Đo chiều dày bằng siêu âm là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT), nó được sử dụng để đo chiều dày vật liệu từ một bên, ví dụ như đo chiều dày của ống chống giếng khoan từ phía bên trong lòng giếng. Các thiết bị đo chiều dày bằng siêu âm có thể chỉ định để đo chiều dày cho các đối tượng kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, sợi thủy tinh, gốm và thủy tinh.
Kỹ thuật đo độ dày siêu âm Đo chiều dày siêu âm kỹ thuật kiểm tra khơng phá huỷ (NDT), sử dụng để đo chiều dày vật liệu từ bên, ví dụ đo chiều dày ống chống giếng khoan từ phía bên lòng giếng Các thiết bị đo chiều dày siêu âm định để đo chiều dày cho đối tượng kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, sợi thuỷ tinh, gốm thuỷ tinh Trên thực tế, đo độ dày siêu âm hoàn toàn không phá huỷ mẫu, không cần cắt phân đoạn Các vật liệu chống định đo phương pháp siêu âm gỗ, giấy, bê tông, bọt xốp Nguyên lý hoạt động Siêu âm sóng âm tần số cao giới hạn người nghe Dải tần số siêu âm máy kiểm tra thường sử dụng khoảng 200kHz 20 MHz, số thiết bị đặc biệt người ta sử dụng tần số thấp đến 50kHz cao tới 200MHz Dù tần số nào, sóng âm dao động học truyền qua môi trường dẫn âm theo định luật vật lý sóng âm Thiết bị đo chiều dày siêu âm hoạt động nguyên tắc đo xác thời gian hai xung siêu âm liên tiếp vọng đầu thu phản xạ từ mặt đáy chi tiết Tức là, phép đo chiều dày siêu âm thực từ bên theo kỹ thuật đo thời gian xung siêu âm liên tiếp vọng đầu thu phản xạ từ mặt phân giới phía xa đầu thu Đầu dò thiết bị vốn tinh thể áp điện, phát kích hoạt xung điện ngắn có biên độ khoảng 400Vpp, độ rộng vừa đủ để tạo chu kỳ sóng siêu âm (vài μs) Sóng siêu âm truyền vào chi tiết kiểm tra, đập vào mặt đáy phản xạ trở lại Một phần lượng sóng phản xạ vào đầu dò, phần lớn lượng sóng tiếp tục phản xạ từ mặt phân giới bên Như lượng sóng tiếp tục phản xạ qua lại hai mặt phân giới triệt tiêu hoàn toàn Do tính chất áp điện, đầu dò chuyển sóng âm phản xạ thu thành tín hiệu điện Thời gian truyền vào khoảng vài μs Với vận tốc truyền âm V vật liệu biết trước, người ta tính chiều dày d vật liệu công thức đơn giản: d = V t = N.V.T/2 Trong đó: d = Chiều dày chi tiết V = Vận tốc truyền âm vật liệu kiểm tra N = Số đếm hai xung tiếng vọng từ mặt đáy liên tiếp T = Chu kỳ xung đồng hồ đưa vào đếm để số hóa độ rộng xung t = Thời gian truyền xung siêu âm hai mặt phân giới Các vật liệu khác truyền sóng âm với vận tốc khác nhau, nhanh vật liệu cứng chậm vật liệu mềm Vận tốc âm thay đổi đáng kể theo nhiệt độ Do luôn phải chuẩn thiết bị đo chiều dày siêu âm với vận tốc âm vật liệu cần đo, độ xác phép đo phụ thuộc vào phép chuẩn Sóng âm dải MHz khơng truyền tốt khơng khí, nên chất dẫn âm sử dụng để lắp đầy khoảng trống đầu dò chi tiết cần kiểm tra để đạt truyền âm tốt Các chất dẫn âm thông dụng glycerin, propylene glycol, nước, dầu gel Có ba cách thơng dụng để đo khoảng thời gian sóng âm truyền qua chi tiết: Cách 1: Đo khoảng thời gian xung kích phát sóng âm xung phản xạ từ mặt đáy chi tiết Cách : Đo khoảng thời gian xung phản xạ từ mặt trước từ mặt đáy chi tiết Cách 3: Đo khoảng thời gian hai xung phản xạ từ mặt đáy liên tiếp Dạng đầu dò cách đo cụ thể tùy theo ứng dụng mà lựa chọn thích hợp Các loại đầu dò: Đầu dò tiếp xúc: Đầu dò tiếp xúc trực tiếp với chi tiết kiểm tra Phép đo với đầu dò tiếp xúc thường thực đơn giản lựa chọn cho ứng dụng đo chiều dày siêu âm thông dụng để đo ăn mòn Đầu dò trễ: Đầu dò trễ dẫn âm lớp đệm chất dẻo, epoxy silicon đầu dò chi tiết kiểm tra Nó dùng để đo vật liệu mỏng cần phải tách xung phát khỏi xung phản xạ từ mặt đáy Đầu dò trễ sử dụng phần tử cách nhiệt, bảo vệ đầu dò nhạy với nhiệt độ tiếp xúc với chi tiết nóng, đầu dò trễ tạo hình dạng đường bao để tiếp âm với mặt cong đột ngột vị trí khó tiếp cận Đầu dò nhúng: Đầu dò nhúng sử dụng cột nước bể nước để truyền sóng âm vào chi tiết kiểm tra Chúng sử dụng để đo sản phẩm chuyển động dây chuyền, phép đo quét trường hợp đo độ dày hay khuyết tật ống chống giếng khoan dầu khí,v.v Đầu dò kép: Đầu dò kép sử dụng chủ yếu để đo bề mặt thơ ráp, đo ăn mòn Các đầu dò phát thu riêng rẽ gắn phần trễ nghiêng góc nhỏ để hội tụ sóng âm khoảng cách chọn chi tiết Mặc dù phép đo với đầu dò kép đơi khơng xác loại đầu dò khác, chúng thực tốt ứng dụng kiểm tra ăn mòn Những yếu tố cần quan tâm Trong ứng dụng đo siêu âm, lựa chọn thiết bị đầu dò phụ thuộc vào vật liệu cần đo, dải chiều dày, kích thước hình học, nhiệt độ, yêu cầu độ xác điều kiện đặc biệt khác có Sau yếu tố cần quan tâm Vật liệu: Loại vật liệu dải chiều dày đo yếu tố quan trọng việc lựa chọn thiết bị đầu dò Rất nhiều vật liệu kỹ thuật thông thường bao gồm phần lớn kim loại, gốm, thủy tinh truyền sóng âm hiệu đo dải rộng cho chiều dày Phần lớn chất dẻo hấp thụ sóng âm nhanh dải đo chiều dày cao bị hạn chế nhiều Cao su, sợi thủy tinh, nhiều loại vật liệu tổng hợp suy giảm sóng âm nhiều nên yêu cầu thiết bị có khả truyền sâu với thu/phát hoạt động tần số thấp Chiều dày: Dải chiều dày đóng vai trò định tới loại thiết bị đầu dò mà chọn lựa Nói chung, vật liệu mỏng đo tần số cao vật liệu dày vật liệu suy giảm âm nhiều cần đo tần số thấp Đầu dò trễ thường sử dụng cho vật liệu mỏng, nhiên đầu dò trễ nhúng "chiều dày lớn đo được" bị hạn chế ảnh hưởng lặp lại xung phản xạ từ hai bề mặt Trong số trường hợp yêu cầu đo dải chiều dày rộng có nhiều loại vật liệu, u cầu nhiều loại đầu dò Kích thước hình dáng: Khi độ cong bề mặt lớn, hiệu truyền âm đầu dò chi tiết kiểm tra giảm, nên độ cong tăng lên kích thước đầu dò cần phải giảm Phép đo bề mặt cong đột ngột, đặc biệt mặt lõm, yêu cầu đầu dò trễ đặc biệt bám sát mặt cần đo đầu dò nhúng để truyền âm đạt hiệu Đầu dò trễ nhúng sử dụng để đo đường rãnh, lỗ hổng khu vực tương tự tiếp cận bị hạn chế Nhiệt độ: Đầu dò tiếp xúc thơng thường sử dụng bề mặt có nhiệt độ tới 50 độ C Nhưng sử dụng đầu dò tiếp xúc vật liệu nóng gây hư hại vĩnh viễn ảnh hưởng giãn nở nhiệt Trong trường hợp nên sử dụng đầu dò trễ với phần trễ chịu nhiệt, đầu dò nhúng, đầu dò kép chịu nhiệt độ cao Sự đảo pha: Khi vật liệu có độ kháng âm nhỏ gắn với vật liệu có kháng âm lớn xung phản xạ từ mặt phân cách hai vật liệu đảo pha so với xung thu từ mặt phân cách với không khí Tình trạng điều chỉnh đơn giản thiết bị, khơng tính đến kết khơng xác Độ xác: Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo ứng dụng định, bao gồm việc chuẩn thiết bị, tính đồng vận tốc âm vật liệu, độ suy giảm tán xạ âm, độ thô ráp bề mặt, độ cong bề mặt, tiếp xúc không song song hai mặt phân cách Tất yếu tố cần xem xét lựa chọn thiết bị đầu dò Với phép hiệu chuẩn đúng, phép đo đạt độ xác 0.001 mm Độ xác ứng dụng định xác định tốt thơng qua sử dụng mẫu đối chứng biết xác chiều dày Nói chung, thiết bị sử dụng đầu dò trễ đầu dò nhúng với cách đo có khả xác định chiều dày chi tiết xác Nguyễn Xuân Quang – 2007 Quangnx_ltd@yahoo.com ... nhiệt độ Do luôn phải chuẩn thiết bị đo chiều dày siêu âm với vận tốc âm vật liệu cần đo, độ xác phép đo phụ thuộc vào phép chuẩn Sóng âm dải MHz khơng truyền tốt khơng khí, nên chất dẫn âm sử... dụng để đo sản phẩm chuyển động dây chuyền, phép đo quét trường hợp đo độ dày hay khuyết tật ống chống giếng khoan dầu khí,v.v Đầu dò kép: Đầu dò kép sử dụng chủ yếu để đo bề mặt thơ ráp, đo ăn... nhiều vật liệu kỹ thuật thông thường bao gồm phần lớn kim loại, gốm, thủy tinh truyền sóng âm hiệu đo dải rộng cho chiều dày Phần lớn chất dẻo hấp thụ sóng âm nhanh dải đo chiều dày cao bị hạn