Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng của kỹ thuật siêu âm mảng điều pha trong quét ăn mòn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .5 LỜI MỞ ĐẦU .6 DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC THUẬT NGỮ .10 BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH 11 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM 13 1.1 Giới thiệu phương pháp kiểm tra không phá hủy .13 1.2 Cơ sở lý thuyết chung phương pháp siêu âm 13 1.2.1 Đặc trưng q trình truyền sóng 13 1.2.2 Quá trình phản xạ truyền qua sóng tới thẳng góc 16 1.2.3 Chùm tia siêu âm .17 1.2.4 Các dạng sóng siêu âm 20 1.2.5 Các phương pháp kiểm tra siêu âm 22 1.2.6 Một số tiêu chuẩn siêu âm .24 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SIÊU ÂM MẢNG ĐIỀU PHA (PAUT) TRONG QUÉT ĂN MÒN 28 2.1 Khái quát siêu âm mảng điều pha .28 2.1.1 Nguyên tắc hoặt động 28 2.1.2 Hiển thị kết 29 2.2 Thiết bị sử dụng siêu âm mảng điều pha .30 2.2.1 Các loại đầu dò 30 2.2.2 Máy dò khuyết tật 38 2.2.3 Chất tiếp âm .39 2.2.4 Mã hóa vị trí 39 2.2.5 Bộ quét 39 2.2.6 Nêm 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2.7 Mẫu chuẩn .40 2.3 Dạng ăn mòn kim loại thường phát siêu âm mảng điều pha 40 2.3.1 Phân loại theo chế ăn mòn 40 2.3.2 Các dạng khuyết tật ăn mòn 41 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC 43 3.1 Hệ đo quét ăn mòn 43 3.2 Quy trình kiểm tra 53 3.3 Tiến hành quét ăn mòn 57 3.4 Kết đo giải đoán 57 KẾT LUẬN .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án mình, em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thế Phùng tận tình hướng dẫn luôn động viên em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Đánh giá Không phá hủy (NDE), đặc biệt anh Nguyễn Duy Lân tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất kiến thức giúp em thời gian thực tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện kĩ thuật hạt nhân Vật lý môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức suốt năm em học tập Với vốn kiến thức q trình học tập khơng tảng cho q trình thực hiện, hồn thành đồ án mà hành trang quý báu để em bước vào đời cách vững tự tin Cuối em xin kính chúc thầy Viện kĩ thuật hạt nhân Vật lý môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dồi sức khỏe thành cơng nghiệp cao q Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên thực Thạch Nguyễn Duy Thạch ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Hiện nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa Bên cạnh việc sản xuất tạo sản phẩm việc kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm việc làm cần thiết trước đưa vào sử dụng xuất Trước đây, việc đánh giá chất lượng sản phẩm công nghiệp người ta sử dụng phương pháp phá hủy (DT) làm ảnh hưởng sản phẩm không sử dụng lại nữa, để đánh giá chất lượng nhiều sản phẩm người ta phá hủy lượng sản phẩm đánh giá chung cho tồn sản phẩm lại Điều làm tổn hại lớn mặt kinh tế khơng thể đánh giá tồn chất lượng sản phẩm Vì câu hỏi đặt ra: để đánh giá chất lượng sản phẩm cách nhanh chóng mà khơng làm tính sử dụng chúng phải đánh giá toàn sản phẩm NDT: Non-Destructive Testing tạm dịch kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu đời giải câu hỏi Kể từ đến có nhiều phương pháp kiểm tra khơng phá hủy đời ứng dụng phổ biến rộng rãi đặc nhiều lĩnh vực khác y tế cơng nghiệp Trong đó, Siêu âm mảng điều pha (PAUT) tạo nên cách mạng chẩn đoán y học phương pháp NDT chấp nhận sử dụng rộng rãi nước giới Những năm gần đây, siêu âm mảng điều sử dụng rộng rãi lĩnh vực dầu khí, lượng, hàng khơng, vận tải, v.v… nhờ ưu điểm đưa hình ảnh siêu âm trực quan tin cậy Kỹ thuật siêu âm giúp kiểm tra cách linh hoạt hiệu khuyết tật mối hàn khuyết tật ăn mòn bề mặt sâu bên vật liệu đồng thường sử dụng để kiểm tra mối hàn, ăm mòn cho thép-cacbon Do q trình làm đồ án Trung tâm Đánh giá Không phá hủy (NDE) em lựa chọn đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật siêu âm mảng điều pha quét ăn mòn” hướng dẫn CN Nguyễn Duy Lân Với mục đích đề tài là:  Xác định hệ đo kỹ thuật siêu âm mảng điều pha quét ăn mòn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chuẩn thiết bị đo, bước quét mẫu ống bị ăn mòn thực tế Nội dung đồ án gồm:  Tìm hiểu phương pháp siêu âm  Sử dụng kỹ thuật siêu âm mảng điều pha cho qt ăn mòn  Chuẩn đốn kết đo dạng khuyết tật ăn mòn số mẫu ống công nghiệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu NDT Tiếng anh Non Destructive Testing DT Destructive Testing RF Radio Frequency PAUT Phased Array Ultrasonic Tiếng việt Kiểm tra không phá hủy Kiểm tra phá hủy Tần số sóng Kiểm tra siêu âm mảng điều pha Testing NDE Non Destructive Evaluation TCG Time Corrected Gain Đánh giá không phá hủy Tăng âm hiệu chỉnh theo thời gian LW L-scan Zero and Velocity Hiệu chuẩn “zero” vận tốc Longitudinal wave Sóng dọc Linear scan C-scan % Kiểu quét tuyến tính C-scan Hiển thị mã hóa màu theo biên độ xung đáy C-scan Hiển thị mã hóa màu theo C-scan bề dày RT Radiographic Testing Phương pháp chụp ảnh phóng xạ dùng film UT Ultrasonic Testing PT Liquid Penetrant Testing Phương pháp kiểm tra siêu âm Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng Phương pháp kiểm tra bột từ MT Magnetic Particle Testing ET Eddy Current Testing Phương pháp kiểm tra dòng xốy DR Digital Radiographic Testing Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số ASME American Society of Hiệp Hội Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ Mechanical Engineers ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ASTM American Society for Testing and Materials ISO International Organization for Hiệp Hội Thử Nghiệm Vật Liệu Hoa Kỳ Tổ Chức Tiêu Chuẩn Quốc Tế Standardization BSI British Standards Institution Viện Tiêu Chuẩn Anh JISC Japanese Industrial Standards Ủy Ban Tiêu Chuẩn Công Nghiệp Committee IIW International Institution of Nhật Bản Viện Hàn Quốc Tế Welding ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC THUẬT NGỮ  Kỹ thuật: Là phương pháp cụ thể sử dụng phương pháp NDT đặc thù Mỗi kỹ thuật kiểm tra nhận dạng tham số thay đổi quan trọng đặc biệt từ kỹ thuật khác phạm vi phương pháp (Ví dụ: Phương pháp chụp ảnh xạ (RT); có kỹ thuật tia X/tia gamma)  Quy trình: Trong kiểm tra khơng phá hủy, quy trình kiểm tra dãy thứ tự quy tắc hướng dẫn trình bày cách chi tiết, đâu,như bước phương pháp NDT nên áp dụng vào trình sản xuất  Tiêu chuẩn: Là tài liệu quy định hướng dẫn cách thực khác diễn trình chế tạo sản phẩm công nghiệp Những tiêu chuẩn mô tả yêu cầu kỹ thuật vật liệu, trình gia công, sản phẩm, hệ thống dịch vụ Chúng quy trình, phương pháp, thiết bị trình kiểm tra để xác định yêu cầu đãđược thoả mãn 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sau đánh dấu vị trí qt bút xóa: khoanh vùng diện tích ăn mòn, xác định vị trí bắt đầu quét, dải cần quét số bước quét - Mẫu M1 M2 mẫu thực bước quét ứng với dải quét dải có kích thước cỡ 30x100 mm - Mẫu M3 M4 mẫu thực bước quét ứng với dải qt dải có kích thước 30x290 mm 30x60mm Mẫu M1: Đường kính 215mm dày 10mm Mẫu M3: Đường kính 89mm, dày 6mm Mẫu M2: Đường kính 215mm dày 10mm Mẫu M4: Đường kính 63.5mm, dày 8mm 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chuẩn máy: gồm bước - Chuẩn zero vận tốc: tức chuẩn vận tốc sóng âm vật liệu với thép-cacbon cách đặt đầu dò lên mẫu chuẩn bậc thang thấy xuất xung bề mặt xung phản hồi đáy Sử dụng Gate Gate bắt lấy đỉnh cổng xung bề mặt xung phản hồi đáy thứ nhất; máy xác định thời gian sóng âm từ bề mặt đến đáy Sau máy tự tính vận tốc sóng âm thépcacbon 5890m/s Hình 38: Hiển thị A-scan chuẩn vận tốc Chú thích: màu vàng Gate Gate - Chuẩn độ trễ nêm: chuẩn cho sóng âm qua nêm đến bề mặt phản xạ Tức thiết lập cho máy hiểu cổng xung bề mặt xuất vị trí mm Do q trình quét lấy sườn xung xung bề mặt ta thiết lập đẩy cổng xung bề mặt máy lên cỡ 2mm (trong đo đạc này) Hình 39: Chuẩn độ trễ nêm 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Chuẩn độ nhạy (TCG): sóng âm vật liệu vị trí có bề dày lượng phản hồi lại khác lượng bị tán xạ không đồng mật độ cấu trúc vật liệu nên việc chuẩn độ nhạy để bù lại lượng lượng Đầu tiên cần sử dụng mẫu chuẩn giống với mẫu cần đo để chuẩn độ nhạy, cho xung phản hồi đáy thu đồng vị trí mẫu chuẩn Sau đó, sử dụng tiếp mẫu chuẩn bậc thang để chuẩn vị trí bề dày khác ống thép- cacbon để phát khuyết tật ăn mòn dễ dàng hơn, xung hình ảnh lên hình rõ nét Trong trình đo đạc đây, thực quét mẫu ống có bề dày từ 6mm đến 11mm nên sử dụng mẫu chuẩn bậc thang kích thước từ 2.54 mm đến 12.7 mm để chuẩn độ nhạy giúp cho trình đo phát dễ dàng dạng ăn mòn có kích thước cỡ nhỏ vị trí khác đường ống Hình 40: Mẫu chuẩn bậc thang Thao tác cách di chuyển đầu dò quanh bề dày mẫu chuẩn để xác định máy xem xung phản hồi đáy mẫu chuẩn thấp cao cho xung phải hồi nằm dải cho phép sau ấn apply để bù lượng bị bề dày để xung phản hồi đáy thu Tiếp theo chuẩn sang mẫu chuẩn bậc thang bù lượng cho vị trí từ 2.54mm tới 12.7mm Sau bù xong đặt đầu dò lên mẫu cần đo chỉnh dB cho xung phản hồi đáy lần cao khoảng 80-100% FSH để hiển thị xung đo rõ nét độ tương phản cao mã hóa màu theo hiển thị C-scan 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 41: Hiển thị chuẩn độ nhạy 3.3 Tiến hành quét ăn mòn - Chuẩn bị mẫu cần quét ăn mòn - Chuẩn máy: chuẩn vận tốc, chuẩn độ trễ nêm, chuẩn độ nhạy mẫu chuẩn sau kiểm tra lại mẫu ống - Đánh dấu xác định vị trí cần qt, dải qt bút xóa - Thực phép quét cách di chuyển đầu dò dọc theo vị trí đánh dấu quanh ống đến hết dải qt dừng lại chuyển sang vị trí quét tương tự sau lấy kết thu máy Veo 16:128 đưa sang máy tính cài sẵn phần mềm UTStudio Standard 3.19.2 để giải đoán kết thu 3.4 Kết đo giải đốn Trong q trình đo đạc, thực đo sườn xung mẫu ống M1, M2, M3 đo đỉnh xung với mẫu ống M4 nên Gate cắt xung hiển thị A-scan tín hiệu xung ghi nhận để xác định chiều dày vật số điểm lượng bị tán xạ mạnh nên lượng đầu dò thấp, xung nên khơng đủ cắt qua Gate nên vị trí bị tín hiệu (khơng thực tăng tần số cao để lượng đầu dò lớn, xung nên cao nhiễu tăng cắt qua Gate làm cho kết đo bị sai lệch) 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Mẫu ống M1: Đường kính 215mm dày 10mm Thực quét dải quét, dải có kích thước 30 x 100mm Hình 42: Mẫu ống M1 Kết đo: Hình 43: Hiển thị C-scan mã hóa màu theo chiều dày ống M1 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mẫu ống M1 xảy ăn mòn với lỗ trên: - lỗ sâu bề dày giảm 5.45mm thể màu da cam - lỗ lại bề dày giảm 8.38; 8.50; 8.55mm thể màu vàng xanh Hình 44:Dữ liệu chuẩn đốn ăn mòn mẫu M1 Hiển thị A-scan cho thấy có xung phải hồi mạnh vị trí trước xung phản hổi đáy cách bắt lấy xung phản hồi mã hóa màu theo hiển thị C-scan theo chiều dày hình ảnh hiển thị cho thấy bề dày bị mỏng vị trí 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Ngoài phần khoanh vùng màu nâu bề mặt vật liệu kiểm tra bị gồ ghề, lõm nên xuất vệt màu không Hình 45: Dữ liệu chuẩn đốn phần khoanh tròn mẫu M1 Phần bị lõm (phần xanh đậm vùng khoanh bời hình tròn màu nâu) bề mặt nên tiếp âm nước điền đầy vào phần bị lõm máy hiểu nhầm bề dày thép nên tính với vận tốc sóng âm thép 5890m/s đo chiều dày 10.49mm thực tế vị trí phần từ nêm đến bề mặt bị lõm phải tính với vận tốc sóng âm nước 1480m/s bề dày thực khu vực cỡ 9.2mm Còn màu xanh nhạt vị trí mỏng có bề dày cỡ 9.6mm 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Mẫu ống M2: Đường kính 215mm dày 10mm Thực qt dải qt, dải có kích thước 30 x 100mm Hình 46: Mẫu ống M2 Kết đo: Hình 47: Hiển thị C-scan mã hóa theo chiều dày ống M2 Mẫu ống M2: xảy khu vực ăn mòn vùng AN1 AN2 - Vùng AN1 chỗ ăn mòn sâu dày 6.09mm - Vùng AN2 chỗ ăn mòn sâu dày 8.26mm 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 48:Dữ liệu chuẩn đốn ăn mòn mẫu M2 Xung lên hiển thị A-scan cao rõ nét cách bắt lấy xung mã hóa C-scan theo chiều dày thu có vùng bề dày bị suy giảm rõ AN1 AN1 - vùng khoanh tròn màu nâu vùng khơng cần quan tâm thiếu tiếp âm quét chưa đến nên khơng có tín hiệu đầu dò - Có số chỗ có điểm, chấm màu vàng kết đo xung lên q yếu khơng đo 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Mẫu ống M3: có đường kính 89mm, dày 6mm Thực qt dải, dải kích thước 30 x 290mm Hình 49: Mẫu ống M3 Kết đo: Hình 50: Hiển thị C-scan mã hóa chiều dày ống M3 Hiển thị L-scan A-scan cho thấy xung lên phải hồi đáy lần thứ không thấy dấu hiệu xảy ăn mòn 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Mẫu ống M4: có đường kính 63.5mm, dày 8mm Thực qt dải, dải có kích thước 30x 60mm Hình 51: Mẫu ống M4 Kết đo: Hình 52: Hiển thị C-scan mã hóa theo chiều dày ống M4 Mẫu ống M4: Có khu vực xảy ăn mòn đánh dấu AN1 AN2 - Vùng AN1 chỗ ăn mòn sâu bề dày 5.47mm 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Vùng AN2 chỗ ăn mòn sâu bề dày 5.57mm Do khu vực AN1 AN2 thấy thay đổi lớn màu sắc hiển thị C-scan bề dày đo khu vực bị suy giảm lớn - Vùng khoang tròn màu nâu vùng không quan tâm phần quét nhỏ dải quét cài đặt máy Hiển thị A-scan cho thấy khơng có xung phản hồi khu vực tức khu vực khoanh tròn khơng đo tới Hình 53: Dữ liệu chuẩn đốn mẫu M4 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhận xét:  Ưu điểm: - Hình ảnh thu từ việc qt ăn mòn cho thấy vị trí diện tích ăn mòn rõ nét màu tương phản thể chiều dày mẫu ống bị ăn mòn Hình ảnh qt phù hợp vị trí độ chân thực so với hình ảnh thực tế - Hệ đo tương đối gọn di chuyển để quét nhiều vị trí khác Việc chuyển chế độ đo đạc tương đối dễ dàng máy nên không cần chuẩn hệ đo đo đạc nhiều lúc mẫu đường ống, bồn bể, phẳng có bề dày khác  Nhược điểm: - Phụ thuộc vào phản hồi sóng âm nên vị trí đáy khơng đồng nhất, lượng sóng âm bị phân tán nhiều lượng sóng âm đầu dò thấp dẫn đến xung không đủ để hiển thị kết Nếu tăng tần số âm nên để lượng đầu dò lớn đồng nghĩa với nhiễu tăng dẫn đến đo đạc bị sai lệch - Áp dụng cho nhiệt độ từ khoảng độ C - 80 độ C (tiếp âm nước) Các ống nhiệt độ cao nhà máy lọc dầu, nhiệt điện lên tới 300- 500 độ C nên việc thực cần tới hệ quét + nêm + hệ làm mát nêm môi chất làm mát phức tạp chi phí cao 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Sau nghiên cứu đề tài rút số kết luận sau:  Phương pháp siêu âm mảng điều pha sử dụng qt ăn mòn kết xác thuận lợi, giúp phát hầu hết khuyết tật bên đường ống cách nhanh chóng  Các dạng khuyết tật ăn mòn thường xảy đường ống ăn mòn mảng, ăn mòn điểm (trong siêu âm thường gọi ăn mòn pitting) phát với độ xác cao vị trí, kích thước độ sâu ăn mòn để dễ dàng thay đoạn ống có định loại bỏ  Hình ảnh hiển thị máy rõ nét với việc mã hóa màu sắc với độ tương phản cao nên q trình chuẩn đốn dễ dàng nhanh chóng  Bằng việc xuất file liệu kết đo từ máy dò khuyết tật (VEO 16:128) sang máy tính có tích hợp phần mềm Utstudio standard 3.19.2 nên kết đo lưu trữ tốt hơn, lâu dài dễ dàng xem lại diễn biến trình quét để khắc phục nghi ngờ phép qt khơng xác  Để đạt kết việc thiết lập hệ đo cần độ xác, cẩn thận tránh làm vướng víu, đứt dây q trình di chuyển đầu dò việc lắp hệ đo vào đường quét cho đầu dò di chuyển phải dễ dàng công việc cần thiết Trong thời gian tiếp theo, tiếp tục tìm hiểu sâu phương pháp để nắm bắt hơn, sâu sở lý thuyết thiết bị đầu dò, chất tiếp âm, máy siêu âm áp dụng phương pháp siêu âm kiểm tra thực tế mối hàn, ăn mòn trường khác 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Kiểm_tra_không_phá_hủy [2] https://vi.wikipedia.org/wiki/Siêu_âm_phased_array [3] Tài liệu Đào tạo “KIỂM TRA SIÊU ÂM BẬC 1,2” Trung tâm Đánh giá Khơng phá hủy [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/Sóng_Rayleigh [5] http://www.congnghehan.vn/kiem-tra-khong-pha-huy-ndt/cong-nghe-sieu-am-tohop-pha-phased-array [6] https://vi.wikipedia.org/wiki/Ăn_mòn [7] https://visco.com.vn/san-pham/dau-do-phased-array 68 ... siêu âm mảng điều pha quét ăn mòn hướng dẫn CN Nguyễn Duy Lân Với mục đích đề tài là:  Xác định hệ đo kỹ thuật siêu âm mảng điều pha quét ăn mòn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chuẩn thiết bị đo, bước quét. .. sử dụng  BS 3923 phần 1: chất lỏng bột nhão chất tiếp âm thích hợp 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SIÊU ÂM MẢNG ĐIỀU PHA (PAUT) TRONG QUÉT ĂN MÒN 2.1 Khái quát siêu âm mảng điều pha Siêu. .. bị ăn mòn thực tế Nội dung đồ án gồm:  Tìm hiểu phương pháp siêu âm  Sử dụng kỹ thuật siêu âm mảng điều pha cho quét ăn mòn  Chuẩn đốn kết đo dạng khuyết tật ăn mòn số mẫu ống cơng nghiệp ĐỒ