Bài 7 : Nõng cao kỹ năng nhận biết cỏc dạng sản phẩm của nghề hàn
7.2. Nhận biết bằng thiết bị kiểm tra
Mục tiờu:
- Trỡnh bày được cỏch kiểm tra mối hàn bằng phương phỏp chụp ảnh
phúng xạ và siờu õm;
- Nhận biết được cỏc khuyết tật của mối hàn bằng phương phỏp chụp ảnh
phúng xạ và siờu õm;
- Tuõn thủ cỏc quy định trong quỏ trỡnh kiểm tra chất lượng mối hàn bằng
phương phỏp chụp ảnh phúng xạ và siờu õm.
7.2.1. Chụp tia Xquang, gama
7.2.1.1. Chụp tia Xquang
Do năng lực xuyờn qua cỏc loại vật chất của tia X, cho nờn ta cú thể
dựng tia để kiểm tra những khuyết tật
trong nội bộ mối hàn. Tia do đốn
trong mỏy phúng tia phỏt ra. Khi
kiểm tra bằng tia X, để tia chiếu
thẳng vào mối hàn, sau mối hàn cú đặt một chiếc hộp cú đặt phim cảm quang
(Hỡnh 7.1).
Hỡnh 7.1. Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng tia . 1. Đốn tia . 2. Tia . 3. Vậthàn. 4. Hộp cú nắp kớn. 5. Phim cảm quang. 6. Tấm chắn bằng chỡ. 1 2 3 6 5 4
73
Nếu trong mối hàn cú những lỗ hơi, lẫn xỉ, vết nứt và hàn chưa thấu v.v.. thỡ năng lực của tia x xuyờn qua những chỗ thiếu sút này tương đối lớn hơn kim
loại vật hàn. Cho nờn khi tia thụng qua những chỗ thiếu sút này, sự cảm quang
của phim sẽ tương đối lớn. sau khi trỏng phim, trờn phim hiện ra rất rừ những thiếu sút trong mối hàn. phương phỏp kiểm tra bằng loại này do thiết bị dựng đắt
tiền, cho nờn chỉ dựng cho những cấu kiện quan trọng và ở những nơi cần thiết.
Tia X do mỏy phỏt ra chỉ xuyờn qua được những vật hàn bằng thộp cac bon thấp, cú bề dày khụng quỏ 100mm mà thụi.
7.2.1.2. Kiểm tra bằng tia γ (gama).
Lợi dụng năng lực phúng xạ của cỏc nguyờn tố cú tớnh phúng xạ như:
rađium, uranium hoặc cụban để phúng ra những tia γ (súng của tia γ ngắn hơn
so với súng của tia ). Tia γ cú năng lực xuyờn qua rất mạnh, dựng để kiểm tra
mối hàn cú độ dày 300 mm (Hỡnh 7.2).
Hỡnh 7.2. Thử nghiệm kiểm tra mối hàn bằng tiaγ
1. Hộp chỡ. 2. Nguyờn tố cú tớnh phúng xạ3. Tia γ. 4. Vật hàn. 5. Hộp đựng phim. 6. Phim. 7. Tấm chắn bằng chỡ.
Nguồn phỏt ra tia γ là do nguyờn tố cú tớnh phúng xạ đặt trong hộp bằng
chỡ, miệng mở của hộp đối thẳng với mối hàn cần kiểm tra. Đặc điểm của phương phỏp kiểm tra này là: thiết bị đơn giản, nguyờn tố cú tớnh phúng xạ cú thể được dựng lõu dài, nhưng thời gian cảm quang của phim thỡ tương đối dài.
7.2.2. Siờu õm
Kiểm tra siờu õm sử dụng năng lượng của õm thanh tần số cao để thực
hiện kiểm tra và cỏc phộp đo. Cỏc kiểm tra siờu õm cú thể được thực hiện đối
với rất nhiều dạng vật liệu bao gồm cỏc vật đỳc, rốn, hàn và composit. Cú thể
thu thập được một lượng thụng tin phong phỳ về chi tiết được kiểm tra như sự
xuất hiện cỏc khuyết tật, độ dày của chi tiết hay lớp phủ; cỏc đặc tớnh õm học
thường cú tương quan với cỏc đặctớnh của vật liệu.
1 2 3 4 5 6 7
74
7.2.2.1. Nguyờn lý cơ bản của siờu õm
Âm thanh phỏt ra bởi một vật thể đang dao động và chuyển động dưới
dạng súng. Cỏc súng õm di động xuyờn qua vậtliệu bằng cỏch làm dao động cỏc
phõn tử tạo nờn chất đú. Tần số súng quyết định bước của õm thanh (số chu kỳ được hoàn thành trong một khoảng thời gian nhất định). Siờu õm là õm thanh cú
tần số rất cao mà tai người khụng thể nghe được.
Khoảng cỏch từ đỉnh này đến đỉnh kế tiếp là bước súng của nú (λ).
Thời gian một súng õm chuyểnđộng đi một khoảng là một bước súng bằng
với thời gian mà nguồn cần thực hiện toàn bộ một dao động.
Bước súng của õm tỉ lệ nghịch với tần số của nú (λ ~1/f)
Một số dạng súng được sử dụng trong việc kiểm tra siờu õm.
Cỏc súng phổ biến nhất là súng dọc, súng ngang và súng Rayleigh (bề mặt)
(Hỡnh 7.3).
Hỡnh 7.3. Cỏc dạng súng õm
Cỏc súng siờu õm giống với súng ỏnh sỏng ở chỗ chỳng cú thể phản xạ, khỳc xạ và hội tụ.
Sự phản xạ và khỳc xạ xảy ra khi cỏc súng õm tương tỏc với cỏc giao diện
cú đặc tớnh õm khỏc nhau.
Trong cỏc chất rắn, năng lượng chuyển động cú thể được chia thành cỏc
dạng khỏc nhau khi súng gặp một giao diện tại gúc khụng phải là 90o.
Cỏc phản xạ siờu õm do sự cú mặt của bất liờn tục hoặc cỏc đặc tớnh hỡnh học cho phộp tỡm kiếm và định vị khuyết tật. (Hỡnh 7.4)
Vận tốc của õm trong mỗi vật liệu là khụng đổi và chỉ cú thể thay đổi được bằng cỏch thay đổi dạng năng lượng.
75
Hỡnh 7.4. Khả năng khỳc xạ của súng õm
7.2.2.2. Nguồn siờu õm
Siờu õm được phỏt ra từ một bộ chuyển đổi.
Phần tử ỏp điện trong bộ chuyển đổi chuyển năng lượng điện thành cỏc dao động cơ (õm thanh) và ngược lại. Đầu dũ cú thể vừa phỏt vừa thu năng lượng õm thanh. (Hỡnh 7.5)
Hỡnh 7.5. Nguồn phỏt súng õm
7.2.2.3. Nguyờn lý kiểm tra siờu õm
Súng siờu õm được đưa vào vật kiểm, ở đú chỳng chuyển động theo một đường thẳng với tốc độ khụng đổi cho tới khi chỳng chạm phải một bề mặt khỏc.
Tại cỏc giao diện, một phần năng lượng súng bị phản xạ một phần được truyền qua.
Cú thể nhận thấy phần năng lượng phản xạ hoặc truyền qua và cung cấp cỏc thụng tin về kớch thước của mặt phản xạ.
Thời gian truyền của õm cú thể đo được và việc này cung cấp thụng tin về khoảng cỏch mà õm đi qua.
76
7.2.2.4. Kỹ thuật kiểm tra
Kiểm tra siờu õm là phương phỏp kiểm tra rất linh hoạt và cỏc lần kiểm tra cú thể được tiến hành theo một số cỏch khỏc nhau.
Cỏc kỹ thuật kiểm tra siờu õm được chia thành 2 loại: xung dội và truyền
qua (Liờn quan tới việc liệu năng lượng phản xạ hay năng lượng truyền qua cú
được sử dụng hay khụng).
Chựm tia thẳng gúc hay chựm tia xiờn gúc (Liờn quan tới gúc mà õm đi vào vật kiểm)
Tiếp xỳc và nhỳng nước (Liờn quan tới phương phỏp tiếp õm biến tử tới vật kiểm)
7.2.2.5. Kỹ thuật xung dội
Trong kiểm tra xungdội, bộ chuyển đổi sinh ra năng lượng xung và tương
tự hoặc bộ chuyển đổi thứ hai phỏt hiện ra năng lượng được phản xạ (tiếng dội). Cỏc phản xạ xảy ra do bất liờn tục và cỏc bề mặt của vật thử nghiệm. (Hỡnh 7.6) Năng lượng õm bị phản xạ được hiển thị ngược với thời gian, cung cấp cho người kiểm tra thụng tin kớch cỡ và vị trớ của cỏc thuộc tớnh phản xạ õm.
Sự hiển thị xung cho thấy tớn hiệu xuất phỏt từ õm phản xạ mặt sau.
Kỹ thuật xung - dội cho phộp kiểm tra chỉ khi tiếp cận với một mặt của vật
kiểm và nú cho phộp định vị cỏc mặt phản xạ (do bất liờn tục) chớnh xỏc.
Hỡnh 7.6. Tớn hiệu xung phản xạ
Tấm kim loại
Nứt
0 2 4 6 8 10
Xung ban đầu
Tiếng dội mặt sau
Tiếng dội đứt quã ng
77
7.2.2.6. Kỹ thuật truyền qua
Sử dụng hai biến tử đặt ở 2 phớa đối diện của kiểm. Một biến tử đúng vai
trũ phỏt, biến tử kia là thu. (Hỡnh 7.7)
Cỏc bất liờn tục trờn đường đi của õm thanh sẽ gõy nờn sự mất đi một
phần hay toàn bộ năng lượng truyền và hiển thị biờn độ tớn hiệu nhận được nhỏ đi. Sự truyền qua rất hữu ớch cho việc dũ tỡm cỏc bất liờn tục khụng cú lợi cho cỏc phản xạ và khi tớn hiệu yếu đi, nú khụng cung cấp thờm cỏc thụng tin
Hỡnh 7.7. Kỹ thuật truyền qua
7.2.2.7. Đầu dũ thẳng và xiờn
Khi kiểm tra bằng đầu dũ thẳng, chựm õm được đưa vào mẫu thử ở một gúc 90o so với bề mặt (Hỡnh 7.8).
Hỡnh 7.8. Đầu dũ thẳng
Khi kiểm tra chựm tia gúc, chựm õm được đưa vào mẫu thử ở một gúc
khụng phải là 90o (Hỡnh 7.9).
78
Hỡnh 7.9. Đầu dũ xiờn
Việc lựa chọn giữa việc kiểm tra bằng chựm tia thẳng và chựm tia xiờn gúc thường dựa vào:
- Sự định hướng được quan tõm - chựm tia phải được hướng tới việc tạo
ra đặc tớnh phản xạ lớn nhất
- Cỏc vật cản trờn bề mặt chi tiết phải được làm trũn.
7.2.2.8. So sỏnh tiếp xỳc với nhỳng
Để đưa năng lượng õm hữu dụng vào một vật kiểm, khụng khớ giữa biến tử và mẫu thử nghiệm phải được loại bỏ, chớnh vỡ vậy ta phải sử dụng chất tiếp õm.
Khi kiểm tra tiếp xỳc một chất liờn kết như nước, dầu hoặc gel được đưa
vào giữa biến tử và chi tiết. Khi kiểm trangõm nước, chi tiết và biến tử được đặt
trong bồn nước. Việc này cho phộp biến tử chuyển động tốt hơn trong khi duy trỡ sự liờn kết chắc chắn.
Khi thử nghiệmngõm nước, xung dội từ mặt trước của chi tiết được nhận thấy trong tớn hiệu, mặt khỏc giải đoỏn tớn hiệu lại tương tự cho cả hai phương phỏp kỹ thuật (Hỡnh 7.10).
H
ụ
F
79
IP = xung đỏy
FWE = Xung dội mặt trước DE = Xung dội từ khuyết tật BWE = Xung dội mặt sau
Hỡnh 7.10. Tớn hiệu xung khi thử nghiệm ngõm nước
7.2.2.9. Ứng dụng
Một số ứng dụng của kiểm tra siờu õm:
- Dũ tỡm khuyờt tật (nứt, lẫn tạp chất, rỗ khớ, v.v…)
- Đo chiều dày ăn mũn và mài mũn
- Thẩm định tỡnh trạng liờn kết toàn vẹn trong cỏc kết cấu được kết nối
bằng keo dớnh và hàn vảy
- Tớnh cỏc khoảng trống trong composite và nhựa
- Đo chiều sõu cứng nguụi bề mặt của thộp
- Ước tớnh kớch thước hạt trong cỏc cấu trỳc kim loại
7.2.2.10. Đo chiều dầy
Đo chiều dày bằng siờu õm thường được sử dụng trong cỏc ngành hoỏ dầu và cụng nghiệp để xỏc định cỏc độ xúi mũn/ăn mũn khỏc nhau.
Cỏc ứng dụng bao gồm cỏc hệ thống ống dẫn, cỏc điều kiện bảo quản và cỏc ống ỏp lực
Hỡnh 7.11. Đo chiều dày
7.2.2.11. Dũ tỏch lớp
Kiểm tra tiếp xỳc xung dội tỡm tỏch lớp trờn dầm 90 mm. F
80
Thực hiện dũ b) Cỏc tớn hiệu cho thấy xung dội phức tạp mặt
sau tại khu vực khụng bị rạn nứt
c) Cỏc xung dội bổ sung cho thấy sự tỏch lớp trong vật kiểm.
Hỡnh 7.12. Dũ tỏch lớp
7.2.2.12. Khuyết tật hàn
• Một trong cỏc phương phỏp được
sử dụng rộng rói nhất để kiểm tra
kết cấu hàn là siờu õm.
• Chuẩn bị kiểm tra ngấu hoàn toàn
mối hàn bằng chựm tia gúc với súng
81
Hỡnh 7.13. Dũ khuyết tật mối hàn
7.2.2.13. Thiết bị
Thiết bị dựng cho thử nghiệm siờu õm rất đa dạng. Sự lựa chọn thớch hợp là quan trọng trong việc đảm bảo cho cỏc dữ liệu được chớnh xỏc như mong muốn trong cỏc ứng dụng cụ thể.
Nhỡn chung, cú 3 thành phần cơ bản trong một hệ thống thử nghiệm siờu õm:
- Dụng cụ đo đạc
- Cỏc đầu dũ
- Cỏc mẫu chuẩn
7.2.2.14. Đầu dũ
Hỡnh 7.14. Đầu dũ
Cỏc đầu dũ tiếp xỳc được thiết kế để duy trỡ việc sử dụng và thường cú một tấm chịu mài mũn trờn mặt để trỏnh cho phần tử ỏp điện khỏi sự tiếp xỳc với bề mặt vậtkiểm. Nhiều thiết kế
cụng nghệ hợp lý dễ dàng trong khi quột dọc theo bề mặt.
Cỏc đầu dũ tiếp xỳc cú sẵn 2 tinh thể ỏp điện trong một vỏ. Cỏc đầu dũ này được gọi là đầu dũ kộp.
82
Một tinh thể đúng vai trũ như một mỏy phỏt, tinh thể kia như một mỏy thu. Sự ghộp này cải thiện được ảnh hưởng của trường gần do đầu dũ thứ hai khụng cần phải hoàn thành chức năng truyền phỏt trước khi nhận xung dội.
Cỏc đầu dũ kộp thường được dựng để đo chiều dày vật mỏng.
Hỡnh 7.15. Đầu dũ kộp
Một cỏch cải thiện ảnh hưởng của trường gần với đầu dũ đơn là sử dụng một lớp trễ.
Đầu dũ trễ cú một miếng nhựa làm đường đi của õm dài ra gõy ra một sự trỡ hoón về thời gian từ lỳc phỏt õm thanh đến khi thu năng lượng phản xạ.
Cỏc phần cú thể đổi cho nhau giỳp cú thể định cấu hỡnh cho đầu dũ như cỏc nắp chịu mũn cỏch điện hoặc cỏc màng dẻo thớch hợp với cỏc bề mặt thụ rỏp.
Cỏc ứng dụng thường là đo chiều dày và cỏc phộp đo nhiệt độ cao.
Cỏc đầu dũ gúc lắp nờm để dẫn súng ngang do bị khỳc xạ vào trong chất liệu.
Gúc nờm tới được sử dụng cựng với vận tốc súng trong vật nhằm xỏc định súng ngang do bị khỳc xạ theo định luật Snell.
Cỏc đầu dũ cú thể sử dụng cỏc gúc nờm cố định hoặc thay đổi. Ứng dụng thụng thường là kiểm tra mối hàn.
Cỏc đầu dũ nhỳng được thiết kế để truyền õm khi đầu dũ và vật kiểm được ngõm trong một mụi trường tiếp õm bằng chất lỏng (thường là nước).
Cỏc đầu dũ nhỳng được sản xuất với cỏc thấu kớnh õm thanh hai chiều, hỡnh trụ hoặc hỡnh cầu (thấu kớnh hội tụ).
7.2.2.15. Dụng cụ
Cỏc thiết bị siờu õm thường được mua để đỏp ứng cỏc yờu cầu thử nghiệm
cụ thể, một vài người sử dụng cú thể mua cỏc thiết bị vạn năng để tiến hành một số thử nghiệm.
83
Cỏc thiết bị thử nghiệm được phõn theo một số cỏch, cú thể bao gồm việc cú thể di chuyển hoặc cố định, tiếp xỳc hoặc nhỳng, sử dụng thủ cụng hoặc tự động.
Sự phõn loại bổ sung cỏc dụng cụ thường chia chỳng thành bốn loại chung: đo kớch thước, mỏy dũ khuyết tật, ứng dụng cụng nghiệp và ứng dụng đặc biệt.
Cỏc dụng cụ đo chiều dày, kớch thước bằng kỹ thuật số cung cấp cho người sử dụng số liệu (bằng số).
Chỳng được thiết kế chủ yếu dành cho cỏc ứng dụng thử nghiệm sự ăn
mũn/mài mũn.
Hỡnh 7.16. Thiết bị siờu õm cú dữ liệu số
Một số dụng cụ cung cấp cho người sử dụng cả dữ liệu số và sự hiển thị tớn hiệu. Cú thể nhận thấy thuận lợi của cỏc dụng cụ này là chỳng cho phộp người sử dụng đỏnh giỏ được tớn hiệu nhằm đảm bảo cỏc phộp đo kỹ thuật số là thuộc cỏc đặc tớnh như mong muốn.
Cỏc mỏy dũ khuyết tật là cỏc dụng cụ được thiết kế chủ yếu để kiểm tra cỏc khuyết tật của cỏc chi tiết.
Tuy nhiờn, tớn hiệu cú thể được dựng cho cỏc thụng tin khỏc như cỏc giỏ trị độ dày của chất liệu.
Gồm cả hiển thị tương tự và số.
Mang đến cho người sử dụng cỏc tuỳ chọn quột ngang qua cổng vào và ngưỡng biờn độ.
Cỏc dụng cụ dũ khuyết tật cụng nghiệp mang lại cho người sử dụng nhiều sự lựa chọn hơn cỏc mỏy dũ chuẩn.
Cỏc bộ phận cú thể được điều chỉnh cho phộp người sử dụng làm dụng cụ này thớch ứng với cỏc nhu cầu cụ thể của họ.
84
Nhỡn chung nú khụng thể di chuyển được như cỏc mỏy dũ chuẩn.
Hỡnh 7.17. Mỏy dũ khuyết tật cụng nghiệp
Cỏc hệ thống quột siờu õm nhỳng được sử dụng cho việc thu và vẽ hỡnh cỏc dữ liệu tự động.
Chỳng hợp nhất vào trong một bỡnh ngõm nước, thiết bị đo siờu õm, cầu quột hỡnh và cỏc cỏch điều chỉnh mỏy vi tớnh.
Độ mạnh tớn hiệu và/hoặc thời gian bay của tớn hiệu được đo ở mọi điểm trong đồ thị quột hỡnh.
Giỏ trị của dữ liệu được vẽ bằng cỏch sử dụng cỏc điểm màu hoặc cỏc đốm xỏm để cho ra cỏc hỡnh ảnh bề mặt hoặc cỏc đặc tớnh của chi tiết
85
Hỡnh 7.18. Hệ thống quột siờu õm nhỳng
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Cõu 1: Trỡnh bày cỏch nhận biết khuyết tật mối hàn bằng trực quan?
Cõu 2: Trỡnh bày cỏch nhận biết mối hàn bằng phương phỏp chụp ảnh phúng xạ?
Cõu 3: Trỡnh bày cỏch nhận biết mối hàn bằng phương phỏp siờu õm?
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI, BÀI TẬP
Cõu 1: Nội dung trong tiờu đề 1
Cõu 2: Nội dung trong tiểu tiờu đề 2.1 Cõu 3: Nội dung trong tiểu tiờu đề 2.2
86
Bài 8: Nõng cao kỹ năng vận hành sử dụngcỏc loại thiết bị dụng cụ hàn Mó bài: MĐ26-08
Mục tiờu:
- Trỡnh bày được cỏc phương phỏp, sử dụng thiết bị, dụng cụ hàn;
- Sử dụng thành thạo được cỏc thiết bị, dụng cụ hàn;