Ứng dụng phương pháp siêu âm fmc tfm trong kiểm tra mối hàn đường ống áp lực trong dự án gallaf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng phương pháp siêu âm FMC-TFM kiểm tra mối hàn đường ống áp lực dự án Gallaf NGUYỄN VĂN PHÚC Phuc.nv152868@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hạt nhân vật lý môi trường Chuyên ngành Kỹ thuật hạt nhân ứng dụng vật lý môi trường Giảng viên hướng dẫn 1: Th.s Lê Văn Miễn Bộ môn: Kỹ thuật hạt nhận vật lý môi trường Viện: Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn 2: CN Nguyễn Duy Lân Đơn vị: Chữ ký GVHD Chữ ký GVHD Công ty TNHH tư vấn dịch vụ khoa học kỹ thuật L.C.D HÀ NỘI, 9/2020 I ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ứng dụng phương pháp siêu âm FMC-TFM kiểm tra mối hàn đường ống áp lực dự án Gallaf Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên II Lời cảm ơn Lời em xin gửi lời cảm ơn đến Cử nhân Nguyễn Duy Lân Kỹ sư Vũ Ngọc Vinh giúp đỡ em nhiều trình tiếp cận, tìm hiểu nguyên lý phương pháp siêu âm FMC-TFM, kỹ thuật tiên tiến việc sử dụng chùm sóng âm để kiểm tra bất liên tục nằm sâu bên vật liệu Em xin gửi lời cảm ơn đến Th.s Lê Văn Miễn, giảng viên môn Kỹ thuật Hạt nhân Vât lý môi trường – Viện Vật lý kỹ thuật hướng dẫn em q trình hồn thiện Đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến thầy cô môn Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý môi trường giảng dạy em quãng thời gian năm đại học, giúp em có tảng kiến thức vật lý Tóm tắt nội dung đồ án Chương 1: Cơ sở lý thuyết - Lý thuyết sóng âm lan truyền sóng âm môi trường - Một số phương pháp siêu âm sử dụng phổ biến - Nguyên lý kỹ thuật ghi ma trận đầy đủ FMC phương pháp lấy nét toàn phần TFM Chương 2: Cơ sở thực nghiệm - Lựa chọn đối tượng cần kiểm tra - Lựa chọn thiết bị cần kiểm tra - Các bước tiến hành - Tiêu chuẩn áp dụng Chương 3: Thực nghiệm đánh giá kết - Quy trình quét FMC thiết bị Veo+ 32:128PR - Sử dụng phần mềm UTstudio+ để tính tốn TFM đánh giá khuyết tật Kết luận: Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên III MỤC LỤC ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP II Lời cảm ơn III Tóm tắt nội dung đồ án III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .VII DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU XII Lời mở đầu XIII CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 1.1 Giới thiệu chung kiểm tra không phá hủy 1.1.1 Định nghĩa .1 1.1.2 Ứng dụng 1.1.3 Một số phương pháp kiểm tra không phá hủy thông dụng 1.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp kiểm tra siêu âm .1 1.2.1 Bản chất sóng âm 1.2.2 Định nghĩa phương pháp kiểm tra siêu âm 1.2.3 Đặc điểm sóng siêu âm .2 1.2.4 Chùm tia siêu âm .4 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến suy giảm chùm tia siêu âm 1.2.6 Một số phương pháp kiểm tra siêu âm .7 1.3 Phương pháp siêu âm PAUT 1.3.1 Cấu tạo đầu dò PAUT 1.3.2 Nguyên lý phương pháp PAUT 10 1.3.3 Một số phép quét thông dụng 12 1.4 Kỹ thuật ghi ma trận đầy đủ FMC phương pháp lấy nét toàn phần TFM 13 1.4.1 Nguyên lý kỹ thuật FMC .13 IV 1.4.2 Hướng truyền sóng chế độ kiểm tra FMC .14 1.4.3 Phương pháp lấy nét toàn phần (Total Focusing Method – TFM) 15 1.4.4 Đặc điểm tín hiệu TFM 16 1.4.5 Thông số khung hình TFM 17 1.4.6 TFM luật làm trễ .17 1.5 Những loại hiển thị PAUT FMC-TFM 17 1.6 Một số thiết bị sử dụng kiểm tra siêu âm mảng điều pha PAUT kỹ thuật FMC-TFM 20 1.6.1 Thiết bị dò khuyết tật sử dụng siêu âm 20 1.6.2 Các loại đầu dò sử dụng kiểm tra siêu âm 21 1.6.3 Nêm 24 1.6.4 Chất tiếp âm 24 1.6.5 Bộ quét mã hóa vị trí 25 1.6.6 Các mẫu chuẩn 25 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM 27 2.1 Thông số đối tượng cần kiểm tra .28 2.2 Lựa chọn thiết bị kiểm tra .30 2.2.1 Thiết bị kiểm tra siêu âm .30 2.2.2 Lựa chọn đầu dò 32 2.2.4 Lựa chọn nêm 33 2.2.5 Lựa chọn chất tiếp âm dụng cụ nạp tiếp âm .33 2.2.6 Bộ quét mã hóa vị trí 35 2.2.7 Máy tính phần mềm xử lý tín hiệu .36 2.2.7 Mẫu chuẩn .36 2.3 Các bước tiến hành .39 2.3.1 Chuẩn bị 39 V 2.3.2 Tiến hành chuẩn máy .40 2.4 Tiêu chuẩn áp dụng 46 2.5 Một số khuyết tật điển hình 48 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51 3.1 Tiến hành quét FMC .51 3.2 Tiến hành tính tốn TFM 53 3.3 Kết thu 55 3.4 Đánh giá .58 3.4.1 Cơ sở đánh giá .58 3.4.2 Mối hàn 4in-11.13 60 3.4.3 Mối hàn 6in-21.95 61 3.4.4 Mối hàn 8in-18.26 63 3.4.5 Mối hàn 10in-21.44 .64 3.4.6 Mối hàn 12in-33.32 .67 3.4.7 Mối hàn 18in-34.93 .67 KẾT LUẬN 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt VT Visual Test Kiểm tra mắt MT Magnetic particle Test Kiểm tra hạt từ PT Panetrant Test Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu ECT Eddy Current Test Kiểm tra dòng điện xoáy RT Radiographic Test Kiểm tra chụp ảnh xạ UT Ultrasonic Test Kiểm tra sóng siêu âm PAUT Phased Array Ultrasonic Test Kiểm tra siêu âm mảng điều pha FMC Full Matrix Capture Ghi hình ma trận đầy đủ TFM Total Focusing Method Phương pháp lấy nét tồn phần NDT Non-Destructive Testing Kiểm tra khơng phá hủy L-Scan Linear Scan Phép quét tuyến tính E-Scan Electronic Scan Phép quét điện tử S-Scan Sectorial Scan Phép quét hình quạt TCG Time – Corrected Gain FSH Full Screen Height Chiều cao tồn hình ASME American Society of Liên đồn kỹ sư khí Hoa Kỳ Mechanical Engineering VII DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh Nội dung Trang Hình 1.1 Sự phản xạ truyền qua sóng tới thẳng góc Hình 1.2 Sự khúc xạ chuyển đổi dạng sóng sóng dọc tới xiên góc Hình 1.3 Một dạng chùm tia siêu âm từ biến tử hình đĩa trịn Hình 1.4 Sự phân bố cường độ dọc theo trục khoảng cách Hình 1.5 Sự phân bố khơng đồng thành phần vật liệu Hình 1.6 vị trí đầu dị phát thu phương pháp truyền qua Hình 1.7 hiển thị hình khuyết tật có kích thước khác phương pháp truyền qua Hình 1.8 Nguyên lý phương pháp xung phản hồi Hình 1.9 Cấu tạo đầu dị PAUT loại 1-D Hình 1.10 Ví dụ ứng dụng cơng nghệ siêu âm mảng điều pha 10 mẫu có hình dạng phức tạp Hình 1.11 Sự hình thành chùm sóng âm phát ghi nhận sóng 11 âm đầu dị đa biến tử Hình 1.12 Ví dụ mơ hình ảnh mặt sóng khối 11 thủy tinh áp dụng phép qt tuyến tính sử dụng đầu dị đa biến tử có tần số 7.5 MHz, 12 biến tử với khoảng cách gữa tâm biến tử p = 2mm Hình 1.13 Nguyên lý hội tụ chùm tia 12 Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động đầu dị 1-D phép qt 12 tuyến tính Hình 1.15 Nguyên lý phép quét hình quạt hiển thị liệu 13 sóng âm S-scan phát vết nứt chân mối hàn (dải góc quét: 33° đến 58°) Hình 1.16 Đầu dị mảng tuyến tính D1A sử dụng phép quét 13 FMC VI Hình 1.17 Nguyên lý kỹ thuật FMC 14 Hình 1.18 Thuật tốn TFM 14 Hình 1.19 Mơ hình chế độ xung dội TT (bên trái) chế độ 15 Tandem TTT (bên phải) Hình 1.20 Minh họa phương pháp hội tụ tổng (TFM) 15 Hình 1.21 Tác dụng việc cộng tổng N khung hình so với 16 khung hình Hình 1.22 Chế độ xung dội TT chế độ Tandem TTL 17 Hình 1.23 Hiển thị A-scan tia khúc xạ góc 57° 18 Hình 1.24 Mô tả hiển thị B-scan áp dụng cho kiểm tra mối hàn 18 Hình 1.25 Bến trái: Hiển thị B-scan (bên dưới) đường truyền 18 góc 65° Bên phải: Hiển thị B-scan đường truyền góc 55° Hình 1.26 Mô tả cách hiển thị Top view End view phép 19 quét hình quạt S-scan Hình 1.27 Hiển thị Top view thực tế 19 Hình 1.28 Hình ảnh thực tế hiển thị End view 20 Hình 1.29 Máy siêu âm Veo+ hãng Sonatest sản xuất 21 Hình 1.30 Bên trái: Đầu dò đơn biến tử Bên phải: đầu dị kép 21 Hình 1.31 Đầu dị thẳng sử dụng nêm trễ 22 Hình 1.32 Bên trái: Đầu dị sử dụng nêm góc Bên Phải: Đầu dị 22 góc Hình 1.33 Đầu dị X0 loại 1-D sử dụng kiểm tra ống nhỏ 23 tơn mỏng Hình 1.34 Đầu dò D1A loại 1-D sử dụng kỹ thuật FMC 24 Hình 2.1 Hiện trường kiểm tra thực tế đường ống áp lực 28 Hình 2.2 Minh họa đường ống cần kiểm tra 29 Hình 2.3 Đầu dị D1A-5M32E-0.8×12 hãng SONATEST sản 32 xuất Hình 2.4 Nêm D1AW-N57S hãng SONATEST sản xuất ứng 33 với loại đường kính ống IX Hình 2.5 Chất tiếp âm Sonagel 34 Hình 2.6 Bình chứa chất tiếp âm 35 Hình 2.7 Bộ qt Microbe tích hợp mã hóa vị trí 35 Hình 2.8 Mẫu chuẩn V1 37 Hình 2.9 Mẫu chuẩn V2 38 Hình 2.10 Mẫu chuẩn TCG 38 Hình 2.11 Mẫu chuẩn TCG cho TFM 39 Hình 2.12 Hiển thị đồng thời phép quét FMC S-scan 42 lần qt Hình 2.13 Di chuyển đầu dị dọc theo chiều dài mẫu 45 Hình 2.14 Khuyết tật thiếu ngấu vách 48 Hình 2.15 Khuyết tật thiếu ngấu chân 49 Hình 2.16 Khuyết tật nứt 49 Hình 2.17 Khuyết tật rỗ khí 49 Hình 2.18 Khuyết tật xỉ 50 Hinh 3.1 Vị trí xung quanh mối hàn mài trước qt 51 Hình 3.2 Mơ tả bố trí hình học 51 Hình 3.3 Bố trí hình học qt thực tế 52 Hình 3.4 Tín hiệu thu sau quét FMC 53 Hình 3.5 Thiết lập chế độ tính tốn TFM thơng số khung hình Hình ảnh TFM mối hàn có đường kính 8in, bề 54 Hình 3.6 55 dày 18.26mm Hình 3.7 Hình ảnh Dữ liệu quét mối hàn 4in-11.13 55 Hình 3.8 Hình ảnh liệu quét mối hàn 6in-21.95-01 55 Hình 3.9 Hình ảnh liệu quét mối hàn 6in-21.95-02 56 Hình 3.10 Hình ảnh liệu quét mối hàn 8in-18.26-01 56 Hình 3.11 Hình ảnh liệu quét mối hàn 8in-18.26-02 56 Hình 3.12 Hình ảnh liệu quét mối hàn 10in-21.44-01 57 Hình 3.13 Hình ảnh liệu quét mối hàn 10in-21.44-02 57 Hình 3.14 Hình ảnh liệu quét mối hàn 12in-33.32 57 Hình 3.15 Hình ảnh liệu quét mối hàn 18in-34.93 58 X