Nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm tra phát hiện khuyết tật trong các sản phẩm đúc kim loại bằng kỹ thuật siêu âm nhúng, trên cơ sở sử dụng các thiết bị siêu âm quét a (a scan) thông thường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -O O LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM TRA PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT TRONG CÁC SẢN PHẨM ĐÚC KIM LOẠI BẰNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NHÚNG, TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ SIÊU ÂM QUÉT A (A-SCAN) THÔNG THƯỜNG CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ NGÀNH : 02.01.00 NGUYỄN NHẬT QUANG TP.HCM, tháng 01 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH o o Cán hướng dẫn khoa học: TS THÁI THỊ THU HÀ Cán chấm nhận xét : TS PHẠM NGỌC TUẤN Cán chấm nhận xét : PGS TS TRẦN DOÃN SƠN Luận văn thạc só bảo vệ : HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA , TP.HCM, ngày …… Tháng … Năm 2003 ii Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập -Tự –Hạnh phúc o-0-o o-0-o NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN NHẬT QUANG Phái : NAM Ngày ,tháng , năm sinh : 13/11/1965 Nơi sinh : Bắc Ninh Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY Mã số : 2.01.00 I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NHÚNG VÀO VIỆC KIỂM TRA VÀ BẢO TRÌ CHI TIẾT MÁY TRONG NGÀNH CƠ KHÍ II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : • Giới thiệu tổng quan nghiên cứu ứng dụng phương pháp siêu âm nhúng • Cơ sở lý thuyết phương pháp siêu âm nói chung • Cơ sở phương pháp siêu âm nhúng, tham số ảnh hưởng tới kết đo • Xây dựng mô hình thực nghiệm , đánh giá kết thu III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN VI-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT VII-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :20/7/2002 :10/02/2003 : TS THÁI THỊ THU HÀ : TS PHẠM NGỌC TUẤN : PGS TS TRẦN DOÃN SƠN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT ( Ký tên ghi rõ họ tên , học hàm , học vị ) Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày … Tháng … Năm 2003 TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH TS.PHẠM NGỌC TUẤN iii Lời Cảm Ơn Bản luận văn thực Bộ môn Chế tạo máy , Khoa Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phòng Ứng dụng Các Kỹ thuật Hạt Nhân Công Nghiệp thuộc Trung Tâm Kỹ thuật hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh Qua luận văn xin chân thành cảm ơn Cô TS Thái Thị Thu Hà với tư cách Giáo viên hướng dẫn luận văn dành cho hướng dẫn quan trọng bổ ích Đồng thời xin cảm ơn Phòng Ứng dụng Các Kỹ thuật Hạt Nhân đồng nghiệp, Trung Tâm Hạt nhân có giúp đỡ cần thiết trình theo học thực luận văn Tôi xin gửi lời Cám ơn đến Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa, đặc biệt Thầy Cô Khoa Cơ khí dạy hướng dẫn suốt trình học tập Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè giúp đỡ động viên hoàn thành trình học tập TP.HCM, ngày 10 tháng 02 năm 2003 Nguyễn Nhật Quang iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong năm gần kỹ thuật siêu âm kiểm tra vật liệu phát triển mạnh mẽ Việt nam nhu cầu sau : - phát triển yêu cầu cao việc quản lý bảo đảm chất lượng sản phẩm – Sự phát triển công trình đòi hỏi chất lượng cao dầu khí, khí hóa lỏng; - Các chi tiết máy hoạt động hệ thống quan trọng sản xuất điện năng, công nghiệp ô tô, đóng tàu , hàng không…vv Nắm bắt nhu cầu đó, nghiên cứu & ứng dụng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) nhắm vào loại đối tượng Kỹ thuật siêu âm phương pháp chiếm tỉ lệ nghiên cứu ứng dụng cao phương pháp NDT Tại hội nghị NDT hàng năm giới, số báo cáo công trình nghiên cứu phương pháp chiếm số lượng đáng kể Nhằm đáp ứng nhu cầu ứng dụng thực tế Phòng Công nghiệp Trung tâm hạt nhân, đề tài nghiên cứu phương pháp siêu âm nhúng hình thành nhằm đáp ứng nhiệm vụ cụ thể Với mục đích đưa kỹ thuật NDT vào giảng dạy trường Đại học kỹ thuật, đề tài mô hình phù hợp cho việc học thực hành nhà trường Nội dung luận văn bao gồm phần sau : Các nghiên cứu ứng dụng thực tế nước phương pháp siêu âm nhúng Giới thiệu sở lý thuyết siêu âm tổng quát Giới thiệu phương pháp siêu âm nhúng, số loại thiết bị bồn nhúng điển hình Các tham số ảnh hưởng tới kết đo Cách đánh giá giải đoán tín hiệu siêu âm Xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra lại độ nhậy phát khuyết tật độ phân giải khuyết tật hệ thống đo, đưa kết luận Nhiệm vụ luận văn nhằm xây dựng sở lý thuyết kỹ thuật siêu âm nhúng, đồng thời xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng khả hoạt động thiết bị có đáp ứng yêu cầu tối thiểu kỹ thuật nhúng hay không Với thiết bị sẵn có phòng Công nghiệp ( máy siêu âm quét A thông thường PANAMETRICS EPOCH IIIB , đầu dò nhúng tần số thấp 2,25 MHz, đầu dò tần số trung bình 10 MHz), tác giả đề tài chế tạo thêm thiết bị bể nhúng dạng đơn giản, để có hệ thống kiểm tra nhúng loại đơn giản Tuy nhiên với khả hạn chế, thiết bị nhiều chọn lựa (đầu dò đắt tiền), luận văn nhiều thiếu sót chưa khắc phục Rất mong bảo góp ý Thầy Cô để kết hoàn thiện tương lai v Mục lục Chương : Tổng quan Nội dung ý nghóa đề tài 2.1 Muïc tiêu đề tài 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.4 Ý nghóa khoa học đề tài Chương : Cơ sở lý thuyết phương pháp siêu âm 2.1 SÓNG SIÊU ÂM Bản chất sóng siêu aâm 2.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG 12 a> Tần số 12 b>Bước sóng 13 c>Vận tốc 13 d> Âm trở 14 e>AÂm aùp 15 f> Cường độ âm 15 g> Thang ño decibel 15 2.3 CÁC LOẠI SÓNG SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG 16 a> Sóng dọc 16 b>Soùng ngang 17 c> Sóng mặt 18 d> Sóng moûng 18 e> Vận tốc loại sóng siêu âm 20 2.4 BIỂU HIỆN CỦA SÓNG SIÊU ÂM 21 2.4.1 Sự phản xạ truyền qua sóng tới thẳng góc 21 a> Cường độ phản xạ truyeàn qua 21 b> Âm áp phản xạ truyền qua 22 2.4.2 Sự phản xạ truyền qua sóng tới xiên góc 26 a> Sự khúc xạ chuyển đổi dạng sóng 26 b> Định luật Snell 26 c> Các góc tới hạn thứ thứ hai 27 d> AÂm áp phản xạ góc tới xiên góc 28 vi 2.5 Sự truyền lượng sóng âm môi trường 29 2.5.1 Một số trình phát sóng siêu âm 29 2.5.2 Sự mát lượng sóng âm môi trường khác 30 2.6 Hiệu ứng áp điện từ giảo tinh thể 31 2.6.1 Hiệu ứng áp điện 31 2.6.2 Các loại biến tử áp điện 31 2.6.3 Biến tử tinh thể áp điện 32 a> Thaïch anh 32 b> Sulphate lithium 34 2.6.4 Biến tử gốm phân cực 34 2.6.5 So sánh biến tử áp điện 36 2.6.6 Hieäu ứng từ giảo biến tử 37 2.7 NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA CHÙM TIA SIÊU ÂM 38 a> Chùm tia siêu âm 38 b> Trường gaàn 40 c> Tính toán chiều dài trường gần 41 d> Trường xa 41 e> Độ phân kỳ trường độ mở rộng chùm tia 42 f> Ảnh hưởng vận tốc âm kích thước biến tử 43 2.8 SỰ SUY GIẢM CỦA CHÙM TIA SIÊU ÂM 45 a> Nguyên nhân kết 45 b> Sự tán xạ sóng âm 46 c> Sự hấp thụ sóng âm 47 d> Sự suy giảm trình tiếp xúc thô nhám bề mặt 47 e> Sự khúc xạ 47 f> Ảnh hưởng toàn suy giaûm 48 g> Những nguyên lý đo độ suy giảm 51 Chương : Kỹ thuật siêu âm nhúng 53 3.1 NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP 53 3.2 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA KỸ THUẬT SIÊU ÂM DẠNG NHÚNG 54 3.3 ƯU ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT SIÊU ÂM DẠNG NHÚNG 55 3.4 THIẾT BỊ DÙNG TRONG KỸ THUẬT TIẾP XÚC ÂM DẠNG NHÚNG 56 3.4.1 Bồn nhúng 56 3.4.2 Thiết bị tạo cột nước 58 3.4.3 Thiết bị phun nước 59 vii 3.4.4 Đầu dò bánh xe 60 3.4.5 Thiết bị nêm gắn đầu dò 62 3.5 CAÙC ĐẶC TÍNH CỦA MÔI TRƯỜNG TIẾP ÂM NƯỚC 62 3.5.1 Sự suy giảm tần số 62 3.5.2 Vận tốc sóng siêu âm môi trường nước 63 3.5.3 Sự suy giảm sóng siêu âm nước 64 3.6 CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA SIÊU ÂM NHÚNG XUNG PHẢN HOÀI 65 3.6.1 Phân tích tham số 65 3.6.2 Biên độ xung phản hồi đáy 66 3.6.3 Biên độ xung phản hồi dị thường 67 3.6.4 Các khuyết tật nhỏ 67 3.6.5 Các khuyết tật lớn 68 3.6.6 Thời gian truyền đo 68 3.7 GIẢI ĐOÁN KẾT QUẢ KIỂM TRA TRONG PHƯƠNG PHÁP NHÚNG 70 3.7.1 Tổng quaùt 70 3.7.2 Chọn tần số 70 3.7.3 Chọn đầu dò 70 3.7.4 Các tín hiệu kiểm tra phương pháp nhúng 71 a> Tín hiệu từ khuyết tật nhỏ 71 b> Tín hiệu từ bất liên tục lớn 72 c> Sự tín hiệu phản xạ đáy 74 d> AÛnh hưởng mẫu kiểm tra tới đặc tính chùm tia siêu âm 74 3.8 MỘT SỐ CÁC QUY TRÌNH KIỂM TRA TIÊU BIỂU TRONG CÔNG NGHIỆP 81 3.8.1 Các đặc điểm kỹ thuật điển hình 81 a> Điều chỉnh độ nhạy 81 b> Quy trình quét bề mặt phẳng 81 c> Kiểm tra tín hiệu khuyết tật 82 d> Định danh nguồn gốc tín hiệu phương pháp siêu âm nhúng 82 e> Xác định vị trí khuyết tật 82 3.9 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỤ THỂ TRONG CÔNG NGHIỆP 84 a> Kiểm tra vật rèn dạng truï 84 b> Kiểm tra phôi đúc dạng tròn đặc dạng ống trụ 84 c> Kiểm tra phôi đúc dạng phẳng vuông góc 85 d> Kiểm tra chi tiết đúc lớn dạng trụ tròn 85 3.10 KIỂM TRA CÁC SẢN PHẨM DẠNG ỐNG VÀ TRỤ TRÒN 86 viii 3.10.1 Nguyên lý phương pháp thử 86 a> Dạng lan truyền chùm tia siêu aâm 86 b> Ưu điểm phương pháp 87 c> Phạm vi ứng dụng 87 d> Các hạn chế việc phát khuyết tật 87 3.10.2 Thiết bị gá thiết bị quét 88 a> Tốc độ quét 89 b> Môi trường chất tiếp âm 89 3.10.3 Quy trình kỹ thuật kiểm tra 89 a> Vị trí đầu dò 90 b> Góc tới 90 c> Kieåm soát độ nhạy phát khuyết tật 90 3.10.4 Giải đoán tín hiệu kieåm tra 90 a> Các tín hiệu nhiễu 90 b> Nguồn gốc tín hiệu nhiễu 91 3.10.5 Một số ứng dụng đặc biệt 91 3.10.6 Các yêu cầu kỹ thuật điển hình cho phép thử 91 Chương : Xây dựng mô hình thực nghiệm 94 4.1 MÔ TẢ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 94 4.2 CẤU TẠO MẪU CHUẨN BIÊN ĐỘ – KHOẢNG CÁCH 96 4.3 CẤU TẠO MẪU CHUẨN V1 THEO TIÊU CHUẨN ISO 96 4.4 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG CONG BIÊN ĐỘ – KHOẢNG CAÙCH (DAC) 96 4.5 XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA 102 4.6 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA 103 4.7 THÍ NGHIỆM MẪU THỰC TẾ 107 4.7.1 Mẫu thép có vết nứt 107 a> Phương pháp đối chứng số – Kiểm tra bột từ ướt (MPI) 107 b> Phương pháp đối chứng số – Kỹ thuật siêu âm tiếp xúc 107 c> Phương pháp đề tài – Kỹ thuật siêu âm nhúng 108 4.7.2 Mẫu ống đường kính nhỏ 109 4.7.3 Caùc khuyết tật dạng phân lớp thép 111 4.8 NHẬN XÉT 111 Chương : Kết luận 112 Taøi liệu tham khảo 114 ix Luận văn Thạc só : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Ngày nay, vấn đề bảo đảm chất lượng quản lý chất lượng đặt lên hàng đầu Bởi tảng công nghiệp đại: đảm bảo chất lượng sản phẩm vấn đề quan trọng Kỹ thuật kiểm tra Không phá hủy mẫu (NDTNon Destructive Testing) kỹ thuật tiên tiến áp dụng rộng rãi vào việc kiểm tra quản lý chất lượng sản phẩm công nghiệp Kỹ thuật NDT sử dụng phương pháp : siêu âm, X quang, thấm màu, dòng điện xoáy, phương pháp kiểm tra từ….vv Kỹ thuật siêu âm dùng kiểm tra không phá hủy vật liệu (NDT) phát triển từ cuối năm 1920 kỷ này, thực phát triển mạnh mẽ từ đầu năm 1930 Đức O Mulhauser, A Trost, R Pohman Nga S Sokoloff, tác giả nghiên cứu kỹ thuật sóng âm liên tục (chứ dạng xung nay) Tại thời điểm thiết bị siêu âm phát triển, dựa nguyên lý lượng siêu âm bị chặn lại bất liên tục lớn quãng đường truyền tia siêu âm Kỹ thuật sau có tên gọi riêng phương pháp truyền qua mà người biết Trong giai đoạn sơ khai, cố gắng nhằm vào việc sử dụng sóng siêu âm phản xạ sóng siêu âm truyền qua Các phép thử nhằm khắc phục nhược điểm kỹ thuật trước phải tiếp xúc hai mặt vật kiểm tra (vì dùng phương pháp truyền qua) Cho tới lúc chưa có ứng dụng thực tế nào, đến Floyd Firestone phát minh thiết bị sử dụng sóng siêu âm dạng xung để thu phản xạ từ bất liên tục nhỏ Các thiết bị siêu âm ngày có hội phát triển mạnh mẽ chiến tranh giới thứ hai nhờ vào phát triển mạnh mẽ thiết bị linh kiện điện tử công nghệ chế tạo chúng Trong năm 1940, Firestone cố gắng phát triển thiết bị dò tìm khuyết tật Mỹ nước Cùng thời gian Anh người ta triển khai thiết bị siêu âm cách độc lập Cùng lúc với thiết bị X-quang công nghiệp đời, thiết bị siêu âm lắp đặt phòng thí nghiệm nghiên cứu luyện kim Các ứng dụng sớm siêu âm ngành công nghiệp kiểm tra trục bánh xe lửa rotor động thép rèn để phát khuyết tật bên Kỹ thuật siêu âm nhúng tiến phương pháp siêu âm thông thường, nhằm khắc phục nhược điểm kỹ thuật siêu âm tiếp xúc tốc độ kiểm tra vấn đề tiếp xúc bề mặt, phương pháp siêu âm nhúng sử dụng môi trường _ Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Đường cong DAC lỗ đáy 2,4 mm Đường cong DAC series lỗ đáy 2,4 mm Giải thích : Nối đỉnh xung phản xạ với ta đường cong DAC (Biên độ – Khoảng cách) Tức mối quan hệ Biên độ Khoảng cách khuyết tật , khoảng cách gần – Biên độ lớn, Khoảng cách xa – Biên độ bé Sau xây dưng xong đường cong DAC (còn gọi đường cong chuẩn so sánh), ta sử dụng để xác định kích thước khuyết tật thật so sánh với độ lớn đường cong DAC (tương đương lỗ đáy 2,4 mm) Thí dụ : phát khuyết tật đó, ta đặt tham số đo giống điều kiện chuẩn định với lúc xây dựng đường DAC, sau quan sát biên độ xung phản xạ từ khuyết tật phần trăm % so với đường DAC chuẩn (chẳng hạn khuyết tật lỗ rỗng, có độ lớn 120% DAC) _101 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí 4.5 XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Kết cho thấy hệ thống thiết bị có khả phân biệt (phân giải) ba mặt phản xạ nằm gần với độ tin cậy cao (ba xung tách rõ ràng) Ba xung tín hiệu tách rời Bố trí hình học thí nghiệm XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Môi trường nước Đầu dò Mẫu V1 85 100 91 _102 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí 4.6 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Xung tín hiệu phản xạ từ lỗ ∅ 2mm Bố trí hình học thí nghiệm XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Môi trường nước Đầu dò 25 100 ∅2 ∅3 ∅4 ∅5 Mẫu kiểm tra _103 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Xung tín hiệu phản xạ từ lỗ ∅ 3mm Bố trí hình học thí nghiệm XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Môi trường nước Đầu dò 25 100 ∅2 ∅3 ∅4 ∅5 Mẫu kiểm tra _104 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Xung tín hiệu phản xạ từ lỗ ∅ 4mm Bố trí hình học thí nghiệm XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Môi trường nước Đầu dò 25 100 ∅2 ∅3 ∅4 ∅5 Mẫu kieåm tra _105 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Xung tín hiệu phản xạ từ lỗ ∅ 5mm Bố trí hình học thí nghiệm XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG KIỂM TRA Môi trường nước Đầu dò 25 100 ∅2 ∅3 ∅4 ∅5 Mẫu kiểm tra _106 Giaùo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí 4.7 THÍ NGHIỆM TRÊN MẪU THỰC TẾ 4.7.1 Mẫu thép có vết nứt – hình vẽ a> Phương pháp đối chứng số – Kiểm tra bột từ ướt (MPI) Khuyết tật nứt thử phương pháp đối chứng số #1: Phương pháp bột từ ướt (MPI), Yoke Y6 – Magnaflux – Chiều dài vết nứt # 30 mm, không xác định độ sâu phương pháp b> Phương pháp đối chứng số #2, kỹ thuật siêu âm tiếp xúc, sử dụng đầu dò góc 70°, tần số 2,25 MHz để xác định độ sâu vết nứt Khuyết tật nứt thử phương pháp đối chứng số #2: Phương pháp siêu âm tiếp xúc (UT), Panametrics IIIB – Chiều sâu vết nứt # mm _107 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí c> Phương pháp đề tài – kỹ thuật siêu âm nhúng Sử dụng máy siêu âm phương pháp siêu âm tiếp xúc nói Panametrics IIIB, đầu dò nhúng hội tụ, tần số cao f = 10 MHz, đường kính biến tử ¼ inch (#6,4 mm) Bố trí hình học kết đo đạc hiển thị sau : 12 mm Đầu dò Xung mặt trước mẫu Xung mặt sau mẫu Xung tín hiệu đỉnh khuyết tật, sâu khoảng # 4-5 mm Nhận xét : Với kết đo ta nhận thấy giá trị độ sâu khuyết tật tương đối phù hợp với phương pháp đối chứng (trong giới hạn 4-5mm) Mặc dù đầu dò sử dụng không thực phù hợp cho công việc (đây đầu dò kiểm tra ống từ bên ra, tần số cao, hội tụ ) Nếu có đầu dò phù hợp : khoảng 3-5 MHz, đường kính biến tử khoảng 6-10mm thích hợp _108 Giaùo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí 4.7.2 Mẫu ống đường kính nhỏ Sử dụng đoạn ống đường kính # 30 mm, chế tạo rãnh cắt dọc (50% 100% bề dầy ), lỗ đáy 50% bề dầy thành, rãnh cắt vuông góc với trục ống (hình vẽ) Với kỹ thuật siêu âm tiếp xúc thông thường, kiểm tra ống nhỏ đầu dò đặt tiếp xúc trực tiếp thành ống Nhưngới phương pháp siêu âm nhúng , hoàn toàn có khả kiểm tra ống từ phía bên Trong trường hợp sử dụng đầu dò tần số f = 10 MHz, kích thước 6,4 mm, phát rãnh cắt dọc 50 % 100% bề dầy thành với tín hiệu rõ ràng, rãnh cắt ngang khó phát Điều giải thích tiết diện phản xạ rãnh cắt nằm ngang (cũng lỗ đáy bằng) nhỏ so với biên dạng chùm tia siêu âm sóng dọc (hình minh họa a, b, c) Biến tử Biến tử (a) Biến tử (b) (c) ∅ 30 Rãnh cắt dọc 50% bề dầy thành Rãnh cắt dọc 100% bề dầy thành Lỗ đáy 50% bề dầy thành Rãnh cắt ngang 100% bề dầy thành Mẫu ống mô hình _109 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Kết đạt sau : Rãnh cắt Đầu dò Bố trí thí nghiệm Xung đáy rãnh cắt 50% bề dầy thành Với loại ống nhỏ tương tự, khả phát rãnh cắt dọc rõ ràng Như khuyết tật có chiều dài nằm dọc theo chiều trục ống thực tế dễ phát hiện, khuyết tật theo chiều vuông góc trục khó phát _110 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí 4.7.3 Các khuyết tật phân lớp vật liệu thép : Trong trường hợp kết thu tốt, xung phản hồi từ khuyết tật phân lớp rõ ràng, kết hình sau : Khuyết tật phân lớp phát phương pháp bột từ ướt (MPI) Magnaflux Xung phản hồi từ khuyết tật phân lớp rõ ràng 4.8 Nhận xét : Qua thí nghiệm xác định độ nhậy hệ thống ta nhận thấy : thiết bị phát lỗ khoan nhỏ đến 2,4 mm, với đầu dò tần số 2,25MHz Tuy nhiên vị trí lỗ khoan thí nghiệm nằm gần mặt cho độ nhạy cao nhất, vị trí lỗ khoan nằm gần đáy thiết bị phát thấy, nguyên nhân tần số đầu dò sử dụng thấp không nhạy cảm phát khuyết tật nhỏ xa Muốn tăng độ nhậy lên ta phải tăng tần số đầu dò sử dụng đầu dò có thấu kính hội tụ làm cho lượng chùm tia siêu âm hội tụ lại tăng độ nhạy phát khuyết tật Thí nghiệm mẫu thực tế mục 4.7 cho thấy : với hệ thống thiết bị dùng cho phương pháp tiếp xúc, cho kết với độ tin cậy chấp nhận _111 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí CHƯƠNG KẾT LUẬN Nhận xét kỹ thuật : Phương pháp siêu âm nhúng xung phản hồi có tính chất kỹ thuật quy trình kiểm tra gần giống với phương pháp siêu âm tiếp xúc thông thường, sở lý thuyết quy trình thực có điểm tương đồng Giúp cho việc thực phép thử dễ dàng, Các kinh nghiệm hiểu biết siêu âm tiếp xúc áp dung cho phương pháp siêu âm nhúng Ưu điểm : phép thử thực môi trường liên tục (nước) bề mặt cong , gãy khúc kiểm tra được, Do đầu dò nằm cách xa vật kiểm tra (khoảng ¼ bề dầy vật kiểm tra), vùng kiểm tra tránh xa vùng trường gần, nơi có nhiều nhiễu động âm áp cường độ âm, dễ gây nên xung tín hiệu nhiễu không giải thích Nhược điểm : bề mặt kiểm tra (hay gọi mặt trước) thay đổi liên tục gây khó khăn cho trình kiểm tra, góc tới thay đổi, theo định luật Snell (chương 2) góc khúc xạ vật kiểm tra thay đổi, phải tính toán lại giá trị Khi góc tới nằm góc tới hạn thứ (xem chương 2) vật kiểm tra tồn hai dạng sóng : sóng dọc sóng ngang , lúc Điều gây nên xung tín hiệu khó giải đoán, hai sóng có chất (vận tốc truyền) hoàn toàn khác biệt Hướng nghiên cứu tương lai : Đề tài giới hạn phương pháp siêu âm nhúng, xung phản hồi (quét A) Các tín hiệu hình quét A phản ánh mối tương quan Khoảng cách (đường quét thời gian nằm ngang hình) với Biên độ (độ lớn khuyết tật) – nằm theo chiều đứng hình, kỹ thuật giải đoán phân tích tín hiệu khuyết tật đòi hỏi kỹ thuật viên nhiều kinh nghiệm, không cho kết trực quan (cho kết gián tiếp) _112 Giaùo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí Phương hướng cho nghiên cứu tương lai biến đổi xung tín hiệu quét A thành xung tín hiệu quét B (thể mặt cắt khuyết tật) Điều đòi hỏi thêm kinh phí nghiên cứu vật tư cho đề tài : encoder giải mã quãng đường Khi tín hiệu thể có hình dạng giống mặt cắt vật kiểm tra Ngoài sử dụng mô hình để xây dựng nghiên cứu tín hiệu quét C (giống CT scan y khoa), sóng siêu âm có ưu điểm truyền qua vật liệu nhanh tia phóng xạ, cho đáp ứng nhanh Hết _113 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Nhật Quang Phòng Công nghiệp , Xây dựng chương trình huấn luyện, đào tạo kỹ thuật kiểm tra siêu âm cấp I II vật liệu kim loại phù hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN – 5868 (1995) ISO 9712 (1999), Trung tâm hạt nhân TP.HCM 2001 General Dynamics Convair Division, ASNT 1981, Classroom Training Handbook-Nondestructive Testing Ultrasonic CT-6-4 Robert C McMaster, ASNT Nondestructive Testing Handbook, 1959 first Edition, Vol Paul McIntire, ASNT Nondestructive Testing Handbook, 1991 Second Edition, Vol Howard E Boyer, Metals Handbook, 8th Edition, Vol 11 Panametrics Ultrasonic Transducers for nondestructive testing, Panametrics, Inc NDT Division Ultrasonic Testing of Materials at Level Manual for the Syllabi contained in IAEA-TECDOC-628 “Training Guidelines in Non-destructive Testing Techniques” , IAEA Vienna 1999 Ultrasonic Testing of Materials , rd edition 1983, Josef Krautkramer & Herbert Krautkramer Annual books of ASTM Standards, Section 3, Volume 03.03 Nondestructive Testing 1998 10 British Standards , BS 4331 Part 11 Basic Metallurgy for Non-Destructive Testing, J L Taylor The British Institute of Non-Destructive Testing 12 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V, 2000 Edition _114 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhật Quang Luận văn tốt nghiệp Cao học : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí TÓM TẮT LÝ LỊCH Họ tên : Nguyễn Nhật Quang Giới tính : Nam Ngày tháng năm sinh : 13 tháng 11 năm 1965 Địa liên lạc : 56 Xuân Thủy, ấp Thảo Điền Q2 Điện thoại : 5120824 091 3830985 Quá trình đào tạo : 1982 - 1987 : Sinh viên khoa khí , ngành luyện kim 2000 - 2003 : Sinh viên cao học khoa khí chế tạo máy Đơn vị công tác : Từ 1988 - đến : Phòng ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp - Trung tâm hạt nhân TP.HCM 217 Nguyễn Trãi Q1 Tel 8368865 Trực thuộc Viện lượng nguyên tử Việt nam _115 Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Thị Thu Hà Thực : Nguyễn Nhaät Quang ... C? ?A CHÙM TIA SIÊU ÂM: a> Chùm tia siêu âm Vùng mà sóng siêu âm lan truyền từ biến tử siêu âm gọi chùm tia siêu âm Nhằm mục đích kiểm tra vật liệu siêu âm, dạng chùm tia siêu âm biến tử hình đ? ?a. .. khai thiết bị siêu âm cách độc lập Cùng lúc với thiết bị X-quang công nghiệp đời, thiết bị siêu âm lắp đặt phòng thí nghiệm nghiên cứu luyện kim Các ứng dụng sớm siêu âm ngành công nghiệp kiểm. .. Quang Luận văn Thạc só : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm nhúng vào việc kiểm tra bảo trì chi tiết máy ngành Cơ khí CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT C? ?A PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 2.1 SÓNG SIÊU ÂM Siêu âm