دليل صناعي خطوة بخطوة لمعايرة جهاز قياس الصلادة

إعداد جهاز قياس الصلادة لل hiệuية المعايرة

إعداد الأداة، واستقرار الدعم، والتحقق من المحاذاة

ثبِّت جهاز قياس الصلادة على سطحٍ صلبٍ خالٍ من الاهتزازات للحفاظ على دقة القياسات. ويجب أن يكون منصة الاختبار مستويةً ومحصورةً بإحكام، لأن أي اهتزاز أو اهتزاز طفيف سيؤثر سلبًا على نتائج التخريم. تحقق من استقامة المُخْرِم عموديًّا باستخدام أداة مُستوٍ عالية الجودة. فحتى الانحرافات الزاوية الصغيرة جدًّا (أكثر من نصف درجة) قد تؤدي إلى انحراف في قيم روكويل بمقدار يصل إلى ١٫٥ نقطة. وعند العمل تحديدًا بأجهزة روكويل، تأكَّد من أن القاعدة (الأنيفل) تقع بزاوية قائمة بالنسبة لاتجاه القوة المؤثرة، وبحدٍّ أقصى يبلغ ٠٫١ ملم. وإن عدم الالتزام بهذا الشرط يُعد انتهاكًا فعليًّا لمتطلبات المواصفة القياسية ASTM E18. وتُعزى أخطاء الإعداد إلى نحو ثلث جميع المشكلات التي تظهر في ظروف الاختبار الواقعية، ما يجعل التحضير السليم أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق نتائج موثوقة.

فحص المُخْرِم، والتحقق من سلامة القاعدة (الأنيفل)، والتحقق من الاستقامة العمودية

افحص رأس المُثبِّت باستخدام عدسة مكبرة بقوة تكبير ١٠ أضعاف. ويجب أن تبدو المخاريط الماسية المستخدمة في اختبار صلادة HRC جيدة المظهر تمامًا — فلا يُسمح بأي تشققات أو شقوق أو حواف مستديرة. وإذا لاحظت أي عيبٍ في المُثبِّت، فاستبدله فورًا. فحتى الخدوش الصغيرة جدًّا قد تؤثر في عمق غمره داخل العيِّنات، ما يؤدي إلى تشويه جميع القراءات. وعند فحص قاعدة الاختبار (المنضدة)، تأكَّد من استوائها عن طريق تمرير مسطرة مستقيمة عبر سطحها. وأي نتوءات أو انحناءات تزيد على جزئين من مئة ملليمتر ستؤثِّر في وضع العيِّنات أثناء الاختبار. وللتحقق من استقامة قاعدة الاختبار، استخدم كتلة اختبارية مع مؤشر دوَّار (Dial Indicator). وأي انحراف يتجاوز نصف ملليمتر يعني أننا لم نعد نلتزم بمعايير ISO بعد الآن. وكل هذه التفاصيل الدقيقة مهمةٌ حقًّا؛ لأن فشل الشركات في اختبارات المؤهلات الخاصة بها يكلِّف شركات الطيران والفضاء نحو اثني عشر ألف دولار أمريكي في كل مرة لإصلاح الأمور.

تنفيذ إجراء معايرة جهاز قياس الصلادة

التشغيل خطوة بخطوة: ضبط القيمة الابتدائية (الصفر)، وتطبيق الحمولة، وقياس العمق الناتج عن التثبيت

ابدأ أولاً بالتأكد من أن الجهاز مُعايَرٌ بشكلٍ صحيح (أي أن قراءته تساوي الصفر) لضمان وجود نقطة بداية جيدة لقياساتنا. ثم تأتي الخطوة التالية وهي تطبيق ما يُسمى بـ«القوة الاختبارية الأولية»، والتي تكون عادةً حوالي ١٠ كجم-قوة عند استخدام مقاييس روكويل B أو C. وتساعد هذه القوة في تثبيت المُخْرِز بحيث يستقر بشكلٍ مستوٍ على سطح المادة التي نجري عليها الاختبار. وبعد ذلك تُطبَّق القوة الرئيسية، والتي تتراوح بين ٦٠ و١٥٠ كجم-قوة حسب المقياس المحدَّد المستخدم. ويجب الحفاظ على هذه القوة ثابتة لمدة تتراوح بين ١٠ و١٥ ثانية وفقًا لإرشادات المواصفة القياسية ASTM E18. وبمجرد إزالة كامل الوزن، تُؤخذ القياسات إما لعمق التجويف الناتج في اختبارات روكويل، أو لقطر هذا التجويف في اختباري برينل وفيكرز، وذلك باستخدام معدات المعايرة المناسبة. ولكل كتلة اختبار معتمدة، يجب أخذ ثلاث قراءات منفصلة على الأقل للتحقق من اتساق النتائج. فإذا تجاوز الفرق بين أية قراءتين منها ٠٫٣ وحدة روكويل (HR)، فهذا يشير غالبًا إلى وجود خللٍ ما إما في طريقة إجراء الشخص للاختبار، أو ربما في الجهاز نفسه، مما يستدعي إعادة فحصه.

اختيار معيار المعايرة والامتثال للتسامح (±0.5 درجة هاردنس، ±0.05 مم)

عند اختيار كتل المعايرة لاختبار الصلادة، من المهم اختيار كتلٍ قابلة للتتبع إلى المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) وتتطابق مع نطاق الصلادة والمادة التي تُجرى عليها الاختبارات بانتظام. فعلى سبيل المثال، تكون كتل الفولاذ الأنسب لاختبارات HRC، بينما تُستخدم النحاس الأصفر عادةً لقراءات HRB. وينبغي دائمًا التحقق من سريان شهادة المعايرة، إذ تفقد معظم الكتل المعتمدة صلاحيتها بعد مرور ما بين سنة وسنتين من تاريخ الشراء. كما يجب أن تبقى القيم الفعلية للصلادة ضمن مدى ±٠٫٥ نقطة هاردنس روكويل (HR) من القيمة المذكورة في الشهادة. ولا يجوز أن تتجاوز أخطاء قياس عمق التخدد عند مقارنته بميكرومتر المرحلة ٠٫٠٥ مم أيضًا. فالالتزام الصارم بهذه المعايير يساعد على تجنّب الانحراف التدريجي في القياسات مع مرور الزمن. وبصراحة، لا أحد يرغب في إنفاق ما يزيد عن ٥٨ ألف دولار أمريكي سنويًّا فقط بسبب الحاجة إلى معايرات متكررة للأجهزة. وقد سلَّط تقرير نُشر مؤخرًا في مجلة «كوالتي دايجست» عام ٢٠٢٣ الضوء على هذا النوع من النفقات.

الاحتفاظ بسجلات المعايرة التي تتضمن أرقام التسلسل لكتل المراجع، والظروف البيئية (درجة الحرارة والرطوبة)، والانحرافات الملحوظة، وتصديق الفنيين— مما يضمن إمكانية التتبع الكامل للتدقيق الداخلي والامتثال للمواصفة القياسية ISO/IEC 17025.

ضمان دقة جهاز قياس الصلادة على المدى الطويل

الأسباب الجذرية للانجراف الميداني خارج اهتراء المُثبِّت

يتم التطرق كثيرًا إلى تآكل المُثبِّت (Indenter)، لكن الانحراف على المدى الطويل ينتج فعليًّا عن عوامل متعددة تتضافر مع مرور الوقت. وعندما تبدأ الأنظمة الهيدروليكية في التدهور، قد تؤدي إلى أخطاء في قياسات الحمل تتجاوز ±١٫٥٪ وفقًا لمعايير منظمة الاختبارات والمواد الأمريكية (ASTM). كما أن تغيرات درجة الحرارة لها تأثيرٌ أيضًا؛ فلو ارتفعت أو انخفضت الظروف عن درجة الحرارة القياسية البالغة ٢٣ درجة مئوية بمقدار خمس درجات فقط، فإن ذلك يؤدي إلى مشاكل في كيفية تمدد المواد أو انكماشها. ونحن نتحدث هنا عن أخطاء تبلغ نحو ٠٫٠٧ وحدة صلادة روكويل (HR) لكل درجة تغيُّر، ما يؤثر سلبًا كلاً من على شكل هيكل الاختبار وعلى محاذاة القوى بشكلٍ دقيق. ومن العوامل الأخرى الاهتزازات الناتجة عن الشحن أو الاستخدام العادي، والتي قد تُخلّ بمحاذاة أجزاء التحميل. ولا ينبغي إهمال تراكم الغبار داخل المشفرات الضوئية (optical encoders) كذلك. وتُظهر الدراسات أن نحو ٢٥٪ من الأنظمة الصناعية تعاني من مشاكل في القياس تصل إلى حوالي ٠٫٠٤ مم بسبب هذه المشكلة المتعلقة بالغبار. وكل هذه العوامل مجتمعةً ستؤدي في النهاية إلى أداء غير مقبول للمعدات خارج الحدود المسموح بها وفقًا لمعيار المنظمة الدولية للتقييس (ISO) رقم ٦٥٠٨، ما لم يُراعَ ظهور هذه المشكلات فعليًّا ويُتخذ الإجراء التصحيحي المناسب.

ضوابط البيئة، والإرشادات المتعلقة بالتردد، وبروتوكولات إمكانية التتبع

يُعد الحفاظ على درجة حرارة البيئة عند حوالي ٢٣ درجة مئوية مع هامش انحراف ±٢ درجة مئوية، إلى جانب الرطوبة النسبية التي تتراوح بين ٤٥٪ و٥٥٪، أمرًا في غاية الأهمية وفقًا لمعايير ASTM E18-22. وتحدث معظم المشكلات عندما تنحرف هذه المعايير خارج هذه النطاقات. وينبغي أن تتذكَّر المختبرات ضرورة معايرة الأجهزة التي تستخدمها يوميًّا مرة واحدة كل ثلاثة أشهر تقريبًا. أما المعدات التي تُستخدم بشكل أقل تكرارًا فهي ما زالت بحاجة إلى الفحص مرتين سنويًّا. وبالنسبة لكتل المعايرة المرجعية، فإنها يجب أن تكون قابلة للتتبع بشكلٍ لا لبس فيه إلى معايير المعهد الوطني للمعايرة والقياس الأمريكي (NIST)، وبمستوى عدم يقين لا يتجاوز ٠٫٣ HR. أما مرافق الاختبارات automotive العاملة على أجزاء مثل عمود التروس، فستخضع بالضرورة لمتطلبات ISO/IEC 17025 التي تغطي مجموعة واسعة من المواصفات التشغيلية التفصيلية لأغراض ضمان الجودة.

• تخزين كتل المعايرة في بيئة خاضعة للتحكم في الرطوبة
• سجلات تدقيق رقمية توثِّق كل عملية صيانة ومعايرة وقراءة بيئية
• مراقبة الانجراف الآلية مع حدود تنبيه قابلة للتكوين

توثيق درجة الحرارة والرطوبة أثناء كل معايرة يُمكّن منolololololololololololولعزل المتغيرات الحرارية إحصائيًّا — وقد أثبتت الدراسات أن ذلك يقلل حالات الفشل الميدانية بنسبة ٧٤٪ مقارنةً بالصيانة الاستجابية وحدها.

الامتثال لمعايير الصناعة الخاصة بمعايرة أجهزة قياس الصلادة

متطلبات ASTM E18 وISO 6508 لاختبار صلادة روكويل

تحدد معايير ASTM E18 وISO 6508 المعيار العالمي لاختبار صلادة روكويل، وتضع قواعد صارمة تتعلق بدقة هذه الاختبارات وقابليتها للتكرار وقابليتها للتتبع. أما فيما يخص المعايرة، فتتطلب كلا المعيارين تحملات دقيقة جدًّا: حوالي ±٠٫٥ وحدة من وحدات الصلادة (HR) بالنسبة لقراءات الصلادة، ويُسمح فقط بتباين قدره ٠٫٠٥ مم في قياس عمق التخندق. ويجب أن تعمل المختبرات باستخدام كتل مرجعية معتمدة لتلبية هذه المواصفات. كما أن درجة الحرارة تلعب دورًا مهمًّا أيضًا؛ إذ تحافظ معظم المرافق على استقرار درجة الحرارة عند نحو ٢٣ درجة مئوية، مع هامش تفاوت لا يتجاوز خمس درجات مئوية، وذلك لتفادي أي مشكلات ناجمة عن تغيرات الحرارة التي قد تؤثر سلبًا على النتائج. وتشكِّل الوثائق جانبًا آخر بالغ الأهمية هنا، إذ يتطلَّب كل إجراء معايرة تسجيلًا دقيقًا يُثبت ارتباطه بالمعايير الوطنية الرسمية في مجال القياسات. وليس التحقق الدوري من المعدات باستخدام كتل الاختبار القياسية مجرد ممارسة جيدة فحسب، بل هو أمرٌ ضروري للحفاظ على أداء أنظمة القياس بشكل سليم. وإلا فإن الأخطاء قد تحدث، مما يؤدي إلى بطلان شهادات المواد بالكامل. وتُظهر المشكلات الواقعية ما يحدث عندما تتجاهل الشركات هذه الخطوات: فقد لاحظت بعض المصانع العاملة في مجال التصنيع انحرافات في قراءات الصلادة تجاوزت ٤٫٣٪ نتيجة عدم الالتزام بالإجراءات المقررة، ما تسبب في مشكلات جسيمة في القطاعات التي تتطلب دقة عالية جدًّا، مثل مكونات قطاع الطيران والفضاء، وأجزاء السيارات، وعمليات معالجة المعادن.