CHệễNG 3 CÁC KỸ THUẬT KIỂM TRA SIÊU ÂM VÀ NHỮNG GIỚI HẠN
3.3. CÁC KỸ THUẬT KIỂM TRA SIÊU ÂM
3.3.4. Các kỹ thuật đầu dò sóng mặt
Bản chất và những khái niệm về sự hình thành của sóng mặt đã được trình bày trong các phần 2.3.3 và 2.4.2.2. Ưu điểm chính của sóng mặt là chúng có khả năng lan truyền theo các mặt biên và phản xạ mạnh tại những nơi có sự thay đổi đột ngột về biên dạng, vì vậy nó là công cụ rất hữu ích để kiểm tra các vật có bề mặt phức tạp. Năng lượng của chúng được tập trung trong những vùng tương đối nhỏ khoảng một bước sóng độ sâu gần bề mặt. Ví dụ sóng mặt truyền theo mặt trên một khối kim loại sẽ bị phản xạ từ cạnh góc. Nhưng nếu cạnh góc được vê tròn, thì sóng mặt tiếp tục đi xuống mặt hông của khối kim loại và lại phản xạ ở cạnh góc dưới của khối, và quay trở lai điểm phát. Theo cách
Đầu dò phát Đầu dò thu
Sóng âm được phản xạ đến đầu dò thu
CHệễNG 3 129
này sóng mặt có thể truyền hoàn toàn bao quanh khối lập phương nếu các cạnh của nó được làm tròn.
Kỹ thuật sóng mặt rất hữu hiệu trong nhiều ứng dụng, đặc biệt trong công nghiệp hàng không. Hình 3.30 mô tả một chi tiết máy bay có hình dạng phức tạp. Dùng sóng nén hoặc sóng trượt không thể thực hiện kiểm tra được hoặc rất khó thực hiện. Sự phát triển các vết nứt tiên đoán có thể chạy dọc theo cạnh ngoài của cánh tới khoảng 2/3 chiều dài cánh, hoặc nằm trong vùng gốc. Đầu dò sóng mặt được đặt tại đầu mút cánh và hướng vào gốc, sẽ truyền một chùm tia siêu âm dọc theo bề mặt, bao theo bán kính và phản xạ từ cạnh của gốc như đã thấy. Các vết nứt trong những vùng khả nghi sẽ cho xung phản hồi tại thời điểm sớm hơn so với gốc. Trong cánh như mô tả có những lỗ ống làm nguội có thể gây ra những vấn đề khó khăn, nếu sử dụng kỹ thuật sóng trượt. Tuy nhiên sóng mặt chỉ xuyên ở độ sâu khoảng một bước sóng, nếu lựa chọn tần số thích hợp thì các ống làm nguội sẽ không ảnh hưởng tới sóng mặt.
Độ sâu lan truyền của sóng mặt có những ưu điểm trong việc kiểm tra các chi tiết có thành mỏng. Hình 3.31 mô tả một ống có sự thay đổi tiết diện. Nếu sóng mặt với tần số có bước sóng gần bằng bề dày của thành ống, thì sóng mặt sẽ phủ kín bề dày thành và cho phản hồi từ vết nứt trên bề mặt. Do vậy các khuyết tật gần bề mặt có thể được phát hiện dễ dàng bằng kỹ thuật này.
Hình 3.30 :Kiểm tra các vết nứt bề mặt của cánh máy bay bằng kỹ thuật sóng mặt.
Hình 3.31 :Kiểm tra các khuyết tật thành của các ống có nhiều đường kính khác nhau bằng kỹ thuật sóng mặt.
Hạn chế chủ yếu của kỹ thuật sóng mặt là chúng bị suy giảm nhanh chóng n ếu độ nhẵn bề mặt không thích hợp, hoặc nếu bề mặt bị bao phủ một lớp vẩy họăc chất lỏng (như chất tiếp âm) hoặc chịu áp lực nào đó như bị vật khác đè lên hay chính tay của nhân viên kiểm tra. Vì vậy, các chất tiếp âm lỏng nên hạn chế với điểm tiếp xúc càng xa càng tốt. Những chỉ thị giả thậm chí có thể xuất hiện do áp chất tiếp âm như mỡ không đồng đều.
3.3.5. Kỹ thuật kiểm tra nhúng :
Kỹ thuật kiểm tra nhúng chủ yếu được dùng trong phòng thí nghiệm và những nơi lắp đặt rộng rãi để kiểm tra bằng siêu âm tự động. Nó có ưu điểm là môi trường tiếp âm luôn đồng nhất, có thể được tạo ra sóng dọc và sóng ngang do cùng một đầu dò bằng cách chỉ cần thay đổi góc tới của chùm tia.
Ba kỹ thuật cơ bản dùng trong phương pháp kiểm tra nhúng là kỹ thuật nhúng toàn bộ, kỹ thuật tạo bọt, và kỹ thuật đầu dò bánh xe.
Hình 3.32 - Kỹ thuật kiểm tra nhúng.
Trong phương pháp nhúng toàn bộ, cả đầu dò và vật thể kiểm tra đều được nhúng vào trong bể nước. Chùm tia siêu âm truyền qua nước trực tiếp đi vào vật thể kiểm tra, sử dụng hoặc kỹ thuật đầu dò thẳng để phát sóng dọc (hình 3.32a) hoặc kỹ thuật tia xiên góc (hình 3.32b) để phát sóng ngang.
Khi dùng kỹ thuật tia thẳng thì quãng đường đi trong nước phải luôn luôn lớn hơn khoảng cách S trong phương trình 3.11 sau :
(3.11) S = Bề dày mẫu Vận tốc siêu âm trong nước Vận tốc siêu âm trong mẫu
Bộ căn chỉnh Đầu dò Bộ căn chỉnh
Đầu dò Nước
Nước
Vật thể kiểm tra Vật thể kiểm tra
CHệễNG 3 131
Khi vật thể kiểm tra bằng thép thì quãng đường đi trong nước phải dài hơn 1/4 bề dày của thép, nếu không thì xung phản hồi đáy thứ nhất sẽ che lấp xung phản hồi mặt lần hai và các khuyết tật gần mặt đáy sẽ không quan sát được.
Trong kỹ thuật bọt nước, chựm tia siờu õm truyền qua một cột nước đến vật thể kie ồm tra (hình 3.33). Kỹ thuật này thường được dùng với một hệ thống tự động để quét kiểm tra nhanh các vật có dạng tấm, lá, các dạng hình trụ và hình dạng đồng đều khác. Chùm tia siêu âm hoặc chiếu thẳng vào vật thể kiểm tra (tức là theo phương thẳng góc) để tạo ra sóng dọc hoặc được điều chỉnh ở một góc đối với bề mặt vật thể kiểm tra để tạo ra sóng ngang.
Hình 3.33 :Kỹ thuật bọt nước và kỹ thuật biến tử bánh xe.
Hình 3.33 :Kỹ thuật biến tử bánh xe cố định và dịch chuyển.
Vật thể kiểm tra
Biến tử
Nuớc tràn
Cấp nước làm chất tieáp aâm
Trục cố định Bánh xe đầy nước
Vật thể kiểm tra Biến tử
Kỹ thuật biến tử hình bánh xe
Bánh xe di chuyển
trên vật liệu Vật liệu dịch chuyển
CHÙM TIA SIÊU ÂM HƯỚNG VỀ CẠNH 900 CHÙM TIA SIÊU ÂM ĐƯỢC ĐỊNH
HƯỚNG THẲNG TỚI TRƯỚC
SÓNG ÂM TRUYỀN VÀO TRONG VẬT LIỆU TẠI GÓC 450 Biến tử
Bánh xe đầy nước Bánh xe đầy nước
Biến tử
Bánh xe đứng yên
Vật liệu di chuyển Bánh xe di chuyển
trên vật liệu
Hình 3.34 :Những khả năng tạo góc của đầu dò bánh xe.
CHệễNG 3 133
Trong kỹ thuật nhúng đầu dò bánh xe, chùm tia siêu âm được chiếu xuyên qua một bánh xe chứa đầy nước vào vật thể kiểm tra. Đầu dò được gắn cố định ở trục của bánh xe và bánh xe quay tự do. Bánh xe có thể được lắp vào một thiết bị di động có thể chạy trên mẫu hoặc có thể được gắn cố định trong khi vật kiểm được chuyển động qua nó (hình 3.34a &ứ b). Vị trớ và gúc nghiờng của đầu dũ lắp đặt trờn trục bỏnh xe cú thể được thiết kế để chiếu tia thẳng như vẽ ở hình 3.28a và b hoặc để chiếu tia xiên góc như ở hình 3.35.
CHệễNG 4