GIÁO TRÌNH MÔN ĐUN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ

SỞ LAO ĐỘNG TB XH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔN ĐUN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ NGHỀ HÀN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số 234QĐ C.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ

SỞ LAO ĐỘNG TB & XH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠN ĐUN: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 234/QĐ-CĐN ngày 05 tháng năm 2020 Trường Cao đẳng nghề Hà Nam) Hà Nam - Năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Cùng với phát triển khoa học công nghệ giới, lĩnh vực khí chế tạo nói chung ngành Hàn Việt Nam nói riêng có bước phát triển đáng kể số lượng chất lượng đóng góp cho nghiệp cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước Việc biên soạn tài liệu chuyên môn nhằm đáp ứng yêu cầu tài liệu học tập cho sinh viên, tài liệu tham khảo cho giáo viên, tạo tiếng nói chung q trình đào tạo, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế đáp ứng yêu cầu sản xuất thực tế điều cần thiết Nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập giảng dạy nghề Hàn Căn vào chương trình khung Tổng cục dạy nghề điều kiện thực tế giảng dạy nhà trường Giáo trình ‘’Mơđun: Kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế” biên soạn theo hướng tích hợp lý thuyết thực hành Giúp cho em sinh viên vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo Giáo trình biên soạn sở lựa chọn kiến thức tài liệu chuyên ngành song đảm bảo tính kế thừa nội dung giảng dạy trường Nội dung giáo trình gồm kiến thức gá lắp kết cấu hàn theo tiêu chuẩn hiệp hội hàn Hoa Kỳ (AWS) Mặc dù có nhiều cố gắng trình biên soạn, xong chắn khơng thể tránh thiếu sót Tác giả mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp, để giáo trình hồn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày…tháng … năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đào Văn Hiệp MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN BÀI 1: KIỂM TRA CƠ TÍNH MỐI HÀN Khái niệm: Độ cứng Brinell ( HB ): Độ cứng Vickers ( HV ): Độ cứng Rockwell ( HR ): BÀI 2: KIỂM TRA CẤU TRÚC KIM LOẠI MỐI HÀN Nguyên lý quy trình Tổ chức (cấu trúc) thô đại (vĩ mô): Tổ chức (cấu trúc) vi mô: 10 BÀI 3: ĐÁNH GIÁ MỐI HÀN BẰNG DUNG DỊCH CHỈ THỊ 13 Cơ sở vật lý phương pháp thấm mao dẫn 13 Phương pháp kiểm tra thấm mao dẫn: 16 Thiết bị kiểm tra xách tay 17 Vật liệu: 18 Kỹ thuật kiểm tra: 19 Cơng tác an tồn: 21 BÀI 4: KIỂM TRA KẾT CẤU HÀN BẰNG ÁP SUẤT KHÍ NÉN - NƯỚC 22 Khái niệm chung: 22 Các tượng vật lý kiểm tra rò rỉ: 23 Phương pháp thử thuỷ tĩnh: 24 Phương pháp phân tích khí: 26 Phương pháp tạo bọt: 28 BÀI 5: KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG TIA PHÓNG XẠ 31 Nguyên lý: 31 Tia X: 32 Tia Gamma: 32 Phim chụp ảnh xạ: 34 Kỹ thuật chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn: 35 Cơng tác an tồn xạ: 37 BÀI 6: KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG SIÊU ÂM 39 Khái niệm chung: 39 Bản chất sóng âm: 40 Các đặc trưng q trình truyền sóng: 40 Phân loại sóng siêu âm: 41 Phản xạ khúc xạ: 43 Đặc tính chùm tia siêu âm: 43 Sự suy giảm chùm tia siêu âm: 44 Đặc trưng dò khuyết tật: 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế Mã mơ đun: MĐ 25 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Là mơn đun bố trí cho học sinh sau học xong môn học chung theo quy định Bộ LĐTB-XH học xong môn học bắt buộc đào tạo chuyên môn nghề từ MH07 đến MH13 mô đun chuyên nghành MĐ14 – MĐ 24 - Tính chất: Là mơ đun chuyên ngành bắt buộc - Ý nghĩa vai trò mơ đun: Là mơ đun có vai trị quan trọng, người học trang bị kiến thức, kỹ sử dụng dụng cụ, thiết bị kiểm tra, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn để ứng dụng sản xuất, tiếp cận với tiêu chuẩn quốc tế Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Mơ tả quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế + Hiểu tiêu chuẩn quốc tế kiểm tra chất lượng mối hàn + Giải thích quy định an toàn kiểm tra chất lượng mối hàn - Về kỹ năng: + Chuẩn bị đầy đủ mậu thử, vật liệu kiểm tra chất lượng mối hàn + Sử dụng thành thạo dụng cụ thiết bị kiểm tra + Đánh giá chất lượng mối hàn sau kiểm tra - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có khả làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, sáng tạo ứng dụng kỹ thuật, cơng nghệ vào công việc điều kiện làm việc thay đổi; Có ý thức kỷ luật, tác phong cơng nghiệp + Hướng dẫn, giám sát người có trình độ thấp thực công việc định sẵn theo phân công; + Đánh giá hoạt động cá nhân kết thực nhóm; + Quản lý, kiểm tra giám sát q trình thực cơng việc cá nhân, tổ, nhóm Nội dung mơ đun: BÀI 1: KIỂM TRA CƠ TÍNH MỐI HÀN Mã bài: MĐ25 - Giới thiệu: Kiểm tra chất lượng mối hàn kiểm tra tính phương pháp kiểm tra thực tế mẫu hàn, nhằm mục đích kiểm tra tính kim loại bản, tính kim loại mối hàn, kiểm tra hợp lý quy trình hàn tay nghề thợ hàn Phương pháp thường thực mẫu chuẩn trước thực hàn kết cấu có vật liệu, chế độ hàn tương tự mẫu Mục tiêu: Sau học xong người học có khả năng: - Kiến thức: Trình bày khái niệm độ cứng - Kỹ năng: +Xác định độ cứng mối hàn theo phương pháp Brinell (HB), Vickes (HV), RockWell (HR) mối hàn đảm bảo yêu cầu + Áp dụng vào thực tế kiểm tra - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Học tập nghiêm túc; có ý thức kỷ luật; làm việc độc lập, làm việc theo nhóm; hướng dẫn, giám sát người có trình độ thấp thực công việc đánh giá kết thực thân thành viên nhóm Nội dung chính: Khái niệm: Độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục có liên quan chặt chẽ đến độ bền kéo Độ cứng xác định cách đo mức độ chống lại lực ấn mũi đâm có dạng chuẩn lên bề mặt vật liệu Vật liệu mũi đâm thép nhiệt luyện kim cương, có hình cầu hình tháp Độ cứng xác định theo kích thước vết lõm mũi đâm để lại bề mặt vật kiểm Đó mức chống lại lực ấn mũi đâm có dạng chuẩn lên bề mặt vật liệu Độ cứng kim loại kim loại mối hàn phụ thuộc vào thành phần hóa học, q trình nóng chảy đông đặc hàn, biến cứng, nhiệt luyện nhiều yếu tố khác Vật hàn cần có giới hạn độ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn, vùng q cứng, khơng đủ dẻo bị nứt q trình chế tạo vận hành tính chống ăn mịn bị giảm Độ cứng thô đại xác định mẫu mi thụ Giá trị độ cứng cú th c c nhờ đồng hồ đo tra bảng (độ cứng Brinell) Hiện độ cứng đo theo ba phương pháp thông dụng: - Theo thang Brinell – Dùng mũi đâm bi thép wolfram - Theo thang Vickers – dùng mũi đâm kim cương dạng hình tháp vng - Theo thang Rockwell – dùng mũi đâm hình kim cương bi thép Kích thước vết lõm dùng để xác định giá trị độ cứng - vết lõm nhỏ vật liệu cứng Độ cứng Brinell ( HB ): Độ cứng Brinell cho kết khơng xác khảo xát vùng ảnh hưởng nhiệt Vì dùng chủ yếu cho kim loại Đơn vị đo Độ cứng Brinell: HB [kG/mm2] Để đo độ cứng Brinell máy thuỷ lực dùng để ép viên bi thép bề mặt mẫu thử tác dụng lực xác định 15 giây Đường kính vết lõm bề mặt kim loại đo với kính hiển vi Brinell chia vạch theo milimet Áp dụng công thức sau để xác định độ cứng Brinell: Hình 1.1 Kiểm tra độ cứng Brinell Trong đó: P: lực tác dụng vào bi thép F: Diện tích vết lõm D: Đường kính bi thép d: Đường kính vết lõm Phương pháp đo độ cứng Brinell thường dùng để đp vật liệu có độ cứng thấp, thang đo từ ÷ 450 HB Q giới hạn khơng thực xác viên bi đo bị biến dạng Độ cứng Vickers ( HV ): Một số loại máy kiểm tra độ cứng Vickers: Để đo độ cứng Vickers vết lõm tạo mũi kim cương hình chóp, sử dụng lực tác dụng phù hợp với độ cứng vật liệu Thời gian tác dụng lực thường chuẩn hoá 10 giây Vết lõm có dạng hình vng sẫm sáng Các đo đạc thực theo đường chéo vết lõm, giá trị độ cứng tương ứng quy chiếu từ bảng mẫu tính tốn cơng thức: HV  1,8544 P d2 Trong đó: Hv : Độ cứng Vickers P: Lực tác dụng d: Đường kính mũi thử ( d = 0,5( d1 + d2 ) ) Hình vẽ: Thiết bị mũi đo độ cứng theo phương pháp Vickers Độ cứng HV xác khoảng rộng vật liệu, mũi đâm kim cương không bị biến dạng Các vết lõm đo độ cứng Hv nhỏ nhiều so với HB cần chuẩn bị bề mặt cẩn thận trước đo độ cứng Độ cứng Rockwell ( HR ): Máy đo độ cứng Rockwell sử dụng mũi đâm thép để đo độ cứng vật liệu mềm mũi đâm hình nón kim cương cho vật liệu cứng Sư đo bắt đầu tác dụng tải trọng sơ để định vị mũi đâm bề mặt cần đo độ cứng Sau tác dụng tải trọng - Tải trọng sơ Po = 10 kG - Tải trọng P: + Bi thép : P = 100 kG + Mũi kim cương: P = 150 kG Sau kim đồng hồ ổn định, tải trọng loại bỏ giữ tải sơ Số độ cứng HR dựa hiệu số chiều sâu mũi đâm với tải trọng tải trọng sơ bộ, đọc trực tiếp đồng hồ HR = E - e Có nhiều thang đo độ cứng HR, phổ biến HRB HRC: - Thang B: giá trị đo ký hiệu HRB ( P = 100 kG ) - Thang C: giá trị đo kí hiệu HRC ( P = 150 kG ) - Thang A: giá trị đo kí hiệu HRA ( P = 60 kG ) Giá trị độ cứng ghi báo cáo thử gồm số theo sau chữ cho biết phương pháp thử: 240 HV10: độ cứng 240, phương pháp Vickers, tải đầu đo 10 kG ( 10 daN) 22 HRC: độ cứng 22, phương pháp Rockwell, đầu đo kim cương góc đỉnh 120o (thang C) CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày khái niệm độ cứng Câu 2: Nêu nội dung phương pháp Brinell (HB), Vickes (HV), RockWell (HR) mối hàn BÀI 2: KIỂM TRA CẤU TRÚC KIM LOẠI MỐI HÀN Mã bài: MĐ25 – Giới thiệu: Kiểm tra chất lượng mối hàn kiểm tra cấu trúc kim loại phương pháp kiểm tra thực tế mẫu hàn, nhằm mục đích kiểm tra cấu trúc kim loại mối hàn, kiểm tra hợp lý quy trình hàn tay nghề thợ hàn Phương pháp thường thực mẫu chuẩn trước thực hàn kết cấu có vật liệu, chế độ hàn tương tự mẫu Mục tiêu: Sau học xong người học có khả năng: - Kiến thức: + Trình bày nguyên lý quy trình kiểm tra cấu trúc kim loại mối hàn + Nêu loại dụng cụ, thiết bị chuẩn bị mẫu thử đầy đủ - Kỹ năng: - Nhận biết chất tẩm thực phù hợp với tính chất kim loại mối hàn - Sử dụng kính hiển vi, kính lúp thành thạo - Đọc xác thơng số độ hạt kim loại thiết bị đo - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Học tập nghiêm túc; có ý thức kỷ luật; làm việc độc lập, làm việc theo nhóm; hướng dẫn, giám sát người có trình độ thấp thực cơng việc đánh giá kết thực thân thành viên nhóm Nội dung chính: Ngun lý quy trình Phân tích kim tương sử dụng để phát đặc điểm vĩ mô vi mô mối hàn việc khảo sát lát cắt theo tiết diện ngang Việc khảo sát bề mặt tinh trước sau tẩm thực thực trực tiếp mắt thường dụng cụ quang học Kính hiển vi quang học dùng để phân tích kim tương có độ phóng đại tối đa 1000 lần Hình 2.1 Những dụng cụ quang học dùng trình kiểm tra mắt a)- Gương (phẳng cầu); b)- Kính lúp có độ phóng đại – lần; c)-Bộ khuếch đại ánh sáng, độ phóng đại – 10 lần; d)- Kính kiểm tra gắn thang đo, độ phóng đại – 10 lần; e)- Borescope intrascope có nguồn sáng lắp trong, độ phóng đại – lần Mẫu cần phân tích cắt theo tiêu chuẩn, mài thơ, sau mài đánh bóng đến mức sáng gương để phản chiếu ánh sáng xác Sau đánh bóng, mẫu tẩm thực Thực chất trình tẩm thực bơi lên mặt mấu sáng bóng dung dịch có khả ăn mịn Vật liệu khác đòi hỏi chất tẩm thực khác Các phần cấu trúc có mức độ ăn mịn khác nhau, phản ánh kính hiển vi, nhờ mà xác định cấu trúc mẫu Mục đích phân tích kim tương để kiểm tra chất lượng sản phẩm, đánh giá độ bền mối hàn, xác định số lượng, kiểu loại phân bố tạp chất phi kim loại mối hàn, kiểm tra số lượng xếp đường hàn, cấu trúc tế vi vùng nóng chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt độ thấm sâu mối hàn Đối với hàn vảy, phân tích kim tương phát tính chảy lỗng vảy hàn, xói mịn q mức kim loại bản, mức độ khuếch tán vảy hàn vào kim loại Có thể phân tích kim tương mối hàn theo Tiêu chuẩn DIN EN 1321 tiêu chuẩn nhiều nước khác 1.1 Yêu cầu chung quy trình phân tích: Để phân tích cần có thơng tin sau: • Vật liệu vật liệu hàn; • Thành phần chất tẩm thực; • Gia cơng tinh bề mặt; • Phương pháp thời gian tẩm thực; • Các biện pháp yêu cầu bổ sung; • Đối tượng thử 1.2 Chuẩn bị mẫu thử: Mẫu thử cần tiện, phay… mài đánh bóng sau tẩm thực (hoặc khơng cần) đạt yêu cầu Trong nguyên công tránh làm ảnh hưởng xấu đến bề mặt 1.3 Gia công tinh bề mặt: Yêu cầu gia công tinh bề mặt phụ thuộc vào khía cạnh như: • Loại hình cần phân tích (thơ đại hay tế vi ); • Loại vật liệu ; 1.4 Các phương pháp tẩm thực: • Nhúng mẫu thử vào dung dịch tẩm thực; • Quét chất tẩm thực lên bề mặt mẫu kiểm; • Điện phân Các phương pháp khác dùng có đồng thuận bên hợp đồng Sau tẩm thực xong, cần rửa sấy khô mẫu thử 1.5 Các chất tẩm thực: Các chất tẩm thực điển hình cho kim loại bản, lắng đọng mối hàn, mục đích kiểu phân tích cho CR 12361 Tuỳ theo thông tin yêu cầu, loại nồng độ chất tẩm thực nhiệt độ thời gian tẩm thực thay đổi theo loại vật liệu phân tích Các mối hàn giống dùng chất tẩm thực khác Tổ chức (cấu trúc) thô đại (vĩ mô): Cấu trúc thô đại nghiên cứu lát mài chỗ gãy mối hàn phóng lên khoảng 20 lần Ngồi phân tích mẫu hàn kỹ thuật - Chúng truyền theo đường thẳng, dạng xạ sóng điện từ nên xạ tia X tia gamma bị phản xạ, khúc xạ nhiễu xạ - Chúng tuân theo định luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách mà theo định luật cường độ xạ tia X tia gamma điểm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn đến điểm Theo tốn học I ≈ 1/r2 I cường độ xạ điểm cách nguồn phóng xạ khoảng cách r - Chúng xuyên qua vật liệu mà ánh sáng xuyên qua Độ xuyên sâu phụ thuộc vào lượng xạ, mật độ, bề dày vật liệu Một chùm xạ tia X tia gamma đơn tuân theo định luật hấp thụ Tia X: Chùm tia X dùng để chụp ảnh phóng xạ hàn thường có lượng photon từ 30 KeV đến 20 MeV Máy phát tia X thơng thường (ống) phát chùm tia X có lượng 400 KeV Chúng xách tay (di động) đặt cố định Khi lượng phát 400 KeV phải sử dụng thiết bị cố định betatron hay máy gia tốc Bản chất xạ tia X: Bức xạ tia X dạng xạ điện từ giống ánh sáng Giữa xạ tia X ánh sáng bình thường khác bước sóng Bước sóng xạ tia X nhỏ vài ngàn lần so với bước sóng ánh sáng bình thường * Thiết bị phát xạ tia X: + Nguồn phát electron: Nguồn phát e cuộn dây đốt nóng Khi điện đặt vào đầu cuộn dây sinh dịng điện đốt nóng cuộn dây đến dải nhiệt độ phát e Trong ống phát tia X nguồn phát e gọi Cathode + Quá trình gia tốc electron: Các e sau tạo từ Cathode định hướng cách đặt vào Cathode điện tích âm Anode điện tích dương Để tạo xạ cần thiết cho chụp ảnh phóng xạ điện đặt vào anode cathode phải nằm khoảng từ 30KVÀ 30MV Năng lượng e nhận tương đương với dải điện + Bia: Bức xạ tia X phát điện tử gia tốc có lượng cao va đập vào dạng vật chất Vật liệu dùng để làm bia cần phải có tính chất cần thiết : ngun tử số Z cao, điểm nóng chảy cao, độ dẫn nhiệt cao Tungsten kim loại có tất tính chất Bia gắn với cốc làm đồng có chức anode Tia Gamma: Đồng vị phóng xạ có hạt nhân khơng bền, không đủ lượng liên kết để giữ hạt nhân với Các tia Gamma tạo đồng vị phóng xạ Sự phá vỡ hạt nhân nguyên tử dẫn đến việc giải phóng lượng tượng gọi phân rã phóng xạ 32 Bức xạ gamma loại xạ sóng điện từ giống xạ tia X chúng thường có bước sóng ngắn có khả xuyên sâu xạ tia X phát từ máy phát xạ tia X mà sử dụng rộng rãi chụp ảnh xạ cơng nghiệp Một số xạ gamma có khả xun qua lớp chì có bề dày đến 10cm Bức xạ gamma phát từ bên hạt nhân nguyên tử, khác với xạ tia X phát bên hạt nhân * Thiết bị nguồn phát xạ tia γ: - Đầu bọc đồng vị xạ Nguồn phóng xạ dùng chụp ảnh xạ nhỏ thường bọc lớp vỏ kim loại bảo vệ kín Hình 5.1 biểu diễn nguồn điển hình Hầu hết đồng vị sử dụng chụp ảnh xạ có dạng hình trụ vng với đường kính chiều cao gần Dạng nguồn cho phép sử dụng bề mặt làm tiêu điểm phát xạ, tất bề mặt hướng đến mẫu vật có diện tích gần Hình 5.1: Mơ hình cấu trúc bên đầu chụp ảnh phóng xạ điển hình Đường kính nguồn hình trụ khác thay đổi khoảng từ 0.5 đến 20mm chiều dài chúng thay đổi khoảng từ 0.5 đến 8mm Đôi nguồn chế tạo theo dạng hình cầu Đường kính phần có phóng xạ nằm khoảng đến 20mm Các nguồn cung cấp kèm theo thẻ (nhãn) khơng có Các nguồn Cs137 có hoạt độ lên đến 3Ci chứa đồng vị phóng xạ giống hạt thủy tinh caesium Những nguồn lớn chứa viên caesium chlorride nhỏ nén lại Chúng đặt vỏ bao hình trụ trơn vỏ bao có nhãn dạng phẳng - Các đầu chiếu Các nguồn γ phát xạ lúc, nơi, theo phương, nên khơng an tồn sử dụng chúng cho công việc chụp ảnh xạ, chúng dạng vỏ bọc Các nguồn đặt container (buồng chứa) thiết kế đặc biệt gọi đầu chiếu xạ gamma máy chiếu xạ gamma Các container (buồng chứa) nói chung thường chế tạo từ kim loại có khả hấp thụ xạ tốt chì, tungsten, uranium nghèo để làm giảm cường độ xạ phát xuống đến mức cho phép Việc thiết kế container cần có bề dày phù hợp để bảo đảm an toàn nguồn không 33 sử dụng tạo chùm xạ mong muốn cần thiết Các đầu chiếu xạ gamma có sẵn thị trường theo vài dạng thiết kế thích hợp với nhiều ứng dụng khác Ta lựa chọn nhiều thiết bị khác thích hợp cho yêu cầu ta - Nguồn phát xạ tia γ : + Trước sử dụng nguồn xạ tự nhiên radium để chụp ảnh đồng vị nhân tạo có hoạt độ riêng lớn nhiều mức độ an toàn cao nên người ta dùng tia γ để chụp ảnh phóng xạ + Bốn đồng vị dùng để chụp ảnh mối hàn theo mức độ lượng xạ tăng Thulium 90; Ytterbium 169; Iridium 192 Cobalt 60 Thulium 90 : chụp thép dày đến mm tương đương ống tia X 90 KeV Do có hoạt độ riêng cao nên tạo kích thước nguồn nhỏ 0,5 mm Ytterbium 169 : gần dùng, lượng tương đương ống tia X 120 KeV chụp thép dày đến 120 mm Iridium 192 : đồng vị phóng xạ dùng nhiều kiểm tra hàn Nó có hoạt độ riêng cao kích thước nguồn ÷ mm Năng lượng nguồn Ir 192 tương đương với máy phát tia X 500 KeV dùng để chụp ảnh thép dày 10 ÷ 75 mm Cobalt 60: lượng tương đương máy phát tia X 1,2 MeV, lượng cao nên phải đựng container to nặng Nó dùng để chụp mối hàn có chiều dày 40 ÷ 150 mm Phim chụp ảnh xạ: * Cấu tạo phim chụp xạ: - Lớp - Lớp nhũ tương - Lớp bảo vệ - Lớp kết dính Chụp ảnh xạ dùng chùm tia xạ tia X gamma chiếu qua vật kiểm ghi lại film Sau chiếu qua, film xử lý (in tráng) để nhìn ánh sáng thường Các yếu tố nguồn xạ, loại film, tăng cường, thời gian chiếu, trình xử lý ảnh hưởng đến chất lượng film chụp Film gồm lớp Polyester, dẻo dễ uốn, suốt, nhẹ bền trơ với chất hoá học Hai mặt lớp phủ lớp nhũ tương hạt tinh thể muối AgBr mịn thêm lượng nhỏ iodide bạc phân bố lớp gelatine chất dính kết Lớp nhũ tương phản ứng với xạ truyền qua vật kiểm làm thay đổi thơng số Đây lớp quan trọng film, tạo ảnh chụp Ngoài film có khả liên kết ghi nhận dịng xạ thấp sau thời gian chiếu lâu dải lượng rộng * Đặc trưng film chụp ảnh xạ: Film sản xuất nhiều hãng khác Mỗi loại film phù hợp với yêu cầu kỹ thuật định chúng định tình kiểm tra như: vật kiểm; loại xạ; lượng 34 cường độ xạ; mức độ kiểm tra yêu cầu Không loại film có khả đáp ứng tất yêu cầu đặt Việc lựa chọn film trình kết hợp kỹ thuật chụp ảnh đặc trưng film để đạt kết mong muốn Những tiêu chí chọn film: tốc độ, độ tương phản, dải chiều dày thay đổi độ hạt Film có hạt lớn tốc độ cao so với film hạt mịn Cũng vậy, loại film có độ tương phản cao hạt mịn tốc độ chậm so với film có độ tương phản thấp Nếu độ tương phản nhau, film hạt mịn có khả phân giải cao loại film hạt thô Kỹ thuật chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn: Trong kỹ thuật chụp ảnh xạ để kiểm tra mối hàn cách bố trí phim, mối hàn nguồn phát xạ quan trọng cần phải ghi nhớ sau xét ba dạng mối hàn sau: - Các mối hàn nối - Các mối hàn vòng chu vi - Các mối hàn ống nhánh a Các mối hàn giáp mối: Đối với mối hàn dạng người ta thường dùng kỹ thuật chụp ảnh xạ mà phim đặt nằm song song sát với bề mặt mối hàn nguồn phát xạ đặt phía bề mặt lại mối hàn, khoảng cách tính từ mối hàn Hình 5.2 chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn nối Phải xác định vị trí đặt nguồn phát xạ phim cách cẩn thận thơng thường lúc ta khơng thể nhìn thấy hai phía mối hàn sau vài cách bố trí nguồn – phim thích hợp để chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn mẫu vật có hình dạng khác nhau, biểu diễn hình 5.2 Trong trường hợp phẳng hàn nối lại với cách bố trí thực kiểm tra chụp ảnh xạ đơn giản biểu diễn ( hình 5.2a) Trong trường hợp chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn nối ống phim đặt mặt mối hàn ống (nếu được) nguồn phát xạ đặt phía bên ngồi ống ngược lại (hình 5.2.b) 35 Trong trường hợp mà phim nguồn phát xạ đặt phía bên ống phim nguồn phát xạ đặt phía bên ngồi ống hai phía đối diện (hình 5.2.c) b Các mối hàn vòng (chu vi) ống: - Vị trí đặt nguồn phát xạ phim: Các mối hàn vịng thường có ống mẫu vật có dạng hình cầu để chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn vòng ống sử dụng kỹ thuật sau : * Phim đặt phía bên trong, nguồn đặt phía bên ngồi : Kỹ thuật (hình 5.3) sử dụng ống đủ lớn cho phép ta tiếp xúc với mặt mối hàn nằm phía bên ống Phim Hình 5.3 Các bố trí phim đặt phía bên trong, nguồn đặt phía bên ngồi * Phim đặt phía bên ngồi, nguồn đặt phía bên : Đối với kỹ thuật nguồn đặt tâm vịng trịn đường hàn vịng chu vi, (hình 5.4) cho phép kiểm tra tồn đường hàn vịng lần chiếu tiết kiệm lượng thời gian đáng kể nhiên, kích thước nguồn sử dụng xác định theo bán kính ống bề dày mối hàn Đôi việc sử dụng nguồn có kích thước nhỏ đặt tâm vịng trịn đường hàn vịng khơng thể thoả mãn điều kiện bóng mờ đặt nguồn lệch tâm vịng tròn đường hàn vòng, cần phải thực nhiều lần chụp kiểm tra toàn đường vịng hàn Phim Hình 5.4 Cách bố trí phim đặt phía bên ngồi, nguồn đặt phía bên * Phim đặt phía bên ngồi, nguồn đặt phía bên ngồi : Kỹ thuật áp dụng theo hai phương pháp 36 Phương pháp thứ kỹ thuật hai thành ảnh : phương pháp nguồn phim bố trí khoảng cách ngắn nhằm khuếch tán hình ảnh phần mối hàn bên trên, ảnh xạ nhận ảnh phần mối hàn nằm sát với phim Phương pháp thứ hai kỹ thuật hai thành hai ảnh (hình 5.5): nguồn phim đặt cách khoảng cách lớn làm cho ảnh xạ mối hàn phim có dạng hình ellip Phim Hình 5.5 Phương pháp phim đặt phía bên ngồi, nguồn đặt phía bên ngồi c Các mối hàn ống nhánh: Trong kỹ thuật chụp ảnh xạ kiểm tra mối hàn ống nhánh cách bố trí nguồn, phim biểu diễn hình 5.6 Nguồn phải đặt cho trục chùm tia xạ tạo với vách thành ống nhánh góc khoảng 70 Hình 5.6 Phương pháp kiểm tra mối hàn ống nhánh Cơng tác an tồn xạ: - Tác động sinh học xạ ion hóa: Bức xạ gây thay đổi thuận nghịch (khi liều nhỏ), tức thể chống chịu hủy hoại xuất cá nhân bị chiếu xạ, không thuận nghịch (khi liều lớn) - Con người không cảm thấy tác động xạ, liều hấp thụ tích lũy lại xuất sau thời gian Tất yếu tố kể quy định thành tiêu chuẩn chặt chẽ an toàn xạ nội quy làm việc với nguồn xạ ion hóa Mục đích để bảo vệ người thao tác khỏi tác động có hại xạ Ngoài kiến thức an toàn sản xuất khí hàn, người làm việc liên quan đến phóng xạ học thêm an tồn xạ Tối thiểu phải biết yếu tố ảnh hưởng đến liều chiếu xạ khoảng cách, thời gian che chắn 37 - Để đảm bảo an toàn cho nhân viên chụp ảnh xạ cần phải sử dụng dụng cụ theo dõi liên tục gọi liều kế cá nhân Liều kế – thực chất dụng cụ đo liều bổ sung để phát trạng thái cường độ lượng xạ ion hóa CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày nguyên lý kiểm tra mố hàn áp lực Câu 2: Làm hết vết bẩn, vết dầu mỡ, lớp xy hố bề mặt mối hàn cần kiểm tra Câu 3: Nêu bước kiẻm tra kết cấu hàn áp lực quy trình 38 BÀI 6: KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG SIÊU ÂM Mã MĐ 25 - 06 Giới thiệu: Kiểm tra chất lượng mối hàn siêu âm phương pháp kiểm tra thực tế mẫu hàn, nhằm mục đích kiểm tra khuyết tật mối hàn, kiểm tra hợp lý quy trình hàn tay nghề thợ hàn Phương pháp thường thực phòng đặc biệt Mục tiêu: Sau học xong người học có khả năng: - Kiến thức: Trình bày nguyên lý kiểm tra mối hàn siêu âm - Kỹ năng: + Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị, vật liệu kiểm tra mối hàn siêu âm an toàn + Làm hết vết bẩn, vét dầu mỡ, lớp xy hố bề mặt mối hàn cần kiểm tra + Thực bước kiẻm tra kết cấu hàn siêu âm quy trình + Quan sát phát xác khuyết tật mối hàn - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Học tập nghiêm túc; có ý thức kỷ luật; làm việc độc lập, làm việc theo nhóm; hướng dẫn, giám sát người có trình độ thấp thực công việc đánh giá kết thực thân thành viên nhóm Nội dung chính: Khái niệm chung: a.Thực chất: Phương pháp kiểm tra siêu âm dựa sở nghiên cứu lan truyền tương tác dao động đàn hồi (phản xạ, khúc xạ, hấp thụ, tán xạ) có tần số cao truyền vào vật thể cần kiểm tra Nguyên lý kiểm tra siêu âm trình bày (h.VI.1) Hình VI.1 Sơ đồ nguyên lý: 1)- đầu dò phát; 2)- vật kiểm; 3)- khuyết tật; 4)đầu dò thu (truyền qua); 5)- đầu dò thu (phản hồi) 39 Sóng siêu âm truyền qua mơi trường kèm theo suy giảm lượng tính chất mơi trường Cường độ sóng âm đo sau phản xạ (xung phản hồi) mặt phân cách (khuyết tật) đo bề mặt đối diện vật kiểm tra (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ phát phân tích để xác định có mặt khuyết tật vị trí Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý vật liệu phía đối diện với bề mặt phân cách phạm vi nhỏ vào tính chất vật lý đặc trưng vật liệu b Đặc điểm - Một số ưu điểm phương pháp kiểm tra siêu âm: + Độ nhạy cao cho phép phát khuyết tật nhỏ + Khả đâm xuyên cao cho phép kiểm tra tiết diện dày + Độ xác cao việc xác định vị trí kích thước khuyết tật + Cho phép kiểm tra nhanh tự động + Chỉ cần tiếp cận từ phía vật kiểm - Những hạn chế phương pháp kiểm tra siêu âm: + Hình dạng vật kiểm gây khó khăn cho cơng việc kiểm tra + Khó kiểm tra vật liệu có cấu tạo bên phức tạp + Phương pháp cần phải sử dụng chất tiếp âm mỡ + Đầu dò phải tiếp xúc hợp lý với bề mặt mẫu trình kiểm tra + Hướng khuyết tật có ảnh hưởng đến khả phát khuyết tật + Thiết bị đắt tiền + Nhân viên kiểm tra phải có nhiều kinh nghiệm c Ứng dụng Phương pháp siêu âm sử dụng để phát khuyết tật vật liệu trước hàn, khuyết tật sau hàn Tuy khơng thật xác sử dụng rộng rãi việc đo độ dày tiếp cận phía Trong nghiên cứu chúng dùng để xác định tính chất học cấu trúc vật liệu Bản chất sóng âm: Sóng siêu âm biết dạng dao động học Khi sóng học truyền qua mơi trường dịch chuyển hạt mơi trường khỏi vị trí cân thời điểm t cho phương trình: a = aosin2πft Các đặc trưng trình truyền sóng: - Tần số tần số dao động ngun tử mơi trường mà sóng truyền - thường ký hiệu chữ f biểu thị số chu kỳ giây viết tắt là: Hz (sec-1) - Biên độ Độ dịch chuyển lớn so với vị trí cân hạt - Bước sóng: Trong khoảng thời gian chu kỳ T dao động, sóng truyền quãng đường xác định Quãng đường gọi bước sóng ký hiệu - Tốc độ sóng âm: Đại lượng biểu thị cho tốc độ lượng truyền hai điểm môi trường chuyển động sóng tốc độ sóng Thường ký hiệu v (m/s) 40 - Âm trở Sức cản môi trường truyền sóng siêu âm - Âm áp: Âm áp thuật ngữ dùng phổ biến để biên độ sức căng biến đổi tuần hồn mơi trường truyền sóng siêu âm - Âm năng: Tưởng tượng có đĩa trịn dao động phát sóng âm đồng thời mơi trường truyền âm chia thành vô số lớp mỏng Khi đĩa nguồn dao động, đẩy lớp gần theo hướng truyền Dần dần lớp bị dịch chuyển cách dịch chuyển tiếp tục lớp cuối – nơi đặt thiết bị ghi nhận Đây lượng dao động sóng khơng phải hạt môi trường dịch chuyển từ nguồn phát đến nơi ghi nhận Bản thân hạt dao động xung quanh vị trí trung bình chúng với biên độ nhỏ - Cường độ âm: Năng lượng học sóng siêu âm truyền qua đơn vị tiết diện vng góc với phương truyền gọi cường độ sóng siêu âm, thường ký hiệu J Phân loại sóng siêu âm: Tuỳ theo hướng dao động phần tử sóng hướng truyền mơi trường xuất kiểu sóng khác a Sóng dọc hay sóng nén: Loại sóng âm này, vùng nén giãn xen kẽ tạo dao động hạt theo phương song song với phương truyền sóng (h.VI.2.) Hình VI.2 Sóng dọc gồm vùng nén giãn xen kẽ dọc theo phương truyền sóng Sóng dọc phát thu nhận dễ dàng nên dùng rộng rãi kiểm tra siêu âm Phần lớn lượng siêu âm sử dụng kiểm tra vật liệu từ dạng sóng chuyển đổi sang dạng sóng khác Dạng sóng truyền chất rắn, lỏng khí b Sóng ngang hay sóng trượt: Hướng dịch chuyển loại sóng vng góc với phương truyền sóng (h.VI.3.) 41 Hình VI.3 Biểu diễn mơ sóng ngang Để sóng ngang truyền vào mơi trường hạt phải liên kết vững với hạt lân cận Do sóng ngang truyền vào vật rắn đàn hồi trượt Tốc độ sóng ngang khoảng 55% tốc độ sóng dọc tương đương c Sóng mặt hay sóng Rayleigh: Loại sóng truyền dọc vật rắn có kích thước giới hạn theo bề mặt liên kết phía lực đàn hồi mạnh vật rắn phía ngược lại lực đàn hồi gần khơng tồn phần tử khí Quỹ đạo dao động hạt nói chung theo hình ellipse Sóng mặt truyền vùng khơng dày bước sóng tính từ bề mặt (h.VI.4.) Hình VI.4 Giản đồ lan truyền sóng mặt mặt kim loại tiếp xúc với khơng khí Tốc độ sóng mặt khoảng 90% tốc độ sóng ngang tương đương Sóng mặt truyền vùng có độ sâu khơng 1,5λ, sâu lượng biên độ dao động giảm mạnh Các sóng mặt sử dụng hữu hiệu việc kiểm tra bị suy giảm so với sóng ngang hay sóng dọc tương ứng Loại sóng vịng qua góc cạnh nên dùng để kiểm tra phát bất liên tục bề mặt gần bề mặt (đặc biệt nứt) chi tiết có hình dạng phức tạp d Sóng mỏng hay sóng Lamb: Nếu sóng mặt truyền vào mơi trường có độ dày khơng q ba lần bước sóng xuất loại sóng khác gọi sóng mỏng Môi trường bắt đầu dao động mỏng tức sóng tràn ngập tồn bề dày Khơng sóng dọc, ngang hay bề mặt, tốc độ sóng mỏng khơng phụ thuộc vào mơi trường mà cịn phụ thuộc vào tần số dạng sóng Hai dạng sóng Lamb (h.VI.5.): - Đối xứng dạng co giãn: hạt di chuyển theo trục di chuyển ellipse bề mặt - Phản đối xứng dạng uốn: hạt di chuyển ngang theo trục di chuyển ellipse bề mặt 42 Hình VI.5 Giản đồ mơ hình sóng Lamb * Một loại sóng tương tự sóng mặt Rayleigh gọi sóng Love Nó tồn giao diện hai vật liệu đặc truyền lớp mỏng vật liệu phủ lên vật liệu khác có tính chất âm khác hẳn (ví dụ kim loại dán lên nhựa xốp) Phản xạ khúc xạ: - Khi sóng siêu âm tới vng góc với mặt phân cách hai mơi trường có âm trở khác bị tách thành sóng phản xạ sóng truyền qua Phần lượng sóng âm phản xạ truyền qua xác định theo âm trở môi trường - Khi sóng siêu âm tới góc xảy phản xạ truyền qua Sóng truyền qua bị chuyển đổi loại sóng phương truyền (bị khúc xạ) Đặc tính chùm tia siêu âm: - Hiệu ứng áp điện: Biến tử siêu âm chuyển đổi điện thành (năng lượng siêu âm) ngược lại cách áp dụng hiệu ứng áp điện Vật liệu có đặc tính gọi vật liệu áp điện (thạch anh, sulphate lithium, gốm phân cực ) Theo hiệu ứng áp điện thuận vật thể áp điện chịu lực kéo nén xuất hiệu điện Hiệu ứng áp điện nghịch dùng để thu hiệu ứng áp điện thuận dùng để phát sóng siêu âm - Chùm tia siêu âm: Vùng mà sóng siêu âm truyền từ biến tử siêu âm gọi chùm tia siêu âm Dạng đơn giản chùm tia siêu âm biến tử hình đĩa mơ tả (h.VI.6.) Chùm tia có hai vùng khác biệt phân thành vùng trường gần Fresnel vùng trường xa 43 Hình VI.6 Dạng chùm tia siêu âm điển hình từ biến tử hình đĩa Sự suy giảm chùm tia siêu âm: Cường độ thu chùm tia siêu âm nhỏ nhiều so với cường độ chùm tia phát ban đầu Với suy giảm biên độ xung phản hồi suy giảm tỉ lệ với khoảng cách tới mặt phản xạ Nguyên nhân gây suy giảm trình tán xạ, hấp thụ, độ nhám bề mặt, nhiễu xạ, độ dày chất tiếp âm, phân kỳ chùm tia… - Tán xạ: thực tế môi trường sóng siêu âm truyền khơng đồng hình thành nên ranh giới vùng (phase) có âm trở khác tạo trình tán xạ Trong trình tán xạ tạo xung phản hồi gây nhiễu thị Điều kiện để giảm tán xạ kích thước hạt phải nhỏ so với bước sóng - Hấp thụ: hệ việc chuyển đổi phần lượng âm thành nhiệt Sóng siêu âm lan truyền mơi trường kích thích hạt dao động va chạm sinh nhiệt Sự hấp thụ xem loại hiệu ứng hãm dao động hạt, nên dao động nhanh lượng nhiều dao động chậm Tần số tăng hấp thụ mạnh - Sự tiếp xúc độ nhám bề mặt vât kiểm: biến tử áp vào bề mặt mẫu có sử dụng chất tiếp âm biên độ tín hiệu từ mặt đáy thay đổi theo chiều dày chất tiếp âm lớn suy giảm biên độ xung phản hồi lớn Nếu vật kiểm mẫu chuẩn vật liệu mẫu chuẩn có độ nhám bề mặt lớn (Rz>20 µm) suy giảm thấy rõ rệt Hình VI.7 Sự khúc xạ chùm siêu âm: a)- Vòng quanh khuyết tật b)- gần mép có hình dạng bất thường - Khúc xạ: Sự giao thoa hay khúc xạ xảy gặp bất liên tục cỡ bước sóng kim loại Một phần lượng chạy uốn quanh khuyết tật phản xạ nhỏ Ngồi ra, sóng siêu âm cịn uốn quanh vùng biên, mép vật kiểm gây lệch hướng truyền (h.VI.7.) Đặc trưng dò khuyết tật: Sóng siêu âm có tần số cao (0,5- 20MHz) truyền vào vật kiểm Cường độ sóng âm đo phản xạ (xung phản hồi) mặt phân cách (khuyết tật) đo bề mặt đối diện vật kiểm (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ phát phân tích để xác định có mặt khuyết tật, vị trí độ lớn a Phương pháp xung truyền qua: 44 Phương pháp (còn gọi shadow method) sử dụng hai đầu dò siêu âm Một làm đầu dò phát T làm đầu dò thu R Các đầu dò đặt hai mặt đối diện vật kiểm mô tả (h VI.8.) Hình VI.8 Vị trí đầu dị phát đầu dò thu phương pháp truyền qua Trong phương pháp này, diện khuyết tật vật kiểm thị giảm biên độ tín hiệu, trường hợp khuyết tật lớn tín hiệu biến hồn tồn b Phương pháp xung phản hồi: Đây phương pháp dùng phổ biến kiểm tra vật liệu siêu âm Đầu dò phát thu đặt phía vật kiểm khuyết tật phát xuất xung phản hồi trước xung phản hồi đáy Nếu bề mặt khuyết tật không phẳng biên độ sóng thu giảm chùm tia bị khuếch tán tán xạ theo phía góc khác Đầu dị thu phát tách rời gộp lại vỏ Hầu hết đầu dị hoạt động chế độ thu phát Màn hình CRT chuẩn để biểu diễn tách biệt khoảng cách thời gian đến xung phản hồi khuyết tật xung phản hồi đáy, toạ độ khuyết tật xác định cách xác Nguyên lý phương pháp xung phản hồi minh hoạ (h.VIII.18.), đó: a- khuyết tật nhỏ; b- hai khuyết tật nhỏ; c- khuyết tật lớn che khuyết tật nhỏ; d- khuyết tật làm lệch chùm phản xạ; e- khuyết tật nhỏ tia tới khơng vng góc với mặt đáy; f- khuyết tật phân bố khắp nơi Phương pháp xung phản hồi dùng xung siêu âm ngắn thay sóng liên tục Khi chiều rộng xung tăng khả phân giải giảm xuống CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày nguyên lý kiểm tra mối hàn siêu âm Câu 2: Nêu trình tự thực kiểm tra mối hàn siêu âm quy trình kỹ thuật 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Đức Thắng, “Đảm bảo chất lượng hàn”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2009 Trương Công Đạt- Kỹ thuật hàn-NXBKHKT-1977 Nguyễn Văn Thông- Công nghệ hàn thép hợp kim khó hàn –KHKT-2005 Ngơ Lê Thơng- Cơng nghệ hàn điện nóng chảy (Tập sở lý thuyết) NXBGD-2004 Trung tâm đào tạo chuyển giao công nghệ Việt – Đức, “Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế”, 2006 Metal and How to weld them - the James F.Lincoln Arc Welding Foundation (USA) – 1990 46