Ảnh hưởng của máy siêu âm và biến tửđến sai số kiểm tra Ảnh hưởng của tiếng ồn
Tiếng ồn điện tử: Tương tự như tiếng lạo xạo, lè xè khi băng tăng âm lượng của Radio hay ti vi. Tiếng ồn điện tử có thể xuất hiện thậm chí cả khi đầu dò không tiếp xúc với vật kiểm tra. Các máy dò khuyết tật còn bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn từ các nguồn bên ngoài khác ở dạng các sóng giao thoa Radio.
Tiếng ồn cấu trúc: Loại tiếng ồn này là do sự phản xạ của chùm âm tại các biên giới hạt trong vật liệu. Tiếng ồn cũng lớn hơn ở các vật liệu thô hơn và khi tần sốđầu dò cao hơn.
Tiếng ồn nội tại: Loại tiếng ồn này là do các phản hồi không mong muốn trong vỏ đầu dò. Khi đầu dò cũ đi thì lớp dán giữa đế đầu dò vật liệu tinh thể có thể lỏng, khi đó tiếng ồn nội tại tăng mạnh và có thể nhận thấy được. Tiếng ồn nội tại lớn hơn ở các dải ngắn …
Tỷ số tín hiệu trên tiến ồn là tỷ số của độ cao xung trên ‘’tiếng ồn’’ ở cùng dải. Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn có thểđo được cho tất cả các đầu dò siêu âm. Nó có thể được biểu diễn như một tỷ số đơn giản nhưng nó thường được biểu diễn bằng dB. Thường yêu cầu tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn tối thiểu là 6 dB hoặc có thể
là 12 dB. Các cố gắng để tiến hành kiểm tra siêu âm với giá trị thấp của tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn thường sinh ra một mức độ ‘’chỉ báo sai’’ cao (tức là các khuyết tật không có thực tế sẽ được báo cáo). Khi kiểm tra các mối hàn của thép ferrit tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn thường rất lớn (20-40 dB). Do đó với thép ferrit không cần thiết phải đo tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn. Tuy nhiên khi kiểm tra các vật liệu thô hơn như các mối hàn khuếch tán của thép không rỉ austenit, tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn có thể thấp hoặc thấp hơn 6 dB. Trong các trường hợp này cần phải đo tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn sao cho kích thước cực tiểu của mặt phản xạ cần được phát hiện với một tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn đủ lớn có thể phát hiện được.
Phương pháp đo tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trong điều kiện ở công trường cơ bản như sau :
Thu và làm cực đại một xung từ mặt phản xạ hiệu chỉnh ở một dải cho trước. Sử dụng bộ điều chỉnh độ lợi đưa xung này xuống một mức thấp tương quan, là 10% hay 20% và ghi giá trịđộ lớn.
Bây giờ tăng độ lớn cho tới khi mức ồn ở cùng dải với đội cao màn đã chọn (10% hay 20%), ghi nhận mức tăng độ lớn. Nó chính bằng tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn ở dải đã chọn.
Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn thay đổi theo dải. Rõ ràng là khi tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn ở dải bất kỳ càng lớn thì càng dễ phân biệt các phản hồi khuyết tật ở dải này. Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn giảm dần khi đầu dò cũ đi. Đó là do tinh thể trở nên dính vào đế kém hơn khi thời gian tăng lên. Các đầu dò kép thường dễ bị nhiễu do các chất tiếp âm ngấm vào hàng rào cách âm giữa các tinh thể phát và thu. Đó là một ảnh hưởng đặc thù khi mỡ hay dầu được sử dụng làm chất tiếp âm.
Do tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn thay đổi theo sự phù hợp trở kháng của đầu dò với máy dò khuyết tật và sự thay đổi của các yếu tố khác. Điều quan trọng là khi đo tỷ số âm giữa tín hiệu và tiếng ồn thì máy dò khuyết tật và các núm hiệu
chỉnh (loại trừ núm độ lớn) là giống như khi được sử dụng để kiểm tra. Trong ví dụ này tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn tìm được là 12dB: 44-32=12dB
Hình 3.10: Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn Ảnh hưởng của vùng chết đầu dò
Vùng chết của một đầu dò siêu âm có thể được định nghĩa là độ sâu của vùng ngay dưới bề mặt của chi tiết (được kiểm tra) mà không thể dò thấy các khuyết tật nhỏ một cách chắc chắn. Ở các đầu dò đơn tinh thể, đó là phần đầu tiên của dải liên quan tới tiếng ồn nội tại của đầu dò, tiếng ồn do do sự phản xạ trong chất tiếp âm (đặc biệt là khi bề mặt gồ ghề) và sự rung tinh thể. Các đầu dò này không có tác dụng để kiểm tra các khuyết tật. Các đầu dò tinh thể kép có vùng chết do sự xuất hiện của điểm ‘’mù’’ mà độ dài của nó được xác định bởi cấu hình của đầu dò. Tất cả các đầu dò kép đều có một điểm hội tụ độ nhạy với các khuyết tật nhỏ là lớn nhất tại điểm này và giảm đi ở các dải dài hơn hoặc ngắn hơn.
Vùng chết có thể được đánh giá khi sử dụng một khối các lỗ khoan sườn tại các độ sâu 1, 2, 3, 5, 10, 15mm dưới bề mặt khối chuẩn. Lý tưởng là các lỗ khoan có cùng đường kính với lỗ được sử dụng để hiệu chỉnh. Chùm âm có thể được duy trì ở các lỗ sâu hơn liên tiếp cho tới khi phản hồi từ lỗ trở nên tách biệt khỏi tiếng ồn của dải đó. ( Hay trong trường hợp một đầu dò kéo được dò thấy một cách dễ dàng).
Các yêu cầu của vùng chết thường không được nêu ra trong tiêu chuẩn kiểm tra mối hàn nhưng vùng chết phải được tính toán khi kiểm tra siêu âm, nếu không một số vùng của mối hàn vẫn không được kiểm tra.
Ảnh hưởng của điểm xa của đầu dò (còn gọi là điểm phát của đầu dò)
Áp suất ở trong chùm âm là lớn nhất dọc theo chùm. Chỉ trừ trường hợp của các đầu dò sóng nén đơn tinh thể chùm âm là không đối xứng hoàn toàn quanh trục của chùm. Điểm xa được định nghĩa là là điểm tại đó trục của chùm rời khỏi đế của đầu dò. Trong trường hợp các đầu dò sóng nén 00 nó luôn luôn là tâm hình học của đế đầu dò. Trong trường hợp các đầu dò sóng ngang thì điểm ra của đầu dò được xác định riêng biệt cho từng đầu dò. Nếu không thể thực hiện được điều đó thì không thể xác định chính xác điểm tâm của bất kỳ phản hồi cực đại cho trước. Đểđạt được điều đó cần thiết phải xác định được chính xác góc của đầu dò.
Phương pháp để tìm điểm ra của các đầu rò góc sóng ngang là hướng của chùm tia về các bề mặt hình trụ lõm. Bề mặt được chọn phải lớn hơn đường kính chùm theo mặt phẳng nằm ngang. Khi phản hồi từ các bề mặt hình trụđã được thu cực đại thì điểm ra của đầu dò có thể được đánh dấu trùng với điểm tâm của mặt trụ. Khối chuẩn BS2704 A2 là thích hợp cho mục đích này. Đôi khi đường tâm của vỏđầu dò không vuông góc với bề mặt trụ khi các xung được thu cực đại.
Hình 3.11: Xác định điểm ra sử dụng khối BS2704 A2
Cực đại tín hiệu từ mặt cong 100mm
Ảnh hưởng do góc của chùm (Góc đầu dò)
Nó được định nghĩa là góc khúc xạ của chùm âm trong vật kiểm tra, góc được đo tại trục của chùm. Các đầu dò sóng ngang nói chung được cung cấp với góc chuẩn lên thép ferrit được ghi trên vỏ đầu dò. Chú ý là do tốc độ âm khác nhau cho các vật liệu khác nhau cho nên đầu dò sóng ngang bất kỳ sẽ có góc khác nhau cho mỗi vật liệu kiểm tra. Ví dụ một đầu dò có góc là 600 trong thép ferrit (tốc độ sóng ngang 3240m/s) sẽ có góc của chùm vào khoảng 56,80 trong thép không rỉ austenit (tốc độ sóng ngang 3130m/s). Do đó, khi đo góc thì điều quan trọng là khối chuẩn được sử dụng có các đặc tính âm giống như của chi tiết được kiểm tra.
Trong siêu âm mối hàn thì điều tối quan trọng là khi kiểm tra mối hàn thì cần phải biết chính xác góc của đầu dò. Ví dụ, nếu kiểm tra đáy của một mối hàn một phía dày 20mm thì sai số chỉ 10 của góc chùm sẽ sinh ra sai số dọc theo đường âm là 3mm. Điều này dễ dàng gây ra các giải đoán sai về chất lượng đáy.
Khi các sản phẩm rèn và đúc được kiểm tra, góc của chùm thường không nghiêm ngặt như vậy và người ta có thể thoả mãn trong các trường hợp này khi đo góc chùm A2 và A4.
Do góc của góc chùm thay đổi nghiêm trọng do đầu dò bị mòn nên cần thiết phải kiểm tra một cách thường xuyên.
Hình 3.12: Xác định góc chùm khối BS 2704 A2
750 700
650 600
Phương pháp: Đánh dấu điểm ra của đầu dò (xem hình 3.11), cực đại các xung từ các lỗ đường kính 1,5mm hoặc 50mm và đọc góc đầu dò tương ứng. Trong ví dụđược đưa thì góc đầu dò là 690. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ảnh hưởng của biên dạng chùm
Nếu một mặt cắt ngang của chùm âm được lấy ởđiểm bất kỳ cho trước thì có thể vẽ được các đường đẳng áp khác nhau (đường thẳng nối các điểm có áp suất âm bằng nhau) ở trong vùng trường xa (cho các đầu dò đơn tinh thể) tạo nên các vòng đơn liên tục. Biên dạng chùm của một đầu dò kép rất phức tạp, do đó người ta thường không vẽ biên dạng chùm cho các đầu dò này. Thông thường người ta hay vẽ biên dạng chùm của đường đẳng áp 20dB nhưng cũng có thể vẽ các đường đẳng áp khác khi cần thiết.
Biên dạng chùm theo mặt phẳng thẳng đứng thường được vẽ khi sử dụng khối BS2704 A5. Do biên dạng chùm âm thay đổi phụ thuộc vào vật kiểm tra nên điều quan trọng là vật liệu của khối chuẩn phải tương tự như vật kiểm tra. Không thực tế khi cố gắng vẽ biên dạng chùm âm cho các vật liệu hạt thô như thép đúc.
Phương pháp để thu được biên dạng chùm âm tương tự như khi tiến hành vẽ trục của chùm được tiến hành ở trên. Trên thực tế tiêu chuẩn để kiểm tra cả hai biên dạng chùm và góc của chùm tiến hành cùng một lúc. Xem hình 3.13 để giải thích cho kỹ thuật này. Biên dạng của chùm âm cho các đầu dò sóng nén 0o có thểđược xác định theo cách tương tự.
Biên dạng chùm âm theo mặt phẳng nằm ngang có thể được xác định cho các đầu dò góc sóng ngang khi sử dụng phương pháp được mô tả trong hình 3.14. Nếu một số các phép kiểm tra cho máy dò khuyết tật không đúng thì dẫn đến phép đo sẽ gây nên sai số. Các phép kiểm tra gồm các phần như là đo vùng gần, đo độ dài xung, đo tần sốđiều khiển…
Hình 3.13: Xác định độ mờ của chùm theo mặt phẳng nằm ngang Ảnh hưởng của vận tốc âm và kích thước biến tử
Đường kính biến tử có ảnh hưởng nhất định đến chùm tia siêu âm truyền qua môi trường. Với cùng tần số, biến tử càng nhỏ có góc mở chùm tia càng lớn so với biến tử có đường kính lớn hơn.
Hình 3.14: Kích thước biến tử và góc mở của sóng âm
Thay đổi tần số của biến tử cũng sẽ thay đổi góc mở của chùm tia. Độ phân kỳ tỉ lệ nghịch với tần số. Do đó, biến tử tần số cao sẽ có chùm tia có góc mở nhỏ so với tần số thấp có cùng đường kính.
Độ phân kỳ của chùm tia có thể giảm bằng cách tăng tần số biến tử hay sử dụng biến tử có đường kính lớn hơn
Ảnh hưởng của độ phân giải máy dò siêu âm
Độ phân giải là khả năng phân biệt các bất liên tục nằm gần nhau. Hình giáng hay điều kiện bề mặt của bất liên tục cũng ảnh hưởng đến chị thị bất liên tục trên màn hình. Bất liên tục bề mặt thô có xu hướng phân tán phản xạ so với bề mặt nhẵn. Tạp chất phi kim loại là loại bề mặt thô nên sẽ làm phân tán sóng âm nhiều hơn bề mặt bất liên tục nhẵn như vết nứt. Độ phân giải giảm đi khi tăng độ dài xung siêu âm. Độ dài xung siêu âm chịu ảnh hưởng của ba yếu tố:
‘’Sự ngân của tinh thể’’: Sự ngân của tinh thể có thểđược định nghĩa là mức độ mà tinh thể tiếp tục dao động sau khi được kích thích bởi xung điện gốc hoặc xung siêu âm quay trở về. Các đầu dò siêu âm được thiết kếđể giảm thiểu sự ngân sủa tinh thể nhờ sử dụng các vật liệu làm nhụt (đệm) trong đế của đầu dò. Làm nhụt điện tử cũng có thể được áp dụng để làm giảm độ ngân. Độ ngân của tinh thể thường nhỏ hơn với các đầu dò tần số cao so với các đàu dò tần số thấp.
Độ dài xung điện: nó được điều khiển bởi máy dò khuyết tật. Hầu hết các máy dò khuyết tật có ít nhất hai độ dài xung được đặt.
Độ gồ ghề của mặt vào: Kiểm tra các bề mặt vào gồ ghề có thể làm tăng độ dài của xung siêu âm.
Khối BS 2704 A7 có thểđược sử dụng đểđánh giá khả năng phân tích của tất cả các đầu dò siêu âm. Khối này bao gồm các khối hình trụ có đường kính khác nhau của thép ferrit. Nó có các bước 2,3,4 hoặc 5mm.
Các tiêu chuẩn và quy phạm quốc gia thường xuyên đặt ra các yêu cầu tối thiểu cho độ phân giải. Ví dụ , BS 2923 phần 1 chỉ ra rằng một đầu dò sóng ngang 4 tới 6 MHz tối thiểu phải có khả năng phân biệt các bước 2mm và các đầu dò sóng dọc cùng tần số phải có khả năng phân biệt các bước 3mm.
Phương pháp để đánh giá độ phân giải như sau: Đầu dò được đặt trên bề mặt phẳng của khối A7 và phản hồi từ bề mặt hình trụ được thu cực đại. Đầu dò
được ngắm kỹ lưỡng ở bước yêu cầu và các xung từ hai bên bề mặt hình trụ có khả năng tách biệt khi hai xung ởđộ cao toàn bộ màn hình và độ cao hơn 50% FSH.
Các khối hiệu chỉnh tiêu chuẩn khác cũng có thểđược sử dụng đểđánh giá độ phân giải. Các bước 85, 91, và 100mm trong khối A2 đôi khi được sử dụng để đánh giá độ phân giải của các đầu dò 0o trong khi khối A5 hay IOW đôi khi chứa một nhóm các lỗ khoan bên sườn gần nhau được sử dụng cho tất cả các đầu dò.
Khả năng phân giải là đặc biệt quan trọng khi đánh giá mối hàn bởi vì nó thường rất quan trọng để phân biệt các xung gần nhau. Ví dụ tín hiệu từ giọt đáy của mốt hàn một phía có thể tách biệt chỉ trong khoảng 2 hoặc 3mm so với các tín hiệu do nứt mép đáy hoặc không ngấu đáy. Nếu các xung này không được tách biệt thì không thểđánh giá đáy của các mối hàn đó có độ tin cậy cao.
Do khả năng phân giải bị ảnh hưởng mạnh bởi độ dài xung, cho nên cần sử dụng độ dài xung giống như độ dài xung được sử dụng để đánh giá độ phân giải. Máy dò khuyết tật và các phép điều chỉnh giống như khi được dùng cho kiểm tra thực tế cần được sủ dụng. Hình 3.15 Khả năng phân giải của đầu dò 4 MHz và 1 MHz Với đầu dò sóng nén 4MHz bước 2mm tách biệt nhau một cách rõ rệt Với đầu dò sóng nén 4MHz bước 2mm tách biệt nhau một cách rõ rệt
Hình 3.16: Mô hình kiểm tra phụ thuộc vào độ phân giải