Cơ sở lý thuyết về phƣơng phỏp kiểm tra từ tớnh

8. Nội dung nghiờn cứ u:

1.2. Cơ sở lý thuyết về phƣơng phỏp kiểm tra từ tớnh

1.2.1. Giới thiệu chung

Phƣơng phỏp kiểm tra bằng bột từ là một trong bốn phƣơng phỏp NDT thụng dụng nhất hiện nay. Phƣơng phỏp này cú khả năng phỏt hiện những khuyết tật hở ra trờn bề mặt và ngay dƣới bề mặt cỏc vật liệu dễ nhiễm từ.

Hỡnh 3: Nguyờn lý cơ bản của phƣơng phỏp kiểm tra bằng bột từ

Trong phƣơng phỏp này, vật thể kiểm tra trƣớc hết đƣợc cho nhiễm từ bằng cỏch dựng một nam chõm vĩnh cửu hoặc nam chõm điện, hoặc cho dũng điện đi qua trực tiếp hoặc chạy xung quanh vật thể kiểm tra. Từ trƣờng cảm ứng vào trong vật thể kiểm tra

Trang 21

đƣờng sức này phải đi ra và quay vào vật thể. Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trỏi ngƣợc nhau. Khi những bột từ tớnh nhỏ đƣợc rắc lờn bề mặt vật thể kiểm tra thỡ những cực từ này sẽ hỳt cỏc bột từ tớnh để tạo thành chỉ thị nhỡn thấy đƣợc gần giống nhƣ kớch thƣớc và hỡnh dạng của khuyết tật. Kiểm tra bất liờn tục trờn bề mặt và gần bề mặt: cỏc vết nứt, lỗ rỗng, rỗ khớ, cỏc tạp chất … Hỡnh 3 minh họa những nguyờn lý cơ bản của phƣơng phỏp này.

1.2.2. Lý thuyết từ húa

Mọi đối tợng bị từ hóa khi một phần hay toàn bộ bị phân cực theo hớng bắc nam.

Các mô men từ trong vật liệu bị từ hoá

Nam châm có khả năng hút đẩy tại hai phần tập trung lực từ gọi là cực từ

Với toàn bộ các đô men từ tạo nên đờng sức

Đờng sức từ trờng là đờng khép kín hay một mạch từ

- Tất cả các đờng sức tạo nên từ trờng

- Lực hút các vật liệu có thể từ hóa khác tại cực từ gọi là dòng từ trơng ( magnetic flux)

Trang 22

khỏi nam châm hay đi vào nam châm.

Nam châm bị uốn cong , nếu đờng sức khép kín không có lực từ ngoài Nếu có vết nứt sẽ phá vỡ dòng đờng sức và tạo nên dòng dò từ

Dòng từ dò: Các đờng sức thoát ra khỏi một cực của vật vào không khí và tới cực đối diện

Tại chỗ có dòng từ dò, bột sắt sẽ bị hút và chỉ thị. Dới bề mặt với dòng dò đủ lớn.

Thông lợng từ trờng là tổng các đờng sức có trong một mạch từ

Mật độ đờng sức hay độ cảm ứng thờng đo bằng đơn vị Gauss đợc tính bằng thông l- ợng từ trên một đơn vị diện tích

Véc tơ từ trờng:

Khi 2 lực từ cùng đặt đòng thời lên một vật, nó không bị từ hóa theo 2 hớng mà là tổ hợp của 2 véc tơ từ lực

Fa là lực thứ nhất, Fb là lực thứ 2 Fa + Fb là hợp lực

Các vật liệu từ

Một vật liệu từ đặt trong từ trờng sẽ bị từ hóa.

Cường độ từ hóa phụ thuộc vào khả năng cảm ứng từ của vật liệu bị từ hóa.

Các kim loại nghịch từ : Có khả năng cảm ứng từ thấp v và ngợc hứong ( đẩy nhẹ ( đồng thiếc, vàng)

Trang 23

titan)

Kim loại sắt từ; khả năng cảm ứng từ lớn. Chúng có khả năng hút mạnh và có khả năng lu giữ từ tính sau khi thôi từ hóa.( sắt, coban, niken) và chúng là những kim loại thừong đợc dùng để kiểm tra bằng phơng pháp từ.

Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái

Theo qui tắc bàn tay phải: dòng điện đi từ + tới –

Qui tắc bàn tay trái: dòng điện tử đi từ - tới +

Trang 24

Các đặc tính của kim loại liên quan đến phơng pháp kiểm tra bột từ

Tính thấm từ (độ từ thẩm): khả năng cho dòng từ đi trong vật kiểm dễ dàng

Từ trở: sự kháng cự của vật liệu đối với việc tạo ra dòng từ. (ngợc với đặc tính trên) Độ từ d: Tổng số từ d sau khi loại bỏ từ trờng bên ngoài

Từ trễ: Khả năng giữ lại từ d

Lực kháng từ: liên quan tới lực đảo từ cần thiết để loại bỏ từ d Thí dụ thép cac bon cao.

1.2.3. các kiểu từ hóa Từ hóa vòng tròn:

Trang 25

Từ hóa gián tiếp hay vật dẫn tâm

Từ trờng vòng trong các loại vật liệu khác nhau

Trang 26

Vật liệu sắt từ: đờng sức xuất hiện ngay trong vật kiểm Từ hóa dọc

Từ hóa dọc đợc tạo ra trong vật thể bởi cuộn dây và gông từ ( Yoke)

Khi chiều dài của vật kiểm bằng bội số đờng kính tiết diện mặt cắt ngang thì vật đợc từ hóa bằng cuộn dây.

Trang 28

1.2.4. Các loại dòng điện và đờng cong từ trễ

Dòng điện xoay chiều: năng lợng xuyên thấu ít nên tốt cho việc phát hiện khuyết tật ngay trên bề mặt. Đổi dấu liên tục nên bột săt linh động hơn, nhạy với dòng từ dò

Dòng một chiều DC dòng xoay chiều một pha hay dòng một chiều nửa sóng (HWDC): Đờng cong từ trễ: Tính chất thấm từ của vật liệu xác định bởi sự tăng của lực từ

Thiết lập mối liên quan giữa dòng từ hóa (H) và mật độ dòng(B):

Khi lực từ giảm tới 0 (đảo từ) từ a tới b, mật độ dòng giảm từ từ. Từ o tới b là từ d

Khi đảo hớng lực từ, mật độ đờng sức trong vật đạt tới giá trị 0 tại c. Đoạn O C là lực kháng từ.

Trang 29

Khi lực từ đảo tăng lên thì vật bị từ hóa theo hớng ngựợc lại (đoạn từ c tới d).

-Vòng từ trễ đựơc tạo bởi một vòng khép kín của dòng điện 60Hz: Vòng từ trễ sử dụng để từ hóa và khử từ. Độ rộng cho thấy vật liệu dễ hay khó từ hóa

Trang 30

Đờng cong từ trễ đối với thép các bon thấp

1.2.5. Yêu cầu tính toán về dòng điện đựơc sử dụng

Đối với từ trờng vòng: dòng điện cần là 300 đến 1000 Ampe/inch của chiều dày vật. Với vật có chiều dày lớn chỉ cần nhân hệ số 800 và 1000 với chiều dày vật

Công thức này cũng đựơc dùng cho vật dẫn ở tâm

Trang 31

Một dòng điện 800A qua cuộn dây có 5 vòng sẽ tạo ra từ lực = 800A x 5 vòng = 4000 A.vòng

Từ trờng Prods. Tạo từ trờng cục bộ, từ trờng vòng.

Xác định cờng độ dòng điện DC theo khoảng cách giữa 2 cực của prods.

Khi dùng dòng HWDC cờng độ từ trờng trên Amper tơng đơng với dòng DC ở Prods 6-8 inches

1.2.6. Các thiết bị kiểm tra MT Thiết bị di động

Trang 32

Là thiết bị dùng ph-ơng pháp hạt từ -ớt hay khô? Yêu cầu về từ hoá (dùng dòng AC hay DC)

Khử từ - Loại tổ hợp ( giảm và đảo chiều ) hay tách biệt Dòng điện yêu cầu.

Các mức điện áp yêu cầu Phơng pháp từ ớt liên tục

Vật liệu từ và phơng pháp chuẩn bị

Trang 33

1.2.7. Đánh giá các khuyết tật

Các bất liên tục có thể chia làm 3 loại : do cố hữu, do gia công và do sử dụng

Bất liên tục cố hữu thờng đựoc tạo nên khi kim loại nóng chảy nh trong quá trình tạo phôi và vật đúc do cung cấp nguyên liệu không đầy đủ, nhiệt độ rót quá cao và bẫy khí. Bất liên tục do gia công liên quan tới quá trình sản xuất khác nhau nh : gia công bằng máy, rèn, kéo thành sợi, cuốn, hàn, gia công nhiệt và cán thành bản mỏng.

Bất liên tục do sử dụng liên quan tới điều kiện sử dụng nh ứng suất, ăn mòn bề mặt, biến dạng mỏi và mài mòn.

Vật kiểm có độ dày thay đổi gây nên dòng dò dẫn tới chỉ thị không thích hợp

Chỉ thị không thích hợp cũng xuất hiện tại chỗ cán của cái đục khác nhau về độ cứng

Khuyết tật do đúc

Trang 34 Rạn nứt, co ngót do nóng đông đặc Rỗng do co ngót Ngậm xỉ

Trang 35

Các bất liên tục của mối hàn

Bất liên tục do rèn

Trang 36

Bất liên tục do mài

Bất liên tục do biến dạng mỏi (nứt mỏi)

Trang 37

CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH

2.1. Mục đớch yờu cầu

Dựa trờn nguyờn lý: từ trƣờng trong vật kiểm sẽ bị thay đổi khi vật cú khuyết tật.

Hỡnh 1.1 Từ trƣờng trong vật cú tồn tại khuyết tật. - Mục đớch

Từ húa vật mẫu rồi quan sỏt sự phõn bố của đƣờng sức từ trƣờng trờn mẫu thụng qua chỉ thị bộ từ. Nếu vật cú cấu trỳc đồng nhất thỡ đƣờng sức từ trƣờng phõn bố đều theo toàn bộ vật kiểm. Nếu trong vật kiểm cú khuyết tật thỡ đƣờng sức sẽ bị cong lệch đi, tạo nờn trƣờng phõn tỏn trờn khuyết tật. Cỏc phần tử bột từ bị hỳt vào chỗ cú mật độ đƣờng sức lớn nhất (vị trớ khuyết tật). Quan sỏt cỏc hạt từ đú sẽ phỏt hiện đƣợc khuyết tật.

- Yờu cầu:

- Mẫu kiểm tra phải cú từ tớnh (Fe, Co, Ni…).

- Một số chi tiết đũi hỏi phải tỏch lớp phủ hoặc mạ để cú đƣợc độ nhạy

cần thiết.

2.2. Trỡnh tự thớ nghiệm

2.3.1. Điều kiện ban đầu:

- Thộp SAE 942X theo tiờu chuẩn SAE (Mỹ) 2.3.2. Mẫu:

Trang 38 c s b e g Hỡnh 2.1: Chuẩn bị mụ́i hàn Kớch thƣớc (mm) Giỏ trị tớnh toỏn S cb e g FH(mm2) mH (kg/m) 10 1 2 2 20 1,5 5 , 0 5 , 0  55,8 0,435 0 0 3 27    2.3.3. Chế độ hàn: - Bản vẽ mẫu hàn :

- Que hàn: Chọn loại que hàn cú  3.2 : E 512 (TCVN 3223- 2000).

- Mỏy hàn : Chọn mỏy của hóng Lincoln : Weldanpower 175p / Weldanpower 175D ( Petrol) KA 1030 (diesel) KA1031.

- Cƣờng độ dũng điện hàn : Ih = 126 (A). - Điện ỏp hàn : U = 20  26 V.

- Thao tỏc hàn :

Khi hàn gúc nghiờng que hàn so với mặt vật hàn thƣờng từ 750 đến 850, que hàn đƣợc dịch chuyển dọc trục để duy trỡ chiều dài cột hồ quang, đồng thời chuyển động ngang mối hàn để tạo bề rộng mối hàn và di chuyển dọc đƣờng hàn theo tốc độ hàn cần thiết.

Trong quỏ trỡnh hàn, nếu mối hàn cú bề rộng bộ, que hàn đƣợc dịch chuyển dọc đƣờng hàn, khụng cú chuyển động ngang. Khi mối hàn cú bề rộng lớn, dịch chuyển que hàn cú thể thực hiện theo nhiều cỏch để đảm bảo chiều rộng mối hàn bằng 10mm. Thụng thƣờng chuyển động que hàn theo đƣờng zigzag.

Trang 39

Chuẩn bị bề mặt giống nhƣ PT nhƣng yờu cầu thấp hơn (vỡ khụng cần thấm vào khuyết tật).

Nếu chi tiết cú lớp phủ thỡ cũng phải làm sạch.

a.2) Từ hoỏ

Từ trƣờng đƣợc tạo bởi nam chõm điện chữ U (gụng từ), cuộn dõy hoặc đầu kẹp đƣợc dựng để từ hoỏ vựng kiểm tra.

Hỡnh 1.3 Từ trƣờng tạo bởi cuộn dõy

a.3) Giải đoỏn

Dựa vào sự phõn bố của bột từ để phỏt hiện đƣợc khuyết tật trong vật cần kiểm tra. Để dễ dàng quan sỏt, bột từ cú thể đƣợc nhuộm cỏc màu sắc khỏc nhau. Ta cú thể dựng bột từ loại huỳnh quang để quan sỏt trong búng tối hoặc chiếu tia cực tớm vào để quan sỏt.

Trang 40

a.4) Khử từ

Độ dƣ từ gõy ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng sản phẩm: giảm cơ tớnh, tăng độ ăn mũn, hỏng dụng cụ điện từ trong mỏy…Vỡ thế sau khi kiểm tra MT thỡ phải tiến hành khử từ hoàn toàn cho vật phẩm. Phƣơng phỏp khử từ:

- Dựng dũng xoay chiều: dựng tần số cụng nghiệp với biờn độ giảm dần.

- Đổi chiều dũng điện.

Trang 41

Kấ́T LUẬN - ĐỀ NGHỊ

Đề tài “Nghiờn cứu phƣơng phỏp từ tớnh, ỏp dụng cho mối hàn hợp kim thấp độ bền

cao, xõy dựng bài thớ nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn bằng cỏc hạt từ tớnh” đó nghiờn

cứu thành cụng tổng quan về thộp hợp kim thấp độ bền cao, và tiến hành hàn kiểm tra từ tớnh mối hàn hợp kim thấp độ bền cao thành cụng.

Trờn cơ sở đú đó xõy dựng bài thớ nghiệm kiểm tra mối hàn bằng phƣơng phỏp từ tớnh dựng cho mụn học cụng nghệ kim loại để phục vụ cho việc học của sinh viờn trong chƣơng trỡnh đào tạo sắp tới. Tuy nhiờn do kinh phớ và cơ sở vật chất cú hạn để tài chỉ dừng lại việc xõy dựng mà chƣa tổ chức thực hiện việc thực tập để đỏnh giỏ tớnh khả thi khi thực hiện. Với nền tảng đú, bộ mụn dần triển khai và điều chỉnh lại cho phự hợp với cơ sở vật chất của mỡnh

Trang 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngụ Lờ Thụng, Cụng nghệ hàn điện núng chảy, Tập 1, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004.

[2] Cụng nghệ hàn hồ quang, Trần Đức Tuấn – Trần Ngọc Dõn, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2003.

[3] Trần Hữu Tƣờng – Đinh Ngọc Mễ - Nguyễn Văn Xiờm - Lờ Viết Ngƣu – Vũ Cụng Luận, Kim loại học - Luyện kim – Đỳc, Đại học và Trung học chuyờn nghiệp – 1971.