Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy

Đề tài Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ

. BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- VINACOMIN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TẠO MẪU CHUẨN CÓ KHUYẾT TẬT CHO PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUY 8460 Hà Nội, năm 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- VINACOMIN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TẠO MẪU CHUẨN CÓ KHUYẾT TẬT CHO PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUY Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thu Hiền Chủ nhiệm đề tài NGUYỄN THU HIỀN Duyệt Viện Hà Nội, 12-2010 TÓM TẮT NỘI DUNG Đề tài này thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sảng xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ của Vụ Khoa học và Công nghệ- Bộ Công Thương giao cho Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- TKV, nay là Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin (theo hợp đồng số 187.10.RD/HĐ-KHCN) Nội dung đề tài: “Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho ph ương pháp kiểm tra không phá hủy”, gồm các chương: - Chương I. Tổng quan: Tìm hiểu những kiến thức căn bản về kiểm tra không phá hủy và hàn. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy và các phương pháp hàn thông dụng tại Việt Nam cũng như trên thế giới. - Chương II. Lý thuyết: Tìm hiểu các dạng khuyết tật thường gặp trong mối hàn, nguyên nhân gây ra các dạng khuyết tật này cũng như cách khắc phục để đạt được m ối hàn tốt. Các phương pháp kiểm tra mối hàn cả về chất lượng và mỹ quan. Tìm hiểu lý thuyết nhằm chọn vật liệu hàn và que hàn phù hợp để chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn. - Chương III. Thực nghiệm: Phân tích bộ mẫu chuẩn có sẵn, từ đó chọn vật liệu chế tạo mẫu chuẩn có sự tương đồng với mẫu có sẵn. Từ quy trình hàn thông thườ ng và các lý thuyết gây ra khuyết tật trong mối hàn, nhóm đề tài tìm cách chế tạo mẫu có khuyết tật mong muốn cho một phương pháp kiểm tra không phá hủy (cụ thể là phương pháp chụp ảnh bức xạ- RT), so sánh với những mẫu khuyết tật chuẩn có sẵn và đưa ra phương pháp nhận dạng khuyết tật dựa vào ảnh chụp bức xạ của mẫu. Áp dụng những hình ảnh cũng như kiến th ức thu được để làm cơ sở đánh giá ảnh chụp bức xạ các khuyết tật thực tế. Chương IV. Kết luận và kiến nghị: Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được, đưa ra phương hướng phát triển thêm cho đề tài. Từ khóa: Kiểm tra không phá hủy, NDT, công nghệ hàn, khuyết tật mối hàn. Danh sách người thực hiện: STT Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan công tác 1 Nguyễn Thu Hiền Kỹ sư Luyện kim và CN Vật liệu Viện CKNL&Mỏ- Vinacomin 2 Lê Thanh Bình Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt- 3 Trần Thị Mai Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt- 4 Vũ Chí Cao Kỹ sư Cơ khí -nt- 5 Nguyễn Văn Sáng Kỹ sư Hệ thống điện -nt- 6 Nguyễn Văn Dũng Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt- 7 Nguyễn Xuân Trường Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt- 8 Phạm Hồng Thái Kỹ sư Cơ tin -nt- Danh sách cơ quan thực hiện và phối hợp tư vấn: Stt Tên cơ quan Nội dung thực hiện, phối hợp 1 Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin Chủ trì, thực hiện chính 2 Công ty Lilama10 Hợp tác 3 Trung tâm đánh giá không phá hủy – NDE Tư vấn 4 Hãng Sonaspection – Mỹ Tư vấn Các thuật ngữ và từ viết tắt: NDT Non-Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy vật liệu NDE Non-Destructive Evaluation Đánh giá không phá hủy RT Radiographic Testing Kiểm tra chụp ảnh bức xạ UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm MT Magnetic Particle Testing Kiểm tra từ tính PT Penetrant Testing Kiểm tra thẩm thấu ET Eddy Current Testing Kiểm tra dòng điện xoáy VT Visual Testing Kiểm tra bằng mắt MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 5 1.1. Tổng quan về NDT 5 1.1.1. Định nghĩa và bản chất của NDT 5 1.1.2 Tầm quan trọng của NDT 5 1.1.3. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy 6 1.2. Tổng quan về hàn 17 1.2.1. Lịch sử phát triển ngành hàn và thực trạng 18 1.2.2. Phân loại các phương pháp hàn 19 CHƯƠNG II- LÝ THUYẾT 23 2.1. Các dạng khuyết tật hàn, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 23 2.2. Kiểm tra chất lượng liên kết hàn 30 2.3. Tính hàn của thép 33 CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM 41 3.1. Vật liệu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn 41 3.2. Ví dụ về quy trình hàn thông thường 42 3.3. Chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho một phương pháp kiểm tra không phá hủy (RT) 44 3.4. Áp dụng hình ảnh khuyết tật chuẩn làm cơ sở để đánh giá ảnh chụp bức xạ các khuyết tật thực tế 51 CHƯƠNG IV- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 4.1. Kết luận 59 4.2. Kiến nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Danh mục bảng biểu Trang Bảng 2.1: Giới thiệu một số phương pháp hạn chế sự phát sinh nứt 24 Bảng 2.2: Phương pháp NDT thích hợp kiểm tra từng loại khuyết tật 32 Bảng 2.3: Chỉ số tính hàn tương đương theo hàm lượng cacbon tương đương 34 Bảng 2.4: Hướng dẫn về nhóm vật liệu hàn theo chỉ số tính hàn 38 Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu chuẩn 41 Bảng 3.2: Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu chế tạo 41 Bảng 3.3: Thông số hàn 42 Danh mục hình vẽ Trang Hình 1.1 đến 1.8: Sơ đồ nguyên lý của các phương pháp NDT thông dụng 7÷16 Hình 2.1 đến 2.6: Các dạng khuyết tật thường gặp trong mối hàn 24÷29 Hình 2.7: Calip đo kích thước mối hàn 31 Hình 2.8: Tính bề dày tương đương các kết cấu hàn 34 Hình 2.9: Chỉ số tính hàn của kết cấu dựa trên bề dày tương đương 35 Hình 2.10: Nhiệt độ nung sơ bộ khi hàn với que giảm hyđro 36 Hình 2.11: Nhiệt độ nung sơ bộ khi dùng que hàn thường 36 Hình 3.1: Kích thước phôi dùng làm mẫu hàn khuyết tật chuẩn 42 Hình 3.2: Minh họa các lớp hàn trên phôi 43 Hình 3.3 đến 3.25: Hình ảnh phim chụp các khuyết tật 44÷56 Hình 3.26 đến 3.29: Kiểm tra mẫu khuyết tật biết trước bằng phương pháp NDT khác 57÷58 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 3 LỜI MỞ ĐẦU Ở các nước phát triển, việc tạo ra các bộ mẫu cho phương pháp kiểm tra không phá hủy (NonDetructive Testing- NDT) đã được nhiều công ty nghiên cứu và phát triển từ những năm 80, hiện tại các bộ mẫu chuẩn các khuyết tật đã được cả thế giới công nhận và đã được ghi nhận thành các bộ tiêu chuẩn về mẫu chuẩn các khuyết tật chuẩn và áp dụng rất rộng rãi Ở nước ta, việc ứng dụng các bộ mẫu có khuyết tật dùng để kiểm tra và nghiên cứu các khuyết tật được sử dụng hầu hết ở các đơn vị có thí nghiệm kiểm tra không phá hủy (NDT), nhưng nghiên cứu để chế tạo các mẫu có khuyết tật thì hiện nay chưa có nhiều đơn vị nghiên cứu, phát triển. Trên thực tế, khuyết tật có thể tồn tại ở rấ t nhiều các loại cấu kiện cũng như các dạng vật liệu khác nhau, xuất hiện sau khi thực hiện nhiều loại gia công khác nhau, ví dụ như khuyết tật trong bê tông, trong vật đúc, trong mối hàn Tuy nhiên, các loại khuyết tật trong mối hàn là đa dạng và phổ biến nhất. Các phương pháp NDT cũng tập trung để kiểm tra mối hàn là nhiều, vì vậy trong khuôn khổ có hạn của đề tài, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu việc chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho các mẫu hàn và các phương pháp NDT cho mối hàn. Việc sử dụng những bộ mẫu này có ý nghĩa quan trọng trong việc dạy và học về kiểm tra không phá hủy, từ những bộ mẫu khuyết tật chuẩn chúng ta có thể nghiên cứu được rất nhiều vấn đề như: - Các loại khuyết tật có trong mối hàn, nguyên nhân và cách khắc phục - Các phương pháp NDT thích hợp để kiểm tra các khuyết tật - Dùng để giảng dạy về các phương pháp kiểm tra NDT cũng như dùng để đánh giá trình độ các kỹ thuật viên NDT - Sử dụng các khuyết tật làm mẫu chuẩn để so sánh, đánh giá các khuyết tật khác. Một trong những phương pháp NDT thể hiện trực quan khuyết tật nằm bên trong mối hàn là phương pháp chụp ảnh bức xạ, phương pháp này cho kết quả là phim chụ p ảnh bức xạ, bước quan trọng nhất trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ là xem xét, kiểm tra, đánh giá ảnh chụp bức xạ, vì vậy, với những ảnh bức xạ các khuyết tật chuẩn, chúng ta có thể từ đó đánh giá ảnh chụp các mối hàn trong thực tế, từ đó đưa ra được kết luận chính xác về dạng khuyết tật có trong mối hàn. Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 4 Với vai trò là một đơn vị thí nghiệm vật liệu, nhằm mục đích nghiên cứu về các khuyết tật khi hàn vật liệu, nâng cao chất lượng kết quả thí nghiệm tại phòng thí nghiệm cũng như tại hiện trường, đặc biệt là các kết quả về ảnh chụp bức xạ. Đảm bảo kết quả thí nghiệm đạt độ tin cậy cao ứng dụng cho các chi tiết có m ức độ quan trọng như các chi tiết linh kiện của các nhà máy điện, dầu khí, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- TKV đã đề xuất và thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho kiểm tra phương pháp kiểm tra không phá hủy ” với các nội dung chính như sau: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các các phương pháp hàn Tìm hiểu các phương pháp kiểm tra sau khi hàn Những nguyên nhân gây ra khuyết tật trong mối hàn và biện pháp khắc phục Chế tạo mẫu có khuyết tật theo mong muốn Áp dụng phương pháp giải đoán ảnh phóng xạ làm cơ sở để đánh giá ảnh chụp các khuyết tật thực tế. Sử dụng mẫu chuẩn và mẫu chế tạo trong đánh giá và nâng cao trình độ kỹ thuật viên NDT. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ- Bộ Công Thương, Viện Cơ khí Năng lượng và M ỏ- TKV, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Trung tâm đánh giá không phá hủy- NDE, Công ty Cổ phần Lilama10, hãng Sonaspection- Anh Quốc đã gửi tài liệu tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi hoàn thành đề tài này. Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo chưa thể hiện hết tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các cá nhân và đơ n vị quan tâm. Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về NDT 1.1.1. Định nghĩa và bản chất của NDT Kiểm tra không phá hủy (NDT) là sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc của các vật liệu, các sản phẩm, chi tiết máy mà không làm tổn hại đến khả năng hoạt động sau này của chúng. NDT liên quan tới việc phát hiện khuyết tật trong cấu trúc của các sản phẩm được kiểm tra, tuy nhiên t ự bản thân NDT không thể dự đoán những nơi nào khuyết tật sẽ hình thành và phát triển. Tất cả các phương pháp NDT đều có chung những đặc điểm sau đây: (i) Sử dụng một môi trường kiểm tra để kiểm tra sản phẩm. (ii) Sự thay đổi trong môi trường kiểm tra chứng tỏ sản phẩm được kiểm tra có khuyết tật. (iii) Là một phương tiện để phát hiện sự thay đổi trong môi trường kiểm tra. (iv) Giải đoán những thay đổi này để nhận được các thông tin về khuyết tật trong sản phẩm kiểm tra. 1.1.2 Tầm quan trọng của NDT Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm. NDT cũng được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tạo một sả n phẩm. Nó cũng có thể được dùng để kiểm tra/giám sát chất lượng của: (i) Các phôi dùng trong quá trình chế tạo một sản phẩm. (ii) Các quá trình gia công để chế tạo một sản phẩm. (iii) Các thành phẩm trước khi đưa vào sử dụng Sử dụng các phương pháp NDT trong các công đoạn của quá trình sản xuất mang lại một số hiệu quả sau: (i) Làm tăng mức độ an toàn và tin cậy củ a sản phẩm khi làm việc. (ii) Làm giảm giá thành sản phẩm bằng cách giảm phế liệu và bảo toàn vật liệu, công lao động và năng lượng. Tất cả những yếu tố trên không những làm tăng giá bán của một sản phẩm mà còn tạo thêm những lợi ích về kinh tế cho nhà sản xuất. [...]... Các phương pháp kiểm tra không phá hủy 1.1.3.1 Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing-VT): Phương pháp này thường không được chú ý tới trong danh sách liệt kê các phương pháp NDT, phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy Đối với phương pháp kiểm tra bằng mắt thì bề mặt của vật thể kiểm tra cần phải có đủ độ sáng... Những khuyết tật sẽ hiện lên qua chỉ thị màu đỏ rõ ràng Hình 1.2 – Các giai đoạn của quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng 9 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 1.1.3.3 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle testing-MT) Phương pháp kiểm tra bằng bột từ được dùng để kiểm tra các vật liệu dễ nhiễm từ Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết. .. vật thể kiểm tra (4) Bị giới hạn về bề dày kiểm tra (5) Có một số vị trí trong một số chi tiết không thể chụp được do cấu tạo hình học (6) (7) Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra Phương pháp này đắt tiền 14 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy (8) (9) Phương pháp này không dễ tự động hóa Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều... dò Bộ phát xung Bộ thu (a) Phương pháp xung phản hồi Đầu dò Bộ phát xung Bộ thu (a) Phương pháp truyền qua Hình 1.8 – Các thành phần cơ bản của máy dò khuyết tật bằng xung phản hồi siêu âm Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm: (1) Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ 16 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy (2) Có khả... các khuyết tật Ngoài ra việc kiểm tra chất lượng liên kết hàn còn được dùng để phân loại các quy trình hàn và trình độ tay nghề thợ hàn Các phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn được chia làm 2 nhóm phương pháp chính: - Kiểm tra không phá hủy - Kiểm tra phá hủy Ở đây trình bày một số phương pháp kiểm tra không phá hủy thường được sử dụng để kiểm tra chất lượng liên kết hàn: Đây là phương pháp kiểm. .. chắn chuẩn trực Vật thể kiểm Khuyết tật Phim tia X Hình 1.7 – Cách bố trí trong phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ 1.1.3.6 Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic testing-UT): Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy, sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra Hầu hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có. .. Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy c Phương pháp hàn tiếp xúc Hàn điện tiếp xúc có rất nhiều phương pháp khác nhau, thực chất của phương pháp đó là: Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng đến trạng thái hàn và nhờ tác dụng của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc lại với nhau Đây là phương pháp chủ... Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra (2) (3) (4) Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt Kiểm tra hình dạng của chi tiết Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ (5) Kiểm tra các khuyết tật bên trong 6 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy (D) Mối hàn (B) (C) (A) Đèn Gương (E) Ống Hình 1.1 – Những dụng cụ quang học dùng trong quá trình kiểm tra. .. cần phải có nhiều kinh nghiệm 13 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy (2) (3) Chỉ dùng được cho các vật liệu dẫn điện Bị giới hạn về khả năng xuyên sâu (4) Khó áp dụng trên những vật liệu sắt từ 1.1.3.5 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiographic testing-RT): Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật bên trong... cả các khuyết tật được phát hiện bởi những phương pháp NDT khác cuối cùng cũng phải được kiểm chứng lại bởi quá trình kiểm tra bằng mắt Các phương pháp NDT phổ biến như là phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT) và phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu (PT) thực ra cũng là những phương pháp có tính khoa học đơn giản để làm nổi bật các chỉ thị nhằm dễ nhìn thấy hơn Các ứng dụng của phương pháp kiểm tra bằng . Kiểm tra Những khuyết tật sẽ hiện lên qua chỉ thị màu đỏ rõ ràng Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 10 1.1.3.3. Phương pháp kiểm tra. bằng phương pháp NDT khác 57÷58 Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 3 LỜI MỞ ĐẦU Ở các nước phát triển, việc tạo ra các bộ mẫu cho phương. (7) Phương pháp này đắt tiền. Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy 15 (8) Phương pháp này không dễ tự động hóa. (9) Người thực hiện phương