CHƯƠNG 2 KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY
2.2. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp siêu âm (UT)
2.2.4. Kỹ thuật kiểm tra
Trong kiểm tra siêu âm, người ta dùng kỹ thuật tiếp xúc hoặc không tiếp xúc. Kỹ thuật tiếp xúc là đặt đầu dị lên bề mặt vật kiểm thơng qua lớp tiếp âm để năng lượng truyền vào trong tốt hơn. Với kỹ thuật không tiếp xúc - kiểm tra nhúng - đầu dò được đặt cách bề mặt vật kiểm, chùm siêu âm từ đó qua nước hoặc khơng khí được truyền vào vật. Dưới đây là một số kỹ thuật siêu âm được dùng để kiểm tra.
2.2.4.1. Kỹ thuật tandem
Trong một số quá trình hàn (tiếp xúc giáp mối, ma sát, khuếch tán...), các khuyết tật (không ngấu, nứt, không thấu...) thường có dạng phẳng định hướng vng góc với bề mặt và rất hẹp. Khi chiều dày liên kết hàn lớn hơn 30 mm thì tia tới từ đầu dị phát sau khi đi vào bề mặt kiểm gặp khuyết tật, phản xạ đập xuống bề mặt dưới sẽ không trở về chỗtia phát. Lúc đó đầu dị thu sẽ “đón” ở chỗ ra và “bắt” lại (Hình 61).
Hình 61 Kỹ thuật tandem 1- bộ đơi đầu dị; 2- vật kiểm; 3- khuyết tật
Vị trí của hai đầu dò phụ thuộc vào chiều dày vật và chúng cùng di chuyển cách nhau một khoảng cố định. Để bố trí được các đầu dị bề mặt phải phẳng và diện tích đủ lớn.
2.2.4.2. Kỹ thuật đầu dò hội tụ
Trong kỹ thuật này chùm tia siêu âm hội tụ tại tiêu điểm được xác định trước hoặc tại một vùng trong vật kiểm. Thấu kính âm học có hình trụ tạo ra chùm siêu âm hội tụ dạng đường là dải hình chữ nhật, thấu kính âm học hình cầu tạo ra chùm siêu âm hội tụ dạng điểm là hình trịn nhỏ. (Hình 62)
62
Dải hiệu dụng của các biến tử hội tụ từ 0,25 mm đến 250 mm dưới bề mặt vật kiểm. Trong dải này chúng có độ nhạy cao với khuyết tật nhỏ, độ phân giải cao, ít bị ảnh hưởng do độ nhấp nhô tế vi cũng như biên dạng bề mặt vật kiểm. Nhược điểm của đầu dò hội tụ là vùng được kiểm tra nhỏ.
2.2.4.3. Kỹ thuật đầu dò kép
Trong kỹ thuật này, một đầu dò phát siêu âm vào vật kiểm, đầu dò kia nhận các xung phản hồi từ khuyết tật hoặc từ đáy. Khác với kỹ thuật tandem, hai đầu dò được đặt trong cùng một vỏ. Các tinh thể được đặt nghiêng một góc nhỏ trên đỉnh, do đó nhận được tác động do chùm siêu âm hội tụ. Các đầu dò này được dùng để kiểm tra kích thước kim loại cơ bản; đo chiều dày; phát hiện và định vị khuyết tật gần bề mặt.
2.2.4.4. Kỹ thuật Delta (Δ technique)
Kỹ thuật này dùng các sóng tán xạ hoặc sóng biên của khuyết tật. Theo lý thuyết siêu âm, sóng biên bao gồm cả hai sóng dọc và ngang. Trong vật kiểm (Hình 63) sóng biên phát ra chùm âm bởi đầu dị T cịn đầu dị kia R sẽ thu sóng biên dọc.
Hình 63 Kỹ thuật Delta
Để qt, cả hai đầu dò chuyển động cùng nhau với khoảng cách cố định theo chương trình, mà trong thực tế chỉ được thực hiện bằng kỹ thuật nhúng.
Do sóng biên có hướng góc rộng quanh mép nứt, trục của đầu dị thu ở vị trí ln hướng về mép sẽ nhận được xung phản hồi lớn nhất. Đầu thu nhạy với sóng dọc vì việc qt được thực hiện bằng kỹ thuật nhúng. Bằng cách biến đổi chức năng tại giao diện lỏng-rắn, sóng dọc hoặc sóng ngang sẽ chiếu vào khuyết tật. Kỹ thuật này ngày nay được biết dưới tên gọi TOFD (time of flight- diffraction) (Hình 64) và thường được ứng dụng với sự trợ giúp của máy tính để kiểm tra hàn.
63
Hình 64. Kỹ thuật TOFD
Sở dĩ trong hàn kỹ thuật TOFD được ứng dụng hiệu quả vì khoảng cách từ đầu thu và phát đến khuyết tật khá nhỏ, cho phép dùng chùm tia hội tụ từ bộđơi đầu dị bé bao trùm cả vùng kiểm tra rộng, phát hiện được nhiều dạng khuyết tật khác nhau trong thời gian ngắn.
2.2.4.5. Kỹ thuật đầu dị sóng mặt
Sóng mặt có khả năng lan truyền trên các bề mặt có biên dạng cong với bán kính góc lượn lớn hơn bước sóng, nhưng tại nơi có thay đổi đột ngột về biên dạng thì chúng lại phản xạ mạnh. Do chiều dày truyền sóng nhỏnên năng lượng được tập trung trong vùng nhỏ. Kỹ thuật sóng mặt được dùng trong kiểm tra hàn các mặt bích, tấm đế vào các chi tiết khác hoặc trong các ống mỏng có đường kính thay đổi (Hình 65). Ngồi ra việc kiểm tra bằng sóng mặt có thể phát hiện các vết nứt mỏi rất nhỏ trên bề mặt mẫu kiểm.
Hình 65. Kiểm tra bằng sóng mặt
Nhược điểm chính của kỹ thuật sóng mặt là phải làm bề mặt kiểm nhẵn và sạch (gỉ, sơn, mỡ tiếp âm...) để năng lượng ít bị suy giảm.
2.2.4.6. Kỹ thuật kiểm tra nhúng
Kỹ thuật kiểm tra nhúng chủ yếu được dùng trong phịng thí nghiệm và kiểm tra tự động. Ưu điểm là môi trường tiếp âm đồng nhất, có thể tạo được sóng dọc và ngang cùng một đầu dò bằng các chỉ cần thay đổi góc tới chùm tia. Nó gồm ba kỹ thuật cơ bản:
64
- Kỹ thuật ngập nước - đầu dò và vật kiểm được nhúng trong bểnước. Chùm tia truyền qua nước trực tiếp vào vật kiểm. Tuỳ thuộc vào vật liệu và chiều dày vật mà đặt khoảng cách từ đầu dò đến bề mặt vật để xung đáy không che lấp các xung phản hồi sau (Hình 66)
Hình 66 Kỹ thuật ngập nước
- Kỹ thuật bọt nước – chùm tia truyền trong nước đến mặt dưới vật kiểm. Kỹ thuật này được dùng để kiểm tra nhanh các vật dạng tấm, dạng trục. Khi chùm âm chiếu vng góc với bề mặt trong vật kiểm sẽ có sóng dọc, nếu xiên góc sẽ có sóng ngang (Hình 67)
Hình 66 Kỹ thuật bọt nước
- Kỹ thuật đầu dò bánh xe – chùm tia được chiếu xuyên qua bánh xe chứa đầy nước quay quanh trục vào vật kiểm. đầu dò được gắn trên trục bánh xe. Có thểđiều chỉnh vị trí và góc nghiêng của đầu dị để tạo ra sóng dọc hoặc ngang trong vật kiểm (Hình 68)
65
Hình 68 Kỹ thuật dò bánh xe