Lý thuy tv siêu âm th p pha

2. 5L ch s phát tri nca siêu âm th p pha

3.1 Lý thuy tv siêu âm th p pha

M t k thu t m i trong ki m tra siêu âm là siêu âm t h p pha hay còn g i là siêu âm s d ngăđ uădòăđaăbi n t , siêu âm màu 3 chi u. Siêu âm t h păphaăđƣăt o nên cu c cách m ng v ch nă đoánă trongă yă h c và gi đơyă đangă lƠă m t trong các ph ngăphápăNDTăđ c ch p nh n và s d ng r ng rãi cácăn c phát tri n.

3.1.2 Các thành ph n c b n c a h th ng siêu âm t h p pha

Hình 3.1:ăS ăđ kh i c a thi t b ki m tra siêu âm t h p pha

T t c các công vi c ki m tra phát hi n khuy t t t s d ngăph ngăphápăsiêuăơmă t h păphaăđ c thực hi n theo m t chu trình thu th p, phân tích, báo cáo gi li u m t cách tựđ ng và khép kín. Chi ti t ki m tra Thi t b Omniscan MX2 Đ u dò t h p pha B quét B đi u khi n V trí Máy tính Máy in Ngu n cung cấp

3.1.3 Ph ng pháp ki m tra siêu âm t h p pha

Hình 3.2: Hình nh d ngăquétăđ uădòăsiêuăơmăthôngăth ngăvƠăđ u dò t h p pha Trongăph ngăphápăki m tra siêu âm t h p pha thay vì s d ng m tăđ u dò có m t bi n t , góc và hình d ngăchùmăsiêuăơmăphátăraăđ căxácăđ nh b ng các nêm c đ nh,ăng i ta s d ng m tăđ u dò có t iăhƠngătrĕmăbi n t nh s p x p theo m t dãy (array), các bi n t này phát ra các chùm siêu âm v iăcácăđ tr (phased) theo m t ch ngătrìnhăđ căđ nhătr c, các chùm siêu âm t các bi n t giao thoa và t o nên chùm siêu âm có các góc phát, tâm h i t , hình dáng, ki u quét theo ý mu n.

Hình 3.3:ăĐi u khi n góc phát chùm âm

Nh ăv y trong ki m tra siêu âm t h p pha, chùm siêuăơmăđ căđi u khi m b ng đi n t ch không ph i b ngăcácănêmănh ă ph ngăphápăsiêuăơmă thôngăth ng. K thu t này s d ngăđ u dò g m nhi u ph n t nh đ c l p v iănhauăđƣămangăl i cu c cách m ng trong ch năđoánăsiêuăơmă3ăchi u, 4 chi u trong y t và gi đơyăđ c s d ng r ng rãi trong ki m tra m iăhƠnăvƠăđánhăgiáăĕnămòn.ăK thu t siêu âm t h p pha cũngăđangăđ c coi là lựa ch n t tăđ thay th choăph ngăphápăch p nh phóng x ,

nh kh c ph că đ c các h n ch c aă ph ngă phápă ch p nh phóng x và siêu âm truy n th ng. Kh nĕngăch s d ng m tăđ u dò có th t o nên các chùm siêu âm có nhi u góc quét khác nhau, có tâm h i t theo ý mu n, v i nhi u ki u quét, t oăđ c hình nh 3 chi u c a khuy t t t v iăđ yăđ các thông tin v v trí,ăkíchăth c khuy t t t, hình nh và s li u v khuy t t t có th l uăvƠăki m tra l iăđ călƠăcácăđặc tính n i tr i c a siêu âm t h p pha. [27]

3.1.

uăđi m c a k thu t siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha so v iăph ngăpháp UT thôngăth ng là kh nĕngăs d ng nhi u bi n t đi u khi n, h i t và quét chùm tia v i h th ngăđ uădòăđ n,ăg măcácă uăđi m n i b t sau:

- Kh nĕngăphátăhi n các khuy t t t t tăh n,ăđặc bi tăđ i các v t n t và không ng u.

- Kh nĕngăxácăđ nhăđ c chi u sâu và b dày c a khuy t t t. - K t qu có th l uătr và ki m ch ng l i

- Phép ki m tra có th tuỳ bi n theo t ng lo i m i hàn và khuy t t t, có th s d ngăđaăcôngăngh ki mătra,ăđaănhi m trên m t d u dò và tựđ ng hóa d dàng.

- Không gây nhăh ngăđ n ti năđ công vi c. - Tuy tăđ iăanătoƠnăchoăconăng iăvƠămôiătr ng.

Nh ngănh căđi m c a các h th ng siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha là chi phíăđ uăt ăthi t b caoăh năvƠăđòiăh iăng i v n hành ph iăquaăđƠoăt o, tuy nhiên các chiăphíănƠyăđ căth ng xuyênăbùăđ p b i kh nĕngălinhăđ ng c a đ u dò t h p pha và gi m b t th i gian yêu c uăđ thực hi n công vi c ki m tra nh tăđnh.

3.2 Thi t b siêu âm t h p pha 3.2.1 Máy siêu âm OmniScan MX2 3.2.1 Máy siêu âm OmniScan MX2

- Máyă siêuă ơmă OmniScană MX2ă đ c thi t k đ có th ho tă đ ng trong môi tr ng kh c nghi t nh t. V đ c làm b ng polycarbonate-based c ng và các b ph n ch ngă vaă đ p,ă tr tă đƣă t o ra m t thi t b ch c ch n, ch uă đ că r iă vƠă vaă ch m. OmniScan MX2 r n ch c và nhẹ (ch có 4,6kg) nên có th mangăđi,ăc m tay d dàng. OmniScan MX2 có th ho tăđ ng 6 gi v i 2 pin.

- MƠnăhìnhă8,4ăinch,ăđ nét cao, t căđ c p nh t 60Hz v iăđ phân gi i SVGA 800 x 600 cho phép nhìn khuy t t tăvƠăđặcăđi m m tăcáchărõărƠngăd i m iăđi u ki n ánh sáng. Núm cu n và các phím ch cănĕngăgiúpăd dƠngăxemăl t và lựa ch n các ch cănĕng.ăChu tăvƠăbƠnăphímăcũngăcóăth đ c k t n i cho nh ngăng i s d ng mu n mặt giao di n gi ng máy tính.

- Thi t b là m t b l p ráp cho phép chuy n gi a các module khác nhau trên v trí l p ráp. Thi t b phát hi n module m i v i công ngh hỗ tr nên c u hình và môi tr ng ki mătraăđ căcƠiăđặt tựđ ng.

Các nhóm thi t b ki m tra siêu âm, h th ng đ u dò t h p pha khác nhau có các hình d ng khác nhau v i sựtĕngălênăkh nĕngăvƠăm căđ ph c t pătĕng.ăCácăthi t b có nhi u lo i t môăhìnhăc ăb n mà ch thực hi nătrongălĩnhăvựcăđ năgi năvƠăquétăđ ng v iăđ u dò 16 tinh th t i nh ng h th ng tiên ti n có ph n m m minh gi i hi năđ i và có kh nĕngăho tăđ ng nhi u kênh v iăđ u dò lên t i 256 tinh th .

3.2.2 Bi u đ d ng kh c a thi t b

Hình 3.6: B nh n xung t h p pha

Yêu c uăc ăb n trong các thi t b siêu âm t h p pha là ph i có kh nĕngăđnh ra nhóm các tinh th xácăđ nhăđ c l p trình th i gian tr phát xung và nh n xung thông th ngăt ngă ng v i quy lu t h i t . Hình nh c a các d ng thi t b đ c t o ra b i sựtácăđ ng l năl t các quy lu t h i t v i th i gian tr phát và nh n xung khác nhau ngang qua cùng kh uăđ , hoặc sự k t h p theo cùng quy lu t t ngăb c trên t ng kh u đ . [27]

Trong khi phát xung, kích ho tăđi năđ c chuy n t i b phát xung v i th i gian tr l năl t yêu c uăđ cóăđ c d ng chùm tia mong mu n. Trong quá trình nh n xung, các xung tín hi uăđ c s hóa và t o tr phù h p v i quy lu t h i t vƠăđ c t ng h p l iăđ t oăxungăRFăđ n.ăD ngăsóngănƠyăsauăđóăđ c khu căđ i, l cănh ăyêuăc u, s hóa, x lýă vƠăl uăl i. Khi trình tự các quá trình h i t đ c hoàn t t, hình nh mô ph ng hóa d căđ c k t h p v i d ng quét A-scan và các giá tr đo.ăTrongăquétăd ng đ ng, nhóm các tinh th t ngăb căđ cătácăđ ng qua b tr năkênhăđ gi m chi phí và gi măđ ph c t păđi n. [27]

3.2.3 Kh i quét

Ta s d ng kh i quét WeldROVER, Cobra Scanner c aăhƣngăOlympusăđ ki m tra m i hàn giáp m i vòng và d c ng. [27]

a) Khối quét WeldROVER b) Khối quét Cobra

Hình 3.7: Kh i quét WeldROVER, Cobra Scanner c a hãng Olympus

3.2.4 M u chu n

- M u chu năV1ăđ c s d ng cho vi c hi u chu n v n t c,ăđ tr nêmăvƠăđ nh yăđ u dò. [27]

Hình 3.8: M u chu n V1

- M u chu năNavshipsădùngăđ hi u chu năđ ng TCG

Hình 3.9: M u chu n Navships

- Th căđoăkho ng cách dài t 200mmăđ n 300mm, có th u n dẻo hi u chu n b mã hóa v trí quét.

Hình 3.10:ăTh căđoăkíchăth cădƠiă

3.2.5 Đ u dò siêu âm t h p pha

3.2.5.1 Các lo i đ u dò siêu âm t h p pha

a) Nhóm đầu dò thẳng và có nêm tạo góc loại nhỏ và vừa

b) Nhóm đầu dò quét diện rộng dạng nhúng hay dùng khối trễ

Hình 3.11:ăĐ uădòăsiêuăơmăt ăh păpha

Đ u dò t h p pha là d ngăđ uădòăđ năgi n có ch a m t s tinh th riêng r n m trong cùng m tăđ u dò và pha liên quan t i vi călƠmăsaoăđ cho các tinh th đóăl năl t phát xung. H th ngăđ u dò t h p pha là h th ng dựaătrênăđ uădòăsiêuăơmăđặc bi t có nhi u tinh th riêngă(thôngăth ng t 16 t i 256 tinh th ), các tinh th này phát xung riêng r theo cáchăđƣăđ c l pătrìnhătr c.ăCácăđ u dò này có th đ c dùng v i nhi u lo i nêm khác nhau, thu c mô hình ki m tra ti p xúc hoặc ki m tra nhúng. Nh ngăđ u dò này có th có hình d ng hình vuông, hình ch nh tăhayăhìnhătrònăvƠăthôngăth ng có t n s n m trong kho ng 1 t i 10 MHz. [27]

3.2.5.2 Nguyên lý ho t đ ng c a đ u dò t h p pha

H th ngăđ u dò t h p pha phát xung và nh n xung t c m nhi u tinh th d i d ng chùm tia. Các tinh th này b kích ho t t o xung theo cách sao cho các tia k t h p v i nhau và t oăsóngăđ nălanătruy n v phíaătr cătheoăh ng mong mu n.ăT ngătự, ch cănĕngănh n xung là sự k t h p tín hi u nh năđ c t nhi u tinh th khác nhau t o thành m t tín hi u duy nh t trên màn hình.

B i vì k thu t truy năphaăchoăphépăđi u khi n hình d ng và h ngăđiăc a chùm tia b ngăđi n t , nên nó có th t o ra r t nhi u d ng chùm tia siêu âm khác nhau, t

đ uădòăđ năk t h p nhau và vi c d ch chuy n c a chùm tia này có th đ c l p trình t o thành d ngăquétăđi n t :

Đi u nƠy cho phép đ u dò có kh năng th c hi n các vi c sau:

- Ph n m măđi u khi n góc chùm tia, kho ng cách h i t vƠăkíchăth căđ u phát chùm tia.

- Nh ng thông s này có th đ căđi u ch nh t i mỗi v trí quét ki mătraăđ nh n đ c góc t i và tín hi u xung nhi u mong mu n ng v i mỗi d ng hình h c c a t ng chi ti t.

- Ki m tra b ng nhi u góc có th đ c thực hi n v iăđ uădòăđ n,ănh ,ăđaătinhă th và ch c n m tănêmăđ u dò, b ngăcácăgócăđ uădòăđ năc đnh hoặc quét qua d i các góc khác nhau.

- Kh nĕngănƠyălƠmătĕngăm căđ nĕngăđ ng trong vi c ki m tra các chi ti t hình d ng ph c t p và ki m tra nh ng chi ti t khó ti p c n (do không gian h n ch ).

Vi c phát và nh n tín hi u t nhi uăđ u dò khác nhau cho phép không c n d ch chuy năđ u dò nhi uănh ătrongădùngăđ uădòăđ nătinhăth . Có nhi uăđ ng quét chùm tia có th đ c thực hi n t m t v tríăđ u dò ng v i nhi uăgócăđ u dò khác nhau.

3.2.6 Nêm đ u dò siêu âm t h p pha

Bên c nh b chuy năđ i m ng,ăđ u dò t h p pha còn có thêm m t cái nêm dẻo. Nêmăđ c s d ngăđ hỗ tr vi c t o sóng trong thép, c sóng ngang và các ng d ng sóng theo chi u d c, bao g m c quét chùm tia thẳng tuy n tính. Các nêm thực hi n v c ăb n các ch cănĕngăt ngătự trong h th ng t h păpha,ăthôngăth ngădùngăđ phát hi n các thành ph n lỗ h ng, là kh p n iănĕngăl ng âm thanh t đ u dò t h p pha và có ch đ chuy nă đ i hoặc khúc x m t góc mong mu nă theoă quyă đ nh c a lu t Snell. Trong khi h th ng t h p pha s d ngăláiăchùmătiaăđ t o ra chùm tia nhi u gócăđ t m tăđ u dò duy nh t, hi u ng khúc x cũngălƠăm t ph n c a quá trình t o ra chùm tia. Nêm sóng ngang trông r t gi ng v iăđ uădòăthôngăth ng, m t s nêmăđi n hìnhăđ cătrìnhăbƠyăd iăđơy.

Hình 3.12: Nêmăđ uădò

Nêmă khôngă đ v c ă b n phẳng kh i nhựaă đ c s d ngă choă nĕngă l ng âm thanh kh p n iă(vƠăđ b o v mặtătr căđ u dò không b tr yăx c, mài mòn) quét thẳng tuy nătínhăvƠăcũngăchoăsóngătheoăchi u d c quét góc c nhăgócăđ th p. Nêm cũngăcóăth đ c tùy chnhăboătrònăđ ch a các hình h c ph n ph c t p. Có m t s kíchăth c nêm ngoài góc t iăđ c s d ng trong quét m ng l p trình theo t ng giai đo n,ăđ đ m b o kho ng cách thích h p và hi u chu n chi uăsơuăcũngănh ăthíchăh p khúc x góc. Các tham s này s đ c li t kê trong tài li u nêm c a nhà s n xu t và c năđ c ghi l iăđ tham kh o.

3.2.7 B chia kênh

B chiaăkênhădùngăđ k t n haiăđ u dò t h p pha v i thi t b OmniScan MX2. S ăđ b trí k t n i ki uă1ăđ uăraăvƠă2ăđ u vào. [27]

Hình 2.13: B ăchiaăkênhăy-spliterăc aăhƣngăOlympus

3.2.8 Nguyên lý siêu âm t h p pha

Trong ph n l n các ng d ng phát hi n khuy t t tăvƠăđoăchi u dày, s li u ki m tra siêu âm s dựa trên thông tin v th iăgianăvƠăbiênăđ thu nh năđ c qua x lý sóng d ng RF. D ng sóng và thông tin t chúng s đ c hi n th b ng m t trong b n d ng:

A-scans, B-scans, C-scans, hoặc S-scans. Ph n này s gi i thi u các hình nh hi n th ví d c aăsiêuăơmăthôngăth ng và c a h th ng t h p pha.

Hình 3.14: Nguyên lý siêu âm t h p pha

Các d ng hi n th hình nh:

A-Scan: D ng sóng siêu âm th hi n m i quan h gi aăbiênăđ xungăt ngă ng v i th i gian truy n sóng.

S-Scan: Hình nh quét d ng S-scan hoặc quét hình qu t hi n th hình nh c t hai chi u thu t sêriăcácăđ ng quét A-scansăsauăđóăđ c v theo th i gian tr và góc khúc x . Tr căhoƠnhăt ngă ng v i chi u r ng c a chi ti t còn tr cătungăt ngă ng v i đ sâu. Chùm tia quét theo hàng lo t góc t o thành hình nh mặt c t hình nón.

C-Scan: Hình nh hai chi u c aăbiênăđ hay d li u th iăgian/đ sơuăđ c hi n th nh ăhìnhăchi u b ng c a v t ki m tra.

B-Scan: là hình nh mặt c tăđ ng c a chi ti t, hi n th chi u sâu c a mặt ph n x và v trí theo chi u d c c a nó. Hi n th B-scan yêu c u chùm tia quét d c theo tr c đƣăch n c a chi ti t.ăTrongătr ng h păd iăđơyăB-scan hi n th hai mặt ph n x sâu và m t mặt ph n x nôngăh năt ngă ng v i v trí các lỗ khoan trong chi ti t. V i thi t b siêuăơmăthôngăth ng,ăđ u dò ph i di chuy n d c theo chi ti t. [27]

Hình 3.15: Ch th hình nh hi n th B-Scan

3.3 Lý thuy t v các ph ng pháp hàn

Hi n nay trên th gi i có r t nhi uăph ngăphápăhƠnăkhácănhau,ăcĕnăc theo quá trình hình thành m iăhƠnăng i ta có th phân lo iăcácăph ngăphápăhƠnănh ăhƠnănóngă ch y (fusion welding) và hàn không nóng ch y (pressure welding).

Hàn không nóng ch y là cácăph ngăphápăhƠnăs dung ngu n nhi t nung v t hàn đ n tr ng thái dẻo và m iă hƠnă đ c hình thành nh vào m t áp lựcă tácă đ ng. Các ph ngăphápăhƠnăkhôngănóngăch y ph bi n hi n nay là:

- Hàn rèn (Forge welding) - Hàn ma sát (Friction welding) - HƠnăđi n tr (Resistance Welding)

Hàn nóng ch yălƠăcácăph ngăphápăhƠnăs d ng ngu n nhi t nung nóng v t hàn đ n tr ng thái nóng ch y khi kim lo iăđôngăđặc l i s t o thành m iăhƠn.ăCácăph ngă pháp hàn nóng ch y ph bi n trong công ngh hàn k t c u ch u áp lực hi n nay th ng là:

- Hàn h quang tay (MMAW ậ Manual Metal Arc Welding), hay còn g i là hàn h quang que hàn có lõi thu c b c (SMAW ậ Shielded Metal Arc Welding)

- HƠnă Đi n cực không nóng ch yă trongă môiă tr ng khí b o v lƠă khíă tr ă (GTAWậGas Metal Arc Welding)

- Hàn dây lõi thu c (FCAWậ Flux Core Arc Welding)

- Hàn h quangăd i l p thu c (SAWậ Submerged Arc Welding )

3.3.1 Ph ng pháp hƠn h quang tay

- Hàn h quangătayălƠăph ngăphápăhƠnăh quang s d ng nhi t c a h quang đ c sinh ra gi aăđi n cực là que hàn và kim lo i hàn. Thu c b cădùngăđ năđ nh h

quang và không cho không khí xâm nh p vào m i hàn làm nhăh ng t i ch tăl ng m i hàn, còn lõi que hàn cung c p kim lo i cho m i hàn.

- M iăhƠnăđ c hình thành t sự nóng ch y tr n l n gi a kim lo i que hàn và kim lo i v t hàn, que hàn và v tăhƠnăđóngăvaiătròălƠăhaiăm chăđi năđ c n i v i k m hàn và kẹp mát nh ăhìnhă3.16 [6]

Hình 3.16: Máy hàn SMAW và các ph ki n liên quan [7]

H quang hàn là sựphóngăđi n liên t căquaăđ ng d n là d ng khí gi a que hàn