تحتاج شركات صيانة الطائرات إلى كميات كبيرة من القطع المعدنية لتركيب ألواح هياكل الطائرات والمعدات والملحقات الداخلية أثناء عمليات الصيانة. وتُستخدم عادةً الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي كمواد خام معدنية. مع ذلك، فإن زيادة محتوى الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في القطع الفولاذية والمواد الخام قد يؤثر سلبًا على أداء هذه القطع، مثل مشكلة التقصف الهيدروجيني التي تُصيب القطع الفولاذية بشكل متكرر، مما يؤثر على عمرها الافتراضي. لذا، يُعدّ قياس محتوى الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين بدقة في المواد المعدنية، كالفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي، أمرًا بالغ الأهمية. ومع التطور السريع لقطاعي الطيران والصلب، تزداد أهمية تحليل العناصر الغازية، كالأكسجين والنيتروجين والهيدروجين، في المواد الفولاذية لدى شركات صيانة الطائرات. وباعتبارها تقنية تحليلية عالية الدقة والاحترافية، تُستخدم تقنية تحليل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين بشكل شائع في شركات صيانة الطائرات، وذلك باستخدام أجهزة تحليل متخصصة لقياس محتوى هذه العناصر بدقة وسرعة في المواد المعدنية، كالفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي.
1. مخاطر الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي
يوجد الأكسجين في الفولاذ بأشكال مختلفة من شوائب الأكاسيد، التي تتحد لتشكل شوائب غير معدنية، مما يُخلّ بتماسك البنية المعدنية، وبالتالي يؤثر على الخواص الميكانيكية للفولاذ. أما مخاطر النيتروجين فتتمثل في انخفاض مقاومة الفولاذ للتقادم، وضعف قابليته للتشكيل على البارد، وقدرته على التشوه اللدن، وهشاشة منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة، وتدهور أداء السحب. وتكمن مخاطر الهيدروجين في ذوبانه في تجمعات الفولاذ وتحوله إلى جزيئات هيدروجين، مما يُسبب هشاشة الخواص الميكانيكية للمادة، ويؤدي إلى تركيز الإجهاد، وتجاوز حد مقاومة الفولاذ، وتكوين شقوق دقيقة داخله، وهو ما يُعرف عادةً بهشاشة الهيدروجين. من الواضح أن زيادة محتوى الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين تؤثر بشكل خطير على أداء الأجزاء المعدنية المصنوعة من الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي، مما يستدعي اتخاذ تدابير للتحكم. لذلك، من الضروري قياس محتوى الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين بدقة في الأجزاء الفولاذية، وكذلك في مواد الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي. بالنسبة للأجزاء ذات المحتوى الزائد، يمكن استخدام طرق المعالجة الحرارية المختلفة مثل إزالة الهيدروجين عن طريق التسخين لاستعادة خصائص الفولاذ، مما يمنع تركيب أجزاء الفولاذ ذات المحتوى العالي من الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والعيوب على الطائرات، الأمر الذي قد يؤثر على جودة إصلاحات الطائرات وسلامة الطيران.
2- مبدأ الاختبار
يستخدم خبراء صيانة الطائرات جهاز تحليل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين (مثل ONH-2000) لتحليل محتوى العناصر الغازية الثلاثة، الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين، في الفولاذ والحديد الزهر والسبائك المعدنية، ويتميز هذا الجهاز بدقة عالية في القياس. يعمل جهاز تحليل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين وفق مبدأ التسخين النبضي، ثم الاختزال باستخدام غاز خامل، وأخيرًا الكشف بالأشعة تحت الحمراء عن طريق التوصيل الحراري. عند مرور تيار كهربائي قوي عبر بوتقة الجرافيت بين قطبين كهربائيين علوي وسفلي، ترتفع درجة حرارة البوتقة بسرعة إلى درجة حرارة محددة. في بيئة غاز خامل (الهيليوم أو النيتروجين)، يتحول الأكسجين الموجود في العينة المعدنية إلى أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون، وينقله غاز الهيليوم، ثم يقيسه جهاز اختبار بالأشعة تحت الحمراء. أما النيتروجين والهيدروجين، فينطلقان على شكل جزيئات، وينقلهما غازا الهيليوم والنيتروجين على التوالي، ليدخلا إلى كاشف التوصيل الحراري لإجراء التحليل الكمي. يحتوي الجهاز على خليتين منفصلتين للكشف بالأشعة تحت الحمراء، إحداهما للكشف عن مستويات الأكسجين المنخفضة والأخرى للكشف عن مستويات الأكسجين المرتفعة، بالإضافة إلى خلية واحدة للكشف عن التوصيل الحراري للكشف عن مكونات الهيدروجين والنيتروجين. يتم تبريد فرن النبض بواسطة الماء المتداول، ويمكن تسخين العينة إلى درجة حرارة عالية تتجاوز 2600 درجة مئوية في بوتقة فرن النبض عالي الطاقة. أثناء عملية التحليل، يمكن للجهاز التبديل تلقائيًا بين درجات الحرارة المنخفضة والعالية. علاوة على ذلك، يتطلب المحلل هواءً مضغوطًا كمصدر طاقة لفرن النبض أثناء صعوده وهبوطه.
