CHƯƠNG 2 KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY
2.2. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp siêu âm (UT)
2.2.5. Thiết bị kiểm tra siêu âm
2.2.5.1. Cấu tạo và hoạt động
Thiết bị kiểm tra siêu âm liên kết hàn là tổ hợp các máy và phụ tùng để phát hiện khuyết tật bên trong mối hàn và nghiên cứu tổ chức (cấu trúc kim loại). Chúng gồm máy dò khuyết tật, bộ phân tích cấu trúc, bộ mẫu chuẩn, bểnhúng, đồ gá...(Hình 69 trình bày sơ đồ khối của một hệ thống máy dò khuyết tật bằng siêu âm. Bộ tạo thời gian quét và bộ phát sóng được khởi động đồng thời bằng bộ định thời gian (mạch đồng hồ), khởi phát truyền xung siêu âm từ đầu dò cùng thời điểm chùm tia điện tử bắt đầu di chuyển ngang ống phóng cathode. Khi sử dụng đầu dị đơn tinh thể, xung điện thế cấp từ bộ phát sóng tới đầu dị cũng đồng thời cấp vào bộ thu sóng, rồi được khuyếch đại và hiển thị như chỉ thị tín hiệu “a” trên màn ảnh CRT. Tín hiệu “a” được biết đến với các tên gọi là xung truyền, xung phát hoặc xung phản xạ mặt trước. Điểm sáng chùm điện tử liên tục quét ngang màn ảnh CRT ứng với sóng âm từ đầu dị truyền vào vật kiểm. Khi sóng âm gặp bề mặt “b”, một phần bị phản xạ ngược về đầu dò và được bộ thu sóng ghi lại rồi chuyển thành tín hiệu “b” trên màn CRT được gọi là xung phản hồi khuyết tật. Phần còn lại truyền tới mặt đáy “c” của vật và bị phản xạ trở lại tạo ra tín hiệu “c” của vật được gọi là xung phản hồi mặt sau hoặc xung phản hồi đáy.
66
Hình 69 Sơ đồ hệ thống kiểm tra siêu âm
Trong đầu dị tinh thể kép và phát sóng ngang có đặt nêm làm trễ giữa biến tử với bề mặt vật kiểm để sóng âm truyền đến vật kiểm chậm.
2.2.5.2. Các loại thiết bị kiểm tra siêu âm
a. Máy xách tay
Loại này được chế tạo để kiểm tra tại hiện trường trước và sau khi hàn, do đó chúng cần nhỏ gọn và dễ thao tác. Máy có thể làm việc với các đầu dị đơn tinh thể hoặc tinh thể kép, được điều khiển bằng tay. Nguồn năng lượng là điện lưới hoặc pin.
b. Thiết bị phịng thí nghiệm
Là các thiết bị vạn năng có nhiều núm điều khiển cho phép người vận hành phát triển kỹ thuật kiểm tra đạt kết quả tối ưu. Các thiết bịnày có kích thước lớn và giá thành cao.
c. Thiết bị kỹ thuật số
Trước đây các thiết bị tương tự thường được dùng trong kiểm tra hàn với kết quả tin cậy. Tuy nhiên phương pháp siêu âm không lưu lại được kết quả kiểm tra, khơng có hình ảnh “thực” của khuyết tật, u cầu cao về tay nghề...
Hiện nay đã chế tạo được các thiết bị siêu âm kỹ thuật số. Trong đó biến tử phát tín hiệu tương tự được chuyển sang dạng số. Các tín hiệu số hố được điều khiển bằng bộ vi xử lý bên trong rồi thể hiện trên màn hình và lưu trữ dữ liệu lại. Những hệ thống siêu âm mới có thể biểu diễn ảnh kích thước ba chiều từ các số liệu vào. Thiết bị siêu âm kỹ thuật số có các tính chất:
• Bộ nhớ hiệu chuẩn: các thơng số được đưa vào ban đầu hiển thị ngay trên màn hình, chúng được dữ lại và khi cần có thể gọi ra. Các công việc đã hiệu chuẩn cũng được gọi ra khi thực hiện các bước tiếp sau.
67
• Núm triệt nhiễu tuyến tính: lọc ra các tín hiệu có biên độ thấp và nhiễu cỏ mà khơng ảnh hưởng tới quan hệ giữa các biên độ tín hiệu
• Núm hiệu chỉnh biên độ- khoảng cách: trong các thiết bị tương tự, đường cong hiệu chỉnh biên độ - khoảng cách (DAC) khi tính đến sự suy giảm năng lượng của chùm tia, phải vẽ bằng tay theo các điểm trên màn hình. Các thiết bị kỹ thuật số có thể tự vẽ và nhớ được.
• Chức năng xác định đỉnh xung hoặc trung bình hố: khi di đầu dị khó chọn chính xác các đỉnh xung, bộ nhớ của thiết bị kỹ thuật số có khảnăng chọn đỉnh xung chính xác. Ngồi ra có thể đưa vào các chức năng trung bình hố tín hiệu ghi nhận.
• Xác định tự động vị trí các chỉ thị: các quan hệ hình học để xác định vị trí và kích thước của chỉ thị được hiển thị tự động trên màn hình chứ khơng cần tính tốn bằng tay.
• Lưu trữ số liệu: các hình ảnh trên màn hình có thể được lưu trữ khi sử dụng băng video hoặc máy in chuyên dụng. Chúng có cổng kết nối với máy tính.
d. Thiết bị tựđộng hoá
Khi cần kiểm tra lượng lớn các sản phẩm giống nhau hoặc đường hàn có chiều dài lớn thì cần tự động hoá. Hệ thống này gồm các đầu dò giống nhau quét qua vật kiểm theo quỹ đạo định sẵn. (Hình 70) chỉ ra sơ đồ kiểm tra tự động ngun cơng hàn ống.
Hình 70. Kiểm tra tự động 1-vật kiểm; 2- máy với đầu dò; 3- cảm biến vào/ra; 4- cảm biến dịch chuyển; 5- đẩy phôi; 6- điều khiển cơ cấu kiểm; 7- tạo siêu âm; 8-
xử lý và đánh giá; 9- đánh dấu; 10- tín hiệu; 11- biên bản; 12- phân loại
Các tín hiệu siêu âm được xử lý nhờ khối PE (processing and evalution). Kết quả dược đưa ra từ máy in rồi phân loại. Với sản phẩm cố định có thể cố định các thơng sốđã cho, nếu ra ngồi các giá trịđó thì loại bỏ.
Các đầu dị có góc nghiêng khác nhau có thể được điều khiển bằng các thiết bị dồn kênh. Ưu điểm chính của kỹ thuật tự động là sử dụng máy in kỹ thuật số, dặc biệt nếu biên độ và thời gian qua đi của xung phản hồi đã được số hố. Đối với các kiểm tra lặp lại, tồn bộ kết quả được lưu trữ trên băng từ.
68
Những xung phản hồi siêu âm được chuyển thành tín hiệu có thể nhìn thấy được trên màn hình CRT hoặc trên các máy tự ghi khác. Có ba dạng biểu diễn tín hiệu qt đó là dạng qt A (A – scan), quét B (B – scan), quét C (C – scan).
a. Cách biểu diễn dạng quét A
Cách biểu diễn dạng quét A là dạng biểu diễn tín hiệu phổ biến nhất. Trong đó trục hồnh của màn hình biểu diễn thời gian quét và trục tung cho biết biên độ xung phản hồi. Từ vịtrí và biên độ xung phản hồi trên màn hình có thể
đánh giá được độsâu và kích thước của khuyết tật trong vật liệu. Một hệ thống kiểm tra dạng quét A được biểu diễn như trong (Hình 71)
Hình 71 – Cách biểu diễn dạng quét A
b. Cách biểu diễn dạng quét B
Cách biểu diễn này cho thấy toàn bộ mặt cắt ngang của vật liệu kiểm tra và sẽ chỉ rõ chiều dài và độ sâu của khuyết tật trong vật liệu. Một hệ thống kiểm tra dạng quét B được biểu diễn trên (Hình 72)
Hình 72 – Biểu diễn dạng quét B (chiếu cạnh)
Ưu điểm:
• Biểu diễn được hình ảnh mặt cắt ngang của vật kiểm và những khuyết tật trong đó.
• Hình ảnh được giữ lại đủ lâu để đánh giá tồn bộ mẫu. Hạn chế: • Khơng ghi nhận được chỉ thị sau mặt phản xạ (do bị che khuất)
69
• Khơng ghi nhận được độ rộng của bất liên tục theo phương truyền của chùm tia và vng góc với phương dịch chuyển đầu dị.
• Chùm sóng âm có dạng mở hình cơn, nên những khuyết tật gần mặt sau của vật có hình ảnh tín hiệu dài hơn những khuyết tật gần mặt trước.
Cách biểu diễn dạng quét B được dùng rộng rãi trong y tế. Trong cơ khí, chúng được sử dụng để ghi nhanh hình ảnh của các vật thể trên màn ảnh và kiểm tra kỹ lưỡng hơn với kỹ thuật quét A.
c. Cách biểu diễn dạng quét C
Hệ thống biểu diễn dạng quét C được thiết kế để tạo ra một bản ghi vĩnh cửu kết quả của phép kiểm tra khi sử dụng quét kiểm tra tự động tốc độ cao. Cách biểu diễn dạng quét C cho ta thấy một sơ đồ phác họa các khuyết tật nhưng không biết được thông tin về độ sâu và hướng của khuyết tật. Có thể nói cách biểu diễn dạng quét C giống như hình chiếu bằng của vật thể.
Một hệ thống biểu diễn dạng quét C được mơ tả (Hình 73)
Hình 73 Biểu diễn dạng quét C
2.2.6. Hiệu chuẩn hệ thống kiểm tra.2.2.6.1. Mục đích