Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Bài giảng Kiểm tra chất lượng Hàn cung cấp cho người học các kiến thức: Chất lượng hàn và kiểm tra công nghệ hàn, kiểm tra chất lượng hàn bằng phương pháp phá hủy, kiểm tra độ kín, một số phương pháp kiểm tra không phá hủy,...
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG HÀN (Lưu hành nội bộ) Người biên soạn: Phạm Thế Minh ng Bí, năm 2010 LỜI NĨI ĐẦU Nâng cao chất lượng sản phẩm nhiệm vụ trị kinh tế quan trọng giai đoạn phát triển Việt nam Công nghệ hàn đại có hàng trăm phương pháp khác hàn Tuy nhiên với đổi nhanh chóng q trình, thiết bị, vật liệu hàn làm cho hệ thống kiểm tr a chất lượng hàn không theo kịp Yêu cầu tăng chất lượng sản phẩm đặt nhiệm vụ cho cán kỹ thuật cần phải hiểu biết công nghệ, thiết bị kiểm tra vấn đề quản lý sản xuất hàn Các trường đại học giới đào tạo chuyên ngành hàn quan tâm đến môn học Chất lượng Hàn, thường chia thành số học phần khác Ở Việt nam Chất lượng Hàn đưa vào giảng dạy liên tục từ có chuyên ngành trường ĐHBK Hà nội Qua nhiều hệ nội dung môn học đổi theo hướng đại Vì việc soạn tài liệu Kiểm tra lượng Hàn đáp ứng phần yêu cầu giảng dạy để sinh viên tham khảo Nội dung mà tác giả muốn đưa vào sách hệ thống lý thuyết cho phép hiểu khái niệm khuyết tật, quản lý kiểm tra chất lượng hàn… theo tiêu chuẩn khác Khi biên soạn sách tác giả sử dụng kiến thức tích lũy từ người thầy đồng nghiệp trước Tài liệu dùng đ ể học tập cho sinh viên Cao Đẳng chuyên nghiệp ngành Công nghệ hàn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến các cá nhân tổ chức: - Bộ môn Hàn Công nghệ Kim loại - trường ĐHBK Hà nội (đặc biệt thầy Nguyễn Đức Thắng) - Các học viên cao học ngành CNCK 200 - 2010 trường ĐHBK Hà Nội Cùng nhiều đồng nghiệp khác giúp đỡ động viên tơi để hồn thành tài liệu Do lần biên soạn tài liệu lĩnh vực này, nên thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi Tác giả mong bạn đồng nghiệp góp ý bổ sung để sách hồn thiện theo địa chỉ: phamtheminh280@cic.edu.vn Quảng Ninh, ngày 20.08.2010 Tác giả KS Phạm Thế Minh Chương CHẤT LƯỢNG HÀN VÀ KIỂM TRA CÔNG NGHỆ HÀN 1.1 Các tiêu chất lượng 1.1.1 Tiêu chí tự nhiên Theo nghĩa chất lượng hiểu tiêu chuẩn cao khẳng định theo chức sản phẩm xuất xưởng sử dụng Khi dùng nghĩa khơng thể đo chất lượng phải có kinh nghiệm sử dụng sản phẩm 1.1.2 Tiêu chí liên quan đến sản phẩm Theo chất lượng xác định lượ ng Chất lượng sản phẩm chuyển sang tình trạng tồn giá trị đo Cách dùng để xếp thứ tự cấp chất lượng sản phẩm loại 1.1.3 Tiêu chí liên quan đến người sử dụng: Quan điểm hình thành theo n hận thức người tiêu dùng Nó phụ thuộc vào mong muốn kỳ vọng cá nhân Nghĩa sản phẩm xuất xưởng sử dụng người đánh giá cao người khác đánh giá thấp 1.1.4 Tiêu chí liên quan đến q trình: Ở chất lượng gắn với trình đủ điều kiện Tuân thủ đầu vào cho đầu đạt u cầu “Đúng” có nghĩa hồn thành đầy đủ yêu cầu tiêu chuẩn thông số kỹ thuật 1.1.5 Tiêu chí quan hệ giá - lợi nhuận: Cách mô tả chất lượng đưa vào phải tính đến ảnh hưởng giá Có thể so sánh chất lượng sản phẩm giá cố định Do khơng nên quan niệm sản phẩm có chất lượng cao tốt Người ta đánh giá chất lượng theo yêu cầu thực tế sử dụng Điều kiện sử dụng chứa đựng hai yếu tố độ tin cậy khả làm việc liên tục Độ tin cậy: khả thiết bị cơng trình làm việc khoảng thời gian dài định, chịu tải trọng liên tục gián đoạn mà không bị phá hủy Khả làm việc liên tục : tính chất sản phẩm giữ khả làm việc thời hạn định mà dừng lại bắt buộc Trong kết cấu hàn, tiêu chất lượng xét phạm vi bao gồm: + Cơ tính, độ bền + Thành phần hóa học, lý tính + Độ tin cậy, khả làm việc có khuyết tật + Mỹ thuật + Tính kinh tế 1.2 Chất lượng sản xuất hàn 1.2.1 Kiểm tra chất lượng sản phẩm Kiểm tra chất lượng sản phẩm KCS (QC) kiểm tra ngun cơng q trình sản xuất để chế tạo sản phẩm có chất lượng Đó trách nhiệm bên Chế tạo Nói theo ГОСТ 15467-70 q trình kiểm tra tương ứng tiêu chất lượng sản phẩm theo yêu cầu quy định Khái niệm việc kiểm tra chất lượng toàn diện định nghĩa hệ thống để xác định đặc tính kỹ thuật, kiểm tra thống hoạt động sản xuất công ty chế tạo sản phẩm làm cho khách hàng thỏa mãn 1.2.2 Đảm bảo chất lượng Đảm bảo chất lượng sản phẩm (QA) thực công việc lập kế hoạch từ trước; kiểm soát, giám sát hệ thống tác động với mục đích rõ ràng lên điều kiện yếu tố ảnh hưởng, nhằm đảm bảo sản phẩm đạt tới mức chất lượng tối ưu, hoạt động tốt với độ tin cậy vừa đủ Đây quyền lợi bên đặt hàng bên mong muốn giảm thiểu tác động bất thường trình sản xuất Chất lượng nhận sau hàn chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố thể qua giai đoạn sau (h.1.1): Hình 1.1- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hàn 1.2.3 Các nhiệm vụ khả quản lý chất lượng hàn Theo ГОСТ 15895-70 thuật ngữ kiểm tra thường xuyên xác định hiệu chỉnh thơng số q trình cơng nghệ chế tạo sản phẩm để đảm bảo chất lượng yêu cầu cảnh báo phế phẩm Trong trình chế tạo sản phẩm liên kết hà n thường xếp vào nhóm chế tạo phơi giống đúc gia công áp lực Để nhận liên kết hàn chất lượng cao thường phải xét tới hai quan điểm: - Yêu cầu không khuyết tật - Quy định dung sai khuyết tật cho phép Các quan điểm không loạ i trừ mà chúng bổ sung cho Để không khuyết tật kết cấu cần phải thực theo chương trình đảm bảo mức độ tối ưu chất lượng Mức độ cần phải dựa sở kết cấu, công nghệ kinh tế, mà khái niệm “khả làm v iệc” chấp nhận sử dụng rộng rãi Có thể cho tiêu chuẩn chặt chẽ kiểm tra 100% hình thức bảo đảm chất lượng chủ yếu Cần phải thấy nâng cao yêu cầu chất lượng thường dẫn đến việc tăng giá thành sản phẩm Ngoài điều chủ yếu, tăng yêu cầu chất lượng cuối dẫn đến việc chất lượng độ tin cậy 1.3 Khuyết tật hàn 1.3.1 Các dạng khuyết tật Khuyết tật: bất liên tục không chấp nhận Bất liên tục không thiết khuyết tật Tùy theo tiêu chuẩn bất liên tục ảnh hưởng đến trình sử dụng sản phẩm yêu cầu kỹ thuật gọi khuyết tật Trong sản xuất hàn, thường chia khuyết tật thành khuyết tật bên bề mặt bên a, Các khuyết tật bên * Cháy lẹm (cháy cạnh) - Cháy lẹm chỗ kim loại bị lõm xuống thành rãnh không nằm dọc theo mép đường hàn kim loại đắp không đưa vào đủ (h.1.2) - Nguyên nhân + Hàn hồ quang tay với cường độ điện áp cao , chiều dài hồ quang lớn làm nhiệt lớn Hình 1.2- Cháy lẹm + Hàn tự động lớp thuốc với điện áp thấp vị trí điện cực khơng + Hàn mối hàn góc tư PB có cạnh mối hàn lớn mm + Dao động ngang không dừng lại hai mép * Cháy thủng: - Cháy thủng tượng phần tử kết cấu bị nóng chảy xuyên thủng đoạn đáy đường hàn nhiệt cục diện tích nhỏ hàn thấu mức Các lỗ thủng thường có dạng tròn, oval Khuyết tật thường kèm với lồi đáy hàn (h 1.3) Hình 1.3- Cháy thủng - Ngun nhân tạo nên cháy thủng: + Năng lượng đường cao, đặc biệt chế độ có cường độ dòng hàn lớn + Tốc độ hàn chậm không + Khe hở giáp mối mép hàn lớn, chiều cao mặt đáy bé + Khi hàn lớp thuốc bảo vệ đệm lót khơng sát thuốc hàn Trong thực tế cháy thủng thường gặp hàn kết cấu thành mỏng, hàn giáp mối sâu hàn leo góc * Mối hàn bị biến dạng - Sự biến dạng khuyết tật làm sai lệch hình dáng mặt ngồi liên kết hàn, làm khơng thoả mãn với cá c yêu cầu kỹ thuật thiết kế C ác dạng biến dạng thường gặp: + Chiều cao p hần nhô chiều rộng mối hàn không đồng + Đường hàn vặn vẹo không phẳng + Bề mặt mối hàn nhấp nhô - Nguyên nhân + Gá lắp chuẩn bị mép hàn chưa hợp lý + Trình tự hàn khơng + Vật liệu hàn không đảm bảo chất lượng + Tốc độ hàn dòng điện khơng hợp lý Hình 1.4- Biến dạng góc b, Khuyết tật bên mối hàn * Nứt - Nứt phá hủy cục liên kết hàn trạng thái rắn dạng đường (h.1.5), xem nguy hiểm Chúng xuất kim loại mối hàn kim loại phát triển ứng suất riêng vì: - Nguyên nhân: + Co ngót biến đổi tổ chức hay thay đổi thể tích kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc + Nhiệt độ phân bố khơng nung nóng làm nguội vật hàn + Hàn chi tiết từ thép hợp kim kết cấu có biên dạng phức tạp + Tốc độ nguội nhanh hàn lọai thép tơi ngồi khơng khí + Tiến hành hàn nhiệt độ thấp, giảm tính dẻo kim loại + Kim loại kim loại bổ sung chứa nhiều phơtpho, lưu huỳnh Hình 1.5- Các vết nứt a)- dọc theo mối hàn; b) - ngang từ vùng mối hàn sang kim loại bản; c)- vùng ảnh hưởng nhiệt; d) - chân chim hõm cuối đường hàn * Ngậm xỉ (lẫn xỉ): Thường xuất làm vảy gỉ không tốt mép hàn, chủ yếu hàn nhiều lớp Xỉ tạp chất phi kim loại không kịp lên bề mặt mối hàn đơng đặc (h.1.6) Khi hàn que hàn có lớp thuốc bọc đủ dày sinh nhiều xỉ, kim loại nóng chảy trạng thái lỏng lâu xỉ phi kim loại nhẹ có đủ thời gian Hình 1.6- Lẫn xỉ mép lớp hàn lên Theo hình dáng có xỉ hình cầu, hình kim, phẳng, trải theo dạng màng, hình khối tiếp giáp với kim loại nóng chảy Xỉ thường phân bố tuyến tính, biệt lập theo cụm Với điều kiện định lẫn xỉ gây nứt Điều giải thích q trình nung nóng làm nguội, hệ số giãn nở nhiệt xỉ kim loại khác nhiều gây nên ứng suất nhiệt lớn dễ phát sinh nứt kim loại mối hàn - Nguyên nhân gây lẫn (ngậm) xỉ màng oxide: + Bề mặt mối hàn bẩn có gỉ, dầu mỡ, sơn +Làm xỉ sau lượt hàn không tốt + Vũng hàn nguội nhanh + Xỉ khó nóng chảy + Thuốc bọc que hàn không tốt làm thuốc bị rời + Tay nghề thợ hàn không cao * Mối hàn không ngấu Không ngấu bất liên tục đáng kể (mở ra) khơng có liên kết cấu trúc giao diện kim loại kim loại mối hàn lượt hàn (h.1.7) Không ngấu xuất trường hợp, kim loại nóng chảy gặp kim loại khơng nóng chảy Tại giao diện kim loại nóng chảy kim loại hình thành lớp màng oxide ngăn, giảm độ bền liên kết chúng Nét đặc trưng không ngấu chỗ kết thúc mối hàn nhánh sợi nhỏ nứt Hình 1.7- Khơng ngấu hàn giáp mối hàn góc: a) Tại giao diện; b) Giữa mối hàn; c) Chân mối hàn; d) Trong mối hàn góc Trong mối hàn hợp kim nhôm, không ngấu hay kèm theo màng oxide rỗ Khi hàn thép tay tự động lớp thuốc, không ngấu điền đầy xỉ So sánh nhánh sợi với nứt phân bố hình dáng tiết diện mối hàn khơng phát khác đáng kể Nguyên nhân tạo không ngấu: - Nhiệt lượng hồ quang khơng đủ (cường độ dòng nhỏ, hồ quang q dài ngắn) - Điện cực làm từ vật liệu dễ chảy so với kim loại - Tốc độ hàn nhanh khiến mép hàn không kịp nóng chảy - Điện cực lệch nhiều mép, kim loại chảy phía khơng đủ nhiệt - Khe hở góc vát nhỏ khiến cho kim loại khó nóng chảy - Làm gỉ, sơn, dầu mỡ chất bẩn khác không tốt - Phân tán thổi lệch hồ quang ảnh hưởng từ trường, hàn dòng điện chiều, cột hồ quang hướng vào chỗ kim loại lỏng lại chảy chỗ khác - Thuốc hàn bị kẹt vào khe hở mép có vát khơng vát - Xỉ khơng bong hết hàn nhiều lớp, lớp sau chồng lên lớp trước - Vật liệu không ph ù hợp với vật liệu hàn (dây hàn, que hàn, thuốc ) - Thiết bị hàn không thỏa mãn: cường độ điện áp hồ quang dao động hàn - Bậc thợ hàn thấp - Không ngấu khuyết tật nguy hiểm nhất, làm giảm khả chịu tải liên kết đặc biệt chịu tải trọng rung động hay va đập * Mối hàn không thấu Không thấu bất liên tục kim loại không điền đầy vào khoang, ngách tiết diện chân mối hàn (không thấu liên kết), chiều sâu chảy không đủ (khơng thấu đáy) Tại chỗ có khoảng trống ( h.1.8) - Nguyên nhân: + Mặt đáy lớn , khe hở đáy nhỏ không đủ để dũi mặt sau tới phần mối hàn + Cường độ dòng điện nhỏ, điện cực lớn làm mật độ dòng thấp + Tốc độ hàn nhanh, hàn đứng từ xuống, vát mép khơng thích hợp + Độ tự cảm q cao hàn MAG ngắn mạch, kim loại chảy tràn trước hồ quang - Không thấu làm yếu tiết diện làm việc, gây tập trung ứng suất mối hàn Khơng thấu phòng trán h biện pháp: + Tăng nguồn nhiệt Hình 1.8- Khơng thấu + Giảm tốc độ hàn + Thay đổi liên kết + Chắc chắn gá lắp xác Mặc dù hàn hồ quang nóng chảy bao gồm trình hàn sử dụng rộng rãi nhất, trình hàn khác phải đảm bảo chất lượ ng Vì cần phải tìm hiểu loại khuyết tật trình hàn khác 1.3.2 Ảnh hưởng khuyết tật đến tính liên kết hàn a, Ảnh hưởng chun g Bảng 1-1 Các yếu tố gây nên khuyết tật hàn Dẻo hay giòn Có khuynh hướng tạo thành nứt Khả khử ứng suất Làm chậm vết nứt Hàn góc hay giáp mối Yếu tố tỉ lệ Tính chất vật liệu Cấu tạo liên kết Sơ đồ chịu tải Mối hàn chịu tải hay không Trạng thái ứng suất đường, mặt, khối Ứng suất dư Mức độ tập trung ứng suất Kết cấu (rãnh xẻ, chiều dày khác ) Công nghệ (cong vênh, lệch mép, vảy ) Dạng tải trọng Ăn mòn mơi trường Tác động nhiệt Tĩnh, động, rung, chu kỳ nhỏ Trung tính, ăn mòn yếu, mạnh Nhiệt độ cao thấp, tác động chu kỳ Xác suất nguy hỏng Đặc trưng tải Nguy tai nạn Các khuyết tật kết cấu hàn tự khơng xác định việc khả làm việc kết cấu Mức độ nguy hiểm khuyết tật với ảnh hưởng đặc tính (kiểu, dạng, kích t hước ) phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố kết cấu sử dụng (bảng 1-1) b, Ảnh hưởng nứt Tất liên kết hàn kim loại hợp kim nhạy cảm với nứt Thực tế làm việc cho thấy nứt (dù nhỏ) khuyết tật nguy hiểm liên kết hàn Nứt làm giảm mạnh độ bền mỏi khả chịu tải trọng động Do xuất nứt bắt buộc phải sửa (mài phá, hàn đắp) Các mối hàn sửa nứt chi tiết, sản phẩm phải theo công nghệ đặc biệt đảm bảo độ tin cậy c, Ảnh hưởng không ngấu * Độ bền tĩnh: Các thử nghiệm so sánh liên kết hàn cho phép rút kết luận sau: - Liên kết hàn thép cacbon thấp thép không gỉ austenite không bị ảnh hưởng nhiều không ngấu Quan hệ chiều sâu không ngấu với độ giảm khả tải theo bậc - Các loại thép bền nóng 30CrMnSiNiA, hợp kim nhơm biến dạng Д16T (AA2024-T4) AMг-6 có độ bền mối hàn nhỏ độ bền kim loại Khi tăng chiều sâu khơng ngấu khả tải giảm khơng tuyến tính - Khơng ngấu mối hàn khơng làm yếu tiết diện chịu lực mà nơi tập trung ứng suất - Trong miền không ngấu tính dẻo giảm mạnh Khơng ngấu kìm hãm phát triển biến dạng dẻo kim loại làm tăng khuynh hướng phá hủy giòn liên kết * Độ bền chịu tải trọng thay đổi Tiêu chí để đánh giá sức bền liên kết hàn chịu tải trọng thay đổi giới hạn mỏi kim loại Khi chịu tải trọng thay đổi liên kết hàn có độ nhạy khơng ngấu khác phụ thuộc vào tính chất kim loại bản, kim loại bổ sung công nghệ hàn - Không ngấu làm giảm giới hạn mỏi rãnh khía - Không ngấu nhỏ gần bề mặt kim loại làm giảm mạnh giới hạn mỏi - Việc tăng kích thước khơng ngấu làm giảm giới hạn mỏi tỉ lệ với giảm diện tích tiết diện mối hàn - Khi chịu tải trọng uốn rung động chỗ không ngấu gần bề mặt chịu kéo nén giảm mạnh giới hạn mỏi liên kết hàn * Độ bền tải trọng tĩnh lặp lại Độ bền tải trọng thay đổi phụ thuộc vào tần số đặt tải; tần số thấp (vài lần chất tải phút) có độ bền lớn tần số cao (khoảng 1000 lần chất tải phút) Điều giải thích biến dạng dẻo sau giai đoạn chịu tải với tần số cao không kịp đạt giá trị biến dạng Chương KIỂM TRA BẰNG CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ 6.1 Nguyên lý kiểm tra chụp ảnh phóngxạ 6.1.1 Khái niệm Phương pháp kiểm tra xạ dùng để xác định khuyết tật bên nhiều loại vật liệu mối hàn có cấu trúc khác Mỗi hệ thống kiểm tra gồm ba phần (h.VII.1): nguồn phát ion hóa 1; vật kiểm (liên kết hàn); phát ghi nhận thơng tin Hình 6.1- Các phần kiểm tra khuyết tật Sóng siêu âm truyền qua môi trường kèm theo suy giảm lượng tính chất mơi trường 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 sóng âm phản xạ phát phân tích để xác định có mặt khuyết tật vị trí Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý vật liệu phía đối diện với bề mặt phân cách phạm vi nhỏ vào tính chất vật lý đặc trưng vật liệu Khi sóng siêu âm tới vng góc với mặt phân cách hai mơi trường có âm trở khác bị tách thành sóng phản xạ sóng truyền qua Khi sóng siêu âm tới góc phản xạ truyền qua phức tạp trường hợp góc tới vng góc Khi góc tới xiên góc xảy phản xạ truyền qua Sóng truyền qua bị chuyển đổi loại sóng phương truyền (bị khúc xạ) (H.6.2) biểu diễn sóng phản xạ truyền qua sóng siêu âm dọc tới xiên góc với mặt phân cách hai mơi trư ờng Nếu môi trường thứ hai L rắn khơng sóng ngang L : Góc tới sóng dọc T : Góc khúc xạ sóng ngang L : Góc khúc xạ sóng dọc T : Góc phản xạ sóng ngang 6.1.2 Phân loại: Trong kiểm tra liên kết hàn người ta thường sử dụng phương pháp dò tìm thơng tin: chụp ảnh; soi Hình 6.2- Sự khúc xạ c huyển đổi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy); ghi loại sóng sóng dọc tới đo phóng xạ Đối với nguồn xạ 71 dùng dạng khác xạ ion hóa: tia rưntgen (X); tia gamma (γ); chùm neutron (n) a Phương pháp chụp ảnh chùm tia Bức xạ ion hóa tác động vào lớp nhũ tương film tạo thay đổi mật độ quang học (độ đen) Độ đen film phụ thuộc vào số lượng đặc tính chùm xạ đến tương tác với film Phương pháp thể hình ảnh tĩnh hệ phát film cấu trúc bên vật kiểm Trong thực tế phương pháp sử dụng nhiều thao tác đơn giản kết lưu lâu Trong loại xạ röntgen, gamma, neutron, loại có phạm vi sử dụng, bổ sung làm giàu khác Tia X có ưu điểm kiểm tra phân xưởng, ngồi cơng trường dùng yêu cầu độ nhạy cao Tia gamma có lợi kiểm tra chất lượng liên kết hàn chỗ khó tiếp cận, điều kiện cơng trường lắp ráp Chụp ảnh betatron dùng kiểm tra liên kết có chiều dày lớn phân xưởng Còn chụp ảnh neutron - phương pháp đảm bảo để kiểm tra chất lượng liên kết hàn kim loại nặng hấp thụ neutron nhiệt, bình chứa chất lỏng, hố chất phóng xạ Các phương pháp kiểm tra liên kết hàn thép dày từ 1-500 mm, với độ nhạy 1-2% b Phương pháp soi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy) Phương pháp thể hình ảnh động hình cấu trúc bên vật kiểm chiếu chùm tia ion hố mà khơng dùng film Độ nhạy phát khuyết tật phương pháp vào khoảng 3% – 5% Ưu điểm nhận kết theo hình ảnh ba chiều liên kết hàn quan sát góc độ khác với kích thước phóng to, mặt khác kiểm tra nhanh liên tục (on line) Chúng dùng để kiểm tra sơ nhằm phát nhanh khuyết tật lớn với liều chiếu nhỏ Phạm vi áp dụng chủ yếu y tế hải quan, sản xuất hàn phát triển Phương pháp thường dùng thiết bị röntgen làm nguồn xạ, dụng nguồn gamma neutron Bộ ghi nhận xạ (detector) gồm hình sử huỳnh quang, tinh thể nhấp nháy, biến đổi quang điện, vidicon rưntgen Chúng đảm bảo chuyển đổi hình xạ khơng nhìn thấy thành hình ảnh khuất sáng tín hiệu điện tử truyền khoảng cách cần thiết truyền hình cáp quang Khi cần lưu giữ sau kiểm tra chụp lại ảnh (fluorography) c Phương pháp ghi đo phóng xạ Phương pháp nhận thông tin vật kiểm chiếu xạ ion hoá dạng tín hiệu điện (độ lớn, chiều dài, số lượng khác nhau) Đây phương pháp có khả tự động hố q trình kiểm tra tốt Việc thực phản hồi (liên hệ ngược) từ kiểm tra đến trình cơng nghệ hàn chế tạo làm cho chất lượng hàn đảm bảo cách tốt Độ nhạy phương pháp không thua so với chụp ảnh Trong thực tế người ta sử 72 dụng chất đồng vị phóng xạ máy gia tốc làm nguồn, dò tinh thể nhấp nháy, ống đếm nạp khí, detector bán dẫn, liều kế nhiệt phát quang Các detector nhấp nháy sử dụng chủ yếu để ghi nhận xạ, hoạt động dựa nguyên lý: xạ đến tương tác với tinh thể nhấp nháy bị lượng phát ánh sáng nhấp nháy Ánh sáng truyền đến photocathode ống nhân quang điện để giải phóng electron khỏi cathode Số lượng electron khuếch đại đập vào anode chuyển t hành tín hiệu điện để xử lý Nhược điểm chùm xạ lớn khơng ghi hết 6.2 Bản chất, đặc tính tia X tia 6.2.1 Bức xạ röntgen (tia X) Bức xạ tia X dạng xạ điện từ giống ánh sáng Giữa tia X ánh sáng thường khác bước sóng Trong kiểm tra vật liệu chụp 0 ảnh xạ thường sử dụng xạ tia X có bước sóng từ 10 -2 A đến 10 A (1 A = 10-10 m) Tần số dao động riêng ν, bước sóng xác định tính chất đặc trưng xạ lan truyền không gian λ với tốc độ ánh sáng c liên hệ với theo: λ = c/ν (6.1) Khi giảm bước sóng λ lượng xạ E tăng lên Do tính chất hạt trội tính chất sóng nên khả đâm xuyên mạnh Nguồn phát xạ tia X ống rưntgen (h.6.3) Đó ống thủy tinh chân không (1 nm Hg) với hai điện cực đối âm cực Hình 6.3- Một ống phát xạ tia X điển hình Nguồn phát electron cuộn dây gọi cathode K Khi có dòng điện từ đến (A) điện áp – 12 (V), cuộn dây đốt nóng đến dải nhiệt độ phát electron Quá trình tăng tốc electron: Các electron sau tạo từ cathode K phóng anode A mang điện tích dương Để tạo xạ cần thiết cho chụp ảnh điện áp A K phải nằm khoảng từ 30 kV30 MV Bia: Bức xạ tia X phát electron phóng có lượng cao va đập vào bia đối âm cực Vật liệu dùng để làm bia c ần phải có tính chất cần thiết như: nguyên tử số Z cao, nhiệt độ nóng chảy cao, độ dẫn nhiệt lớn Wolfram kim loại có tất tính chất Bia gắn với cốc anode đồng 73 Kết va đập phát xạ đặc trưng xạ hãm có phổ liên tục vạch đặc trưng (h.6.4) Bức xạ đặc trưng với phổ vạch xuất trường hợp electron e* tăng tốc tác động tương hỗ với anode có lượng cao, ví dụ đủ để đảm bảo dịch chuyển electron thuộ c lớp K nguyên tử lên Hình 6.4- Phổ xạ tia X mức lượng cao Như xảy dịch chuyển ngược tức thời electron từ vào trong, ví dụ từ lớp L vào lớp K Điều kéo theo xạ đặc trưng có tần số ν, ứng với ΔE – chênh lệch lượng mức ngồi (ví dụ lớp K L) (h VII.4): ΔE= EK –EL =h ν (6.2) Trong h – số Plank ( h = 6,625.10-34 J/s) Bức xạ đặc trưng sử dụng phân tích phổ cấu trúc roentgen trạng thái vật chất Vì ngun tố có lượng liên kế t electron vỏ nguyên tử hoàn toàn xác định, chất ứng với phổ vạch hồn tồn xác định Bức xạ hãm với phổ liên tục xuất electron với lượng khác thoát khỏi cathode dập “từ từ ” vào bia Động E electron bề mặt bia bằng: E =eU (6.3) Trong e- điện tích ( e = 1,6.10-19 C) U – điện áp anode ống ( V) Do tốc độ electron phân bố Hình 6.5- Cấu tạo nguyên tử theo định luật Maxwell nên electron bị hãm dần theo chiều dày bia Vì phổ roentgen xạ phát ống, lượng tử có đủ mức lượng khác Khi bước sóng nhỏ tồn động electron E chuyển thành lượng xạ roentgen lớn Emax, tức là: Emax= hνo= hc/λo h.c 1,24.106 Cân E Emax nhận λo= (6.4) eU U 6.2.2 Bức xạ gamma ( γ) 74 Bức xạ gamma loại xạ sóng điệ n từ giống xạ tia X chúng thường có bước sóng ngắn (10 -3 – 4.10-2 A ) có khả xuyên sâu xạ tia X Bức xạ phát từ biến đổi bên hạt nhân đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo ph ân rã, khác với xạ tia X phát bên hạt nhân Đồng thời với lượng tử (photon) γ, hạt α (hạt nhân helium 2 He ) hạt β (electron 1 β ) Quãng chạy (khả đâm xuyên) hạt α vật chất ngắn Khả đâm xuyên hạt β lớn hơn, chúng bị hấp thụ hồn tồn truyền qua nhơm dày khoảng mm Tùy thuộc vào lượng, lượng tử γ có khả đâm xuyên lớn nhiều so với hạt α, β Đó ngun nhân để tia γ dùng kiểm tra chất lượng liên kết hàn Khác với phổ xạ tia X liên tục th ì phổ xạ gamma gián đoạn (phổ vạch), ngưỡng giá trị bước sóng thực tế phụ thuộc vào phát xạ hạt nhân nghĩa nguồn phóng xạ Các đồng vị phóng xạ phát xạ có nhiều bước sóng (h.6.6) Hình 6.6- Phổ vạch nguồn phóng xạ gamma Các nguồn đồng vị phóng xạ nhận cách kích hoạt “phơi” chùm neutron lò phản ứng hạt nhân (như Co -60 Ir-192), việc chiết tách sản phẩm phân hạch lò phản ứng (như Cs -137 Sr-90) Sơ đồ phân rã đồng vị phóng xạ Co -60 th eo: 27 Co 60 1 β + γ + 28 Ni 60 6.2.3 Tính chất chung Bức xạ tia X tia gamma xạ sóng điện từ, nên có tính chất giống : - Khơng thể nhìn thấy cảm nhận chúng giác quan người - Làm chất (kẽm sulfide, canxi tungstate, kim cương, barium platinocyanide ) phát huỳnh quang - Chúng truyền với tốc độ ánh sáng nghĩa v= c =3.108 m/s - Gây nguy hại cho tế bào sống - Gây ion hoá, chúng tách electron khỏi nguyên tử khí để tạo ion dương âm - Truyền theo đường thẳng, xạ sóng điện từ nên tia X tia gamma bị phản xạ, khúc xạ nhiễu xạ 75 - Tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách - Có thể đâm xuyên qua vật liệu mà ánh sáng xuyên qua Độ xuyên sâu phụ thuộc vào lượng xạ, mật độ, chiều dày vật liệu - Chúng tác động lên lớp nhũ tương film 6.3 Tương tác tia X tia 6.3.1 Biến đổi chùm tia Khi chùm xạ qua vật chất số tia truyền qua, số tia bị hấp thụ số tia bị tán xạ theo nhiều hướng khác Các loại xạ hạt nhân α, β tương tác mạnh với electron quỹ đạo ngun tử Do bị ion hóa bị kích thích nên xạ bị lượng liên tục bị hãm lại hồn tồn Neutron khơng tích điện nên khó tương tác với electron trường coulomb hạt nhân 6.3.2 Tương tác xạ tia X γ với vật chất Khi xạ tia X γ qua vật chất, cường độ xạ bị suy giảm phụ đặc tính chùm xạ, vật liệu, mật độ chiều dày mẫu vật mà ộc v thu chùm tia xạ qua Quá trình tương tác xảy phức tạp, kết tự nhiên sóng điện từ Tuy nhiên với lượng tử có lượng 0,01 – 10 MeV tương tác chủ yếu xảy theo ba trình (h.6.7): hiệu ứng hấp thụ quang điện, tán xạ compton trình tạo cặp Đặc trưng cho khả tương tác lượng tử (photon) roentgen γ với vật chất gọi hệ số suy giảm tuyến tính μ Hệ số μ đặc trưng tỉ số số lượng tử chịu tương tác đơn vị thời gian vói mật độ dòng lượng tử tới Nó i khác xác định suy giảm cường độ xạ ion hóa chùm tia qua vật chất có chiều dày định Khi tương tác quang điện với nguyên tử chất hấp thụ A (h.6.7.a) lượng tử (photon) có lượng tương đối thấp (nhỏ MeV) truyền toàn lượng cho electron ep lớp – thường lớp K Hình 6.7- Ba trình tương tác Quá trình tán xạ compton thực cách lượng tử (photon) γp va chạm với electron ek lớp vỏ Khi tương tác phần lượng γp truyền cho nguyên tử hấp thụ lượng tử bị tán xạ (h.6 7.b) 76 Quá trình tạo cặp lượng tử (photon) γ tương tác với nguyên tử tạo nên cặp electron e- positron e+ điện trường Đối với chất chia ba vùng lượng mà vù ng có q trình trội (Bảng -1) Bảng -1: Các vùng lượng trội trình tương tác xạ γ roentgen với vật chất Vật liệu Mức lượng E Hiệu ứng quang điện /J/ Khơng khí Nhơm Thép Chì Tán xạ compton /keV/ 4700 6.3.3 Hệ số suy giảm tuyến tính μ (cm -1) Hệ số suy giảm tuyến tính μ tổng hệ số tương tác tuyến tính hiệu ứng quang điện τ, tán xạ compton σ trình tạo cặp χ μ=τ+σ+χ Như μ đặc trưng cho suy giảm tương đối cường độ xạ qua chiều dày hấp thụ cm Độ lớn nghịch đảo 1/ gọi quãng đường tự lượng tử vật chất Trong vùng xạ roentgen gamma lượng thấp, giá trị μ xác định sở hiệu ứng quang điện lượng tăng Tại vùng lượng xạ γ nhỏ MeV, trình tương tác tán xạ compton, hệ số μ phụ thuộc vào lượng Trong phạm vi lượng xạ hãm máy gia tốc xạ γ lớn MeV, Hình 6.8- Tiết diện tương tác phụ thuộc hệ số μ tăng theo vào lượng lượng tử gamma lượng (h.6.8) Trong 77 chất có nguyên tử số Z lớn tác động quang điện tạo cặp đến μ lớn Trong vùng lượng tồn tán xạ compton μ phụ thuộc vào Z 6.4 Nguồn xạ dùng chụp ảnh phóng xạ 6.4.1 Nguyên lý chung thiết bị phát xạ tia X Để tạo xạ tia X cần phải có nguồn phát electron (dây tóc đốt nóng); định hướng tăng tốc electron (tạo điện áp cao); bia wolfram để electron va đập vào Chúng đặt ống phát thủy tinh gồm hai điện cực: cathode anode (h.6.8) Ngoài có thiết bị điện khác bao gồm : - Một biến áp để cung cấp điện áp cao cần thiết - Bộ phận để điều chỉnh cao áp đặt cathode anode - Bộ phận để điều chỉnh cường độ dòng điện chạy qua dây đốt nóng - Hệ thống ngắt tự động để bảo vệ cho thiết bị khỏi hư hỏng nhiệt, điện áp, cường độ dòng điện cao v.v… Các thiết bị phát xạ gồm hai loại máy phát liên tục (tính theo giờ) máy phát xung (tính theo số xung) * Máy phát liên tục: dạng liền khối dạng rời Chúng dùng để phát theo chùm định hướng toàn phương (h.6.9 a, b, c) Các máy phát dạng liền khối lắp chung khối làm nguội dầu khí Máy phát xách tay dùng g trường điều kiện lắp ráp, máy cao áp liền khối cố định dùng xưởng Hình 6.9 Các mạch máy phát điển hình 1)- biến áp; 2)- ống roentgen; 3)- kenetron; 4)- tụ điện * Máy phát tia X dạng xung (Flash X-ray): Anode hình nhỏ cathode inox hình xuyến có lỗ tâm Các máy dùng mạch xung có độ tự cảm thấp với phóng điện biến áp đỉnh xung (h.6.9) Dưới tác động xung cao áp tạo nên khoá điện tử phóng điện 6, xạ roentgen ngắn mạnh phóng khỏi ống phát qua cửa sổ Tụ điện phóng điện qua cuộn sơ cấp máy biến áp đỉnh xung tạo nên điện áp 100 – 200 kV cuộn thứ cấp qua ống phát 78 Hình 6.10- Máy phát roentgen dạng xung: 5)- khóa điện tử; 6) - phóng điện; 7)- biến áp đỉnh xung Các máy phát xung sử dụng để kiểm tra nhanh mối hàn đường ống, lắp ráp Tần số phóng xung từ 0,2 Hz – 15 Hz, thời gian phóng từ – μs cường độ dòng điện đạt 100 – 200 A Xung xạ phát lên đến R cách m 6.4.2 Thiết bị phát xạ tia X đại Các loại máy phát xạ tia X có nhiều cải tiến nhờ ứng dụng công nghệ mới, chúng có đặc điểm: - Bức xạ phát mạnh với kích thước tiêu điểm nhỏ - Phát xạ có lượng thấp cao điều chỉnh lượng - Thiết bị gọn nhẹ - Có khả định hướng bao quát phạm vi rộng - Thiết bị vận hành dễ dàng an toàn Thiết bị phát xạ tia X nhiều hãng khác sản xuất phân loại sau: * Máy phát xạ tia X định hướng * Máy phát xạ tia X toàn phương : * Máy phát xạ tia X có tiêu điểm phát xạ cực nhỏ 6.4.3 Các nguồn phát xạ gamma a Đồng vị phóng xạ Các nguồn đồng vị phóng xạ phát xạ gamma có khả đâm xuyên lớn Chúng có lợi chụp ảnh xạ kiểm tra vật chiều dày lớn mật độ cao vượt khỏi dải mà máy phát tia X thường thực Các nguồn phát xạ gamma sử dụng để kiểm tra loại hợp kim nhẹ thường bị giới hạn độ nhạy Trước người ta sử dụng radium loại nguồn phóng xạ tự nhiên để chụp ảnh Hình 6.11- Phổ xạ Tm-170 79 xạ gamma Ngày thay hồn tồn đồng vị phóng xạ nhân tạo rẻ nhiều Một số đồng vị phóng xạ tạo cách dùng neutron lò phản ứng hạt nhân kích hoạt vào Hầu hết nguồn phóng xạ gamma tạo theo phản ứng ( n,) Phản ứng (n,) chủ yếu phản ứng neutron nhiệt Hạt nhân nguyên tố bị kích hoạt bắt neutron chất tạo m ột đồng vị phóng xạ nguyên tố ban đầu Ví dụ : 27 Co59 0n1 27 Co60 Phổ xạ nguồn Tm-170 (h.6.10) với đỉnh 0,053 0,084 MeV Đặc trưng nguồn đồng vị khác cho bảng -2 Bảng -2 Đặc trưng nguồ n đồng vị phóng xạ nhân tạo Đồng vị phóng xạ Chu kỳ bán rã Co-60 5,3 năm Ir-192 Cs-137 Tm-170 Yb-169 74 ngày 30 năm 129 ngày 30 ngày Dạng hóa học Kim loại Kim loại Cs - Ce Kim loại Tm2O3 YbO3 Mật độ (g/cm 3) Năng lượng xạ γ phát (MeV) 8,9 22,4 3,5 1,17 1,33 0,31 0,47 0,64 0,17 – 0.2 0,66 0,87 0,052 36 370 - 130 5500 1100 10000 25 6300 Phụ thuộc vào trình làm giàu đồng vị Yb - 168 Hoạt độ riêng thực tế (Ci/g) 300 450 25 1500 2,5 – 3,5 Ci kích thước mm2 RHM/Ci Chiều dày kiểm tra tối ưu thép ( mm) 1,33 0,55 0,37 0,0025 0,125 50 – 150 10 – 70 40 – 100 2,5 – 10 – 12 Hoạt độ nguồn chụp ảnh thực tế (Ci) Đường kính nguồn (mm) Khối lượng che chắn (kg) 100 50 75 50 2,5 – 3,5 3 100 20 50 - Tiết diện kích hoạt (barn) Hoạt độ riêng (Ci/g) 80 b Đầu bọc nguồn Các nguồn phát xạ liên tục theo phương nên khơng an tồn sử dụng Vì vậy, nguồn xạ cần đặt vỏ bọc kín ( h.6.12) biểu diễn nguồn điển hình Nguồn có dạng hình trụ đường kính từ 0,5 – 20 mm, chiều dài từ 0,5 – mm Đơi nguồn có dạng hình cầu đường kính từ – 20 mm Các nguồn cung cấp kèm theo thẻ (nhãn) kh ơng có Hình 6.12- Cấu tạo bên nguồn chụp ảnh điển hình 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đảm bảo chất lượng hàn; TS Nguyễn Đức Thắng – NXB KHKT 2009 Cơng nghệ hàn nóng chảy (Tập + tập 2) - TS Ngô Lê Thông NXB KHKT 2007 CÁC WEBSITE THAM KHẢO http://www.weldcomputer.com http://www.resweld.com http://www.resistancewelding.org http:// www.21welding.com.vn http://www.ndt-ed.org http:// www.weldtech.com 82 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU …………………………………………………………………………1 Chương CHẤT LƯỢNG HÀN VÀ KIỂM TRA CÔNG NGHỆ HÀN 1.1 Các tiêu chất lượng 1.1.1 Tiêu chí tự nhiên 1.1.2 Tiêu chí liên quan đến sản phẩm 1.1.3 Tiêu chí liên quan đến người sử dụng: 1.1.4 Tiêu chí liên quan đến trình: 1.1.5 Tiêu chí quan hệ giá - lợi nhuận: 1.2 Chất lượng sản xuất hàn 1.2.1 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 1.2.2 Đảm bảo chất lượng 1.2.3 Các nhiệm vụ khả quản lý chất lượng hàn 1.3 Khuyết tật hàn 1.3.1 Các dạng khuyết tật 1.3.2 Ảnh hưởng khuyết tật đến tính liên kết hàn 1.4 Kiểm tra công nghệ hàn 11 1.4.1 Các hoạt động đảm bảo chất lượng hàn 11 1.4.2 Thanh tra trước hàn, hàn sau hàn 16 1.5 Khả làm việc 20 1.5.1 Khái niệm khả làm việc 20 1.5.2 Tiêu chí hỏng hóc 20 Chương 21 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG HÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÁ HỦY 21 2.1 Kiểm tra tính mối h àn 21 2.1.1.Thử kéo 21 2.1.2.Thử uốn 24 2.1.3 Thử độ dai va chạm (độ dai va đập) 27 2.2 Kiểm tra cấu trúc kim loại liên kết hàn 30 2.2.1 Kiểm tra thô đại (cấu trúc vĩ mô) 30 2.2.2 Kiểm tra tế vi (cấu trúc vi mô) 31 Chương 33 KIỂM TRA ĐỘ KÍN 33 3.1 Kiểm tra độ kín khí NH 33 3.2 Kiểm tra độ kín áp lực khí 34 3.2.1 Kiểm tra khí nén với việc bơi chất tạo bọt 34 3.2.2 Kiểm tra dòng khí nén 35 83 3.3 Kiểm tra độ kín áp lực nước 35 3.4 Kiểm tra độ kín phương pháp chân khơng 37 Chương 38 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY 38 4.1 Kiểm tra dung dịch thị màu 39 4.1.1 Cơ sở vật lý phương pháp thấm mao dẫn 39 4.1.2 Kỹ thuật kiểm tra 42 4.2 Kiểm tra từ tính 43 4.2.1 Cơ sở vật lý, đặc trưng loại từ trường 43 4.2.2 Phương pháp kiểm tra từ tính 45 4.3 Phương pháp kiểm tra dòng điện xốy 49 4.3.1 Thực chất 49 4.3.3 Phân loại 50 4.3.4 Ứng dụng 51 Chương 52 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 52 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 52 5.1 Hệ thống kiểm tra siêu âm 52 5.1.1 Khái niệm chung 52 5.1.2 Ứng dụng 53 5.2 Phương pháp biểu diễn tín hiệu 53 5.2.1 Cách biểu diễn dạng quét A 53 5.2.2 Cách biểu diễn dạng quét B 53 5.2.3 Cách biểu diễn dạng quét C 53 5.3 Bản chất, đặc trưng, phân loại sóng siêu âm 54 5.3.1 Bản chất 54 5.3.2 Đặc trưng sóng siêu âm 55 5.3.3 Phân loại 56 5.4 Đặc tính chùm siêu âm 58 5.4.1 Hiệu ứng áp điện 58 5.4.2 Chùm tia siêu âm 59 5.4.3 Độ phân kỳ chùm tia 59 5.5 Sự suy giảm lượng chùm siêu âm 60 5.6 Các loại đầu dò siêu âm 61 5.6.1 Các loại đầu dò thẳng 61 5.6.2 Các loại đầu dò góc 63 5.6.3 Các loại đầu dò đặc biệt 64 5.7 Kỹ thuật kiểm tra chuẩn bị hệ thống kiểm tra 65 5.7.1 Kỹ thuật kiểm tra 65 84 5.7.2 Chuẩn bị hệ thống kiểm tra 67 Chương 71 KIỂM TRA BẰNG CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ 71 6.1 Nguyên lý kiểm tra chụp ảnh phóngxạ 71 6.1.1 Khái niệm 71 6.1.2 Phân loại 71 6.2 Bản chất, đặc tính tia X tia 73 6.2.1 Bức xạ röntgen (tia X) 73 6.2.2 Bức xạ gamma (γ) 74 6.2.3 Tính chất chung 75 6.3 Tương tác tia X tia 76 6.3.1 Biến đổi chùm tia 76 6.3.3 Hệ số suy giảm tuyến tính μ 77 6.4 Nguồn xạ dùng chụp ảnh phóng xạ 78 6.4.1 Nguyên lý chung thiết bị phát xạ tia X 78 6.4.2 Thiết bị phát xạ tia X đại 79 6.4.3 Các nguồn phát xạ gamma 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 82 CÁC WEBSITETHAM KHẢO……………………………………………… 82 85 ... hàn theo EN ISO 6947 g, Kiểm tra trang thiết bị - Thiết bị sản xu ất kiểm tra - Kiểm tra máy - Kiểm tra đồ gá - Kiểm tra dụng cụ đồng hồ đo - Kiểm tra nguồn lượng 1.4.2 Thanh tra trước hàn, hàn. .. Tính kinh tế 1.2 Chất lượng sản xuất hàn 1.2.1 Kiểm tra chất lượng sản phẩm Kiểm tra chất lượng sản phẩm KCS (QC) kiểm tra nguyên công trình sản xuất để chế tạo sản phẩm có chất lượng Đó trách... trình hàn phê chuẩn - Phê chuẩn nhân lực hàn - Xử lý nhiệt sau hàn - Thanh tra kiểm tra - Lựa chọn, đánh dấu ghi nhớ tìm hiểu xuất xứ vật liệu, thợ hàn mố i hàn - Các biện pháp kiểm tra chất lượng