שימוש בפנסי UV בבדיקות אל-הרס לאיתור סדקים 

שימוש בפנסי UV בבדיקות אל-הרס

מאת: ירון רוזנברג, מנהל טכני, ר.ב.מ. בע"מ בקרה ומיכון
אתור סדקים ושברים בדרך לא הרסנית נעשתה תוך שימוש בבדיקות בעזרת חלקיקים מגנטים ובצבעים חודרים פלורוסנטים. בדיקות אלה דורשות שימוש בפנס אולטרא-סגול (Ultra-Violet, להלן: UV). (קיימות גם בדיקות אל-הרס לאיתור סדקים ושברים באמצעות צבעים חודרים אשר מתבצעות באור יום). כדי לבדוק המצאות סדקים באמצעות חלקיקים מגנטים מרססים על-פני הפריט הנבדק נוזל שמנוני המכיל בתוכו חלקיקים פרו-מגנטים (Fero-magnetic) ופיגמנטים פלורוסנטיים. כאשר ממגנטים את החלק הנבדק (בעזרת Yoke) מתרכזים החלקיקים באזור שבו יש שבר או סדק. חלקיקים פלורוסנטים אלה ניתן לראות בעזרת תאורת אור UV. בבדיקות בעזרת צבעים חודרים החומר המרוסס מכיל רק פיגמנטים פלורוסנטים אשר חודרים לקו השבר או לסדק ונתנים לצפיה באותה טכניקה.
קרינת השמש מכילה גם אור UV טבעי. אור UV הוא אור באורך גל  בתחום שבין nm 190-380.
כדי ליצור בדרך מלאכותית מקור אור בתחום ה-UV יש צורך בנורה ומסנן קיטוב. המסנן מעביר רק את האור המצוי בספקטרום ה-UV ומסנן את האור הנראה ואת האור בספקטרום ה-IR.
פנסי ה-UV בהם משתמשים לצורך הדגמת הסדקים והשברים מצוידים באחת  מהנורות הבאות:

1. נורת ליבון.
2. נורת קסנון
3. נורת  (Light-Emitting Diode)  LED.

בתקנים לביצוע בדיקות חלקיקים מגנטים וצבעים חודרים בעזרת פנס UV מוגדרים מספר מדדים:

• אורך הגל שפנס ה-UV צריך להפיק: חייב להיות באורך גל של nm 365, סטיה מותרת: לא יותר מ-  nm2±
• עוצמת התאורה שהפנס מפיק: בדר"כ עוצמה של לפחות1000uW/cm2
• מרחק ההארה הידוע של הפנס: בדר"כ 38 ס"מ.

חשוב לבדוק שאין רכיבי אור בספקטרומים נוספים (רכיבי אור תת-אדום, אור נראה ועוד). 
כאשר מבצעים בדיקות עפ"י תקנים בין-לאומיים, פנסי UV בהם משתמשים לצורך ביצוע בדיקות אל-הרס חייבים לעמוד בדרישות תקנים אלו. יש לוודא את עמידתם בדרישות התקן גם באמצעות מד אור אשר מכוייל לספקטרום ה-UV ובמד אור לבדיקת רכיב האור הנראה.
פנסי ה-UV מסופקים בשלוש קונפיגרציות, כולן עונות על התקנים ומיועדות לביצוע בדיקות במיגוון גדלים של חלקים ובתנאי תאורה משתנים:  

• SPOTLIGHT- האלומה בפיזור של 3.5  מעלות ובעוצמת הארה של ~ 50 000 μW/cm² at 38 cm.
• MIDLIGHT - האלומה בפיזור של 20 מעלות ובעוצמת הארה של ~ 8 000 μW/cm² at 38 cm.
• FLOODLIGHT- האלומה בפיזור של 45 מעלות ובעוצמת הארה של 2500 ~ μW/cm² at 38 cm.

שיטות להפקת אור UV :
בתחילת הדרך, כאשר לא היו בנמצא טכנולוגיות אחרות להפקת אור בספקטרום ה-UV,  פנסי ה-UV הראשונים יצרו אור באמצעות נורת ליבון. הנצילות של נורת ליבון נמוכה למדי- פחות מ-10% מהאנרגיה המושקעת הופכת לאור. נדרש גם פילטר קיטוב על מנת להפיק אור תיקני בתחום ה-UV. לפיכך, הפנסים המצויידים בנורת ליבון נדרשו להשתמש בנורות בהספק של 100-200 וואט, המחייב חיבור לרשת החשמל לכל אורך זמן השימוש. זו הסיבה שפנסי ה-UV המצויידים בנורת ליבון אינם ניידים.
מגרעת נוספת של פנסי-נורת ליבון: פנסים אלו מחייבים פינוי של החום המיוצר בתוך הפנס באמצעות מאוורר. המאוורר מפיץ חום רב לסביבה, וגם גורם לפנס להיות חשוף לפגעי הסביבה שקיימים ממילא באזור של בדיקה בחלקיקים מגנטים וצבעים חודרים.

נורות קסנון: מקור אור אחר ליצירת מקור UV הינו נורת קסנון שהיא נורת פריקה חשמלית המכילה בתוכה גז קסנון. נורה זו הינה בעלת נצילות גבוהה למדי לעומת נורת ליבון: באמצעות נורה בהספק של 35 וואט מפיקים אור בעוצמה שווה למקור של כ-150 וואט של נורת ליבון. בנורת הקסנון משתמשים בזרקורים למטרות צבאיות ורפואיות  שבהן נדרש מקור אור בעל נצילות גבוהה במיוחד.יתרונות נוספים לפנסי הקסנון :

• הם יוצרים חום נמוך שאיננו מצריך התקנת מאוורר לפינוי החום מהפנס. בכך הם גם מאפשרים רמת אטימות גבוהה של הפנס (IP54). רמת אטימות זו מאפשרת שימוש בפנס בכל תנאי הסביבה.
• פנס הקסנון מאפשר הפקת אור תוך שניות בודדות (כ-15 שניות) ללא אפקט של "קדם חימום", כך שהבדיקה יכולה להתבצע מיידית עם הדלקת הפנס ללא המתנה ובזבוז זמן.
• נורת הקסנון עומדת בתקניIEC 810   ולכן איננה ניזוקה מרעידות כמו נורת ליבון.
• אורך החיים האופייני של נורת הקסנון הינו כ-4,000 שעות עבודה, ללא ירידה בביצועים.

החיסרון של נורות קסנון הינו מתח העבודה: לצורך פעולתן, הן צריכות ספק מתח ישר וגבוה של כמה KV כדי להפיק את הקשת. דבר זה מייקר את עלותו של פנס UV המצוייד בנורת קסנון.זרם העבודה של נורת קסנון נמוך "בסדרי- גודל" לעומת נורת ליבון. זהו חסרון אך  למעשה הוא יוצר יתרון גדול היות וניתן להפעיל נורות קסנון באמצעות מצבר - מצבר רכב או מצבר אינטגרל של הפנס, ללא צורך במתח רשת.

פנסי LED- מבוססים על נורת LED.  בעלי יתרונות גדולים של מימדים קטנים ומשקל קל אפילו בהשוואה לפנסים המבוססים על נורת קסנון, המקנים לפנסים יתרון נוסף של ניידות רבה.
יתרונות נוספים:

• מתח עבודה נמוך וזרם עבודה נמוך המאפשרים שימוש בפנסים באמצעות סוללות נטענות קטנות מימדים, זהות לפנסי כיס רגילים.
• האור המתקבל מהפנס מגיע לעוצמתו המירבית מייד עם ההפעלה.
• הנורות אינן ניזוקות מרעידות ולמעשה יכולות לפעול בכל תנאי סביבה.
• אורך החיים של נורת LED הינו כ-6,000 שעות עבודה, כמעט ללא ירידה בביצועים.
• האור המתקבל ממנורת LED הינו "אור קר" ואינו מכיל רכיב IR.

חסרונות:

• יש צורך במספר רב של נורות LED על-מנת להפיק עוצמת אור זהה לעוצמת נורת קסנון, דבר שמייקר את הפנסים מבוססי LED.
• החום שיוצרות נורות ה-LED , יחד עם טמפרטורת הסביבה הגבוהה באזורינו, צריכים להיות מטופלים באמצעות מפזרי חום פסיבים ו/או אקטיבים יעילים במיוחד ומתוכננים היטב על מנת לא לקצר את חיי הנורות.
• יש צורך בפילטר קיטוב כדי לסנן את רכיב האור הלבן הזולג מנורת ה-LED.

לסיכום:

• פנסי UV מבוססי נורת קסנון יהיו בשימוש במשך שנים רבות למרות היתרונות של נורות ה-LED.
• לפי קצב הפיתוח הנראה לעין :

                           א.       נורות ה-LED יוזלו משמעותית בשנים הקרובות.

                           ב.       ההספק המופק מכל נורת LED יגדל באופן ניכר בשנים הקרובות.

                           ג.        אורך חיי נורות ה-LED יגדל משמעותית

                           ד.       הרגישות לטמפרטורה תרד משמעותית.