Ứng dụng của kỹ thuật siêu âm xung phản hồi trong kiểm tra mối hàn

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM Giới thiệu phương pháp kiểm tra không phá hủy - Kiểm tra khơng phá hủy(Non-Destructive Testing-NDT), hay gọi đánh giá không phá hủy(Non-Destructive Evaluation-NDE), kiểm định không phá hủy (NonDestructive Inspection-NDI), dò khuyết tật việc sử dụng phương pháp vật lý để kiểm tra phát khuyết tật bên bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại đến khả sử dụng chúng Phương pháp dùng để phát khuyết tật vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu mối hàn, kiểm tra ăm mòn kim loại, tách lớp vật liệu composite, đo độ cứng vật liệu, kiểm tra độ ẩm bê tông, đo bề dày vật liệu, xác định kích thước định vị cốt thép bê tơng v.v Mục đích việc dò khuyết tật cơng trình, thiết bị nhằm đánh giá tính chất vật liệu trước chúng bị hư hỏng, dựa vào tiêu kỹ thuật quy định công nhận biến dạng suy biến xác định qua nhiều năm, để bảo đảm chất lượng sản phẩm tính làm việc cơng trình, thiết bị, nhằm khai thác hết khả kết cấu kỹ thuật Hạn chế rủi ro khuyết tật nhằm tăng cường tính tồn vẹn kinh doanh tính an tồn xây lắp tiết kiệm chi phí - Các phương pháp kiểm tra không phá hủy: + Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing- UT) + Phương pháp chụp ảnh phóng xạ dùng film(Radiographic Testing- RT) + Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số(Digital Radiographic Testing- DR) + Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing- PT) + Phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing- MT) + Phương pháp kiểm tra dòng xốy (Eddy Current Testing- ET) Trong đó, phương pháp siêu âm những phương pháp ứng dụng rộng rãi để đo chiều dày vật liệu, đánh giá ăn mòn, phát tách lớp phát khuyết tật mối hàn kết cấu kim loại Ưu điểm bật phương pháp nhanh, xác, thiết bị tương đối rẻ, cho ta biết chiều sâu khuyết tật Cơ sở của phương pháp siêu âm - Hầu hết phương pháp siêu âm thực vùng tần số 0,5 – 20 MHz Tần số cao nhiều so với vùng tần số tai người nghe 20 Hz-20 KHz, sóng siêu âm truyền qua vật liệu kèm theo mát lượng tính chất vật lí vật liệu 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 sống âm phản xạ phát phân tích để xác định có mặt khuyết tật vị trí - Ưu điểm phương pháp: + Có độ nhạy cho phép phát khuyết tật nhỏ + Khả xun thấu cao + Có độ xác việc phát vị trí kích thước khuyết tật + Cần phát phía vật kiểm tra + Cho phép kiểm tra nhanh tự động - Nhược điểm phương pháp: + Khó kiểm tra vật liệu có cấu tạo bên phức tạp + Cần phải sử dụng chất tiếp âm + Đầu dò phải tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu + Hướng khuyết tật có ảnh hưởng đến khả phát khuyết tật + Nhân viên kiểm tra phải có nhiều kinh nghiệm 2.1 Các dạng sóng 2.1.1 Sóng dọc hay sóng nén Sóng dọc loại sóng học mà tạo vùng nén dãn xen kẽ nhau, có phương dao động trùng với phương truyền sóng Hình 1.1 Mơ tả sóng dọc Sóng dọc truyền tất mơi trường rắn, lỏng, khí Do loại sóng siêu âm phát thu nhận dễ dàng nên dùng phổ biến kiểm tra siêu âm Phần lượng siêu âm sử dụng kiểm tra vật liệu xuất phát từ dạng sóng rời chuyền sang dạng sóng khác kiểm tra chuyên dụng 2.1.2 Sóng ngang hay sóng trượt Sóng ngang đặc trưng dao động hạt có hướng vng góc với phương truyền sóng Hình 1.2 Mơ tả sóng ngang Để cho sóng truyền vật liệu cần thiết hạt vật liệu phải lien kết cách vững với hạt lân cận cho hạt dao động phải kéo theo hạt kế cận chuyển động với gây truyền lượng siêu âm vật liệu với vận tốc khoảng 50% vận tốc sóng dọc Thực tế, sóng ngang truyền chất rắn nguyên nhân chất lỏng chất khí, khoảng cách giữa phân tử hay nguyên tử quãng đường tự trung bình lớn nên lực hút giữa chúng không đủ phép hạt làm chuyển động hạt khác nhiều phần chuyển động nosvaf sóng tắt dần nhanh chóng 2.1.3 Sóng bề mặt hay sóng Rayleigh Sóng bề mặt hay gọi sóng Rayleigh: hạt có quỹ đạo chuyển động hình êlíp truyền qua bề mặt vật liệu, chiều sâu khoảng bước sóng Hình 1.3 Mơ tả sóng bề mặt Sóng bề mặt hay gọi sóng Rayleigh: hạt có quỹ đạo chuyển động hình êlíp truyền qua bề mặt vật liệu, chiều sâu khoảng bước sóng Loại sóng truyền dọc theo bề mặt lien kết phía lực đàn hời mạnh vật rắn phía ngược lại lực đàn hời gần khơng tòn giữa phân tử khí Do loại sóng mặt hầu khơng tờn vật rắn nhúng chìm chất lỏng ngoại trừ chất lỏng bao phủ lớp mỏng bề mặt chất rắn Vì chúng vòng qua góc cạnh dùng để kiểm tra chi tiết có hình dạng phức tạp, tất nhiên chi phát vết nứt bề mặt gần bề mặt 2.1.4 Sóng bản mỏng hay sóng lamb Khi truyền sóng vào vật liệu có độ dày nhỏ ba lần bước sóng ta sóng mỏng Vật liệu bắt đầu dao động mỏng tức sóng tràn ngập tồn bề dày vật liệu 2.2 Đặc trưng của quá trình truyền sóng 2.2.1 Tần số Tần số số dao động nguyên tử giây, tần số sóng tần số dao động nguyên tử mơi trường mà sóng truyền qua thường kí hiệu f, đơn vị Hz, tùy vào bề dày vật liệu mà ta lựa chọn dải tần số phù hợp 2.2.2 Chu kỳ Chu kỳ thời gian để sóng âm bước sóng Kí hiệu T, đơn vị s (giây) 2.2.3 Bước sóng Bước sóng quãng đường sóng âm chu kỳ mơi trường mà truyền qua Kí hiệu λ, giữa chu kỳ vận tốc có liên hệ λ = v/f (m) Trong đó: λ : bước sóng (m) v : vận tốc âm (m/s) f : tần số Hz 2.2.4 Âm trở Sức cản vật liệu với truyền sóng âm gọi âm trở Kí hiệu Z xác định tích số mật độ vật liệu ρ vận tốc v sóng siêu âm truyền vật liệu: Z = ρ.v Âm trở phụ thuộc vào tính chất vật lí chúng khơng phụ thuộc vào đặc tính tần số sóng 2.2.5 Âm áp Âm áp thuật ngữ biên độ sức căng biến đổi tuần hoàn vật liệu truyền sóng âm Âm áp P liên hệ với âm trở Z biên độ dao động hạt a sau: P = Z.a Trong đó: P – Âm áp Z – Âm trở A – Biên độ dao động hạt Như vật dù có giá trị nhỏ cần khoảng thời gian định để xác định lượng siêu âm từ lớp qua lớp kế tiếp, nên pha dao động lớp khác dù nhỏ lượng xác định Do vậy, lượng âm cần phải có thời gian để truyền từ ng̀n đến nơi ghi nhận ( Bảng 1.1) 2.2.6 Cường độ âm Là truyền lượng học sóng siêu âm qua đơn vị diện tích vng góc với phương truyền sóng, kí hiệu: I, liên hệ với âm áp âm trở theo biểu thức: I= Trong đó: I - Cường độ P – Âm áp Z – Âm trở a – Biên độ dao động hạt Bảng 1.1 Khối lượng riêng, vận tốc sóng âm và âm trở của các vật liệu thông dụng Vật liệu Mật độ (kg/m3) Vận sóng (Vt) (m/s) tốc ngang Vận sóng (Vl) (m/s) tốc dọc Z x103kg.m-2.s-1 Khơng khí Nhơm Oxide nhơm Titanate barium Đờng thau Gang Bê tơng Đờng Thủy tinh Glycerine Sắt xám Chì Magnesium Dầu nhớt Nickel Nylon Dầu olive Teflon Thủy tinh hữu Polyamine (nylon) Polyethylene Polystyrol Poly vinyl chroride Thạch anh Thủy tinh thạch anh Cao su lưu hóa Bạc Thép (hợp kim thấp) Thép (dạng khối chuẩn định) Thép (nguyên chất) Titanium Tungsten Tungsten avaldite Uranium Nước 1,3 2700 3600 5400 8100 6900 2000 8900 3600 1300 7200 11400 1700 870 8800 1140 900 2200 1180 1100 940 1060 1400 2650 2600 1200 10500 7850 7850 -3130 5500 -2120 2200 -2260 2560 -2650 700 3050 -2960 550 1430 1080 925 1150 1060 -3515 -1590 3250 3250 330 6320 9000 5000 4430 5300 4600 4700 4260 1920 4600 2600 5770 1740 5630 2700 1400 1350 2730 2620 2340 2380 2395 5760 5570 2300 3600 5940 5920 430 17064 32400 27000 35883 24150 9200 41830 15330 2496 33120 24624 9809 1514 49544 3000 1300 3000 3221 2882 2200 2523 3353 15264 24482 2800 37800 46620 46472 7800 4500 19300 10500 18700 1000 3130 3120 2880 -2020 5740 5990 5170 2060 3370 1480 44800 27000 00000 21650 63000 1480 2.2.7 Quá trình phản xạ và truyền qua sóng tới thẳng góc - Cường độ phản xạ truyền qua Khi sóng siêu âm tới thảng góc với mặt phân cách giữa hai mơi trường có âm trở khác phần sóng bị phản xạ phần sóng truyền qua ranh giới Bề mặt xảy phân cách gọi mặt phân cách Phần lượng sóng bị phản xạ truyền qua phụ thuộc vào khác biệt giữa âm trở hai môi trường Nếu khác biệt lớn phần lượng phản xạ trở lại phần nhỏ lượng truyền qua ranh giới Ngược lại, khác biệt âm trở nhỏ phần lớn lượng siêu âm truyền qua ranh giới phần nhỏ phản xạ trở lại Phần lượng siêu âm bị phản xạ sóng tới thẳng góc với mặt phân cách đưa sau: Hệ số phản xa = R= = Trong đó: R – Hệ số phản xạ Z1 – Âm trở môi trường Z2 – Âm trở mơi trường Ir – Cường độ sóng siêu âm phản xạ Ii – Cường độ sóng siêu âm tới Như hệ số truyền qua xác định theo biểu thức: T=1–R Trong đó: T – Hệ số truyền qua R – Hệ số phản xạ Khi sử dụng giá trị cho bảng 1.1 tính hệ số phản xạ truyền qua cho vật liệu khác Khi truyền sóng âm qua hai vật liệu rắn, ngoại trừ trường hợp bề mặt chúng phẳng tuyệt đối theo quan điểm quang học, tiếp xúc xảy vài nơi thực tế có lớp chất mỏng phân cách giữa chúng Nếu lớp chất lớp chất lỏng có đặc tính âm trở khơng q xa loại bỏ từ những vật rắn bề dày nhỏ nhiều so với bước sóng giá trị hệ số truyền giống hai chất rắn tiếp xúc hoàn hảo Ngược lại, chất khí hệ số truyền hầu giảm đến 2.2.8 Quá trình phản xạ và truyền qua sóng tới xiên góc - Chuyển đổi dạng sóng Khi góc tới xiên xảy tượng chuyển đổi dạng sóng (tức thay đổi chất dao động sóng) Hình 1.4 biểu diễn điều xảy cho sóng dọc tới xiên góc với ranh giới giữa hai mơi trường Sóng dọc tới chia thành hai thành phần: Một phần sóng dọc phần sóng ngang Ký hiệu L1 S1 thành phần sóng dọc sóng ngang mơi trường L2 S2 thành phần sóng dọc sóng ngang mơi trường 2, tất nhiên khơng có thành phần ngang phản xạ khúc xạ môi trường môi trường môi trường rắn Hình 1.4 Quá trình phản xa và truyền qua của sóng siêu âm góc tới xiên góc Trong đó: αL - Góc tới sóng dọc αT - Góc phản xạ sóng ngang βL - Góc khúc xạ sóng dọc βT - Góc khúc xạ sóng ngang - Sự khúc xạ – Định luật Snell Năng lượng âm tần số siêu âm có tính định hướng cao chùm tia s dụng để phát khuyết tật xác định rõ ràng Trong trường hợp sóng âm phản xạ mặt phân cách, góc tới b ằng góc phản xạ Chùm tia tới vng góc với bề mặt phản xạ thẳng góc tr l ại Còn chùm tia tới bề mặt góc phản xạ góc Năng lượng âm truyền từ vật liệu sang vật liệu khác đổi hướng theo định luật khúc xạ Snell Tóm lại, tia truyền thẳng tiếp tục truyền thẳng, tới mặt phân cách góc lệch hướng theo cơng thức: Trong đó: i: là góc tia sáng từ môi trường tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường r :là góc tia sáng từ mặt phân cách môi trường và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường n1, n2 là chiết quang môi trường 1,2 2.2.9 Đặc tính của chùm siêu âm - Chùm siêu âm Vùng mà sóng siêu âm truyền từ biến tử siêu âm gọi chùm siêu âm Cho mục đích kiểm tra vật liệu siêu âm, dạng đơn giản chùm tia siêu âm biến tử hình tròn đĩa (như hình) Chùm tia có hai vùng khác biệt phân thành vùng trường gần vùng trường xa Hình 1.5 Một dang của chùm tia siêu âm điển hình từ một biến tử hình đĩa tròn - Cường độ biến thiên dọc theo khoảng cách trục biến tư thực tế biểu diễn hình 1.6 cho thấy cường độ thay đổi qua số cực đại cực tiểu Cực tiểu sau xuất N/2 cực đại cuối xuất N, N kí hiệu chiều dài trường gần Sau độ dài trường gần N, cường độ giảm liên tục Từ khoảng cách gần ba lần độ dài trường gần âm áp tâm trục chùm tia siêu âm giảm theo tỷ lệ nghịch với khoảng cách chùm tia siêu âm phân kỳ theo góc khơng đổi Vùng gọi vùng trường xa, vùng từ 1N đến 3N coi vùng truyển tiếp vùng mà góc phân kỳ chưa thay đổi số âm apsgiamr chưa tỷ lệ nghịch với khoảng cách Hình 1.6 Sự phân bố của cường độ dọc theo trục khoảng cách - Trường gần Một biến tử áp điện xem tập hợp nguồn điểm, mà điểm phát sóng siêu âm cầu vào mơi trường xung quanh( hình …) Các sóng cầu giao thoa với tạo thành chuỗi cực đại cực tiểu cường độ vùng gần biến tử Vùng gọi vùng trường gần Trường gần chùm siêu âm có độ rộng đường kính tinh thể biến tử Tuy nhiên, bị giảm dần đến cuối trường gần gọi điểm hội tụ Hình 2.7 Nguyên lý bản của đầu dò đa biến tử sử dụng PAUT 2.2.2 Máy siêu âm Thiết bị kiểm tra siêu âm thiết bị thường có kích thước nhỏ, xách tay dễ dàng Nó hoạt động dựa vi xử lý thích hợp sử dụng ngồi trường phòng thí nghiệm Chúng tạo hiển thị dạng sóng siêu âm cho người kiểm tra diễn giải, thường trợ giúp phần mềm phân tích để xác định vị trí phân loại khuyết tật phát chi tiết kiểm tra Chúng thường bao gồm module phát/thu, phần cứng phần mềm cho thu nhận phân tích tín hiệu module lưu trữ dữ liệu Phần lớn thiết bị sử dụng tín hiệu kỹ thuật số để tăng tính ổn định xác Phần thu/phát phần ngoại vi siêu âm thiết bị đầu dò Nó cung cấp xung kích hoạt đầu dò, khuếch đại lọc trở lại Biên độ, hình dạng giảm xung điều chỉnh để tối ưu hoạt động đầu dò khuếch đại thu với độ rộng giải tần điều chỉnh để tỉ lệ tín hiệu/nhiễu tối ưu Các thiết bị dò đại thu nhận hình ảnh sóng dạng số sau thực chức đo phân tích khác Đờng hờ thiết bị bấm sử dụng để đồng xung đầu dò để chuẩn khoảng cách Sự xử lý tín hiệu đơn giản tạo hình ảnh dạng sóng mà biên độ tín hiệu theo thời gian dải đo chuẩn phức tạp thuật toán sử lý tinh vi kết hợp hiệu chỉnh biên độ /khoảng cách những tính tốn lượng giác học cho đường truyền âm đầu dò góc Cổng cảnh báo ln sử dụng để theo dõi độ cao tín hiệu điểm chọn dãy sóng để đánh giá xung phản xạ khuyết tật Màn hình hiển thị dạng CRT, LCD quang điện Màn hình thường hiệu chuẩn theo đơn vị chiều sâu khoảng cách Hiển thị nhiều màu sắc sử dụng để trợ giúp cho việc diễn giải Bộ lưu trữ dữ liệu thiết bị sử dụng để ghi tồn dạng sóng thơng tin cài đặt liên quan đến lần kiểm tra, yêu cầu cho mục đích tài liệu chứng, thông tin lựa chọn biên độ xung, giá trị khoảng cách chiều sâu, có khơng trạng thái cảnh báo - Các cách biểu diễn tín hiệu Những xung phản hồi siêu âm chuyển thành tín hiệu thấy hình CRT máy tự ghi khác Chúng hiển thị bốn dạng: A-scan, B-scan, C-scan + Hiển thị dạng A-Scan: Đây cách biểu diễn phổ biến nhất, trục hồnh hình biểu diễn thời gian quét độ lệch theo phương thẳng đứng cho biết biên độ xung phản hời Từ vị trí biên độ xung phản hời hình đánh giá độ sâu khuyết tật vật liệu kích thước Một hệ thống kiểm tra dạng quét A-scan thực tế biểu diễn hình 2.8 Hình 2.8 Cách biểu diễn A-scan +Hiển thị B-scan: hình ảnh mặt cắt đứng chi tiết, hiển thị chiều sâu mặt phản xạ vị trí theo chiều dọc Hiển thị B-scan yêu cầu chùm tia quét dọc theo trục chọn chi tiết, học điện tử, lưu trữ số liệu Trongtrường hợp B-scan hiển thị hai mặt phản xạ sâu mặt phản xạ nông tương ứng với vị trí lỗ khoan chi tiết Với thiết bị siêu âm thơng thường, đầu dò phải di chuyển dọc theo chi tiết Hình 2.9 Biểu diến dang B-scan + Hiển thi C-scan: C-scan hình ảnh hai chiều biểu diễn hình chiếu từ xuống chi tiết kiểm tra, tương tự hình ảnh chụp X-quang, màu sắc đặc trưng cho biên độ điểm chi tiết vẽ hệ toạ độ x-y Với thiết bị thơng thường, đầu dò biến tử phải dịch chuyển theo trường quét x-y khắp bề mặt chi tiết Còn với hệ thống dãy tổ hợp pha, đầu dò dịch chuyển theo trục chùm tia quét điện tử theo trục lại Bộ mã kích thước thường sử dụng những trường hợp kích thước tương ứng hình ảnh cần trì, quét tay khơng có mã kích thước cung cấp những thơng tin hữu ích nhiều trường hợp Những hình ảnh C-scan mẫu đối chứng với hệ thống qt nhúng thơng thường với đầu dò nhúng hội tụ, với hệ thống dãy tổ hợp pha sử dụng mã hố kích thước qt tay đầu dò dãy thẳng Trong độ phân giải khơng hồn tồn tương đương có nhiều vấn đề cần xem xét Hệ thống tổ hợp pha sách tay ngoại trường, mà hệ thống thông thường khơng thể giá 1/3 Thêm vào hình ảnh tổ hợp pha hồn thành vài giây, mà quét nhúng thông thường cần tới vài phút 2.2.3 Chất tiếp âm Các chất tiếp âm siêu âm sử dụng hầu tất ứng dụng kiểm tra tiếp xúc để tạo điều kiện cho việc truyền tải lượng âm giữa đầu dò chi tiết cần kiểm tra Các chất tiếp âm thường có độ nhớt, dạng lỏng, gel, bột nhão vừa phải Việc sử dụng chúng cần thiết lượng âm tần số siêu âm thường sử dụng kiểm tra không phá hủy khơng thể truyền qua khơng khí Tiếp âm giữa đầu dò nêm phải kiểm tra mắt đồng hồ thay 24 (ngoại trừ nước, nước nhanh bị khô nên sử dụng để tiếp âm giữa đầu dò nêm phải bơm cấp liên tục vào khu vực tiếp xúc giữa chúng) Các loại chất tiếp âm sử dụng phổ biến cho phép hiệu chuẩn kiểm tra là: Sonagel, Ultragel 40, Sonatech, Glycerine, Sonoglide 7, Sonoglide 8, Sonoglide 20 nước Thông thường Glycerine sử dụng phổ biến kiểm tra mối hàn đặc tính dễ dàng bơi tiếp âm, dễ lau phổ biến Hình 2.10 Chất tiếp âm Glycerine 2.2.4 Nêm Thường gắn với đầu dò để ngăn cách đầu dò với vật kiểm tra Có nhiệm vụ bảo vệ biến tử tránh tiếp xúc trực tiếp dễ gây hỏng hóc, đờng thời tạo góc mong muốn để đưa chùm tia siêu âm vào vật liệu Có hai loại nêm sử dụng kiểm tra siêu âm nêm cắt góc nêm thẳng góc Thơng thường nêm cắt góc dùng để kiểm tra mối hàn nêm thẳng góc dùng để kiểm tra ăn mòn 2.2.5 Khối chuẩn Mục đích việc chuẩn định: Các quy phạm thường quy định rõ khả cần thiết thiết bị Để đảm bảo quy định này, thiết bị phải thường xuyên chuẩn định đúng, phù hợp với tiêu ch̉n có Ch̉n định thiết bị cơng việc quan trọng bậc để nhận kết kiểm tra tin cậy, xác 2.2.5.1 Mẫu chuẩn I.I.W (V1) Mẫu chuẩn sử dụng phổ biến mẫu chuẩn chế tạo từ vật liệu thép carbon ferritic trung bình thường hóa Viện Hàn quốc tế (I.I.W) đưa tổ chức tiêu chuân quốc tế (ISO) chấp thuận Mẫu gọi mẫu ch̉n I.I.W (V1) mơ tả hình 2.11 Hình 2.11 Mẫu chuẩn I.I.W (V1) để chuẩn định thiết bị với đầu dò góc và thẳng Mẫu thường dùng để: i ii iii iv v Chuẩn thời gian quét cách sử dụng bề dày 25mm, 100mm 200mm cho tất đầu dò thẳng sử dụng cung bán kính 100mm cho đầu dò góc Xác định điểm đầu dò cách sử dụng cung bán kính 100mm Xác định góc phát đầu dò góc sử dụng nêm thủy tinh hữu cơ, giá trị góc khắc dấu mặt bên mẫu ch̉n Các đầu dò góc thường bị mài mòn q trình sử dụng Khi mài mòn, thường gây thay đổi góc phát điểm đầu dò Kiểm tra đặc trưng biểu diễn máy dò khuyết tật siêu âm: + Độ tuyến tính thời gian quét + Độ tuyến tính theo chiều cao ảnh máy + Độ tuyến tính núm điều khiển biên độ + Khả phân giải + Khả xuyên sâu + Đánh giá vùng chết + Độ rộng xung Đặt độ nhạy vi vii Chuẩn đường thời gian quét đặt độ nhạy theo phương pháp giản đồ DGS So sánh vật liệu có vận tốc âm truyền khác 2.2.5.2 Mẫu chuẩn V2 Đây dạng thu nhỏ mẫu V1, thích hợp cho việc sử dụng trường, có số chức so với mẫu chuẩn V1 Mẫu chuẩn V2 Viện hàn quốc tế đưa Phiên mẫu chuẩn miêu tả hình 2.12 Mẫu đặc biệt thích hợp với đầu dò thẳng góc đường kính nhỏ có chiều dài trường gần ngắn, để chuẩn thang đo Hình 2.12 Mẫu chuẩn I.I.W- V2 2.2.5.3 Mẫu chuân so sánh (đối chứng) ASME Mẫu chuẩn dùng để xây dựng đường cong bổ biên độ- khoảng cách (đường cong DAC) hình CRT cách ghi lại thay đổi biên độ xung phản hồi từ những lỗ khoan theo thay đôi khoảng cách quét Mẫu làm từ giống mẫu cần kiểm tra có lỗ khoan từ mặt bên Hình 2.13 Mẫu chuẩn bản ASME (BCB) Bảng 2.2 Các phần tử phản xa chuẩn định Bề dày mối hàn (t) inch ( 25,4mm) nhỏ Trên inch (25,4mm) đến inch (50,8mm) Trên inch (50,8mm) đến inch (101,6mm) Trên inch (101,6mm) đến inch ( 152,4mm) Trên inch (152,4mm) đến inch ( 203,2mm) Trên inch (203,2mm) đến 10 inch ( 254mm) Trên 10 inch ( 254mm) Bề dày mẫu chuẩn T ¾ inch (19,0 mm) t Đường kính lỗ 3/32 inch (2,38) inch ( 38,1mm) t 1/8 inch (3,17) inch (76,2mm) t 3/16 (4,76mm) inch (127,0mm) t ¼ inch (6,35mm) inch (177,8mm) t 5/16 inch (7,94mm) inch ( 228,6mm) t 3/8 inch (9,52mm) - Kích thước rãnh cắt chữ V Bề rộng = 1/8 inch (3,17mm) đến ¼ inch (6,35mm) Độ sâu = 2%T Chiều dài = inch (50,8mm) 2.3 Các dạng khuyết tật thường gặp kiểm tra siêu âm mối hàn Các khuyết tật hàn nhiều nguyên nhân gây Nó có liên quan tới mặt như: kim loại hàn, chế độ hàn quy trình cơng nghệ Sự tờn những khuyết tật ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền đầu mối hàn Do đó, người thợ hàn phải chọn quy phạm hàn xác nghiêm chỉnh chấp hành quy trình hàn Mối hàn có nhiều loại khuyết tật, sau khuyết tật thường gặp phải cách phòng tránh 2.3.1 Nứt (Weld crack) những khuyết tật nghiêm trọng liên kết hàn Trong trình sử dụng cấu kiện hàn, mối hàn có vết nứt vết nứt rộng dần làm cho kết cấu bị hỏng Theo nhiệt độ vết nứt xuất mà phân hai loại: + Nứt nóng: xuất q trình kết tinh liên kết hàn nhiệt độ cao (trên 1000 độ C) + Nứt nguội: xuất sau kết thúc trình hàn với nhiệt độ 1000 độ C Nứt nguội xuất vài chí vài ngày sau hàn Theo kích thước vết nứt phân loại thành: + Nứt thơ đại: gây phá hủy kết cấu làm việc + Nứt tế vi: Vết nứt phát triển rộng dần tạo thành vết nứt thô đại Hình 2.14 Nứt liên kết hàn - Cách kiểm tra phát vết nứt: Các vết nứt thơ đại phát mắt thường qua kính lúp Các vết nứt tế vi nằm bên mối hàn dùng phương pháp kiểm tra siêu âm mối hàn, từ tính, chụp X quang để phát chúng Bảng 2.3 Một số phương pháp han chế sự phát sinh vết nứt mối hàn Dạng vết nứt Nứt dọc Phương pháp kiểm tra Bằng mắt thường Dùng bột từ Dùng chất thị màu Chụp X quang Siêu âm Nguyên nhân Sử dụng vật liệu hàn chưa Tồn ứng suất dư lớn liên kết hàn Tốc độ nguội cao Liên kết hàn không hợp lý Bố trí mối hàn chưa hợp lý Nứt vùng gây Bằng mắt thường kết thúc hồ quang Dùng bột từ Dùng chất thị màu Chụp X quang Siêu âm Vị trí kết thúc hờ quang bị lõm, tờn nhiều tạp chất Hồ quang không bảo vệ tốt Nứt ngang 1.Sử dụng vật liệu hàn chưa Tốc độ nguội cao Mối hàn nhỏ so với liên kết Bằng mắt thường Dùng bột từ Dùng chất thị màu Chụp X quang Siêu âm Giải pháp phòng tránh Sử dụng vật liệu hàn phù hợp Giải phóng lực kẹp chặt cho liên kết hàn hàn Tăng khả điền đầy vật liệu hàn Gia nhiệt trước cho vật hàn, giữ nhiệt cho liên kết hàn để giảm tốc độ nguội Sử dụng liên kết hàn hợp lý, vát mép giảm khe hở giữa vật hàn Bố trí so le mối hàn Sử dụng thiết bị hàn phù hợp, có chế độ riêng cho lúc gá kết thúc hồ quang Sử dụng nối công nghệ vị trí bắt đầu kết thúc hờ quang, để vết nứt nằm liên kết hàn Sử dụng vật liệu hàn phù hợp Tăng dòng điện kích thước điện cực hàn Gia nhiệt trước hàn 2.3.2 Rõ khí (Blow hole) Sinh tượng khí kim loại lỏng mối hàn khơng kịp ngồi kim loại vũng hàn đơng đặc Rỗ khí sinh ra: + bên (1) bề mặt mối hàn (2) + Nằm phần ranh giới giữa kim loại kim loại đắp + Có thể phân bố, tập trung nằm rời rạc mối hàn Mối hàn tờn rỗ khí giảm tác dụng làm việc, giảm độ kín Hình 2.15 Lỡ mối hàn 1: Lỗ tập trung 2: Lỗ bề mặt 3: Lỗ đơn - Nguyên nhân gây rỗ khí mối hàn: + Hàm lượng C kim loại vật liệu hàn cao + Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt hàn bị bẩn + Chiều dài hồ quang lớn, vận tốc hàn cao - Khắc phục: + Điều chỉnh chiều dài hồ quang ngắn, giảm vận tốc hàn máy hàn mig + Sau hàn không gõ xỉ kéo dài thời gian giữ nhiệt cho mối hàn + Hàn MAG/MIG đủ khí, khoảng cách chụp khí vật hàn đảm bảo + Hàn tự động thuốc hàn không ẩm, cung cấp đủ thuốc trình hàn 2.3.3 Mối hàn lẫn xỉ (kẹt xỉ): Slay inclusion Là loại khuyết tật dễ xuất mối hàn, xỉ tờn tại: + Trong mối hàn + Trên bề mặt mối hàn + Ranh giới giữa kim loại kim loại mối hàn, giữa lượt hàn Rỗ xỉ ảnh hưởng đến độ dai va đập độ dẻo kim loại mối hàn làm giảm khả làm việc kết cấu Hình 2.16 Lẫn xỉ mối hàn 1: Xỉ bề mặt mối hàn 2: Xỉ bên mối hàn 3: Xỉ tồn giữa lớp hàn - Nguyên nhân: + Dòng điện nhỏ khơng đủ nhiệt cung cấp cho kim loại nóng chảy xỉ khó khỏi kim loại vũng hàn + Hàn nhiều lớp chưa làm xỉ + Góc độ hàn chưa hợp lý, Vh lớn + Làm nguội mối hàn nhanh - Khắc phục: + Tăng dòng điện hàn cho thích hợp Hàn chiều dài hờ quang ngắn tăng thời gian dừng lại hồ quang + Làm vật hàn trước hàn, gõ xỉ mối hàn đính lợp hàn + Thay đổi góc độ phương pháp đưa điện cực hàn cho hợp lý, giảm tốc độ hàn 2.3.4 Hàn không ngấu (Incomplete fusion) Là khuyết tật nghiêm trọng liên kết hàn dẫn đến nứt làm hỏng liên kết Hình 2.17 Các dạng Khuyết tật hàn khơng ngấu mối hàn - Nguyên nhân: + Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý + Dòng điện hàn nhỏ Vh nhanh + Góc độ điện cực (que hàn) cách đưa điện cực chưa hợp lý + Chiều dài cột hồ quang lớn + Điện cực hàn chuyển động không theo trục hàn - Khắc phục: + Làm liên kết trước hàn, tăng góc vát khe hở hàn + Tăng dòng điện hàn giảm tốc độ hàn, v.v 2.3.5 Mối hàn bị lẹm chân (Undercut) Làm giảm tác dụng làm việc liên kết Tạo tập trung ứng suất cao dẫn đến phá huỷ kết cấu Lẹm chân, chảy loang Hình 2.18 Mối hàn bị lẹp chân Nguyên nhân gây lẹm chân mối hàn: + Dòng điện hàn lớn + Chiều dài cột hồ quang lớn + Góc độ cách đưa que hàn chưa hợp lý + Sử dụng chưa kích thước điện cực hàn (quá lớn) 2.3.6 Chảy loang (Overlap) Hiện tượng kim loại lỏng chảy loang bề mặt liên kết hàn (Bề mặt kim loại vùng khơng nóng chảy) Hình 2.19 Mối hàn bị chảy loang Nguyên nhân: + Góc nghiêng que hàn khơng hợp lý + Dòng điện hàn cao + Tư hàn cách đặt vật hàn không hợp lý 2.3.7 Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn Loại khuyết tật bao gờm những sai lệch hình dáng mặt ngồi liên kết ngồi liên kết hàn, làm không thỏa mãn với yêu cầu kỹ thuật thiết kế Hình 2.20 Mốt số Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn - Nguyên nhân: + Gắp lắp chuẩn bị mép hàn chưa hợp lý + Chế độ hàn không ổn định + Vật liệu hàn không đảm bảo chất lượng +Trình độ cơng nhân q thấp v.v CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ... Đặc tính của chùm siêu âm - Chùm siêu âm Vùng mà sóng siêu âm truyền từ biến tử siêu âm gọi chùm siêu âm Cho mục đích kiểm tra vật liệu siêu âm, dạng đơn giản chùm tia siêu âm biến tử hình tròn... sóng siêu âm phát thu nhận dễ dàng nên dùng phổ biến kiểm tra siêu âm Phần lượng siêu âm sử dụng kiểm tra vật liệu xuất phát từ dạng sóng rời chuyền sang dạng sóng khác kiểm tra chuyên dụng. .. hời, có hai cách để truyền sóng siêu âm vào vật thể kiểm tra là: Kỹ thuật chùm tia thẳng kỹ thuật chùm tia xiên góc Phương pháp xung phản hồi dùng những xung siêu âm ngắn thay những sóng liên