Các khuyết tật đ ợc chế t o rất đa d ng về ch ng lo i, hình dáng và ph ơng
pháp, với yêu cầu nó sẽ t o ra ph n ng tr ớc một ph ơng pháp kiểm tra định tr ớc,
đồng th i, vị trí và ph n ng c a nó đ i với các ph ơng pháp kiểm tra ph i đ m b o
t ơng đ ơng với khuyết tật tựnhiên. Các ph ơng pháp t o khuyết tật nh sau:
3.3.1. Không ng u và thi u ng u chân
D ng khuyết tật này đ ợc hình thành b i hiện t ợng không liên kết giữa kim lo i m i hàn với kim lo i cơ b n, kim lo i cơ b n với kim lo i cơ b n và kim lo i m i hàn với kim lo i m i hàn. Cho nên khuyết tật này th ng gồm ba lo i cơ b n: Thiếu ngấu c nh (lack of sidewall fusion), thiếu ngấu chân (lack of root fusion) và thiếu ngấu giữa các lớp hàn (lack of interrun). Các khuyết tật này th ng là do sự xuất hiện c a xỉ, oxides, các t p chất, c ng độ dòng hàn quá thấp, t c độ hàn quá nhanh, góc vát quá hẹp v..v...[22]
Chọn vị trí t o khuyết tật, ph ơng pháp hàn sử d ng một chế độ hàn với nhiệt
l ợng đầu vào thấp hơn m c cần thiết, có thể ph một lớp m ng kim lo i không đồng d ng với kim lo i cơ b n có nhiệt độ nóng ch y kho ng 9000C, các quá trình thay đổi chế độ hàn đ ợc khuyến khích để dễ dàng t o khuyết tật gần gi ng với khuyết tật không có ý [9,22].
Với khuyết tật thiếu ngấu chân có thể đ ợc chế t o bằng việc chuẩn bị một bề
mặt chân (root face) lớn hoặc khe h chân (root opening) hẹp sẽ dễ dàng t o đ ợc khuyết tật này, ngoài ra sự thay đổi chế độ hàn nh tăng t c độ hàn, tăng đ ng kính
55
3.3.2. Ng m x (Lag Inclusions)
Ngậm xỉ hay còn đ ợc gọi là ngậm xỉ, lẫn phi kim lo i (Non metallic inclusion). Khuyết tật này có thể đ ợc bằng việc t o một h c và c tình chèn các (Non metallic) vào h c, Có thể chèn xỉ từ thu c bọc que hàn (SMAW), dây lõi thu c (FLAW), thu c hàn hồ quang ngầm (SAW), hoặc các Tungsten (GTAW), hoặc các Non matel vào. Có thể trực tiếp cho các thành phần nêu trên vào hoặc là sự c ý không làm s ch các chất
đó trong m i hàn nhiều lớp.
Cũng có thể t o ra khuyết tật bằng cách c ý làm sai các thao tác hàn hoặc thay
đổi chế độ hàn, tuy nhiên khuyết tật gi ng nh tự nhiên và không ph thuộc vào tay nghềng i thợđ ợc khuyến khích hơn trong việc chế t o khuyết tật mẫu [22].
Các mẫu sử d ng trong kiểm tra X quang, vị trí các khuyết tật sẽ nằm trong kho ng từ 25% đến 75% chiều dày kim lo i cơ b n, kho ng giữa tấm lót và m i hàn
điền đầy cũng có thể đ ợc sử d ng làm bẫy t o xỉ. Các khuyết tật ngậm Tungsten có thểđ ợc chế t o bằng cách nhúng Tungsten vào bể hàn, các mẫu khuyết tật bằng đồng
và nhôm cũng đ ợc sử d ng cho ph ơng phá kiểm tra X quang [18,22].
Các mẫu thử trong siêu âm có thể t o khuyết tật vị trí từ 10% đến 90% chiều dày chi tiết mẫu, kho ng cách giữa tấm lót có thểđ ợc sử d ng làm vị trí t o khuyết tật. Các lo i vật liệu có kh năng c n tr sóng âm thì không đ ợc khuyến khích khi chế t o mẫu thử trong siêu âm nếu không có yêu cầu từng i sử d ng [18,22].
3.3.3. Rỗ khí
Khuyết tật này có thể đ ợc t o thành bằng việc gi m hoặc lo i b khí b o vệ trong các ph ơng pháp hàn có sử d ng khí b o vệ. Cũng có thể thực hiện bằng cách
tăng chiều dài hồ quang hoặc kết hợp giữa việc h n chế khí b o vệvà tăng chiều dài hồ
quang hàn [22].
Trong ph ơng pháp hàn SMAW có thể sử d ng kỹ thuật kéo dài hồ quang hàn hoặc làm ớt một đo n điện cực hàn, có thể kết hợp c hai ph ơng pháp tăng chiều dài hồquang và làm ớt một đo n điện cực hàn [22].
Khuyết tật Wormholes có có d ng các rãnh thẳng vuông góc với bề mặt vật hàn có thểđ ợc t o ra bằng cách làm ớt điện cực hàn.
Khuyết tật rỗ khí đ ợc đặc tr ng b i s l ợng các khuyết tật, tập trung riêng lẻ hay thành đo n dài, tùy theo mà ta có các d ng khuyết tật phổ biến nh rỗ khí tập trung thành chùm (Clustered), rỗ khí tập trung thành đ ng (Linear), rỗ khí phân b riêng lẻ không đồng đều (Uniformly scattered) [22].
56
Khuyết tật n t có thểđ ợc t o ra bằng thay đổi thành phần hóa học c a kim lo i
cơ b n hoặc kim lo i điền đầy, việc làm điện cực ẩm ớt cũng có thể đ ợc ng d ng trong việc chế t o khuyết tật n t, tuy nhiên kh năng kiểm soát vết n t là rất khó khăn.
Trong việc t o vết n t nhánh (Multidirectional crack) ta có thể thực hiện bằng cách cho một ít đồng vào vùng hàn nóng ch y[22].
N t dọc có thểđ ợc chế t o bằng cách kết hợp hàn hai điện cực t i một khu vực
đư định, lo i điện cực th ng đ ợc lựa chọn là E11016 và E7016, trong ph ơng pháp
này việc chuẩn bị mép vát và th tự lớp hàn là rất quan trọng. Kỹ thuật chế t o vết n t dọc cũng có thểđ ợc chế t o bằng cách c tình t o ng suất khi hàn, tuy nhiên kỹ thuật
này đòi h i ph i có sựtính toán và phân đo n đ ng hàn rất ph c t p [22].
Một s khuyết tật n t cũng có thểđ ợc chế t o bằng cách tác động bằng một tác nhân c Ủ nào đó, có thể là bẻ cơ hoặc có thể là gia công một rãnh nh để t o vết n t. Tuy nhiên lo i khuyết tật này cho kết qu trên siêu âm và X quang không gi ng với khuyết tật tự nhiên, do biên d ng c a chúng th ng thẳng và đều hơn[9].
3.4. Cácăph ngăphápăki m tra khuy t t t m i hàn
3.4.1. Ph ngăphápăki m tra m i hàn bằng siêu âm t h p pha
Trong ph ơng pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (PA UT) hay còn gọi là siêu âm đầu dò dưy điều pha, siêu âm màu ba chiều, thay vì sử d ng một đầu dò có một biến tử, góc và hình d ng chùm siêu âm phát ra đ ợc xác định bằng các nêm c định, ng i ta sử d ng một đầu dò có tới hàng trăm biến tử nh sắp xếp theo một dưy (array), các biến tử này phát ra các chùm siêu âm với các độ trễ (phased) theo một ch ơng trình đ ợc định tr ớc, các chùm siêu âm từ các biến tử giao thoa và t o nên một chùm siêu âm có các góc phát, tâm hội t , hình dáng, kiểu quét theo Ủ mu n.
Hình 3.19: Biến tử đầu dò tổhợp pha[31]
Trong khi phát xung, kích ho t điện đ ợc chuyển tới bộ phát xung với th i gian trễ lần l ợt yêu cầu để có đ ợc d ng chùm tia mong mu n. Trong quá trình nhận xung, các xung tín hiệu đ ợc s hóa và t o trễ phù hợp với quy luật hội t và đ ợc tổng hợp
57
l i để t o xung RF đơn. D ng sóng này sau đó đ ợc khuếch đ i, lọc nh yêu cầu, s hóa, xử lỦ và l u l i. Khi trình tự các quá trình hội t đ ợc hoàn tất, hình nh mô ph ng hóa dọc đ ợc kết hợp với d ng quét A-scan và các giá trị đo. Trong quét d ng đ ng, nhóm các tinh thể từng b ớc đ ợc tác động qua bộ trộn kênh để gi m chi phí và gi m độ ph c t p điện.
Hình 3.20: Biểu đồ d ng kh i c a thiết bị[29]
3.4.1.1. Quy trình ki m tra chung
D ới đây trình bày các b ớc cần thiết để phát hiện khuyết tật m i hàn bằng
ph ơng pháp siêu âm:
a. Ph m vi áp d ng
- Quy trình này thiết lập những yêu cầu chung c a kỹ thuật kiểm tra siêu âm sử
d ng đầu dò tổ hợp pha.
b. Tiêu chu n áp d ng
- Áp d ng tiêu chuẩn ASME Section V-Edition 2010, chuẩn riêng ASME Code Case 2235-9.
c. Nhân s ki m tra siêu âm t h p pha
- Nhân sự thực hiện thí nghiệm siêu âm tổ hợp pha ph i có ch ng chỉ bậc 2 tr lên theo tiêu chuẩn do BINDT cấp.
d. Chu n b b mặt
- Bề mặt tiếp xúc: bề mặt tiếp xúc cu i cùng nên đ ợc làm s ch kh i vẩy hàn
58
- Bề mặt m i hàn: bề mặt m i hàn ph i đ ợc làm s ch những điểm bất th ng mà có thểche đậy hay làm cho ph n x từ khuyết tật không phát hiện đ ợc.
e. Ch t ti p âm
- N ớc là chất tiếp âm dùng cho kiểm tra m i hàn. - M công nghiệp là chất tiếp âm giữa đầu dò và nêm.
f. Thi t b
- Máy kiểm tra xung dội
Máy kiểm tra các khuyết tật OmniScan MX2 c a h ng Olympus, kết hợp với module kiểm tra siêu âm tựđộng 16:64.
- Bộ quét kiểm tra siêu âm tổ hợp pha + Đầu dò
B ng 3.8: Thông s kỹ thuật và kích th ớc các lo i đầu dò( ph l c 1.1) + Nêm đầu dò
B ng 3.9: Thông s kỹ thuật và kích th ớc các lo i nêm đầu dò( Ph l c 1.2) Các nêm hỗ trợ cho việc t o sóng ngang trong thép với góc khúc x từ 550 đến 600.
Với kích th ớc lớn 110 mm ph i sử d ng nêm thẳng. + Bộgá đầu dò
Sử d ng 1 bộ gá cobra c a hưng Olympus để kiểm tra m i hàn giáp m i vòng ng.
Bộ gá có hỗ chợ bánh xe mã hóa vị trí quét cho kiểm tra tựđộng. + Bộ chia kênh
Bộchia kênh dùng để kết n hai đầu đo với thiết bị OmniScan y-spliter - Mẫu chuẩn
+ Mẫu chuẩn V1 đ ợc sử d ng cho việc hiệu chuẩn vận t c, độ trễ nêm và độ
59
Hình 3.21: Mẫu chuẩn V1[42]
+ Mẫu chuẩn Navships dùng để hiệu chuẩn đ ng TCG
Hình 3.22: Mẫu chuẩn Navships[42]
+ Th ớc đo kho ng cách dài từ 200mm đến 300mm, có thể u n dẻo hiệu chuẩn bộ mã hóa vị trí quét.
Hình 3.23: Th ớc đo
- Máy tính cá nhân
Hình 3.24: Máy tính cá nhân[29]
Ngoài việc l u giữ s liệu, máy tính cá nhân còn đ ợc dùng b i ng i phân tích dữ liệu sau khi các dữ liệu này đư đ ợc thu thập đầy đ , phần mềm hiển thị dữ liệu
t ơng thích trong hệ th ng đầu dò tổ hợp pha OmniScan còn đ ợc dùng trên máy tính cá nhân từxa để phát l i dữ liệu.
60
Máy bơm n ớc dùng đểbơm chất tiếp âm kiểm tra m i hàn.
Một s d ng c ph trợ khác nh kìm, kéo, tu c nơ vít, dũa, giấy nhám, bút… g. Hi u chu n thi t b - Hiệu chuẩn độ nh y - Hiệu chuẩn vận t c - Hiệu chuẩn độ trễ nêm - Hiệu chuẩn đ ng cong TCG - Hiệu chuẩn bộ mã hóa vị trí quét
h. K thu t ki m tra siêu âm t h p pha
- Ph m vi kiểm tra
Để xác định vùng quét và thể tích vùng kiểm tra yêu cầu, đ ng biên d ng có thể nhận đ ợc cho từng m i hàn hàn t i tâm-đỉnh-đáy hoặc L0, vùng bắt đầu đ ợc quét, là t i thiểu. Dữ liệu biên d ng sẽ bao gồm giá trị chiều dày đo bằng siêu âm và đ ng ranh giới bề mặt ngoài (dùng d ng c đo để đo). Chiều dày đo đ ợc nên lấy là giá trị
lớn nhất trong vùng kho ng ¼ inch và nên bao gồm vùng thể tích kim lo i đ ợc kiểm
tra và báo cáo. Kích th ớc ―t‖ là chiều dày mặc định c a thành.
Hình 3.25: Vùng dịch chuyển đầu dò[4] - Độ nh y bù cho các điều kiện bề mặt khác nhau
- T c độ quét
Không cần quy định rõ nh ng đ m b o việc thu thập giữ liệu khi quét. Theo tiêu chuẩn thì không đ ợc quá 5% dữ liệu bị mất khi quét hoặc không có 2 dữ liệu liên tiếp bị mất. Nếu xưy ra tr ng hợp mất dữ liệu thì ph i quét l i.
- Kiểm tra với đầu dò tổ hợp pha
Việc kiểm tra m i hàn cần đ ợc thực hiện t ơng ng với mỗi đ ng vát mép c a m i hàn và chiều dày c a m i hàn.
- Thiết lập máy - Quy trình quét
Sơ đồ quét sẽ đ ợc minh gi i bằng hình vẽ hoặc sử d ng máy tính mô ph ng các góc kiểm tra t ơng ng với góc vát mép chuẩn bị m i hàn (ví d từ 40 tới 600,
61
hoặc từ 55 tới 700) mà đ ợc dùng trong khi kiểm tra. Sơ đồ quét này sẽđ ợc l u l i để
chỉ ra thể tích m i hàn đ ợc kiểm tra và là một bộ phận c a báo cáo kiểm tra cu i cùng.
Thiết bị OmniScan® có thểđ ợc dùng cài đặt cho nhiều nhóm để thiết lập chế độ quét hình qu t với các góc thích hợp để đ m b o quét kiểm tra đ ợc toàn bộ m i hàn hàn và vùng nh h ng nhiệt.
Việc quét đầu dò sẽ đ ợc thực hiện theo kỹ thuật quét đ ng. Nó còn đ ợc gọi là LSAT (Kỹ thuật phân tích quét d ng đ ng - Line Scanning Analysis Technique). Mỗi đ ng quét sẽ nằm song song với đ ng hàn nếu sử d ng hiển thị quét qu t (S- scan)
Các góc khúc x thích hợp theo chấp thuận c a ASME sẽđịnh ra các vị trí c a
chùm tia và sau đó là các góc. Những điều này ph i đ ợc chỉ rõ trong sơ đồ quét siêu âm.
T i thiểu 2 đ ng quét sẽđ ợc thực hiện t i 2 vị trí phát tia từ tâm m i hàn về hai phía đ ng hàn t i đó đ m b o chùm tia sẽ quét qua toàn bộ vùng m i hàn và vùng
nh h ng nhiệt.
Với chiều dày kim lo i lớn hơn chiều dày thành mặc định 1 inch, nhiều đ ng quét sẽđ ợc áp d ng đểđ m b o m c độ che ph thểtích đ ng hàn và vùng kim lo i
cơ b n yêu cầu.
Việc quét đầu dò sẽ đ ợc thực hiện quét song song với m i hàn theo tr c quét 90° và 270°. Bộ quét sẽđ ợc dùng để hỗ trợxác định b n chất khuyết tật.
Tiến hành kiểm tra c hai phía m i hàn, những vị trí có thể, hoặc t i thiểu từ
một phía. Giới h n thể tích vùng kiểm tra sẽ đ ợc ghi l i trong Báo cáo dữ liệu kiểm tra siêu âm.
Toàn bộ thể tích vùng kiểm tra bao gồm vùng m i hàn và kim lo i cơ b n bên c nh sẽ đ ợc kiểm tra với chùm tia quét song song với m i hàn trên một hoặc 2 phía m i hàn (ví d : thuận chiều và ng ợc chiều kim đồng hồ). Nêm đầu dò tổ hợp pha sẽ đ ợc mài cong phù hợp với bán kính cong c a đ ng ng hay thép tấm đ ợc dùng trong kiểm tra đểđ m b o đầu dò tiếp xúc t t với đ ng ng hoặc thép tấm.
Dùng đầu dò thẳng để kiểm tra phần kim lo i cơ b n hay vùng nh h ng c a nhiệt.
Dùng đầu dò góc (700, 600,450) kiểm tra m i hàn giáp m i, quét t i thiểu theo
62
Đ i với m i hàn góc thì ta dùng đầu dò thẳng quét từ phía trong c a lỗ m và
dùng đầu dò góc (700, 600,450) quét theo các h ớng khác. - Kỹ thuật di chuyển đầu dò
T c độ dịch chuyển đầu dò sẽđ ợc kh ng chế t i đa là 6 inch/giây cho đ ng hàn bồn ch a và 3 inch/giây cho m i hàn ng trừ khi việc hiệu chuẩn ch ng minh
đ ợc với t c độcao hơn.
Khi quét bằng đầu dò góc chúng ta nên t o chuyển động đầu dò theo kiểu dích dắc hợp với ph ơng ngang một góc kho ng 100, với vận t c di chuyển từ 10mm/s20