ĐO và KIỂM TRA KHÔNG PHÁ hủy sử DỤNG PHƯƠNG PHÁP DÒNG điện XOÁY (EDDY CURRENT TESTING) BKHN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN MỤC LỤ BÁO CÁO MÔN HỌC ĐO LƯỜNG KHÔNG PHÁ HỦY ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DỊNG ĐIỆN XỐY (EDDY CURRENT TESTING) NHĨM 4 Họ tên Trần Anh Dũng Phạm Thị Giang Lê Anh Tuân Bùi Nhật Minh Trần Quang Chung Phạm Trung Kiên Đào Việt Hoàng Nguyễn Thái Hợp Trần Hữu Dũng Mã SV 20173785 20173813 20174319 20174054 20173686 20173997 20173899 20173923 20173780 Giảng viên hướng dẫn: TS Cung Thành Long Bộ môn: Đo lường Tin học công nghiệp Viện: Điện HÀ NỘI, 2021 DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP 1.1 Khái niệm chung 1.2 Lịch sử phương pháp kiểm tra dịng điện xốy 1.3 Nguyên lý kiểm tra dịng điện xốy 10 CHƯƠNG ĐẦU DÒ DÒNG XOÁY 13 2.1 2.2 Phân loại đầu dò 13 2.1.1 Phân loại đầu dò theo phương thức hoạt động .13 2.1.2 Phân loại theo ứng dụng 16 Bảo vệ đầu dò .27 CHƯƠNG XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO VÀ HIỂN THỊ 30 3.1 Bộ tạo dao động 30 3.2 Đầu dò 30 3.3 Mạch đo 30 3.4 Khuếch đại lọc 32 3.5 Giải mã 34 3.6 Hiển thị 34 3.6.1 Hiển thị hình elip 34 3.6.2 Hiển thị tuyến tính miền thời gian 35 3.6.3 Hiển thị mặt phẳng trở kháng (Phương pháp sử dụng điểm vecto) 35 3.7 Thay đổi pha .38 3.8 Bộ lọc đầu 38 3.9 Các thành phần phụ trợ thiết bị 38 3.9.1 Các thiết bị hiển thị tín hiệu 38 3.9.2 Các thiết bị giảm nhiễu 39 3.9.3 Thiết bị lưu trữ tín hiệu 40 CHƯƠNG MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐO KIỂM TRA KHƠNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG DỊNG XỐY 42 4.1 4.2 Ảnh hưởng vị trí sai hỏng .42 4.1.1 Với vết nứt bề mặt 42 4.1.2 Với vết nứt bề mặt .43 Ảnh hưởng hướng sai hỏng 45 4.2.1 Hướng sai hỏng với dịng điện xốy theo mặt cắt ngang .45 4.2.2 Hướng sai hỏng với dịng điện xốy theo mặt cắt thẳng đứng .46 4.3 Ảnh hưởng kết cấu vật liệu đo 46 4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ vật liệu đo 47 4.5 4.6 4.7 4.4.1 Vật liệu nóng lên 47 4.4.2 Sai số 47 Ảnh hưởng thao tác với đầu dò 47 4.5.1 Rung lắc (đầu dò lắc lư) 47 4.5.2 Lift-off 48 Ảnh hưởng tương quan tốc độ phận đo thu tín hiệu .48 4.6.1 Tần số dụng cụ theo tốc độ 48 4.6.2 Đáp ứng tần số thiết bị theo tốc độ thử nghiệm .49 Tiêu chuẩn tham chiếu sử dụng thử nghiệm dòng điện xoáy 49 4.7.1 Đặc điểm mẫu tham chiếu .49 4.7.2 Lựa chọn mẫu tham khảo 50 4.7.3 Chế tạo tái tạo loại mẫu đối chứng khác 51 CHƯƠNG ỨNG DỤNG ĐO LƯỜNG KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DỊNG ĐIỆN XỐY 52 5.1 Vết nứt vỡ bề mặt .52 5.2 Kiểm tra ống .53 5.3 Phép đo độ dẫn điện 54 5.4 Phép đo độ dày vật liệu mỏng 56 5.4.1 Đo độ dày dẫn điện mỏng, dải mỏng .57 5.4.2 Đo kích thước mặt cắt ngang ống hình trụ 58 5.4.3 Đo độ dày lớp dẫn điện mỏng 58 5.4.4 Phép đo độ dày lớp phủ không dẫn điện vật liệu dẫn điện 59 CHƯƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐO ĐẶC BIỆT 60 6.1 Các kỹ thuật quét 62 6.1.1 A-scan 62 6.1.2 B-Scan 63 6.1.3 C-Scan 63 6.2 Dịng điện xốy từ tính (Magnetic Eddy Current) 67 6.3 Dòng điện xoáy xung (Pulsed Eddy Current) .69 6.3.1 Giới thiệu .69 6.3.2 Nguyên lý 70 6.3.3 Hệ thống PEC 71 6.3.4 Tín hiệu kích thích .72 6.3.5 Đầu dò mảng PEC 72 CHƯƠNG MỘT SỐ SẢN PHẨM THỰC TẾ 75 7.1 Maxwell NDT — PECT Pulsed Eddy Current Detection 75 7.2 MEC-Floorscanner .76 CHƯƠNG KẾT LUẬN 79 CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thí nghiệm dịng điện xốy Hình 1.2 Ứng dụng phương pháp dịng điện xốy thực tế Hình 1.3 Michael Faraday (1791 – 1867) 10 Hình 1.4 Minh họa cuộn dây dẫn điện .10 Hình 1.5 Minh họa tượng xuất dịng điện xốy 11 Hình 2.1 Đầu dò tuyệt đối sử dụng cuộn dây đơn .13 Hình 2.2 Đầu dò vi sai sử dụng cuộn dây đơn 14 Hình 2.3 Đầu dò vi sai sử dụng cuộn dây .14 Hình 2.4 Đầu dò phản xạ 15 Hình 2.5 Đầu dò bề mặt .16 Hình 2.6 Đo bề mặt đường kính nhỏ 16 Hình 2.7 Một vài loại đầu dò bề mặt thị trường 17 Hình 2.8 Mơ hình đầu dị bề mặt giảm thiểu nhiễu lift-off 18 Hình 2.9 Đầu dò bên ống 18 Hình 2.10 (a) Đầu dò bobbin tuyệt đối, (b) Đầu dò bobbin vi sai .19 Hình 2.11 Nam châm vĩnh cửu ống 20 Hình 2.12 Minh họa khuyết tật dọc theo trục ống chu vi ống .20 Hình 2.13 (a) Đầu dò Rotating Pancake Coil (RPC) (b) Đầu dò Rotating Plus Point Coil 21 Hình 2.14 (a) Bố trí cuộn dây ba pha (b) Mô hình 3D cuộn bobbin cuộn dây kích thích bên ống 22 Hình 2.15 Dòng điện cảm ứng thành ống sinh từ trường quay .22 Hình 2.16 Vị trí lỗ vng theo chu vi thành ống 23 Hình 2.17 Dịng điện xốy đầu dị mảng 24 Hình 2.18 Đầu dò mảng (a) C-3, (b) C-4 24 Hình 2.19 Hình ảnh thực tế đầu dò X-Probe 25 Hình 2.20 Các kênh theo trục kênh theo chu vi đầu dò mảng X .25 Hình 2.21 Smart array probe .26 Hình 2.22 (a) cấu tạo đầu dò (b) đầu dò thị trường 26 Hình 2.23 Dòng điện cảm ứng thành ống cuộn dây phát nghiêng tạo 27 Hình 2.24 Minh họa đầu dị đo ngồi ống 27 Hình 2.25 Minh họa đầu dò để bảo vệ lõi ferit 28 Hình 2.26 Active Shielding 28 Hình 2.27 a) Cuộn Solenoid từ trường tạo ra, b) Cuộn Helmholtz từ trường tạo 29 Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị đo ứng dụng dịng điện xốy 30 Hình 3.2 Mạch cầu so sánh 31 Hình 3.3 Điều kiện cân mạch cầu .32 Hình 3.4 (a) Mạch cầu cho phương pháp tuyệt đối, (b) Mạch cầu cho phương pháp vi sai .32 Hình 3.5 Tín hiệu xử lý 33 Hình 3.6 Tín hiệu trước sau lọc .33 Hình 3.7 Hiển thị hình Elip 34 Hình 3.8 Hiển thị mặt phẳng trở kháng .35 Hình 3.9 Tín hiệu sau lọc 35 Hình 3.10 Mô hiển thị mặt phẳng trở kháng 36 Hình 3.11 Ảnh hưởng ADC 37 Hình 3.12 Ảnh hưởng tần số lấy mẫu 37 Hình 3.13 Máy ghi biểu đồ dải 40 Hình 3.14 Máy ghi băng từ hóa 40 Hình 3.15 Digital Trace Acquisition and Storage 41 Hình 4.1 Vết nứt bề mặt 42 Hình 4.2 Tần số độ sâu vết nứt ảnh hưởng đến kết đo vết nứt bề mặt 42 Hình 4.3 Mật độ dịng xốy độ trễ pha so với bề mặt (1,2,3 lần độ sâu tiêu chuẩn) 43 Hình 4.4 Ảnh hưởng tần số tính chất vật liệu đến độ sâu thâm nhập .44 Hình 4.5 Mật độ dòng xoáy độ trễ pha so với bề mặt (1,2,3 lần độ sâu tiêu chuẩn) 45 Hình 4.6 Vết sai hỏng theo mặt cắt ngang 45 Hình 4.7 Chọn đường kính đầu dị phù hợp với độ lớn vết nứt 45 Hình 4.8 Vết sai hỏng theo mặt cắt thẳng đứng 46 Hình 4.9 Dịng điện xốy sử dụng đầu dị hình móng ngựa 46 Hình 4.10 Khoảng cách đầu dò bề mặt vật liệu ảnh hưởng đến trở kháng cuộn dây .48 Hình 4.11 Ví dụ thiết bị bù tín hiệu lift-off tự động 48 Hình 4.12 Khối tham chiếu tần số cao .50 Hình 4.13 Tín hiệu dịng điện xốy với (a) tuyệt đối (b) đầu dị bề mặt vi sai 50 Hình 5.1 Mô tả cường độ dịng điện xốy bên (a) Khơng có vết nứt , (b) Có vết nứt vị trí dịng điện xốy yếu 52 Hình 5.2 (a) Hình mơ tả vị trí đặt đầu dị qua vị trí vết nứt, (b) Dạng hiên thị máy tín hiệu từ thấp đến cao tương ứng với vết nứt từ nông đến sâu 53 Hình 5.3 Chụp dạng ống cần kiểm tra .54 Hình 5.4 Thể tín hiệu thu di chuyển đầu dò ống (a) Đầu dò tuyệt đối, (b) Đầu dò vi sai 54 Hình 5.5 Phép đo độ dẫn điện cách để xa tiến gần lại 55 Hình 5.6 Mặt phẳng trở kháng thay đổi với vật liệu thép(từ tính) aluminum( khơng từ tính) .56 Hình 5.7 Mơ tả đầu dị đo độ dày vật liệu điểm A, B, C, D 57 Hình 5.8 (a) Mặt phẳng trở kháng để đầu dị khơng di chuyển lên, (b) Mặt phẳng trở kháng để đầu dò nhấp nhả điểm A, B, C, D .57 Hình 6.1 Minh họa xung vuông tổng hợp nhiều sóng sin 60 Hình 6.2 Cấu trúc chung hệ thống quét .61 Hình 6.3 Bàn quét .61 Hình 6.4 Đáp ứng A-scan 62 Hình 6.5 Đáp ứng B-scan 62 Hình 6.6 Hình ảnh B-Scan 63 Hình 6.7 Hình ảnh C-Scan 64 Hình 6.8 Vị trí đầu dị q trình quét 64 Hình 6.9 Hình minh họa cho trận quét C 65 Hình 6.10 Một số thang màu phổ biến .65 Hình 6.11 Cách chuyển từ ma trận liệu quét C sang ma trận màu sắc 66 Hình 6.12 Ma trận màu sắc tương ứng với ma trận liệu quét C 66 Hình 6.13 Một số hình ảnh thực tế C-scan 67 Hình 6.14 Nguyên lý MEC 68 Hình 6.15 Sự thay đổi từ trường .68 Hình 6.16 Sự thay đổi trở kháng hai mặt 69 Hình 6.17 Đo dịng xốy với tần số khác 70 Hình 6.18 Ví dụ xung khác .71 Hình 6.19 Hệ thống PEC 71 Hình 6.20 Dịng kích thích với độ rộng xung khác .72 Hình 6.21 Đầu dò mảng .72 Hình 6.22 Cuộn dây vuông 73 Hình 6.23 Phân tích theo hướng từ thơng 73 Hình 6.24 Phân tích theo hướng dịng kích thích .74 Hình 7.1 Maxwell NDT 75 Hình 7.2 Maxwell NDT 76 LỜI NĨI ĐẦU Đo lường khơng phá hủy – NDT (Non-Destructive Testing) phương pháp dị tìm khuyết tật bề mặt vật liệu, mối hàn, … mà không làm tổn hại đến mẫu kiểm tra Phương pháp ứng dụng rộng rãi nhiều ngành khác khí, vật liệu, hóa dầu, … hiệu việc kiểm tra khuyết tật vật liệu, khuyết tật mối hàn xác định vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu mối hàn, kiểm tra ăn mòn kim loại, kiểm tra tách lớp vật liệu, đo chiều dày vật liệu, đo độ cứng vật liệu, kiểm tra độ ẩm, … Phương pháp dịng điện xốy phương pháp phổ biến Đo lường không phá hủy, thường sử dụng ứng dụng phát khuyết tật bề mặt vật liệu dẫn điện Nguyên lý phương pháp ứng dụng tượng tự nhiên dịng điện xốy, cảm ứng điện từ, qua phân tích thành phần liên quan, hiển thị đọc kết Với kiến thức học lớp kết hợp nghiên cứu tìm hiểu thêm tài liệu ứng dụng thực tế, bọn em xin trình bày báo cáo chi tiết phương pháp dịng điện xốy Đo lường không phá hủy Bài báo cáo gồm phần chính: Giới thiệu tổng quan phương pháp, bọn em phân tích dịng điện xốy ngun lý dịng điện xốy, cảm biến dịng điện xốy; Cấu tạo hoạt động đầu dị dịng điện xốy; Xử lý tín hiệu đo cấu hiển thị; Các yếu tố quan trọng trình đo; Một số kỹ thuật đo đặc biệt ứng dụng dịng điện xốy, số thiết bị thương mại ứng dụng thực tế Do vốn kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót, bọn em mong nhận nhận xét góp ý từ thầy để đồ án hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn giảng viên – TS Cung Thành Long tận tình giúp đỡ nhóm em hồn thành tập lớn này! CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP Khái niệm chung Kiểm tra khơng phá hủy (NDT) có nghĩa kiểm tra vật liệu mà không phá hủy chúng Nói cách khác, tìm kiếm khuyết tật nhiều loại vật liệu kim loại cách sử dụng dịng điện xốy khơng phá hỏng vật liệu mà cần kiểm tra Điều quan trọng phá hủy vật liệu mà kiểm tra, việc kiểm tra từ đầu khơng tốt NDT quan trọng thường khơng nhìn thấy khuyết tật mà tìm kiếm sơn số lớp phủ khác che lấp chúng Cũng có khuyết tật nhỏ đến mức khơng thể nhìn thấy mắt thường phương pháp kiểm tra trực quan khác Do đó, phương pháp kiểm tra kiểm tra dịng điện xốy phát triển để phát khuyết tật Thí nghiệm dịng điện xốy Trong thí nghiệm đây, sử dụng kiểm tra dịng điện xốy để phát vết nứt ống kim loại Chúng ta sử dụng cuộn dây quấn quanh miếng sắt để tạo từ trường gây dịng điện xốy kim loại Trong NDT, cuộn dây gọi đầu dò kiểm tra Từ trường tạo dịng điện xốy phát cách sử dụng đầu dị Chúng ta theo dõi từ trường tạo dịng điện xốy dụng cụ gọi kính xốy (eddyscope) Nếu có thay đổi từ trường từ dịng điện xốy, nói tìm thấy loại khuyết tật vật liệu mà thử nghiệm Khi thiết bị nhận thấy thay đổi từ trường dịng điện xốy tạo ra, hiển thị thay đổi tín hiệu hình Hình 1.1 Thí nghiệm dịng điện xốy Nếu vật liệu thử nghiệm đồng mặt khơng có khuyết tật dịng điện xốy đồng Nếu có số khiếm khuyết vật liệu vết nứt, vết ăn mịn, …các dịng điện xốy bị xáo trộn khỏi hình dạng trịn bình thường chúng Kỹ thuật viên NDT sử dụng nhiều loại thiết bị kiểm tra dịng điện xốy khác Một số cuộn dây đơn giản giữ miếng kim loại Những người khác sử dụng đầu dò đặc biệt, giống đầu dò hiển thị trên, đẩy vào bên ống trao đổi nhiệt Các kỹ thuật viên ảnh thực kiểm tra dịng điện xốy ống thiết bị trao đổi nhiệt Bộ trao đổi nhiệt sử dụng nơi nhà máy điện hạt nhân Nước phóng xạ từ lị phản ứng chảy qua ống nước làm mát quay trở lại sơng hồ tuần hồn bên ống Điều cần quan tâm nước phóng xạ nước làm mát khơng trộn lẫn Do đó, kỹ thuật viên thực kiểm tra dịng điện xốy ống để tìm khuyết tật trước chúng bị rò rỉ Hình 1.2 Ứng dụng phương pháp dịng điện xốy thực tế 1.2 Lịch sử phương pháp kiểm tra dịng điện xốy Kiểm tra dịng điện xốy có nguồn gốc từ việc phát tượng cảm ứng điện từ Michael Faraday vào năm 1831 Faraday nhà hóa học Anh vào đầu năm 1800 ghi nhận người khám phá tượng cảm ứng điện từ, quay điện từ, hiệu ứng quang từ, từ tính tượng khác Vào năm 1879, nhà khoa học khác tên Hughes ghi lại thay đổi đặc tính cuộn dây đặt tiếp xúc với kim loại có độ dẫn điện độ từ thẩm khác Tuy nhiên, phải đến Chiến tranh giới thứ hai, hiệu ứng  Thời gian kiểm tra ngắn, bao phủ khu vực đối tượng có diện tích lớn  Cung cấp đồ khu vực kiểm tra với độ tin cậy cao, dễ dàng cho việc giải thích sai hỏng  Có thể dùng để định lượng lượng kim loại di ăn mòn Nhược điểm:  Phải biết trước kích thước đối tượng kiểm tra  Khơng thích hợp cho đối tượng có bề mặt phức tạp 6.2 Dịng điện xốy từ tính (Magnetic Eddy Current) Như trên, độ sâu thâm nhập giới hạn dịng xốy khơng dùng thép ferit, trừ mối quan tâm khuyết tật bề mặt Nếu vật liệu sắt từ bị nhiễm từ, điều làm giảm tính từ thẩm vật liệu Các dịng điện xốy xâm nhập sâu vào vật liệu loại khuyết tật sâu bên khác phát Trong thử nghiệm điển hình thiết lập vật liệu ferrit, độ sâu xuyên thấu tăng từ mm đến mm cách từ hóa mẫu Điều chưa đủ cần phát khuyết tật phía xa ống có thành dày inch Một khác phương pháp tương tác cần sử dụng Một tác dụng khác hỗ trợ trường hợp ống sắt có độ dày cao Bất chỗ mặt cắt ngang thành ống bị ăn mịn sai sót vật liệu đường từ thông tập trung Điều dẫn đến từ tính cao độ từ thẩm thấp Sự thay đổi độ từ thẩm làm thay đổi trở kháng cuộn dây tạo tín hiệu Hình 6.82 Nguyên lý MEC 71 Đối với minh họa, Hình 6.15 cho thấy thay đổi điển hình độ từ thẩm tương trường áp dụng (và có từ tính) Bên trái cho thấy đường cong từ tính điển hình Hiện tượng trễ thường nhỏ thép đo lường Là tham chiếu nhất, đường cong anhysteretic thường sử dụng Như thấy độ thấm tiếp cận trường cao dẫn đến bão hòa vật liệu thay đổi độ từ thẩm thay đổi mật độ đường sức từ tăng lên nhỏ khả phát khuyết tật tốt mong đợi trường thấp Một số thiết bị sử dụng nam châm điện làm đơn vị từ hóa Dịng điện thay đổi để đo biên độ tín hiệu khuyết tật tối ưu hóa cho phù hợp Các thiết bị khác sử dụng nam châm vĩnh cửu với chế ngắt phép điều chỉnh mức độ từ hóa Rõ ràng tín hiệu tối ưu tìm thấy giá trị mức từ hóa tối đa Hình 6.83 Sự thay đổi từ trường Về việc phát đo lường khuyết tật phía xa Đối với khuyết tật gần , phép đo độ lift-off sử dụng để phát vết nứt ăn mòn Một cuộn dây thay đổi trở kháng gần xa bề mặt dẫn điện Cả hai hiệu ứng, thay đổi độ từ thẩm lift-off xảy lúc Các hiệu ứng phân biệt pha thay đổi trở kháng mặt phẳng trở kháng Nguồn gốc hướng pha khác thể Hình 6.16 Rõ ràng độ lệch pha xác phụ thuộc vào tần số Đối với MEC xấp xỉ vng góc với 72 Hình 6.84 Sự thay đổi trở kháng hai mặt 6.3 Dịng điện xốy xung (Pulsed Eddy Current) 6.3.1 Giới thiệu Thử nghiệm đánh giá không phá hủy dịng điện xốy xuất thời gian thu hút ý rộng rãi nhà nghiên cứu toàn cầu Nhờ phong phú thành phần quang phổ, ứng dụng khác kỹ thuật đề xuất báo cáo tài liệu bao gồm việc kiểm tra tính tồn vẹn cấu trúc đặc tính vật liệu lĩnh vực công nghiệp khác Để hỗ trợ phát triển để hiểu rõ tượng xung quanh dịng xốy cảm ứng thời, nhà nghiên cứu khắp giới nỗ lực mơ hình hóa mặt phân tích số học Đánh giá nỗ lực để nắm bắt phát triển ứng dụng tiên tiến PEC, đặc biệt 15 năm qua khơng nhằm mục đích tồn Mức độ ý mà đo kiểm tra khơng phá hủy dịng điện xốy xung (PEC NDT & E) nhận lợi ích tiềm mà mang lại Ưu điểm so với ECT tần số đơn, PEC vốn có dải tần rộng thuận lợi cho kỹ thuật NDT & E dựa dịng điện xốy hiệu ứng da phụ thuộc vào tần số Một lợi ích khác tín hiệu PEC tương đối dễ hiểu hơn, địi hỏi kỹ đặc biệt người vận hành để giải thích tín hiệu ECT thơng thường trình bày quỹ đạo mặt phẳng trở kháng ECT thông thường áp dụng tần số cho kích thích khiến khơng thể phát khuyết tật bề mặt bề mặt cách đáng tin cậy Kỹ thuật cải tiến ECT đa tần số áp dụng tần số kích thích khác nhau, lần 73 lượt So với ECT đa tần số, PEC áp dụng thời gian ngắn để kiểm tra độ sâu khác PEC áp dụng dải tần số rộng xung đơn Điều cho phép giảm thời gian đo đến mức tối thiểu tùy thuộc vào đặc tính mẫu Hình 6.85 Đo dịng xốy với tần số khác Tương tự kỹ thuật ECT khác, nói chung PEC khơng cần chuẩn bị bề mặt, dẫn đến giảm thời gian kiểm tra cải thiện hiệu chi phí Việc kiểm tra thực mà không làm gián đoạn hoạt động dịch vụ cấu trúc kiểm tra, không giống kiểm tra tia X ví dụ Trong nhiều ứng dụng mà mẫu phủ, không cần loại bỏ lớp phủ sử dụng ECT NDT & E Bất kỳ hệ thống dịng điện xốy tương đối hiệu chi phí đáng tin cậy 6.3.2 Nguyên lý Sự thâm nhập mật độ dịng điện xốy mẫu vấn đề quan trọng ECT Sự xâm nhập bị hạn chế hiệu ứng da, khiến mật độ giảm theo cấp số nhân theo độ sâu Độ sâu mà mật độ giảm xuống / e mật độ bề mặt gọi độ sâu da δ xác định Tần số thấp độ thâm nhập sâu ngược lại Trái ngược với kỹ thuật dòng điện xốy hình sin thơng thường, kích thích giới hạn thành phần tần số, kỹ thuật dịng điện xốy xung kích thích cuộn dây cảm ứng với dạng sóng xung Các thành phần tần số dạng sóng xung chứng minh cách sử dụng Fourier Nếu dạng sóng kích thích xác định 74 A biên độ xung T độ rộng xung, sử dụng phổ biên độ kích thích xác định Hình cho thấy ví dụ xung có hai độ rộng khác phổ cơng suất chúng, cho thấy kích thích có loạt thành phần tần số, điều cung cấp cho kỹ thuật tiềm để kiểm tra độ sâu khác đồng thời cung cấp nhiều thơng tin so với cách tiếp cận thơng thường Hình 6.86 Ví dụ xung khác 6.3.3 Hệ thống PEC Một hệ thống PEC điển hình giống minh họa hình Một tín hiệu xung tần số độ rộng xung chọn tạo ra, sau khuếch đại cơng suất để điều khiển cuộn dây kích thích Đổi lại, từ trường biến thiên theo thời gian cảm ứng dòng điện cuộn dây kích thích Từ trường, gọi trường sơ cấp, tạo dịng điện xốy mẫu Liên tiếp, từ trường thứ cấp tạo dịng điện xốy chống lại từ trường sơ cấp Sau đó, trường thứ cấp phát thiết bị cảm biến, thường cảm biến từ tính cuộn dây Tín hiệu đầu thiết bị cảm biến sau chuyển sang giai đoạn để điều chỉnh xử lý, nơi tính cuối trích xuất để suy thơng số mong muốn, chẳng hạn độ dày thành lực nâng từ thử nghiệm 75 Hình 6.87 Hệ thống PEC 6.3.4 Tín hiệu kích thích Trong nhiều cách triển khai, dịng điện kích thích điện áp dạng sóng vng Trong số ứng dụng khác, kích từ có dạng sóng hình chữ nhật cho phép phân phối cơng suất cao khoảng thời gian giới hạn để khơng làm q nóng cuộn dây thiết bị điện tử điều khiển Và cịn có hình dạng khác tín hiệu kích thích nhà nghiên cứu sử dụng đề xuất Một nghiên cứu dạng sóng kích thích khác nhau, cụ thể vuông, nửa sin dốc, cho thấy ưu dạng sóng vng Một kích thích độ rộng xung thay đổi đề xuất, sử dụng việc kiểm tra ăn mòn bề mặt cấu trúc dẫn điện Điều chế độ rộng xung , cung cấp phổ tần số khác đề xuất loại bỏ cần thiết tín hiệu mẫu tham chiếu PEC thực cách sử dụng phần giảm dần tín hiệu bước, thay phần nâng lên, sau nguồn cung cấp cho cuộn dây kích từ bị ngắt Hình 6.88 Dịng kích thích với độ rộng xung khác 6.3.5 Đầu dò mảng PEC Đầu dò ma trận phẳng tạo đồ màu hữu ích việc xác định khuyết tật Cơng trình họ cho thấy việc sử dụng dãy x cảm biến, lập đồ thành công khuyết tật bề mặt tạo cách nhân tạo 76 mẫu, điều biện minh cho phức tạp mạch kích thích cảm biến sử dụng đầu dò Việc áp dụng kích thích độc lập dẫn đến trường kích thích đồng hơn, đó, dẫn đến việc giải thích tín hiệu phát đơn giản Hình 6.89 Đầu dị mảng Một đặc điểm khác biệt hình dạng cuộn dây Thay hình trịn, hình dạng phổ biến nhất, cuộn dây hình chữ nhật đường đua Loại cuộn dây khơng trịn gọi có hướng thay khơng hướng đẳng hướng cuộn dây tròn Với đầu dò định hướng, đường dòng điện xốy cảm ứng khơng phải hình trịn, đó, chúng nhạy cảm với thay đổi theo hướng cụ thể Hình 6.90 Cuộn dây vuông Như thể hình trên, bao gồm đầu dị bao gồm cuộn dây cuộn dây đầu hình cuộn dây lấy hàng đặt trực tiếp tâm phía cuộn dây kích hoạt, cuộn với cuộn cảm ứng để tạo thay đổi trường dọc theo đường quét sóng điện từ trường phân tích theo biến đổi hướng quét cảm biến chiều dịng kích thích từ trường Trong hình, chiều từ thơng song song với X chiều dịng kích thích song song với trục Y bên q trình dị tìm, tín hiệu phản hồi cuộn dây lấy mẫu thời gian thực điện áp đỉnh hoàn thành tín hiệu trích xuất lúc 77 Phân tích theo hướng từ thơng: Hình 6.91 Phân tích theo hướng từ thơng Khi cảm biến qt theo hướng từ thơng, sóng đỉnh khuyết tật gây thể hình Tất biết sóng đỉnh khơng đơi cảm biến nằm vùng khơng có khuyết tật Nếu dịng điện xốy mẫu vật bị nhiễu khuyết tật có điện trở lớn mẫu, chúng chảy đến hai đầu đáy khuyết tật Tuy nhiên, hướng chảy dịng điện xốy hai đầu trái ngược Do đó, lực từ gây dịng điện xoáy thay đổi hai đầu ngược chiều Vì vậy, dịng điện cuộn dây nhận thay đổi bất lợi cảm biến đầu khác khuyết tật Khi đầu dò quét dọc theo khuyết tật, đỉnh đáy xuất sóng đỉnh dạng a, b c Giá trị cực đại cực tiểu sóng đỉnh tương ứng tương ứng với thời điểm cảm biến vào rời khỏi mép khuyết tật Phân tích theo hướng dịng kích thích: 78 Hình 6.92 Phân tích theo hướng dịng kích thích Khi cảm biến qt theo hướng dịng kích thích, sóng cực đại khuyết tật gây thể hình Nếu dịng điện xốy mẫu bị nhiễu khuyết tật có điện trở lớn mẫu, chúng chảy sang hai bên mẫu khiếm khuyết Tuy nhiên, hướng chảy dịng xốy hai phía trái ngược Do đó, lực từ gây dịng điện xoáy thay đổi hai mặt trái ngược Vì vậy, dịng điện cuộn dây thay đổi bất lợi cảm biến mặt khác khuyết tật Nói cách khác, cảm biến nằm phía bên phải khuyết tật (dạng a), đỉnh rộng xuất sóng đỉnh Ngược lại, cảm biến bên trái cảm biến (trạng thái c), rãnh rộng xuất sóng đỉnh Khi khuyết tật nằm trung tâm cảm biến (trạng thái b), dịng điện xốy chạy đến đáy khuyết tật, lực từ gây dịng điện xốy có phương thẳng đứng với pháp tuyến cuộn dây nhận Vì vậy, biến thiên sóng đỉnh nhỏ điện áp sóng đỉnh gần khơng đổi 79 7.1 CHƯƠNG MỘT SỐ SẢN PHẨM THỰC TẾ Maxwell NDT — PECT Pulsed Eddy Current Detection Hình 7.93 Maxwell NDT Hệ thống Maxwell NDT PECT, cung cấp ETher NDE Maxwell NDT, hệ thống kiểm tra dịng điện xốy có khả đặc biệt, phát triển người sáng lập phương pháp dịng điện xốy xung Trên tồn cầu, ETher NDE đại diện cho sản phẩm cơng nghệ dịng điện xốy xung (PECT), phát triển chủ yếu để phát ăn mòn che giấu lớp cách nhiệt Các công cụ trước thường hiệu thời gian MAXWELL NDT sử dụng công nghệ pin thiết bị PECT hệ có cơng suất cao Với giao diện người dùng thực đơn giản khả kiểm tra mạnh, người dùng thử nghiệm song song hệ thống Maxwell với hệ thống PEC khác Ưu điểm: Thiết bị dịng điện xốy xung MAXWELL NDT (PECT) phát triển để cung cấp tỷ lệ tín hiệu nhiễu vượt trội, so sánh với thiết bị có khác Điều phần do: - Xung đơn nhanh - Dòng cao đầu dò nhỏ gọn - Độ dày thành ống lớn, khoảng 50 mm (2”) kết hợp với độ dày lớp cách nhiệt, lý tưởng cho việc kiểm tra đường ống / đường ống - Thiết kế đặc biệt mạnh mẽ cung cấp hiệu suất vượt trội theo tiêu chuẩn khắt khe liên quan đến việc kiểm tra chỗ 80 - Dữ liệu định dạng Excel cung cấp khả tương thích dễ dàng với ứng dụng khác - Phần mềm trực quan, dễ sử dụng tạo với ý kỹ thuật viên NDT, cho phép dễ dàng báo cáo thiết bị máy tính để bàn người dùng - Định giá trọn đời bao gồm tất loại bỏ nhu cầu phí hỗ trợ phần mềm hàng năm Ứng dụng: Thử nghiệm dịng điện xốy xung (PECT) có khả đo độ dày thép cịn lại mà khơng cần phải loại bỏ lớp phủ, vật liệu cách nhiệt, cặn bẩn Một số ứng dụng có sẵn cơng nghệ chứng minh có liên quan; số số liệt kê đây: 7.2 - Ăn mòn lớp chống cháy chân đỡ cầu lưu trữ - Ăn mòn gia tốc dòng chảy (nhà máy điện) - Kho lưu trữ vịng hình khun - Vùng bắn cơng trình ngồi khơi bậc thang - Đường ống biển - Cọc (cầu cảng, cấu trúc cảng) - Sửa chữa kết thúc - Dây chằng lại ăn mòn - Giám sát độ dày tường nhiệt độ cao - Vỏ tàu - Vỏ bọc tốt MEC-Floorscanner 81 Hình 7.94 Maxwell NDT Máy quét MEC-Floorscanner thiết kế để bao phủ khu vực kiểm tra tối đa vỏ bao gồm khu vực tiếp cận hệ thống kiểm tra khác cung cấp tính lợi ích sau hỗ trợ đánh giá khuyết tật, tính tồn vẹn giám sát: Độ nhạy phát khuyết tật cao sàn bể chứa với độ dày lên đến 30mm; độ dày lớp phủ composite lên đến 10mm; nhiệt độ lên đến 150 độ C Tốc độ kiểm tra cao khoảng 25m / phút Khả kiểm tra thép không gỉ, thép cacbon sàn bể khơng sắt từ Khả kiểm tra sàn bể có lót khơng lót Khả phát ăn mòn mối hàn chồng lên bể lót Độ dày Lớp phủ Phân biệt khuyết tậ hai mặt Từ tính vật liệu Độ nhạy Lập đồ Tốc độ Chuẩn bị kiểm tra Dịng điện xốy từ tính 30 mm 10 mm có Dị dỉ từ thơng 10 mm mm khơng Có thể sai số Dưới 20% Có 20-30 m/p khơng bị ảnh hưởng tốc độ Chuẩn bị khơng cần làm Phải cố định Trên 20% Không 20-30 m/p bị ảnh hưởng tốc độ Chuẩn bị nhiều yêu cầu làm 82 Vùng chết tối thiểu sàn tiếp giáp với vỏ két sàn chồng lên có khả tra gần thẳng với vỏ két Sự khác biệt khuyết tật mặt mặt thông qua ánh xạ riêng biệt  Do tảng điện từ nó, kỹ thuật Dịng điện xốy tần số thấp bão hòa mà MEC-Floorscanners dựa thường so sánh với kỹ thuật Rị rỉ thơng lượng từ (MFL) Tuy nhiên, ưu điểm kỹ thuật Dịng điện xốy tần số thấp bão hòa so với kỹ thuật MFL để kiểm tra sàn bể chứa chứng minh nhiều So sánh: Ưu điểm: Từ trường dòng điện chiều thấp hơn: Kỹ thuật MEC tạo từ trường dòng điện chiều thấp MFL cho phép: - Kiểm tra độ dày thành cao hơn, ví dụ: hình khun - Kiểm tra dự phịng lớn hơn, ví dụ: sàn bể phủ lên đến lớp phủ 10mm - Ít ảnh hưởng từ sàn gợn sóng - Phát cao khuyết tật nhỏ nơng hai bên sàn bể Dịng điện xoáy tần số cao hơn: Tần số cao mà kỹ thuật MEC hoạt động mang lại ưu điểm sau: - Phân biệt lập đồ khuyết tật mặt mặt riêng biệt - Phân biệt khuyết tật với định không khuyết tật tạp chất dát mỏng thông qua sử dụng giai đoạn tín hiệu - Ảnh hưởng thấp hình dạng khuyết tật đến việc phát khuyết tật - Độ nhạy phát khuyết tật cao lỗ> 3mm từ 10% tường o Với POD> 90% khuyết tật Ø> 5mm tổn thất tường> 20% o Độ xác kích thước lỗi +/- 10% cho báo cáo chỗ +/- 5% cho phân tích ngoại tuyến đặc biệt 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN Kiểm tra dòng điện xốy sử dụng nhiều ngành cơng nghiệp để tìm khuyết tật thực phép đo Một ứng dụng kiểm tra dịng điện xốy để phát khuyết tật Nói chung, kỹ thuật sử dụng để kiểm tra khu vực tương đối nhỏ thiết kế đầu dị thơng số kiểm tra phải thiết lập với hiểu biết tốt lỗ hổng phát Vì dịng điện xốy có xu hướng tập trung bề mặt vật liệu, nên chúng sử dụng để phát khuyết tật bề mặt gần bề mặt Trong vật liệu mỏng ống tấm, dịng điện xốy sử dụng để đo độ dày vật liệu Điều làm cho dịng điện xốy trở thành cơng cụ hữu ích để phát hư hỏng ăn mòn hư hỏng khác gây mỏng vật liệu Kỹ thuật sử dụng để thực phép đo độ mỏng ăn mòn vỏ máy bay thành ống sử dụng phận lắp ráp trao đổi nhiệt Kiểm tra dịng điện xốy sử dụng để đo độ dày sơn lớp phủ khác Dịng điện xốy bị ảnh hưởng tính dẫn điện từ tính vật liệu Do đó, phép đo dịng điện xốy sử dụng để phân loại vật liệu để biết liệu vật liệu nhiệt độ cao hay xử lý nhiệt, điều làm thay đổi độ dẫn điện số vật liệu Với báo cáo này, nhóm em tìm hiểu thêm nhiều kiến thức đo lường không phá hủy áp dụng phương pháp dịng điện xốy bao gồm dịng điện xốy ngun lý dịng điện xốy; Cảm biến dịng điện xốy; Cấu tạo hoạt động đầu dị dịng điện xốy; Xử lý tín hiệu đo cấu hiển thị; Các yếu tố quan trọng trình đo; Một số kỹ thuật đo đặc biệt ứng dụng dịng điện xốy, số thiết bị thương mại ứng dụng thực tế Rất mong thầy đọc cho bọn em nhận xét đóng góp thêm để bọn em hồn thiện kiến thức 84 CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Hoshikawa, H and Koyama, K., "A New Eddy Current Surface Probe without Lift-off Noise", Materials Evaluation (2) Junjun Xin, Naiguang Lei, Lalita Udpa, Satish S Udpa, “Rotating field eddy current probe with bobbin pickup coil for steam generator tubes inspection”, NDT&E International, December 2012 (3) Ahmed N AbdAlla, Moneer A Faraj, Fahmi Samsuri, Damhuji Rifai, Kharudin Ali and Y Al-Douri, “Challenges in improving the performance of eddy current testing: Review”, Measurement and Control 2019, Vol 52(1-2) 46–64, 2018 (4) Eddy Current Testing at Level 2: Manual for the syllabi Contained in IAEATeCDoC-628.rev "Training guidelines for Non-Destructive Testing Techniques” – International Atomic Energy Agency (5) Nondestructive Evaluation Techniques blog – IOWA State University (6) https://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn388/idn388.htm (7) https://www.mdpi.com/2076-3417/8/11/2066/htm 85 ... thường phương pháp kiểm tra trực quan khác Do đó, phương pháp kiểm tra kiểm tra dịng điện xốy phát triển để phát khuyết tật Thí nghiệm dịng điện xốy Trong thí nghiệm đây, sử dụng kiểm tra dòng điện. .. liệu, đo độ cứng vật liệu, kiểm tra độ ẩm, … Phương pháp dịng điện xốy phương pháp phổ biến Đo lường không phá hủy, thường sử dụng ứng dụng phát khuyết tật bề mặt vật liệu dẫn điện Nguyên lý phương. .. 1867) 1.3 Nguyên lý kiểm tra dịng điện xốy Kiểm tra dịng điện xoáy số phương pháp NDT sử dụng nguyên lý điện từ làm sở để tiến hành kiểm tra Một số phương pháp khác kiểm tra trường từ xa (RFT),