- Theo công dụng: thuốc nổ chắnh và thuốc gây nổ;
3.5.2.đặc trưng cơ bản dò khuyết tật
b/ Thu cn phá (Tô lắt)
3.5.2.đặc trưng cơ bản dò khuyết tật
13.5.2.1. Cơ sở của phương pháp kiểm tra siêu âm
Sóng siêu âm khi ựến mặt phân cách giữa hai môi trường thì một phần phản xạ ngược về môi trường ban ựầu và một phần sẽ truyền qua môi trường kiạ Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng phần năng lượng truyền qua của sóng siêu âm ựược gọi là phương pháp truyền qua. Còn sử dụng phần năng lượng phản xạ của sóng siêu âm ựược gọi là phương pháp xung phản hồi (h.3-11). Một phương pháp khác cũng thường ựược sử dụng trong kiểm tra siêu âm vật liệu là phương pháp cộng hưởng. Tuy nhiên, ngày nay phương pháp này ựược thay thế bằng phương pháp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...Hình 3-19:phương pháp truyền qua Dẫn hướng âm trong 58.
xung phản hồi do thiết kế biến tử ựược cải thiện và không sử dụng trong kiểm tra hàn.
a/ Phương pháp truyền qua
Phương pháp này (còn ựược gọi là shadow method) sử dụng hai ựầu dò siêu âm. Một làm ựầu dò phát T và một làm ựầu dò thu R. Các ựầu dò này ựược ựặt ở hai mặt ựối diện của vật kiểm như ựược mô tả trong (h.3-18)
Hình 3.18: Vị trắ ựầu dò phát và ựầu dò thu trong phương pháp truyền qua
Trong phương pháp này, khuyết tật trong vật kiểm ựược phát hiện bằng quan sát sự giảm biên ựộ tắn hiệu, trong trường hợp khuyết tật lớn và nhiều thì tắn hiệu có thể biến mất hoàn toàn.
Phương pháp này ựược dùng ựể kiểm tra khi có sự suy giảm mạnh và có các khuyết tật lớn. Khi vật kiểm có hình dạng phức tạp như hàn thân van, nó có khả năng thu ựược các chỉ thị khuyết tật lớn (h-18). Phương pháp này không ựưa ra ựược kắch thước và vị trắ khuyết tật
Ngoài ra, cần có sự tiếp xúc tốt và sự ựịnh vị tương ựối giữa hai ựầu dò. Nó cũng hay ựược dùng trong các kết cấu hàn vảy dạng tổ
ong (honeycomb)
b/ Phương pháp xung phản hồi
đây là phương pháp ựược dùng phổ biến nhất trong kiểm tra vật liệu bằng siêu âm. đầu dò phát và thu ựược ựặt cùng một phắa của vật kiểm và khuyết tật ựược phát hiện bằng sự xuất hiện
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...59
xung phản hồi trước xung phản hồi ựáỵ Nếu bề mặt khuyết tật không phẳng thì biên ựộ sóng thu ựược sẽ giảm ựi do chùm tia bị khuếch tán và tán xạ theo các phắa dưới các góc khác nhaụ đầu dò thu và phát có thể tách rời hoặc gộp lại trong cùng một vỏ.
Hầu hết các ựầu dò ựều có thể hoạt ựộng ở chế ựộ thu cũng như phát. Màn hình CRT ựược chuẩn ựể biểu diễn ựược tách biệt về khoảng cách giữa thời gian ựến của xung phản hồi khuyết tật và xung phản hồi ựáy, do ựó toạ ựộ của khuyết tật có thể xác ựịnh một cách chắnh xác. Nguyên lý của phương pháp xung
phản hồi ựược minh hoạ ở (h.3-20),
trong ựó: a)- khuyết tật nhỏ; b)- hai khuyết tật nhỏ; c)- khuyết tật lớn che khuyết tật nhỏ; d)- khuyết tật làm lệch chùm phản xạ; e)- khuyết tật nhỏ nhưng tia tới không vuông góc với mặt ựáy; f)- khuyết tật phân bố khắp nơị
Hình 3-20: Nguyên lý của phương pháp xung phản hồi
Phương pháp xung phản hồi dùng những xung siêu âm ngắn thay vì những sóng liên tục. Khi chiều rộng xung tăng thì khả năng phân giải giảm xuống.
c/ Phương pháp tự ựộng và bán tự ựộng
Phương pháp kiểm tra siêu âm tự ựộng, bán tự ựộng và những hệ thống ựiều khiển kiểm tra siêu âm từ xa ựang phát triển nhanh chóng. Ngày nay, nó ựược ứng dụng rất ựa dạng và phong phú. Phương pháp kiểm tra siêu âm tự ựộng và ựiều khiển từ xa ựược sử dụng ựể:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...60 Ớ Hạn chế ựược các thao tác chuyển ựổi nên các lỗi do con người gây ra trong
quá trình kiểm tra cũng giảm.
Ớ Khi vận hành thiết bị bằng tay gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện ựược.
Ớ Tiết kiệm ựược sức người hoặc giảm ựược thời gian làm việc do tăng tốc ựộ kiểm trạ
Ớ Ghi lại chắnh xác kết quả và mở rộng khả năng xử lý số liệụ
Ớ Tự ựộng phân tắch và ựánh giá kết quả nhờ hệ thống ựược ựiều khiển bằng máy tắnh. Hệ thống tự ựộng trong kiểm tra siêu âm sau là một hệ thống có thể ựiều khiển các ựầu dò bằng cơ, tự ựộng ghi lại các kết quả kiểm tra và xử lý số liệu kiểm trạ Hệ thống gồm một hoặc nhiều ựầu dò ựược ựặt trên vật thể kiểm tra cho trước. Tắn hiệu siêu âm ựược xử lý bằng thiết bị ựánh giá và biểu diễn trên màn hình hiển thị xung (nếu có). Tất cả các số liệu ựo ựược cùng với những thông số về vị trắ của ựầu dò ựược cấp vào máy tắnh ựể xử lý và ựánh giá. Thiết bị ựánh giá dựa trên ắt nhất một chương trình xử lý số liệu phức tạp, chúng có thể thực hiện và cung cấp những tắn hiệu khuyết tật, nhận biết ựược khuyết tật trong vật thể kiểm tra hoặc cho biên bản của các kiết quả kiểm trạ Biên bản kiểm tra ựược ựưa ra bằng máy in (h.3-21)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...61
Các thành phần chi tiết của hệ thống:
Ớ Cơ cấu vận hành của một hoặc nhiều ựầu dò và ựiều khiển từ xạ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ớ Các ựầu dò hoặc các biến tử có thể sử dụng ựược thắch hợp với quá trình tự ựộng.
Ớ Tự cung cấp chất tiếp âm.
Ớ điều khiển hệ số khuếch ựại tự ựộng
Ớ Tự ựộng hiệu chỉnh hệ số khuếch ựại của thiết bị cho ựộ nhạy công việc ựặc thù (tự ựộng hiệu chỉnh biên ựộng - khoảng cách).
Ớ Hệ thống kiểm soát và tự kiểm trạ
Ớ Các ứng dụng biểu diễn dạng quét B, dạng quét C, hệ thống hiển thị ảnh nổi 3 chiều (chụp ảnh giao thoa âm học, phân tắch tần sốẦ)
3.5.2.2.Các loại ựầu dò
Bộ cảm biến trong kiểm tra siêu âm làm nhiệm vụ truyền và thu sóng siêu âm. Chúng còn ựược gọi là ựầu dò hay biến tử. Một ựầu dò siêu âm gồm (h.3-22):
Ớ Tinh thể áp ựiện hoặc biến tử (1)
Ớ Màng bảo vệ (2)
Ớ Vật liệu ựỡ giảm chấn (3)
Ớ Bộ phận phối hợp trở kháng (4) của biến tử áp ựiện với trở kháng của cáp dẫn ựể truyền năng lượng từ cáp
Ớ vào biến tử là nhiều nhất và ngược lạị
Ớ Dây dẫn (5)
Ớ Vỏ bọc (6) là giá ựỡ có kắch thước và cấu tạo thắch hợp.
Ớ đầu nối cáp (7)
a/ Các loại ựầu dò thẳng
Tại ựiểm ra, chùm sóng âm thường là sóng dọc vào vật kiểm theo phương vuông góc với bề mặt của nó. Loại ựầu dò này ựược sử dụng trong cả tiếp xúc trực tiếp và không tiếp xúc trực tiếp với vật kiểm.
Hình 3-22: Cấu tạo ựầu dò siêu âm ựiển hình
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...62
* đầu dò thẳng ựơn tinh thể
đầu dò này có một biến tử ựơn làm nhiệm vụ phát và thu sóng siêu âm. Biến tử của ựầu dò ựơn tinh thể có xung phát rộng tạo ra một vùng chết lớn nên hạn chế trong việc kiểm tra khuyết tật gần bề mặt của mẫu mỏng (h.3-23)
Vùng chết là vùng mà ựầu dò không phát hiện ựược khuyết tật. Vùng chết tăng lên khi tần số giảm.
* đầu dò thẳng hội tụ ựơn tinh thể
Nó ựược thiết kế ựặc biệt ựể tăng ựộ nhạy ở một dải ựo xác ựịnh. để ựạt mục ựắch này, người ta sử dụng các
loại vật liệu gốm áp ựiện có hình cong, tròn, hoặc các tấm mỏng có gắn nêm cong tạo hiệu ứng thấu kắnh. Dùng hiệu ứng thấu kắnh làm tăng ựộ nhạy ngay dưới bề mặt khi sử dụng kỹ thuật nhúng (h.3-24).
Khi dùng kỹ thuật tiếp xúc kiểm tra bề mặt lõm thì giữa ựầu dò và vật kiểm gắn thêm một nêm dạng thấu kắnh ựể giảm góc mở và tăng ựộ nhạỵ
* đầu dò thẳng tinh thể kép (TR)
Loại ựầu dò thẳng này (h.3-25) hai biến tử ựược gắn vào cùng một vỏ qua lớp cách âm (1). Một biến tử (2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ựược nối với bộ phát T và biến tử (2) kia ựược nối với Hình 3-25: Nguyên lý và
ựường truyền âm của ựầu dò TR
Hình 3-24: Thay ựổi tiêu ựiểm chùm tia trong nước và trong kim loại
ựược nhúng vào nước
Hình 3-23: Dạng làm việc của ựầu dò ựơn tinh thể
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...63
bộ thu R của thiết bị, bằng cách này chiều dài xung phát giảm. đặc trưng của ựầu dò kép là sự nghiêng Ộmái nhàỢcủa các biến tử (4) và có các khối trễ dài (3).
Góc nghiêng có tác dụng hội tụ và cho ựộ nhạy cực ựại tại một ựiểm nhất ựịnh trong mẫụ Các khối trễ dài làm cho chùm tia khi vào vật kiểm ựã phân kỳ thuộc vùng trường xạ Góc nghiêng và khối trễ làm vùng chết nhỏ lại (h.3-26)
Hình 3.26: Sự truyền âm của ựầu dò TR có góc nghiêng lớn và nhỏ * đầu dò thẳng loại nhúng
Cấu trúc của ựầu dò nhúng cơ bản cũng giống như ựầu dò thẳng loại tiếp xúc. Tuy nhiên, ựầu dò loại nhúng có vỏ bảo vệ không thấm nước và không cần có tấm bảo vệ chống mài mòn phắa trước biến tử (h.3-27).
b/ Các loại ựầu dò góc
Trong các loại ựầu dò góc, sự khúc xạ và sự chuyển ựổi dạng sóng ựược dùng ựể truyền sóng siêu âm vào vật thể kiểm tra theo các góc khác nhau với bề mặt. Cấu trúc thực tế của ựầu dò góc loại tiếp xúc ựược biểu diễn như (h.3-28)
Hình 3.27: Cấu tạo ựầu dò thẳng loại nhúng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...64
Hình 3-28: đầu dò góc: a- Cấu tạo; b- hình chụp;
1- tinh thể áp ựiện; 2- lớp ựệm; 3- nêm plastic; 4- vỏ bọc; 5- ựầu nối cáp; 6- phối hợp trở kháng; 7- chất hấp thụ; 8- tấm che
Sóng dọc ựược truyền qua khối làm trễ ựến bề mặt vật kiểm theo một góc tới xác ựịnh. Góc tới ựược chọn nằm trong khoảng giữa góc α1TH1và α1TH2sao cho chỉ có sóng ngang ựược truyền vào vật.
Trong một số kiểm tra cần thay ựổi liên tục góc của chùm sóng âm, người ta thiết kế một số loại ựầu dò phù hợp (h.3-29)
Hình 3-29: Các loại ựầu dò với góc chùm tia thay ựổi ựược liên tục.
(a) Hai miếng nêm plastic quay tương ựối với nhau, một nêm ựược gắn vào biến tử. Việc quay này sẽ làm thay ựổi mặt phẳng tớị
(b) Biến tử ựược gắn vào một bán trụ bằng plastic. Khi quay, mặt phẳng tới vẫn cố ựịnh nhưng ựiểm ra của chùm sóng âm sẽ bị dịch chuyển.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...65
Hình 3-30: đầu dò TR rộng: 1- tinh thể phát; 2- lớp cách; 3, 4, 5- tinh thể thu
c/ Các loại ựầu dò ựặc biệt
đầu dò tiêu chuẩn chỉ có thể làm việc trong khoảng (-20)
o
C ựến (+60)oC. Khi nhiệt ựộ làm việc tăng phải sử dụng các loại vật liêu ựặc biệt ựể chế tạo các bộ phận ựầu dò. Các biến tử áp ựiện như metaniobate chì hoặc lithium niobate có thể chịu ựược nhiệt ựộ (+300)oC
ựến (+1000)oC.
Khi kiểm tra các mối hàn trong lò phản ứng
hạt nhân ngoài khả năng chịu nhiệt các ựầu dò còn chịu ựược các tia bức xạ. để kiểm tra các tấm hoặc thanh lớn khi hàn người ta dùng ựầu dò gồm một tinh thể phát rộng cùng ba tinh thể thu ựặt sát nhau (h.3-30) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi kiểm tra vật lớn nếu chỉ có một ựầu dò ựể quét thì khó ựạt ựược ựộ nhạy ựều cũng như xung phản hồi không cho chỉ thị ựầy ựủ. Vì thế người ta dùng biến tử dài gồm nhiều tinh thể ựược kắch hoạt riêng biệt. Biến tử như vậy ựược gọi là dãy tinh thể (phased array). Dãy tinh thể mà phase của kắch hoạt cũng có thể bị biến ựổi ựược gọi là dãy phasẹ Mỗi phần tử có chiều rộng nhỏ hơn bước sóng ựược kắch hoạt tuần tự tạo ra các chùm lệch phase nhau (h.3-31)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...66
Các biến tử âm ựiện từ (EMAT) cho lợi thế ựáng kể trong việc kiểm tra siêu âm không cần tiếp xúc vật lý, không cần chất tiếp âm, tạo ựiều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra tự ựộng với tốc ựộ cao các chi tiết dàị đầu dò EMAT cũng có thể ựược dùng ựể kiểm tra những vật liệu kim loại ựược bao phủ lớp bảo vệ.
Biến tử hình cây bút ựược thiết kế cho việc khảo sát sơ bộ, chức năng chắnh của chúng là làm giảm thời gian kiểm tra trong khi vẫn quét hết toàn bộ. đây là một thuận lợi lớn khi kiểm tra các diện tắch lớn với ựầu dò nhỏ tinh thể ựơn. Sau khi phát hiện ựược bất liên tục, chúng sẽ thực hiện khảo sát thêm ựể xác ựịnh kắch thước và vị trắ bằng cách sử dụng các ựầu dò chuẩnẦ