شناسایی فولادهای کربنی، آلیاژی و ضد زنگ براساس الگوی جرقه

داودآبادی, محبوبه; شیخ الاسلامی بورقانی, محمدرضا; حیدری, زهرا; باقی‌زاده, حسین; میقانی, ناصر

doi:10.66224/jii.4.2.57

شناسایی فولادهای کربنی، آلیاژی و ضد زنگ براساس الگوی جرقه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محبوبه داودآبادی ¹

محمدرضا شیخ الاسلامی بورقانی ¹

زهرا حیدری ¹

حسین باقی‌زاده ²

ناصر میقانی ³

¹ گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

² شرکت رایا صنعت دانا، اراک، ایران.

³ شرکت فراتوسعه کیاسا، اراک، ایران.

10.66224/jii.4.2.57

چکیده

شناسایی دقیق فلزات نقش اساسی در کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری در کاربردهای صنعتی مختلف دارد. بااین‌حال، بسیاری از کارگاه‌ها به دلیل محدودیت‌های منابع مالی، امکان بهره‌برداری از تجهیزات پیشرفته شناسایی فلزات را ندارند. در چنین شرایطی، استفاده از روش‌های ساده، سریع و کم‌هزینه مانند آزمون جرقه، می‌تواند جایگزینی مناسب و قابل اجرا باشد. آزمون جرقه بر مبنای بررسی شکل، رنگ و رفتار جرقه‌های حاصل از تماس فلز با دستگاه سنگ‌زنی نوع آلیاژ را تشخیص می‌دهد. با توجه به اهمیت این موضوع این مطالعه برمبنای شناسایی فلزات با توجه به الگوی جرقه تولیدشده از سنگ‌زنی نمونه انجام‌شده است. نتایج ارائه‌شده در این مقاله نشان داد که می‌توان فولادهایی نظیر 420،316 و 105A را با تحلیل الگوهای جرقه به‌طور قابل قبولی از یکدیگر تفکیک کرد. نتایج حاکی از آن است که وجود تفاوت در ترکیب عناصر آلیاژی منجر به تولید جرقه‌هایی با ویژگی‌های متمایز می‌شود که باتجربه و دقت کافی می‌توان آن‌ها را شناسایی کرد. به‌طور مثال طول جرقه در فولاد A105 حدود 33 میلی‌متر و زاویه انتشار آن 3.5 درجه از فولاد 316 بیش‌تر بوده است. با توجه به نتایج ارائه‌شده در این مقاله، می‌توان از آزمون جرقه به‌عنوان یک روش تجربی مؤثر برای شناسایی سریع فلزات در محیط‌های صنعتی فاقد تجهیزات پیشرفته نام برد.

کلیدواژه‌ها

آزمون جرقه

شناسایی فولاد

تحلیل الگوی جرقه

فولاد کربنی

فولاد آلیاژی

عنوان مقاله English

Identifying Carbon, Alloy and Stainless Steels based on Spark Patterns

نویسندگان English

Mahboobeh Davodabadi ¹

Mohammadreza Sheykholeslami Borghani ¹

Zahra Heidari ¹

Hosein Baghizadeh ²

Naser Meighani ³

¹ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, 38156-88349, Iran.

² Raya Sanate Dana Company, Arak, Iran.

³ KISA Company, Arak, Iran.

چکیده English

Accurate identification of steel grades is critical in industries such as oil, gas, and automotive, yet many workshops lack advanced analytical equipment. The spark test is a simple, low-cost, on-site method that offers a practical alternative. This study aims to distinguish three steel types—carbon steel A105, alloy steel 420, and stainless steel 316—based on an analysis of their spark patterns. A custom fixture with a spring mechanism was designed to apply a uniform grinding force, eliminating pressure-induced variations. The spark patterns generated by a high-speed grinding wheel were recorded by a fixed camera for further analysis. Three parameters—spark length, spread angle, and spark deviation angle—were measured after scaling in software. The results show that carbon content increases the spark spread angle and branching explosions, whereas chromium and nickel reduce the spark length and create a whitish color. Manganese intensifies yellow coloration. The measured spark lengths (after scaling) were 441 mm (316), 474 mm (A105), and 469 mm (420). The spread angles were 10.72° (316), 14.27° (A105), and 18.78° (420). These distinct patterns allow for the reliable discrimination of the three steels. The proposed fixture and quantitative parameters provide a reproducible, operator-independent spark test suitable for industrial environments.

کلیدواژه‌ها English

Spark test

Steel identifying

Spark pattern analysis

Carbon steel

Alloy steel

[1] Stefanescu DM, Davis J, Destefani J. Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys. ASM Int. 1990.
[2] Oberg E, Jones F, Horton H, Ryffel H, McCauley C. Machinery’s Handbook 30th Edition. Industrial Press, South Norwalk, CT; 2016.
[3] Dalke T, Brink J, Weller M. Material determination using spark observation. Global Journal of Engineering Education. 2013;15:165-70.
[4] RAWANI KH, PAINJANE SV, SALUNKHE AP, PATIL SS, Dharmarao S. Experimental analysis & determination of various plain carbon steels by using spark testing. JournalNX. 2017;3:123-8.
[5] Deng K, Pan D, Li X, Yin F. Spark testing to measure carbon content in carbon steels based on fractal box counting. Measurement. 2019;133:77-80.
[6] Kerscher PJP, Schmith J, Martins EA, de Figueiredo RM, Keller AL. Steel type determination by spark test image processing with machine learning. Measurement. 2022;187:110361.
[7] Goodey D, Brink J. Material Determination Using a Thermal Imaging Camera. World Trans Eng Technol Educ. 2015;13:296-301.
[8] Nakata T. Development of automated spark testing technique by image processing to measure carbon content in steel materials. IFAC Proceedings Volumes. 2012;45:118-9.
[9] Nikiforov I, Maltsev P, Ivanov V, Barsuk I. Explanation of the express method of the determination of steel grade by spark. ENVIRONMENT TECHNOLOGIES RESOURCES Proceedings of the International Scientific and Practical Conference2015. p. 157-61.
[10] Long J, Li X, Pan D, Peng D. Study on the Mechanism of Carbon Steel Sparks. Journal of Testing and Evaluation. 2020;48:613-23.
[11] Daban A, Aris SAM, Anuar MSM. Ferrous Metal Classifications Based on Sparks Pattern Using CNN Pretrained Models. 2023 IEEE Symposium on Computers & Informatics (ISCI): IEEE; 2023. p. 31-5.
[12] Benjawilaikul T, Kaewwichit T. Classification of carbon steels by automated spark test technique using feature extraction based on machine learning image processing. The Journal of Industrial Technology. 2022;18:203-16.
[13] Munđar G, Kovačič M, Župerl U. A Machine Vision Approach to Assessing Steel Properties through Spark Imaging. Tehnički glasnik. 2025;19:77-81.
[14] Steel W. The Basics on the Spark Test for Steel and Other Metals.
[15] Samuels LE. Metallographic polishing by mechanical methods: Asm International, 2003.
[16] International A. Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications 912. ASTM A240/A240M-22A: ASTM International.
[17] Internationa A. Standard Specification for Carbon Steel Forgings for Piping Applications. ASTM A105/A105M: ASTM International.
[18] International A. Standard Specification for Stainless Steel Bars and Shapes. ASTM A276/A276M-17: ASTM A276/A276M-17.