זיהוי תקן ייצור וביצוע בדיקת לחץ במבדקה ההידרוסטטית

רקע

בשוק הישראלי לציוד לחץ קיימים בפועל מכלים שיוצרו תחת משפחות תקינה שונות ובלתי-תלויות זו בזו:

1. תקינה אמריקאית (DOT): מכלים המיוצרים ונבדקים לפי מפרטי משרד התחבורה האמריקאי, המפורטים ב-49 CFR (חלק 178 - מפרטי ייצור; חלק 180 - דרישות בדיקה תקופתית). מכלים אלה נושאים סימון ייעודי על הצוואר (למשל DOT-3AA, DOT-3AL).
2. תקינה אירופית/בינלאומית: מכלים שיוצרו לפי תקני ISO 9809 (חלקים 1-3) ו-ISO 7866, עם מקבילים אירופיים היסטוריים (EN 1964, EN 1975) ובריטיים (BS 5045).

בישראל, בדיקה הידרוסטטית מבוצעת מכוח החוק בהתאם לת"י 712 - תקן ישראלי מחייב, המורכב משני חלקים נפרדים לפי חומר:

• ת"י 712 חלק 2 (פלדה):  מבוסס על EN 1968.
• ת"י 712 חלק 3 (אלומיניום): מבוסס על EN 1802.

ת"י 712 מבוסס על התקינה האירופית (EN) ולא על התקן המאוחד שהחליף אותה בעולם עבור מיכלים חדשים, ISO 18119. עם זאת, בהיבט הספציפי של שיטת ביצוע בדיקת הלחץ, הניסוח ב-EN 1968 וב-EN 1802 (ולכן גם בת"י 712) עקבי עם הגישה שאומצה מאוחר יותר גם ב-ISO 18119.

נקודה קריטית: ת"י 712, כפי שהוא מנוסח כיום, אינו חל על מיכלים בעלי מעטה מורכב (Composite) - לא מלא ולא חלקי. מיכלי Type 2/3/4/5 אינם מכוסים כלל על ידי התקינה הישראלית המחייבת. לכן, כאשר מגיע למבדקה מיכל כזה, יש לבצע את בדיקת הלחץ בהתאם לתקן הייצור המקורי של אותו מיכל ספציפי, בהתאם לסימון החקוק עליו:

• מיכלים המסומנים DOT - בהתאם לחוק האמריקאי, 49 CFR.
• מיכלים המסומנים EN או ISO - בהתאם ל-ISO 11623, התקן הבינלאומי הייעודי לבדיקה תקופתית של מיכלי קומפוזיט (Type 2 עד 5).

מטרה

לספק לצוות המבדקה כלי הכרעה: כיצד לזהות תחת איזו מסגרת תקינה יש לבצע את בדיקת הלחץ למכל שהגיע, ובאיזו שיטה בדיוק. המסמך ממוקד אך ורק בבדיקת הלחץ עצמה - אינו כולל התייחסות לתדירויות בדיקה תקופתית או להגבלות לפי סוג גז.

 

 

חלק א' - מיכלים מונוליטיים (Type 1)

טבלה 1 - מיכלי פלדה

סימון/תקן	תקן ייצור	תקן EN מקביל	תקן BS מקביל	תחום עוצמת מתיחה	PE% מקסימלי	ניתן לבצע PROOF במקום PE - כן/לא
DOT-3AA / 3A	49 CFR §178.37	לא ישים	לא ישים	לא מוגבל ל-Rm ספציפי	עד 10%	לא - DOT מבוסס על שיטת ההתפשטות הנפחית בלבד
ISO 9809-1	ISO 9809-1	EN ISO 9809-1 EN 1964-1	BS 5045-1	Rm < 1100 מגה-פסקל (MPa)	עד 10%	כן, בכפוף לתכן המכל הספציפי
ISO 9809-2	ISO 9809-2	EN ISO 9809-2  EN 1964-2	BS 5045-1	Rm ≥ 1100 מגה-פסקל (MPa)	עד 5%	כן, בכפוף לתכן המכל הספציפי
ISO 9809-3	ISO 9809-3	EN ISO 9809-3 EN 1964-1	BS 5045-1	פחמנית/פחמן-מנגן מנורמלת, Rma ≤ 800 MPa עד 950 MPa אם מפלדות 9809-1/2 שעברו נרמול	עד 10%	כן, בכפוף לתכן המכל הספציפי

 

טבלה 2 — מיכלי אלומיניום

סימון/תקן	תקן ייצור	תקן EN מקביל	תקן BS מקביל	חומר	PE%  מקסימלי	ניתן לבצע PROOF במקום PE - כן/לא
DOT-3AL	49 CFR §178.46	לא ישים	לא ישים	6061  או 6351	עד 10%	לא - DOT מבוסס על שיטת ההתפשטות הנפחית בלבד
ISO 7866	ISO 7866	EN ISO 7866 EN 1975	BS 5045-3	6061, 608, 6351, 5283, 7060	עד 5%	כן, בכפוף לתכן המכל הספציפי

 

עיקרון מנחה 1: בחירת שיטת הבדיקה (PROOF במקום PE) למיכלי ISO/EN

הן EN 1968 (פלדה) והן EN 1802 (אלומיניום) - ולכן גם ת"י 712 חלקים 2 ו-3 מנוסחים באותה גישה: הבדיקה יכולה להיות מבחןPROOF  או מבחן התפשטות נפחית, "בהתאם לתכן המכל". שתי נקודות מעשיות קריטיות נובעות מכך:

1. הבחירה בין השיטות אינה שיקול דעת חופשי של הבודק — היא נקבעת לפי מפרט התכן/הנחיית היצרן של אותו דגם ספציפי. בהיעדר הנחיה כזו מהיצרן, אין הצדקה לבחור אוטומטית ב-PROOF במקום PE רק כי הוא מהיר יותר.
2. לאחר שהוחלט על שיטה מסוימת ובוצעה — התוצאה סופית. אסור לנסות לעבור לשיטה השנייה על אותו מכל כדי "לנסות שוב" ולקבל תוצאה שונה.

עיקרון מנחה 2: כאשר מפרט התכן אינו ידוע (מיכלי ISO/EN בלבד)

כאשר לא ניתן לזהות בוודאות את מפרט התכן של מכל ISO/EN הנבדק (מכל ישן, חוסר תיעוד) - יש להחיל 5% PE כברירת מחדל שמרנית באם מבצעים מבחן התפשטות נפחית, גם אם קיימת אפשרות שהמכל שייך לתקן המתיר עד 10%.

 

 

 

 

חלק ב' — מיכלים מלופפים (Type 2/3/4/5)

עקרון-על

לפני תחילת כל בדיקת לחץ במכל קומפוזיט, יש לזהות מתווית הזיהוי (Identification Label) את ה-Type ואת סוג הליינר. שיטת בדיקת הלחץ נגזרת ישירות מזיהוי זה.

טבלה 3 — שיטת בדיקת הלחץ לפי סוג מכל

סוג מיכל	סוג ליינר	תקן תכן מקורי	שיטת בדיקת הלחץ	ניתן לבצע PROOF במקום PE - כן/לא
Type 2	מתכתי, נושא-עומס (Hoop-wrap)	ISO 11119-1	בדיקת התפשטות נפחית (הידראולית, מים)	לא - נדרשת מדידת PE
Type 3	מתכתי, נושא-עומס (Full-wrap)	ISO 11119-2	בדיקת התפשטות נפחית (הידראולית, מים)	לא - נדרשת מדידת PE
Type 4	לא-מתכתי (PET וכד'), אינו נושא עומס	ISO 11119-3	Proof Pressure Test בלבד — ללא מדידת PE	כן - אין לבצע בדיקת התפשטות נפחית כלל
Type 5	ללא ליינר כלל	ISO 11119-4	Proof Pressure Test בלבד	כן - אין ליינר שניתן למדוד את התפשטותו

 

הבהרה קריטית — מדוע אין מודדים PE במיכלי Type 4/5

בליינר פולימרי (PET וכד') אין התנהגות אלסטית חוזרת ומדידה כמו במתכת — ה-PE הנמדד אינו אינדיקטור אמין לשלמות המבנה. לכן במיכלים אלה מבצעים אך ורק Proof Pressure Test. ניסיון להוציא ערך PE ממכל כזה עלול להוביל לפסילה שגויה של מכל תקין, או לקבלה שגויה של מכל פגום.

בדיקת התפשטות נפחית (Type 2/3) — עקרונות ביצוע

• מבוצעת במים כמדיום סטנדרטי.
• לאחר הבדיקה יש לייבש את פני השטח הפנימיים בהקדם — השארת מים ב-Type 2/3 לפרק זמן ממושך עלולה לגרום לקורוזיה בליינר המתכתי.

כלל אצבע לזיהוי מהיר

תווית מציינת ליינר מתכתי (Type 2/3) > בדיקת התפשטות נפחית (או PROOF במקום PE, בכפוף לתכן - ראו טבלה 3).
תווית מציינת ליינר לא-מתכתי (Type 4) או ללא ליינר (Type 5) > Proof Pressure Test בלבד, ללא ניסיון למדוד PE.

 

 

נספח א

הסבר: מהו Rm ומדוע הוא קובע את הסיווג בין 9809-1 ל-9809-2

Rm הוא הסימון המקובל בתקינה האירופית/ISO לעוצמת מתיחה סופית (Ultimate Tensile Strength) — המאמץ המרבי שהחומר יכול לשאת במבחן מתיחה סטטי, לפני שהוא נשבר. זהו הפרמטר שמופיע בתעודת הבדיקה של החומר (Material Test Certificate) ונמדד ביחידות מגה-פסקל (MPa).

ה"Rm < 1100 מגה-פסקל" בהקשר של ISO 9809-1 אומר: הפלדה ששימשה לייצור המכל עברה מבחן מתיחה, ותוצאת המבחן (עוצמת המתיחה הסופית שנמדדה בפועל - לרוב מסומן Rm,a, כלומר Actual, הערך שנמדד בפועל לאותו batch ולא רק ערך מינימלי בתקן) הייתה נמוכה מ-1100 מגה-פסקל.

זה בדיוק הגבול שמפריד בין 9809-1 ל-9809-2:

• Rm,a < 1100 מגה-פסקל → מסווג תחת ISO 9809-1, ומותר עד 10% PE.
• Rm,a ≥ 1100 מגה-פסקל → מסווג תחת ISO 9809-2, ומוגבל ל-5% PE בלבד.

למה זה חשוב מבחינה הנדסית (ולא רק פורמלית): ככל שעוצמת המתיחה של הפלדה גבוהה יותר, כך היא הופכת רגישה יותר לתופעות שבירה פריכה (Hydrogen Embrittlement, Sustained Load Cracking) - במיוחד כשמדובר בפלדה שעברה חישום ומורפה (Quenched & Tempered) לעוצמות גבוהות. זו הסיבה ההנדסית לכך שהתקן מטיל מגבלת PE מחמירה יותר (5% במקום 10%) דווקא על הפלדות החזקות יותר - לא כי הן "פחות טובות", אלא כי סטייה מהתפשטות אלסטית תקינה במכל כזה היא סימן אזהרה מוקדם ומשמעותי יותר לתחילת סדיקה מאשר אותה סטייה בפלדה רכה יותר.

חשוב להבחין: Rm הוא ערך החומר עצמו (נמדד במבחן מתיחה של דגימת חומר, לא של המכל השלם), בעוד ה-PE% הוא תוצאה של מבחן על המכל השלם בלחץ. שני הפרמטרים האלה - Rm של החומר, ו-PE% המותר במכל, הם שני דברים נפרדים שהתקן קושר ביניהם, לא אותו מדד.

 

 

נספח ב'

הרציונל ההנדסי לבחירת שיטת הבדיקה - DOT מול ISO/EN

מבחינה היסטורית התפתחו בעולם שתי מסורות נפרדות לבדיקת לחץ סופית של מכלים ללא תפר בייצור - בדיקת התפשטות נפחית ו-בדיקת Proof Pressure. ההבדל ביניהן נעוץ בנוסחת החישוב שלפיה תוכנן עובי הדופן של המכל, לא רק בהעדפה מקומית שרירותית.

א. בדיקת התפשטות נפחית - בדיקת התפשטות נפחית יכולה להתבצע באחת משתי דרכים: שיטת מעטפת המים (הנפוצה ביותר) או שיטה ללא מעטפת מים.

1. שיטת מעטפת המים (Water Jacket) - במהלך בדיקה זו, הגליל נתון בתוך מעטפת מלאה במים. כאשר הגליל נדחס בלחץ (בדרך כלל באמצעות מים), הוא מתפשט ובכך דוחק מים מתוך המעטפת אל תוך מתקן מדידה (כגון ביורטה מזכוכית). ככל שהגליל מגיע ללחץ הבדיקה, מפלס המים בביורטת המדידה עולה. לאחר שחרור הלחץ מתוך הגליל בתום הבדיקה, מפלס המים בביורטה אמור לחזור אל קו האפס המקורי. ההפרש בין קו האפס המקורי לבין המפלס שנמדד לאחר שחרור הלחץ מוגדר כהתפשטות קבועה (שיורית). היחס בין ערך זה לבין ההתפשטות המקסימלית שנצפתה במהלך הבדיקה מבוטא לרוב באחוזים, ומהווה את סף הפסילה הנקבע בתקנות או בתקנים. יש לתת את הדעת לכך שקיימים מספר גורמים קריטיים שיש לקחת בחשבון בעת ביצוע הבדיקה והערכת תוצאותיה, כגון:

• הפרש הטמפרטורה בין המים שבתוך גליל הבדיקה לבין המים במעטפת חייב להיות נמוך ככל האפשר.
• יש למנוע כיסי אוויר באמבט המים של המעטפת (למשל, בתחתית הקעורה של גליל בעת שיקועו במנח אנכי).

2. שיטה ללא מעטפת מים (Non-jacket) - שיטה זו כוללת מדידה של כמות המים הנוספת המוחדרת לגליל בעת העלאת הלחץ ללחץ הבדיקה, ולאחר שחרור הלחץ - מדידת כמות המים הנפלטת מן הגליל. בעת חישוב ההתפשטות הקבועה, יש לקחת בחשבון את דחיסות המים ואת נפח הגליל כדי להגיע לערך ההתפשטות האמיתי. ציוד בדיקת ההתפשטות הנפחית עשוי להיות מורכב וגוזל זמן רב לכיול. הדבר נכון במיוחד כאשר נבדקים גלילים קטנים (שכן לגלילים קטנים יש ערכי התפשטות קטנים מאוד). בנוסף, בדיקה זו רגישה ביותר לטמפרטורה. לעומת זאת, בדיקת Proof Pressure היא שיטת בדיקה פשוטה וישירה יחסית להתקנה ולהפעלה.

ב. בדיקת Proof Pressure

בדיקת Proof Pressure כוללת העלאת הלחץ בגליל ללחץ הבדיקה והחזקתו במשך פרק זמן מוגדר (למשל, למשך 30 שניות לפחות). במהלך תקופה זו, הלחץ חייב להישאר קבוע, ואסור שייראו כל סימני דליפה, עיוות קבוע הנראה לעין או פגמים. בסוג זה של בדיקה אין מדידה של התפשטות נפחית.

באירופה, זוהי הבדיקה המשמשת עבור גלילי ISO Type 1 המתוכננים על פי נוסחת לאמה-פון מיזס והדורשים מעבר של בדיקת קשיות. יתרה מכך, עבור גלילי פלדה ללא תפר נדרשת בדיקה אולטרסונית (UT) - בדיקות נוספות אלו אינן נדרשות עבור גלילים שתוכננו, יוצרו ונבדקו על פי תקנים ותקנות אחרים (כגון גלילים לפי מפרט DOT).

 

מסלול ה-DOT - נוסחת Bach Clavarino ובדיקת התפשטות נפחית

מדינות שאימצו את מפרטי ה-DOT האמריקאי (למשל DOT-3AA, DOT-3AL) משתמשות בנוסחת Bach Clavarino לחישוב עובי הדופן המינימלי. נוסחה זו קושרת את מאמץ החישוב לעוצמת המתיחה (Tensile Strength) של החומר הגמור - לא למאמץ הכניעה (Yield Stress) שלו. התוצאה המעשית: המאמצים בדופן המכל בזמן בדיקת הלחץ יכולים להתקרב, ולעיתים לחצות, את נקודת הכניעה של החומר באזורים מסוימים במכל.

מכיוון שהמפרט האמריקאי אינו כולל דרישה נוספת לבדוק את תקינות הטיפול התרמי (למשל מבחן קשיות או בדיקת אולטרסאונד) - בדיקת ההתפשטות הנפחית משמשת בפועל כבדיקת הומוגניות עקיפה: אם יש אי-אחידות בייצור (עובי דופן נמוך מהמתוכנן, או ליקוי בטיפול התרמי), התוצאה תתבטא בהתפשטות שיורית לא-תקינה שהבדיקה תופסת. במילים אחרות - בדיקת ההתפשטות הנפחית "עושה עבודה כפולה": גם מוודאת שהמכל עומד בלחץ הבדיקה, וגם משמשת כבדיקת בקרת-איכות עקיפה לייצור ולטיפול התרמי, בהיעדר בדיקות ייעודיות אחרות לכך.

מסלול ה-ISO/EN - נוסחת Lamé von Mises ובדיקת Proof Pressure

מדינות שאימצו תקנים לאומיים (TRG הגרמני, AFNOR הצרפתי, BSI הבריטי) או את התקנים המודרניים EN/ISO - משתמשות בנוסחת Lamé von Mises (או בנוסחת הקוטר הממוצע), שקושרת את מאמץ החישוב ישירות למאמץ הכניעה של החומר. כתוצאה מכך, המאמצים בדופן המכל בזמן בדיקת הלחץ נשארים באופן עקבי רחוקים יותר מנקודת הכניעה — הסיכוי להתפשטות שיורית משמעותית נמוך משמעותית מלכתחילה.

בנוסף, תקני ISO/EN (למשל ISO 9809, ISO 7866) דורשים באופן ישיר מבחן קשיות (Hardness Test) לאימות אחידות הטיפול התרמי, ועבור פלדה ללא תפר - גם בדיקת אולטרסאונד. כלומר, האימות של איכות הייצור והטיפול התרמי מתבצע ישירות ובמפורש על ידי בדיקות ייעודיות - ולא באופן עקיף דרך מדידת PE כמו במסלול DOT. לכן, אין באמת צורך הנדסי בבדיקת התפשטות נפחית במסלול הזה, ומסתפקים בבדיקת Proof Pressure.

 

מסמך זה מבוסס על:
ECMA — European Cylinder Makers Association, Technical Information TI 001, "Description of the pressure test methods used during cylinder manufacture"
ו-
Technical Information TI 002, Development of calculation formulas for cylinder wall thickness