سازه فولادی خورده باشد, لایه زنگ روی سطح آن باعث می شود که ناحیه در معرض همان منبع گرما با سرعت بیشتری نسبت به نواحی عادی اطراف گرم شود یا سریعتر سرد شود.. این تفاوت دما در تصویر حرارتی مادون قرمز به وضوح قابل مشاهده است, به بازرسان اجازه می دهد تا مکان و میزان زنگ زدگی را به دقت شناسایی کنند.
فناوری ترموگرافی مادون قرمز چندین مزیت را ارائه می دهد. یک غیر است – روش تشخیص تماس, به این معنی که می توان از آن برای بازرسی سازه های فولادی برج به صورت سخت استفاده کرد – به – دسترسی یا مناطق خطرناک بدون نیاز به تماس فیزیکی مستقیم. این به ویژه برای برج های بلند یا سازه های سخت مفید است – به – دسترسی به زمین ها. علاوه بر این, می تواند به سرعت یک منطقه بزرگ از سازه فولادی را اسکن کند, ارائه یک نمای کلی جامع از وضعیت سطح در مدت زمان کوتاه. با این حال, همچنین محدودیت هایی دارد. دقت ترموگرافی مادون قرمز تحت تأثیر عواملی مانند گسیل سطحی فولاد است, دمای محیط, و وجود گرمای دیگر – تولید منابع در مجاورت. از این رو, کالیبراسیون مناسب و کنترل محیطی برای به دست آوردن نتایج تشخیص قابل اعتماد ضروری است.
5.2 ادغام فناوری های تشخیص چندگانه
5.2.1 مزایای مکمل یکپارچه سازی فناوری
ادغام فناوریهای تشخیص چندگانه به یک روند مهم در تشخیص زنگ سازه فولادی برج تبدیل شده است. هر فناوری تشخیص مزایا و محدودیت های منحصر به فرد خود را دارد. با ترکیب فناوری های مختلف, جبران نواقص روش های فردی و دستیابی به نتایج تشخیص دقیق تر و قابل اعتمادتر امکان پذیر است.
مثلا, بازرسی بصری می تواند به راحتی زنگ زدگی سطح آشکار را شناسایی کند, اما محدود به سطح است – مشاهدات سطحی است و نمی تواند خوردگی داخلی را تشخیص دهد. روش های تشخیص الکتروشیمیایی به مراحل اولیه خوردگی بسیار حساس هستند اما به راحتی تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می گیرند.. روشهای آزمایش غیرمخرب مانند آزمایش اولتراسونیک میتوانند عیوب داخلی را شناسایی کنند، اما ممکن است در برخی موارد محدودیتهایی در شناسایی دقیق ماهیت نقص داشته باشند.. وقتی این فناوری ها یکپارچه شوند, بازرسی بصری می تواند به عنوان یک روش غربالگری اولیه برای تعیین سریع مناطق نگرانی بالقوه در سطح سازه فولادی برج استفاده شود.. سپس تشخیص الکتروشیمیایی می تواند در این مناطق شناسایی شده برای اندازه گیری دقیق نرخ خوردگی و درجه زنگ زدگی اعمال شود.. تست اولتراسونیک می تواند برای بررسی بیشتر وضعیت داخلی سازه فولادی در مناطقی که مشکوک به خوردگی داخلی است استفاده شود., ارائه اطلاعات دقیق در مورد محل و اندازه زنگ داخلی – related defects.
The integration of fiber – فناوری حسگر نوری و فناوری ترموگرافی مادون قرمز نیز دارای مزایای مکمل هستند. فیبر – حسگرهای نوری می توانند واقعی را ارائه دهند – زمان, نظارت مستمر بر کرنش و خوردگی – تغییراتی را در سازه فولادی در نقاط خاص یا در طول معین ایجاد می کند. ترموگرافی مادون قرمز, از سوی دیگر, can provide a large – مقیاس, نه – نمای تماسی از توزیع دمای سطح کل سازه, که به شناسایی مناطقی با الگوهای اتلاف حرارت غیرعادی که ممکن است مربوط به زنگ زدگی باشد کمک می کند. با ترکیب این دو فناوری, می توان درک جامع تری از وضعیت زنگ زدگی در سازه فولادی برج به دست آورد, هم از نظر تغییرات ساختاری داخلی و هم از نظر سطحی – level manifestations.
5.2.2 نمونه هایی از سیستم های تشخیص یکپارچه
در سالهای اخیر, چندین سیستم تشخیص یکپارچه توسعه یافته و در مهندسی عملی استفاده شده است. یکی از این نمونه ها سیستمی است که آزمایش اولتراسونیک را ترکیب می کند, تست نشت شار مغناطیسی, و تشخیص الکتروشیمیایی برای بازرسی بزرگ – سازه های فولادی برج انتقال نیرو در مقیاس.
این سیستم از چندین زیر سیستم تشکیل شده است. زیرسیستم تست اولتراسونیک از بالا تشکیل شده است – مبدل های اولتراسونیک دقیق, signal amplifiers, و واحدهای جمع آوری داده ها. زیرسیستم تست نشت شار مغناطیسی شامل مولدهای میدان مغناطیسی قدرتمند است, سنسورهای مغناطیسی حساس, و ماژول های پردازش داده ها. زیرسیستم تشخیص الکتروشیمیایی مجهز به پتانسیل سنج خوردگی است, الکترودها, و نرم افزار آنالیز الکتروشیمیایی.
در طول عملیات این سیستم تشخیص یکپارچه, اول, آزمایش نشت شار مغناطیسی برای اسکن سریع سطح انجام می شود – در نزدیکی نواحی سازه فولادی برای هرگونه نشانه ای از زنگ زدگی – ناهنجاری های مغناطیسی ناشی از. سیگنالهای نشتی شار مغناطیسی شناساییشده بلافاصله برای شناسایی زنگزدگی بالقوه تجزیه و تحلیل میشوند – مناطق آسیب دیده. سپس, در این مناطق شناسایی شده, تشخیص الکتروشیمیایی برای اندازه گیری دقیق تر نرخ خوردگی و درجه زنگ زدگی انجام می شود. سرانجام, تست اولتراسونیک برای بررسی بیشتر وضعیت داخلی سازه فولادی در مناطقی که بر اساس دو آزمایش قبلی مشکوک به خوردگی داخلی است استفاده می شود.. داده های هر سه زیرسیستم با استفاده از یک واحد پردازش داده مرکزی یکپارچه و تجزیه و تحلیل می شوند. این واحد از الگوریتم های پیشرفته برای عبور استفاده می کند – ارجاع داده ها از زیر سیستم های مختلف, حذف موارد مثبت کاذب و ارائه ارزیابی دقیق تر از وضعیت زنگ زدگی.
در یک کاربرد عملی در یک بزرگ – scale power grid, این سیستم تشخیص یکپارچه برای بازرسی گروهی از دکلهای انتقال برق قدیمی استفاده شد. نتایج نشان داد که می تواند طیف وسیع تری از زنگ را تشخیص دهد – مشکلات مرتبط در مقایسه با استفاده از یک روش تشخیص واحد. توانست نه تنها سطح را به دقت شناسایی کند – نزدیک به نقایص زنگ زدگی بلکه حفره های خوردگی داخلی که قبلاً با روش های سنتی شناسایی نشده بودند. در نتیجه, پرسنل تعمیر و نگهداری قادر به توسعه برنامه های تعمیر و نگهداری هدفمندتر و موثرتر بودند, به طور قابل توجهی ایمنی و قابلیت اطمینان دکل های انتقال نیرو را بهبود می بخشد.
5.3 کاربرد الگوریتم های هوشمند در تشخیص زنگ زدگی
5.3.1 اصل الگوریتم یادگیری ماشین در تجزیه و تحلیل داده ها
الگوریتم های یادگیری ماشینی, به خصوص شبکه های عصبی, کاربردهای فزاینده ای در تجزیه و تحلیل داده های تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج پیدا کرده اند. شبکه های عصبی از چندین لایه از گره های به هم پیوسته تشکیل شده اند (نورون ها). در زمینه تشخیص زنگ زدگی, یک شبکه عصبی ابتدا با استفاده از مقدار زیادی از داده های برچسب دار آموزش داده می شود. این داده های برچسب دار شامل اطلاعاتی در مورد ویژگی های سازه فولادی برج است (مانند خواص مواد آن, geometric dimensions), شرایط محیطی (برج رادار مخابراتی شبکه فولادی خودنگهدار, درجه حرارت, مقدار pH), و نتایج مربوط به تشخیص زنگ به دست آمده از روش های مختلف تشخیص (visual inspection data, داده های تشخیص الکتروشیمیایی, ultrasonic testing data, و غیره.).
در طول فرآیند آموزش, شبکه عصبی وزن اتصالات بین نورون ها را تنظیم می کند تا تفاوت بین نتایج پیش بینی شده و داده های برچسب گذاری شده واقعی را به حداقل برساند.. مثلا, in a feed – شبکه عصبی پیشرو که برای تشخیص زنگ استفاده می شود, لایه ورودی ویژگی های مختلف داده مربوط به سازه فولادی و نتایج تشخیص را دریافت می کند. سپس این داده ها از طریق لایه های پنهان پردازش می شوند, where complex non – تبدیل های خطی برای استخراج الگوهای معنی دار اعمال می شود. سرانجام, لایه خروجی وضعیت زنگ زدگی پیش بینی شده سازه فولادی را فراهم می کند, مانند درجه زنگ زدگی, محل عیوب زنگ زدگی, و احتمال خوردگی در آینده.
شبکه های عصبی یادگیری عمیق, که دارای چندین لایه مخفی هستند, می تواند به طور خودکار ویژگی های سلسله مراتبی را از داده های خام یاد بگیرد. برای مثال, در تجزیه و تحلیل سیگنال های تست اولتراسونیک برای تشخیص زنگ, یک عمیق – شبکه عصبی یادگیری می تواند یاد بگیرد که بین سیگنال های اولتراسونیک معمولی و سیگنال های مربوط به انواع و درجات مختلف زنگ تمایز قائل شود. – related defects. همچنین می تواند روابط پیچیده بین عوامل مختلف را در نظر بگیرد, مانند نحوه تعامل رطوبت و دما با فرآیند خوردگی و چگونگی تأثیر این عوامل بر سیگنال های تشخیص.
5.3.2 مزایای تشخیص هوشمند
استفاده از الگوریتم های هوشمند در تشخیص زنگ چندین مزیت قابل توجه را ارائه می دهد. اولا, این امکان شناسایی و ارزیابی خودکار وضعیت زنگ زدگی در سازه های فولادی برج را فراهم می کند. به جای تکیه بر تفسیر دستی داده های تشخیص, که زمان است – مصرف کننده و مستعد خطای انسانی, الگوریتم های هوشمند می توانند به سرعت و با دقت حجم زیادی از داده ها را تجزیه و تحلیل کنند. مثلا, in a large – پروژه بازرسی برج مقیاس که در آن هزاران نقطه داده از روش های تشخیص چندگانه جمع آوری می شود, یک الگوریتم هوشمند می تواند تمام داده ها را در مدت زمان کوتاهی پردازش کند و ارزیابی جامعی از وضعیت زنگ زدگی کل برج ارائه دهد..
دوما, تشخیص هوشمند می تواند دقت تشخیص زنگ را بهبود بخشد. با یادگیری از حجم زیادی از داده های تاریخی و روابط پیچیده بین عوامل مختلف, دستگاه – الگوریتم های یادگیری می توانند پیش بینی های دقیق تری در مورد وضعیت زنگ زدگی انجام دهند. آنها می توانند الگوهای ظریفی را در داده ها شناسایی کنند که ممکن است توسط بازرسان انسانی نادیده گرفته شود, منجر به تعیین دقیق تر مکان می شود, وسعت, and severity of rust.
علاوه بر این, الگوریتم های هوشمند می توانند با سازه های فولادی برج های مختلف و شرایط محیطی سازگار شوند. آنها می توانند به طور مداوم مدل های خود را بر اساس داده های جدید به روز کنند, آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می کند. مثلا, اگر نوع جدیدی از سازه فولادی برج معرفی شود یا شرایط محیطی در یک منطقه خاص به طور قابل توجهی تغییر کند, الگوریتم هوشمند را می توان با استفاده از داده های جدید بازآموزی کرد تا از اثربخشی آن در تشخیص زنگ اطمینان حاصل شود.. به طور کلی, استفاده از الگوریتم های هوشمند در تشخیص زنگ نشان دهنده یک گام بزرگ رو به جلو در بهبود کارایی و دقت نگهداری و مدیریت سازه فولادی برج است..
6. نتیجه گیری و چشم انداز
6.1 خلاصه یافته های تحقیق
در طول این تحقیق, یک اکتشاف جامع از فناوری های تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج انجام شده است. روش های تشخیص سنتی, مانند بازرسی چشمی, ساده و شهودی هستند, امکان شناسایی سریع سطح – سطح زنگ زدگی. با این حال, آنها بسیار ذهنی و محدود به مشاهدات سطحی هستند, عدم تشخیص خوردگی داخلی. روش های تشخیص الکتروشیمیایی, مانند روش مقاومت قطبش خطی, حساسیت بالا و نتایج سریع را ارائه می دهد, اما دقت آنها به راحتی توسط عوامل محیطی به خطر می افتد. روش های آزمایش غیر مخرب, از جمله تست اولتراسونیک و تست نشت شار مغناطیسی, می تواند داخلی و سطح را تشخیص دهد – به ترتیب نزدیک به نقص زنگ زدگی, با تست اولتراسونیک مناسب برای عمق – تشخیص عیب نشسته در سازه های فولادی مختلف و آزمایش نشت شار مغناطیسی عمدتاً برای سازه های فولادی فرومغناطیسی قابل استفاده است..
فناوری های جدید تشخیص, مانند فیبر – تکنولوژی سنسور نوری, بالا ارائه دهد – حساسیت, واقعی – نظارت بر زمان با مصونیت از تداخل الکترومغناطیسی. تکنولوژی ترموگرافی مادون قرمز, از سوی دیگر, اجازه می دهد برای غیر – تماس بگیرید, بزرگ – اسکن ناحیه برای شناسایی زنگ زدگی – توزیع دمای غیرعادی مرتبط, اگر چه تحت تأثیر انتشار سطحی و عوامل محیطی است.
ثابت شده است که ادغام فناوری های تشخیص چندگانه بسیار سودمند است. با ترکیب روش های مختلف, از مزایای مکمل می توان برای غلبه بر محدودیت های تکنیک های فردی استفاده کرد. مثلا, بازرسی بصری برای غربالگری سطح, تشخیص الکتروشیمیایی برای اندازه گیری دقیق نرخ خوردگی, و آزمایش اولتراسونیک برای بررسی نقص داخلی می تواند ارزیابی جامع تر و دقیق تری از وضعیت زنگ زدگی ارائه دهد.
6.2 چالش ها و فرصت ها در تحقیقات آینده
علیرغم پیشرفت در فناوری های تشخیص زنگ, چندین چالش باقی مانده است. از نظر دقت, روش های فعلی هنوز برای اندازه گیری دقیق درجه خوردگی در سازه های فولادی پیچیده تلاش می کنند, به خصوص هنگامی که با انواع مختلف خوردگی سروکار داریم – موجود یا سخت – به – مناطق دسترسی. سازگاری با محیط های پیچیده یکی دیگر از چالش های مهم است. سازه های فولادی برج اغلب در محیط های متنوع قرار دارند, مانند بالا – ارتفاع, زیاد – برج رادار مخابراتی شبکه فولادی خودنگهدار, یا از نظر شیمیایی – مناطق آلوده. فناوریهای تشخیص موجود ممکن است در این شرایط عملکرد مطلوبی نداشته باشند. برای مثال, روش های تشخیص الکتروشیمیایی به شدت تحت تأثیر تغییرات ترکیب الکترولیت در محیط های آلوده قرار می گیرند, و ترموگرافی مادون قرمز را می توان با تغییرات شدید دما تحریف کرد.
با این حال, فناوری های نوظهور نیز فرصت های متعددی را به ارمغان می آورند. توسعه فناوری نانو ممکن است منجر به ایجاد حسگرهای حساس تر با عملکرد پیشرفته شود. مثلا, نانوحسگرها به طور بالقوه می توانند مقادیر کمی از خوردگی را تشخیص دهند – مواد مرتبط در محیط اطراف سازه فولادی برج, امکان تشخیص زودتر زنگ زدگی را فراهم می کند. پیشرفت مداوم الگوریتمهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، فرصتی برای توسعه هوشمندانهتر و شخصیتر فراهم میکند – تطبیق سیستم های تشخیص. این الگوریتم ها می توانند حجم زیادی از داده ها را از چندین سنسور و پارامترهای محیطی تجزیه و تحلیل کنند, بهبود دقت و قابلیت اطمینان تشخیص زنگ.
6.3 چشم انداز توسعه فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج
نگاه به جلو, انتظار می رود فناوری تشخیص زنگ برای سازه های فولادی برج به سمت هوشمندی بیشتر توسعه یابد. سیستم های تشخیص هوشمند قادر خواهند بود به طور خودکار وضعیت زنگ زدگی را تجزیه و تحلیل و تشخیص دهند, ارائه واقعی – هشدارهای زمانی و توصیه های نگهداری. مثلا, به طور کامل – سیستم هوشمند یکپارچه می تواند به طور مداوم وضعیت برج را با استفاده از ترکیبی از سنسورها و ماشین کنترل کند – الگوریتم های یادگیری, و زمانی که روندهای خوردگی غیرعادی را تشخیص دهد, می تواند بلافاصله به پرسنل تعمیر و نگهداری اطلاع دهد و اقدامات پیشگیرانه مناسب را پیشنهاد دهد.
چند منظوره سازی یکی دیگر از جهت گیری های مهم توسعه است. فناوری های تشخیص آینده نه تنها قادر به تشخیص زنگ زدگی هستند، بلکه سایر عوامل مرتبط با یکپارچگی ساختاری برج را نیز ارزیابی خواهند کرد., مانند آسیب خستگی, تمرکز استرس, و تخریب مواد. این ارزیابی جامع به تصمیم گیری آگاهانه تر در مورد تعمیر و نگهداری و نوسازی سازه های فولادی برج کمک می کند. علاوه بر این, با افزایش تقاضا برای توسعه پایدار, فناوری های شناسایی سازگار با محیط زیست نیز در تحقیقات آینده مورد توجه قرار خواهند گرفت. این فناوریها تأثیرات محیطی را در طول فرآیند تشخیص به حداقل میرسانند و در عین حال از بالا بودن آن اطمینان میدهند – نتایج تشخیص کیفیت, کمک به طولانی – اصطلاح ایمنی و پایداری سازه های فولادی برج به شیوه ای مسئولانه از نظر زیست محیطی.
منابع
[1] ژانگ, جی., ژانگ, جی., لیو, X, & ژانگ, با. (2010). تشخیص خوردگی فولاد. مصالح ساختمانی سیچوان, 36(5), 56-57. [2] قهوهای مایل به زرد, جی., طولانی, ز., چن, جی., هوانگ, L., & لین, C. (2014). تجزیه و تحلیل خوردگی برج انتقال و عوامل مرتبط در منطقه ساحلی گوانگدونگ. مجله دانشگاه صنعتی گوانگدونگ, 31(11), 116-119. [3] چن, Y., یائو, ن., خو, L., کنگ, X, & وانگ, B. (2015). بحث در مورد طبقه بندی درجه زنگ زدگی برج فولادی خط انتقال. نیروی برق شمال چین, (4), 30-34. [4] بلیس, D., & شماس, J. (2005). کنترل خوردگی سازه های فولادی. پکن: مطبوعات صنایع شیمیایی. [5] چن, Y., تیان, L., وو, Y., آهنگ, تی., یان, X, & کدام, S. (2006). فرمول محلول فسفاته برای پیش – درمان دکل های انتقال زنگ زده قبل از رنگ آمیزی. خوردگی & حفاظت, 27(6), 294-296. [6] گوا, جی., لو, L., آهنگ, ز., & ژانگ, J. (2007). ضد شیمیایی کامل – درمان خوردگی بالا – دکل های خطوط انتقال ولتاژ. نیروی برق شمال چین, (A01), 153-156. [7] به, دبلیو, زو, Y., شیونگ, جی., & کائو, J. (2008). ویژگی های EIS فرآیند شکست سیستم های پوشش کامپوزیت تحت شرایط مختلف تصفیه سطح. مجله صنعت و مهندسی شیمی (چین), 59(2), 420-425. [8] ژانگ, ز., شیونگ, جی., کائو, جی., & زو, و. (2008). مطالعه EIS بر روی رفتار شکست پوششهای آلی تحت درجههای مختلف عملیات سطحی. فناوری جدید & فرآیند جدید, (10), 90-93. [9] خو, Y., یان, سی., گائو, Y., ژانگ, اس., & کائو, C. (2003). تاثیر وضعیت سطح و عملیات روی خوردگی فولاد A3 و خرابی پوشش های زیر پوشش ها. علم و فناوری حفاظت از خوردگی, 15(4), 208-211.
