a. Thiếu ngấu cạnh
3.3.1. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT-
Phƣơng pháp kiểm tra bằng siêu âm dựa trên cơ sở lan truyền và tƣơng tác của các dao động đàn hồi (phản xạ, khúc xạ, hấp thụ, tán xạ) có tần số cao đƣợc truyền vào vật thể cần kiểm tra. Chùm sóng âm phản xạ đƣợc phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt của khuyết tật và vị trí của nó. Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía đối diện với bề mặt phân cách và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặc trƣng của vật liệu đó hình 3-28 mô tả nguyên lý phát hiện khuyết tật mối hàn của phƣơng pháp siêu âm [6].
Hình 3.28. Nguyên lý phát hiện khuyết tật bằng phƣơng pháp siêu âm.
3.3.1.1 Qui trình chung
Dƣới đây trình bày các bƣớc cần thiết để phát hiện khuyết tật mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm:
Nghiên cứu thông tin sản phẩm:
Trƣớc khi kiểm tra ta cần tìm hiểu rõ [12]: - Loại vật liệu hàn (basic metal)
- Phƣơng pháp hàn
- Cách chuẩn bị mối ghép - Tiêu chuẩn áp dụng
Xác định kích thƣớc mẫu thử:
Cần xác định rõ các kích thƣớc sau [6]:
- Kích thƣớc hình học kim loại cơ bản và mối hàn - Đƣờng tâm mối hàn.
- Chiều cao gia cƣờng (cap)
- Nếu chiều cao gia cƣờng bị mài đi thì có thể tính toán đƣợc khi biết góc vát, khe hở đáy và chiều cao mặt đáy
Kiểm tra sơ bộ bằng mắt
Các khuyết tật nhƣ bắn tóe, chảy tràn, các vết lõm, vv... có thể đƣợc đánh đấu lại để tránh làm ảnh hƣởng đến giải thuật khi đọc kết quả siêu âm, trong một số trƣờng hợp các khuyết tật này cần đƣợc loại bỏ hoặc sửa chữa trƣớc khi siêu âm.
Các khuyết tật nhƣ lệch cạnh, lệch góc, không đồng phẳng, vv... có thể không gây ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của mối hàn nhƣng nó có thể gây cản trở đến quá trình kiểm tra siêu âm thì cũng cần đƣợc loại bỏ [6].
Kiểm tra kim loại cơ bản
Kim loại cơ bản cần đƣợc kiểm tra trƣớc khi thực hiện kiểm tra mối hàn, các khuyết tật nứt, tách lớp trên kim loại cơ bản có thể ảnh hƣởng đến kết quả kiểm tra bằng siêu âm, có thể sử dụng đầu dò thẳng với đầu đơn hoặc đầu kép kiểm tra trên vùng rộng hơn vùng quét dự tính khi dùng đầu dò góc kiểm tra mối hàn, đầu dò thƣờng dùng để kiểm tra kim loại cơ bản thƣờng dùng là 2MHz-6MHz [6].
3.3.1.2 Kiểm tra mối hàn giáp mối a. Nguyên tắc
Vùng đáy mối hàn cần kiểm tra thật kỹ , ở vùng này thƣờng xuất hiện các khuyết tật gây nguy hiểm đến mối hàn, tính hiệu xung phản hồi mối hàn ở dùng này thƣờng rất tốt và tín hiệu các khuyết tật thƣờng gần nhau, dễ gây nhầm lẫn cho kỹ thuật viên.
Tiết diện mối hàn đƣợc kiểm tra bằng một đầu dò góc thích hợp, việc chọn đầu dò quyết định rất lớn đến khả năng phát hiện khuyết tật. Nếu kiểm tra bằng tay
- Độ nhám bề mặt, độ nhám Rz ≤ 40μm hoặc 4, nếu bề mặt thô và vật liệu có cấu trúc hạt thô thì chọn đầu dò có tần số thấp để tránh chùm sóng bị suy giảm sóng tần số thấp có khả năng xuyên thấu mạnh nên có thể truyền xa hơn.
- Đầu dò tần số cao cho khả năng phân giải tốt nên có thể phát hiện các khuyết tật nhỏ và độ chính xác cao hơn.
- Dải quét (vùng dịch chuyển đầu dò): do suy giảm nên không đƣợc đặt dải quét quá dài, trong trƣờng hợp bắt buộc thì dùng đầu dò tần số nhỏ.
- Hạn chế việc duy trì đầu dò để duy trì tuổi thọ đầu dò, đặc biệt là đầu dò nhỏ. Mối hàn giáp mối thƣờng đƣợc kiểm tra bằng xung phản hồi theo sơ đồ phối hợp. Đầu đò 500 dùng để phát hiện các khuyết tật không thể phát hiện bằng đầu dò nhỏ 350. Các mối hàn có chiều dày ≤ 100mm có thể dò trên một phía kim loại cơ bản một lần bằng tia phản xạ trực tiếp, lúc đó góc vào β thƣờng đƣợc chọn sao cho trục chùm tia ở một trong những vị trí đầu dò cắt trục đối xứng của tiết diện mối hàn tại độ sâu 0.5δ [6] hình 3-30.
a) Trực tiếp b) Gián tiếp
Hình 3.29. Sơ đồ dò liên kết giáp hàn mối.
b. Lựa chọn góc phát đầu dò
Góc đầu dò phải đảm bảo sao cho chùm sóng phải vuông góc với góc vát của mối ghép hàn để đạt đƣợc phản hồi cực đại, góc này đƣợc tính bằng công thức [6]:
Góc đầu dò β= 900 – θ/2 [3.1] Trong đó θ góc vát mép chi tiết hàn
Thông thƣờng để thu đƣợc xung phản hồi nhiều nhất, các góc phát đầu dò đƣợc chọn theo chiều dày vật liệu bằng thép theo bảng sau [6]:
Bảng 3.1: Chọn góc đầu dò theo chiều dày vật hàn β0
80 70 60 45 35
δ (mm) 5-15 15-35 35-100 50-200 100-200 Trong quá trình chọn đầu dò góc nếu góc vào gần với góc tới hạn thứ nhất thì sẽ có sự chuyển đổi dạng sóng làm năng lƣợng sóng ngang giảm đi, tƣơng tự khi góc vào gần với góc tới hạn thứ hai cũng bị suy giảm [6].
c. Kiểm tra đƣờng đáy mối hàn
Đối với các mối hàn giáp mối có sử dụng tấm lót nếu mối hàn ngấu vào tấm lót xung sẽ có biên độ không đổi, nếu thiếu ngấu thì ngay trƣớc nữa quãng đƣờng truyền sẽ xuất hiện một xung phản hồi.
Hình 3.30. Quét mối hàn với tấm chèn (insert)
Để xác định thiếu ngấu tại đỉnh thanh chèn, ngƣời ta thƣờng dùng đầu dò thẳng sóng dọc, lúc đó phải mài phẳng phần gia cƣờng của mối hàn (cap). Trong trƣờng hợp mối hàn sử dụng tầm lót, nếu chùm siêu âm từ đầu dò góc đi qua trung điểm khe hở đáy (root opening) thấy xuất hiện các xung ở phía sau nửa đƣờng truyền thì mối hàn ngấu hoàn toàn với tấm lót, nếu các xung này giảm biên độ thì có thể kết luận thiếu ngấu tấm lót.
Thiếu ngấu Xung tại điệm EB ½ đƣờng truyền Xung từ đệm lót Xung từ đáy 1 Xung từ đệm Xung từ đáy 2 Xung đáy 3
Khi kiểm tra mối ghép hàn vát mép hai phía (V đôi hay chữ X) khu vực giao giữa hai đƣờng hàn từ hai phía thƣờng tồn tại các khuyết tật. Theo lý thuyết nếu kiểm tra bằng một đầu dò góc T/R thì tia chính sóng âm không trở về đầu dò đƣợc. Tuy nhiên trong thực tế các tia biên của sóng âm đạp vào khuyết tật và biến dạng lệch nghiêng nên vẫn có thể về đầu dò đƣợc. Kỹ thuật này phải dùng đầu dò góc lớn β = 700-800 phát ra chùm tia phân kỳ rộng. Một kỹ thuật kiểm tra tốt hơn đƣợc thực hiện nhƣ đã nói ở trên là kỹ thuật Tandem [6].
Hình 3.32. Dò hai đầu dò bằng kỹ thuật Tandem (Pich - Catch)
d. Xác định vùng dịch chuyển đầu dò góc khi kiểm tra tiết diện mối hàn
Để quét hết với tia trực tiếp δtgβ ≥ (b2e) [6] [3.2] Để quét hết với tia phản xạ một lần δtgβ ≥ (b2z) [6] [3.3]
Khoảng cách Z thƣờng lấy bằng 5mm, giá trị e đƣợc tính từ điểm ra chùm tia đến mặt trƣớc đầu dò.
Mối hàn với chiều dài nhỏ hơn 10mm có thể đƣợc quét bằng đầu dò tiêu chuẩn phát tia phản xạ nhiều lần trong kim loại cơ bản hình. Trong trƣờng hợp này tín hiệu giảm xạ từ phần gia cƣờng của mối hàn hoặc tấm đệm gần nhƣ trùng với tín hiệu chờ từ khuyết tật, điều này làm phức tạp quá trình kiểm tra. Để nâng cao độ nhạy cần phải để phần giữa mối hàn, mà tại đó xác suất phát hiện thiếu ngấu và ngậm xỉ lớn nhất đƣợc kiểm tra bằng chùm tia trực tiếp [6].
Khi kiểm tra mối hàn giáp mối chiều dày bất kỳ, góc vào β của chùm tia và dải quét đƣợc tính là miền dich chuyển đầu dò. Khi quét mối hàn bằng tia trực tiếp đầu dò đƣợc dịch chuyển từ mép phần gia cƣờng của mối hàn một nửa bƣớc quét [6].
a. Trực tiếp b. Gián tiếp
Hình 3.33. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết hàn vát mép V [6]
Trong trƣờng hợp kiểm tra bằng chùm phản xạ nhiều lần đầu dò dịch chuyển trong dải tính phần nhô [6]:
Lmin ≈ nδtgβ + z = Amin + z [3.4]
Lmax ≈ (n+1)δtgβ [3.5]
Với n là số lần phản xạ của chùm tia
AB=1/2 bƣớc quét (HSD) = δ x tg β [3.6] AC = một bƣớc quét (FSD)= 2δ x tgβ [3.7]
AD= ½ chiều dài của chùm tia (HSBPL)= δ/cosβ [3.8] AD+DC= tổng chiều dài của đƣờng truyền chùm tia (FSBPL)= 2δ/cosβ [3.9]
e. Sơđồ quét
Để đơn giản khi đã biết chiều dày δ, chiều rộng mối hàn b và góc vào β, vùng dịch chuyển đầu dò đƣợc tính là một nửa bƣớc quét, bƣớc quét toàn phần, chiều dài đƣờng truyền âm nhƣ hình 3-35 [6].
Hình 3.34. Vùng dịch chuyển đầu dò siêu âm [6]
Trên sơ đồ hình 3-36 lúc đầu điểm phát chùm tia đặt cách đƣờng tâm mối hàn một khoảng Lmin =1/2 bƣớc quét (dịch vào Z = 5mm) rồi lùi ra đến khoảng Lmax = một bƣớc quét cộng thêm ½ chiều rộng mối hàn (lùi ra Z=5mm). Tùy theo mép mà
Hình 3.35. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết giáp hàn mối chữ V và X [6]
f. Ghi nhận và báo cáo
Sau khi kiểm tra theo quy trình hoàn thành và đã biết đƣợc đặc điểm của bất liên tục theo bản chất, kích thƣớc và vị trí của chúng, tiếp theo là đánh giá những bất liên tục này nhƣ thế nào. Kết cấu hàn vẫn đƣợc sử dụng hay phải loại bỏ hay phải tiến hành sửa chữa?
Cũng nhƣ các phƣơng pháp kiểm tra không phá huỷ khác khi phát hiện bất liên tục, đối với kiểm tra siêu âm, việc quyết định chấp nhận hay loại bỏ phải theo các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn áp dụng. Tùy vào tiêu chuẩn áp dụng mà khuyết tật có thể bị báo lỗi hoặc đƣợc chấp nhận [6].