Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền trong một số loại thép kĩ thuật

ỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN XN TUN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SĨNG SIÊU ÂM TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT LUẬN VĂN T C SĨ K OA ỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Xuân Tuyên NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SĨNG SIÊU ÂM TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT Chuyên ngành : Vật lý Vô tuyến iện tử Mã số : 60440105 LUẬN VĂN T C SĨ K OA ỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM VĂN THÀNH Hà Nội - 2017 Nguy n Xuân Tuyên LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Bộ môn Vật lý Vô tuyến – Khoa Vật lý – Trường ại học Khoa học Tự nhiên – ại học Quốc gia Hà Nội chương trình đào tạo thạc sĩ khoa học nhà trường, hướng dẫn khoa học trực tiếp TS Phạm Văn Thành Trước hết, xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Văn Thành, người thầy trực tiếp hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Vật lý, Trường học Khoa học Tự nhiên, ại ại học Quốc Gia Hà Nội đặc biệt tới thầy cô môn Vật lý Vô tuyến cung cấp cho kiến thức, kỹ nghiên cứu khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho học tập hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Th.S Lương Th Minh Thúy, tồn thể gia đình, bạn bè, đ ng nghiệp giúp đỡ thời gian học tập thời gian làm luận văn Nghiên cứu tài trợ đề tài mã số CA A Trung tâm hỗ trợ nghiên cứu Châu Á – ại học Quốc gia Hà Nội đề tài mã số TN 16 – 06 trường ại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2017 Học viên Nguyễn Xuân Tuyên i Nguy n Xuân Tuyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv NH MỤC ẢNG IỂU vi BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY 1.1 Giới thiệu kiểm tra không phá hủy[2,5] 1.2 Các phương pháp kiểm tra không phá hủy[5] CHƢƠNG : CƠ SỞ L THU ẾT KIỂM TR KH NG PH HỦ ẰNG PHƢƠNG PH P SI U M 13 2.1 Lý thuyết bản[3,5] 13 2.2 Các dạng sóng[2,3,11] 14 2.3 Các đại lượng đặc trưng cho trường âm[3] 16 2.4 nh luật Hooke[1,3,4] 18 2.5 Ứng suất trượt G[1,3,4] 19 2.6 Hệ số Poisson[1,3,4] 21 2.7 Ứng suất Young E[1,3,4] 22 2.8 Ứng suất khối K[1,3,4] .23 2.9 Hệ số phản xạ truyền qua[3] 23 2.10 Sự truyền âm môi trường thực[3] 25 2.11 Ảnh hướng trình nhiệt lên trình truyền âm[3,17] .27 CHƢƠNG : PHƢƠNG PH P THỰC NGHIỆM .28 3.1 Chất tiếp âm [12,14] 28 3.2 ầu dò siêu âm[2,3] .28 3.3 Thiết b siêu âm kiểm tra không phá hủy AN X số biến tử siêu âm d ng đo đạc .30 3.4 Lý thuyết sóng siêu âm truyền môi trường đàn h i ph thuộc vào nhiệt độ 32 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 ii Nguy n Xn Tun 4.1 Tính chất sóng siêu âm truyền dầu nhờn xe máy Shell Advance AX 36 4.2 Tính chất sóng siêu âm truyền số loại th p kĩ thuật 39 4.3 Khảo sát, kiểm tra đánh giá mối hàn b ng s ng siêu âm d ng phương pháp xung dội 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iii Nguy n Xn Tun NH MỤC C C HÌNH VẼ ình Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh ình Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh ống dài ình Phương pháp kiểm tra xạ ình Phương pháp kiểm tra th m thấu .8 ình Phương pháp kiểm tra bột t ình Phương pháp kiểm tra siêu âm xung dội 11 ình S ng ngang a , S ng dọc b ình Phương truyền s ng theo phương x 15 ình Mức cường độ âm 17 ình nh luật ooke .18 ình Xác đ nh vận tốc s ng dọc .18 ình Quy luật hấp th s ng âm 20 ình Vật liệu n n 21 ình nh luật Snell 24 ình Ảnh hưởng trình nhiệt lên trình truyền âm 27 ình ầu d 28 ình Cấu tạo đầu d siêu âm 29 ình ình ảnh số đầu d 29 ình ình Thiết b AN a [26] 15 X 32 iến tử siêu âm Olympus C -SU tần số trung tâm M z truyền âm th ng b biến tử siêu âm ch o sử d ng để đo vận tốc truyền âm ngang 32 ình Phương pháp đo vận tốc s ng siêu âm xung dội hệ số hấp th 33 ình Sơ đ hệ đo khảo sát chất tiếp âm 36 ình ầu nhờn xe máy .36 ình a iá tr vận tốc siêu âm, b hệ số hấp th , c ứng suất khối dầu nhờn xe máy Shell Advance AX ph thuộc vào nhiệt độ .38 ình Sơ đ hệ đo s ng dọc s ng ngang 39 ình Th nghiệm đo s ng dọc s ng ngang 39 iv Nguy n Xuân Tuyên ình Các loại mẫu th p .40 ình Vận tốc s ng siêu âm dọc a , vận tốc s ng siêu âm ngang b trở kháng âm c mẫu th p nhiệt độ thay đ i 44 ình ệ số Poisson a , ứng suất n n Young b , ứng suất trượt c , ứng suất khối K d loại th p nhiệt độ thay đ i .46 ình ệ số hấp th a mẫu th p nhiệt độ thay đ i 47 ình Mẫu th p hàn với cường độ d ng điện khác nhau, A a, 120A (b), I = 135A (c) 48 ình Lắp đặt th nghiệm hệ đo .48 ình Vận tốc siêu âm truyền qua mẫu th p với cường độ d ng điện khác ph thuộc vào v tr mối hàn 49 ình Xung phản h i dự đốn khơng c khuyến tật 49 ình Xung phản h i dự đoán c khuyến tật 49 v Nguy n Xuân Tuyên NH MỤC ẢNG IỂU ảng Thông số kỹ thuật thiết b AN X .30 ảng T nh chất chất tiếp âm .37 ảng ảng số liệu tốc độ truyền âm, hệ số hấp th dầu nhờn xe máy 37 ảng Thành phần h a học th p A S ảng Thành phần h a học th p ảng Thành phần h a học th p S ảng Thành phần h a học th p SCM .42 ảng Thành phần h a học th p SCR 42 41 Cr 41 C 41 ảng ệ số ph thuộc vào nhiệt độ ước t nh b ng cách nối tuyến t nh .45 ảng Hệ số ph thuộc nhiệt độ tỷ số Poisson υ, suất Young E, suất trượt , suất khối K ước tính b ng cách nối tuyến tính 47 ảng Tốc độ s ng siêu âm truyền mối hàn .48 vi Nguy n Xuân Tuyên BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT NDT : Non-Destructive Testing NDE : Non-Destructive Evaluation NDI : Non-Destructive Inspection Cl : Longitudinal wave Ct : Shear wave vii Nguy n Xuân Tuyên MỞ ĐẦU Hiện giới nước, phương pháp kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing đ ng vai trò quan trọng kiểm tra chất lượng sản ph m công nghiệp, phương pháp ứng d ng rộng rãi ngành công nghiệp kh chế tạo máy, xây dựng, chế tạo tàu thủy, hàng không, … Các phương pháp kiểm tra không phá hủy d ng để phát khuyết tật n m sâu bên chiều dày kết cấu bên bề mặt lớp bề mặt C phương pháp kiểm tra không phá hủy chủ yếu kiểm tra b ng th giác quang học (visual test), kiểm tra b ng chất lỏng th m thấu hay thấm màu (penetrant test), kiểm tra b ng bột t (magnetic particle test , d ng xoáy điện (eddy cerent test), ch p ảnh xạ hay gọi ch p phim (radiographic test), siêu âm kiểm tra (ultrasonic test), kiểm tra b ng truyền âm (acoustic emission testing), kiểm tra rò rỉ (leak testing) …… Ngồi c nh m phương pháp đặc biệt phương pháp kỹ thuật vi sóng, xạ âm… Trong đ , phương pháp siêu âm xung dội (Pulse-echo Ultrasonic Testing) có nhiều ưu việt ph biến Ưu điểm phương pháp phát khuyết tật nhỏ, với độ xác cao việc xác đ nh v trí k ch thước khuyết tật chiều dày vật liệu cần tiếp xúc t phía mẫu vật khảo sát Nguyên l phương pháp siêu âm xung dội chùm tia siêu âm phát biến tử siêu âm truyền vào bên mẫu vật gặp bề mặt không liên t c bên mẫu vật vết nứt, khuyến tật,… s ng siêu âm s b phản xạ trở lại, s ng phản xạ sau đ nhận chuyển đ i trở lại thành t n hiệu điện biến tử siêu âm Trên sở ghi phân tích s ng phản xạ này, xác đ nh chiều dày kim loại độ lớn v trí khuyết tật bên kim loại Trên sở đ , tơi chọn đề tài “Nghiên cứu tính chất sóng siêu âm truyền số loại thép kỹ thuật” khảo sát vùng có nhiệt độ khác khảo sát vận tốc truyền sóng siêu âm số loại th p với m c đ ch nâng cao n a độ ch nh xác ph p đo Nguy n Xuân Tuyên Th p A S th p mềm t cacbon, c độ k o v a phải, lại rẻ tiền, dễ cán rèn Th p mềm sử d ng xây dựng, cán tấm, rèn phôi,… Th p mềm sử d ng thực tế làm ốc v t, bu lông Thành phần th p A S thể bảng : ảng : Th nh phần h học củ thép ISI 1 Mã th p C% Fe% AISI 1018 0.14-0.20 98.81-99.26 Th p P% S%