TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT KIỂM TRA SIÊU ÂM VÀ NHỮNG GIỚI HẠN 3.1 CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SIÊU ÂM : Sóng siêu âm đến mặt phân cách hai môi trường phần phản xạ ngược trở môi trường ban đầu phần truyền qua môi trường Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng phần lượng truyền qua sóng siêu âm gọi Phương pháp truyền qua Còn phương pháp sử dụng phần lượng phản xạ sóng siêu âm gọi phương pháp xung phản hồi Một phương pháp khác thường sử dụng kiểm tra siêu âm vật liệu phương pháp cộng hưởng 3.1.1 Phương pháp truyền qua : Trong phương pháp này, sử dụng hai đầu dò siêu âm Một đầu dò phát làm đầu dò thu Các đầu dò đặt hai bề mặt đối diện vật thể kiểm tra mô tả hình 3.1 Chùm sóng siêu âm Đầu dò phát Đầu dò thu Hình 3.1 : Vị trí đầu dò phát thu phương pháp truyền qua Trong phương pháp này, diện khuyết tật vật thể kiểm tra thị giảm biên độ tín hiệu, trường hợp khuyết tật lớn tín hiệu biến hoàn toàn Màn hình CRT biểu diễn nguyên lý kiểm tra phương pháp minh họa hình 3.2 (a), (b) (c) Phương pháp dùng để kiểm tra thỏi đúc vật đúc lớn, đặc biệt có suy giảm mạnh có khuyết tật lớn Phương pháp không đưa kích thước vị trí khuyết tật Ngoài tất nhiên cần có tiếp xúc tốt đồng trục vị trí hai đầu dò CHƯƠNG 101 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II T R T R (a) Mẫu khuyết tật (b) Mẫu có khuyết tật nhỏ T R Mẫu có khuyết tật lớn (c) Hình 3.2 : (a), (b) (c) biểu diễn hình khuyết tật có kích thước khác phương pháp truyền qua 3.1.2 Phương pháp xung phản hồi : Đây phương pháp dùng phổ biến kiểm tra vật liệu siêu âm Đầu dò phát thu đặt phía mẫu diện khuyết tật thị nhận xung phản hồi trước xung phản hồi đáy Hầu hết đầu dò hoạt động chế độ thu phát Màn hình CRT chuẩn để biểu diễn tách biệt khoảng cách thời gian đến xung phản hồi khuyết tật xung phản hồi đáy, tọa độ khuyết tật xác định cách xác Nguyên lý phương pháp xung phản hồi minh họa hình 3.3 (a), (b) (c) Xung truyền TR Xung phản hồi đáy (a) TR Khuyết tật Xung phản hồi khuyết tật Xung phản hồi đáy (b) TR Khuyết tật lớn Xung phản hồi khuyết tật (c) Mẫu khuyết tật Mẫu có khuyết tật nhỏ Mẫu có khuyết tật lớn Không có xung phản hồi đáy Hình 3.3 : Nguyên lý phương pháp xung phản hồi kiểm tra siêu âm Một vật kiểm có bề mặt song song với (hình 3.3a) cho ta xung phản hồi đáy mà cho nhiều xung phản hồi liên tiếp cách nhau, tạo dải đo đủ CHƯƠNG 102 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II lớn hình để quan sát (hình 3.4) Sở dĩ nhận chuỗi xung phản hồi từ đáy, xung phản xạ từ đáy trở đầu dò đặt mặt trước, truyền phần nhỏ lượng chùm sóng âm đến đầu dò, phần lại tiếp tục bị phản xạ ngược xuống đáy với phần lượng lại thấp hơn, tiếp tục trình tạo chuỗi xung phản hồi từ đáy Độ cao xung phản hồi giảm xuống, phần lượng tổn hao đầu dò, phần khác sóng âm bị suy giảm vật liệu truyền chùm sóng siêu âm theo luật phân tán chùm tia, nhiễu xạ.v.v… Xung truyền qua Xung phản hồi thứ Xung phản hồi thứ Xung phản hồi thứ Xung phản hồi thứ Hình 3.4 – Chuỗi xung phản hồi phương pháp xung phản hồi Trong phương pháp xung phản hồi, có hai cách để truyền sóng siêu âm vào vật thể kiểm tra là: kỹ thuật chùm tia thẳng kỹ thuật chùm tia xiên góc Tương tự, kỹ thuật hai đầu dò liên tiếp (tandem) kỹ thuật kiểm tra nhúng dạng khác kỹ thuật xung phản hồi Giống tên gọi nó, phương pháp xung phản hồi dùng xung siêu âm ngắn thay sóng liên tục Một chuỗi sóng tập hợp thành nhóm sóng ngắn, trước sau sóng nói chung thường coi xung Xung có nhiều dạng : Nó bắt đầu giảm xuống nhanh chóng; Nó hình thành suy giảm dần Nó hình thành nhanh chóng suy giảm theo hàm số mũ Hình 3.5 Các xung siêu âm có độ dài hình dạng khác CHƯƠNG 103 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Các loại sóng siêu âm minh họa hình 3.5 loại hay thường dùng Hầu hết loại đầu dò gắn vào tinh thể thiết bị giảm chấn có dạng miếng đệm Miếng đệm giảm chấn phải có âm trở lớn âm trở tinh thể Lý tưởng dao động tinh thể phải chấm dứt đột ngột tách khỏi dao động trước nó, cho lượng phản xạ kích thích tinh thể “trơ’ mà thôi, không tinh thể dao động (Hình 3.6 a b) Độ rộng xung phụ thuộc vào tần số đầu dò hàm theo lượng xung Nói cách khác phải cấp xung điện đủ lớn vào tinh thể để dao động biến tử đạt cực đại thời gian, phải lưu ý bề rộng xung tăng độ phân giải giảm (a) (b) Không có giảm chấn Có giảm chấn Hình 3.6 – Sự tác động giảm chấn đầu dò xung phản hồi Ảnh hưởng độ rộng xung khả phân giải đề cập Trước hết cần phải nhấn mạnh xung siêu âm tạo thành từ số sóng dao động tinh thể vài micro giây tạo (hình 3.7) Độ rộng xung Số sóng Hình 3.7 – Trường hợp độ rộng xung lớn Độ rộng xung Khuyết tật cách 3mm Hình 3.8 – Trường hợp độ rộng xung nhỏ Bây xem xét độ rọng xung thép tinh thể phát xung lượng chu kỳ micro giây Độ rộng xung gần 12mm Hình 3.8 cho thấy hai khuyết tật cách 3mm Độ rộng xung 12mm phân CHƯƠNG 104 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II giải hai khuyết tật xung phản hồi chúng bị chồng lên Do độ rộng xung phân giải tốt khuyết tật nằm gần với khoảng 6mm Những khuyết tật nằm cách vòng 6mm cho thị sườn sau xung phản hồi hình CRT Những khuyết tật nằm cách giá trị bị biến biên dạng xung phản hồi Hình 3.9 (a b) biểu diễn xung từ khuyết tật cách cách 3mm 6mm Để xác định độ rộng xung : nhân số sóng có xung với bước sóng Hoặc : Chiều dài xung = (vận tốc/tần số) x số sóng xung Màn Hình CRT Khuyết tật cách 3mm Khuyết tật cách 6mm Hình 3.9 – Ảnh hưởng độ rộng xung lên độ phân giải khuyết tật a) Độ phân giải thấp độ rộng xung lớn b) Độ phân giải tốt độ rộng xung nhỏ Tóm lại, để có độ phân giải tốt đòi hỏi xung phải ngắn để phản xạ từ khuyết tật nằm gần với khuyết tật khác không bị tín hiệu ghi nhận Độ phân giải tốt biểu diễn hình 3.10 Cần lưu ý tần số sóng siêu âm cao độ rộng xung ngắn Đồng thời tần số cao bước sóng ngắn nên cho độ nhạy cao khuyết tật nhỏ Kết hợp hai điều cho khả phát khuyết tật độ phân giải tốt Mẫu chuẩn I.I.W Phân giải tốt Phân giải Hình 3.10 – Thí dụ điển hình cho trình phân giải tốt 3.1.3 Phương pháp cộng hưởng : Điều kiện cộng hưởng tồn bề dày vật liệu nửa bội số bước sóng sóng âm Điều chỉnh thay đổi bước sóng kiểm tra siêu âm cách thay đổi tần số Nếu có đầu dò phát có chức điều khiển thay đổi tần số điều chỉnh đến điều kiện cộng hưởng mỏng kiểm tra Điều kiện cộng hưởng dễ dàng nhận biết tăng lên biên độ xung đánh dấu CHƯƠNG 105 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II thu Biết tần số hay tần số cộng hưởng f vận tốc v sóng siêu âm mẫu bề dày “t” vật thể kiểm tra tính từ phương trình : v t= (3.1) 2f Nếu có khó khăn việc nhận biết dạng dao động bản, tần số thường tính từ hiệu hai họa ba (hài) nhận biết hai lần tăng liên tiếp biên độ xung Do : v t= (3.2) 2( fn − fn −1 ) Trong : fn : Tần số họa ba thứ n fn-1 : Tần số họa ba thứ (n – 1) Phương pháp cộng hưởng siêu âm có thời ưa chuộng để đo bề dày mẫu mỏng ống nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân Ngày phương pháp thay phương pháp xung phản hồi thiết kế biến tử cải thiện Hình 3.11 biểu diễn thành phần thiết bị kiểm tra cộng hưởng Biến tử Cảm biến tải Sóng đứng Máy dao động biến đổi tần số Máy đo Bộ điều chỉnh Chất tiếp âm Vật thể kiểm tra Hình 3.11 – Các thành phần thiết bị kiểm tra cộng hưởng 3.1.4 Các phương pháp tự động bán tự động : Phương pháp kiểm tra siêu âm bán tự động, tự động hệ thống điều khiển kiểm tra siêu âm từ xa phát triển nhanh chóng, ngày bao trùm tất ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng đa dạng phong phú Những đặc điểm bật hệ thống mục tiêu lợi ích mà đạt trình bày chương Chi tiết phương pháp ứng dụng đặc thù trình bày phần 9.2 phần khác chương VI Mục đích sử dụng phương pháp kiểm tra siêu âm tự động điều khiển từ xa tóm tắt : (i) Hạn chế thao tác chuyển đổi nên hạn chế lỗi người gây trình kiểm tra (ii) Vận hành thiết bị tay gặp khó khăn thực (iii) Tiết kiệm sức người giảm thời gian làm việc tăng tốc độ kiểm tra CHƯƠNG 106 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN (iv) (v) TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Ghi lại xác kết mở rộng khả xử lý số liệu Tự động phân tích đánh giá kết nhờ hệ thống điều khiển máy tính Hệ thống tự động kiểm tra siêu âm trình bày tài liệu hệ thống kiểm tra siêu âm điều khiển đầu dò cơ, tự động ghi lại kết kiểm tra xử lý số liệu kiểm tra Hệ thống gồm nhiều đầu dò đặt vật thể kiểm tra di chuyển qua vật thể kiểm tra thiết bị điều khiển theo sơ đồ quét kiểm tra cho trước Những tín hiệu siêu âm xử lý thiết bị đánh giá (là máy phát khuyết tật siêu âm) biểu diễn hình CRT (nếu có) Tất số liệu đo với thông số vị trí đầu dò cấp vào máy tính để xử lý đánh giá Thiết bị đánh giá dựa nhiều chương trình xử lý số liệu phức tạp, chúng thực cung cấp tín hiệu khuyết tật, nhận biết khuyết tật vật thể kiểm tra cho biên kết kiểm tra Biên kiểm tra đưa máy in Tín hiệu báo động Thiết bị xử lý văn (máy vẽ, máy in) Máy tính Điều khiển truyền tải Thiết bị siêu âm Phân loại Đánh dấu Thiết bị điều khiển đầu dò Vị trí đầu dò Đầu dò Vật thể kiểm tra Hình 3.12 – Sơ đồ khối hệ thống kiểm tra siêu âm tự động điển hình Ngoài máy tính điều khiển đánh dấu xếp liệu, đánh dấu vị trí khuyết tật vật kiểm tra Các vật thể kiểm tra có khuyết tật không chấp nhận phải bị loại bỏ Hình 3.12 biểu diễn sơ đồ khối loại hệ thống kiểm tra siêu âm tự động Các thành phần chi tiết hệ thống trình bày : (i) Cơ cấu vận hành nhiều đầu dò điều khiển từ xa (ii) Các đầu dò biến tử sử dụng thích hợp với trình tự động (iii) Tự động cung cấp chất tiếp âm (iv) Điều khiển hệ số khuếch đại tự động (v) Tự động điều chỉnh hệ số khuếch thiết bị cho độ nhạy công việc đặc thù ( tự động hiệu chỉnh biên độ-khoảng cách) (vi) Hệ thống kiểm soát tự kiểm tra (vii) Các ứng dụng biểu diễn dạng quét B (B – Scan), dạng quét C (C – Scan), hệ thống hiển thị ảnh chiều (chụp ảnh giao thoa âm học, phân tích tần số …v.v) CHƯƠNG 107 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Cách trình bày báo cáo kết phép kiểm tra tự động cần phải ý đặc biệt Chúng thực theo nhiều cách khác Ngoài việc ghi lại liệu kiểm tra cách ghi trực tiếp biên độ diện tích vài trường hợp sử dụng phim chụp để ghi lại X Cung cấp nước Y Z (a) (b) Giá đỡ đầu dò xoay Ống (c) (d) Kiểm tra phẳng Kiểm tra phương pháp nhúng Kiểm tra ống đầu dò vòng bao quanh Cung cấp nước Kiểm tra ống có đường kính lớn Kiểm tra (e) Hình 3.13 – Các cách bố trí khác trình kiểm tra tự động Để tăng khả đáng giá, thông tin kiểm tra (xung phản hồi khuyết tật, xung phản hồi đáy, xung đánh giá, số đo truyền âm thời gian truyền) cần chuẩn bị sẵn dạng số hóa Do đó, việc sử dụng máy in tăng lên đáng kể Hơn việc lưu trữ liệu băng đục lỗ sử dụng Ngày người ta lưu trữ liệu hoàn chỉnh băng từ Các phương pháp hoàn toàn tự động bán tự động kiểm tra siêu âm thường thuận lợi để kiểm tra mẫu vật giống nhau, hình dạng không thay đổi vật liệu dạng với đủ hình dạng kích thước, vật đúc có hình dạng đồng nhất, vật rèn mối hàn, ống , tròn trụ, bình áp lực lớn nhỏ, trục rotor …vv Hình 3.13 biểu diễn bố trí khác để kiểm tra tự động 3.2 CÁC LOẠI ĐẦU DÒ (SENSORS) : Thuật ngữ cảm biến kiểm tra siêu âm sử dụng để nói thiết bị truyền thu sóng siêu âm Chúng gọi đầu dò hay biến tử Một đầu dò siêu âm (hình 3.14) bao gồm : CHƯƠNG 108 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II (i) (ii) (iii) Một tinh thể áp điện biến tử Một vật liệu đỡ giảm chấn Một phận phối hợp nhằm hòa hợp trở kháng điện biến tử áp điện với trở kháng cáp dẫn để truyền lượng từ cáp nhiều vào biến tử ngược lại (iv) Vỏ bọc, đơn giản giá đỡ có kích thước cấu tạo thích hợp (A) Đầu nối cáp đồng trục (B) Vỏ bọc đầu dò (C) Bộ biến đổi (D) Vật liệu giảm chấn (E) Dây nối tinh thể áp điện (G) Tinh thể áp điện (H) Màng bảo vệ Hình 3.14 : Cấu tạo đầu dò siêu âm điển hình (a) Các biến tử áp điện : Các biến tử áp điện trình bày chi tiết mục 2.6 Một đầu dò siêu âm thường kích thích xung điện có độ kéo dài nhỏ 10µs Một xung điện hẹp có dải tần số Trong số tần số này, biến tử dao động với biên độ cực đại tần số tần số cộng hưởng biến tử, liên hệ với bề dày sau : v fr = (3.3) 2t Trong : fr : Tần số cộng hưởng biến tử t : Bề dày biến tử v : Vận tốc sóng dọc biến tử Phương trình 3.3 dùng để xác định bề dày cần thiết biến tử để chế tạo đầu dò làm việc tần số riêng Ví dụ để chế tạo đầu dò có tần số 1MHz bề dày tinh thể thạch anh 2,98mm, độ dày biến tử cho đầu dò tần số 10MHz phải 0,298mm đầu dò có tần số 20MHz biến tử có độ dày 0,14mm Với đầu dò 20MHz độ nhạy khuyết tật cải thiện nhiều (tại tần số bước sóng = 0,298mm nên độ nhạy phát khuyết tật nằm khoảng λ/3 0,1 mm), trường hợp này, tinh thể mỏng, dễ vỡ khó cầm giữ Do thực tế phải phối hợp chọn bề dày tinh thể để dễ bảo quản độ nhạy phát khuyết tật mong muốn Trong trường hợp cần độ nhạy cao đầu dò cần phải nhúng chất lỏng hầu hết phép thử đảm bảo đầu dò bị hủy hoại Đối với tinh thể thạch anh giới hạn tần số khoảng 20MHz, hầu hết biến tử gốm áp điện giới hạn tần số khoảng 10 MHz CHƯƠNG 109 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Các thông số quan trọng khác tinh thể có ảnh hưởng đến chùm tia siêu âm đường kính D (phần 2.7.3) Đường kính tinh thể phụ thuộc vào chiều dài trường gần, độ phân kỳ độ rộng chùm tia siêu âm điểm khảo sát Hầu hết loại đầu dò có bề mặt phát xạ siêu âm dạng tròn với đường kính nằm khoảng đến 40mm Những đường kính lớn 40mm không phù hợp cho kiểm tra tiếp xúc tốt với bề mặt kiểm tra Khuyết điểm đường kính nhỏ hơn, đặc biệt trường hợp tần số thấp phát chùm sóng ngang mặt bên sóng mặt lớn Một khó khăn khác sử dụng đầu dò có đường kính nhỏ độ nhạy chúng bị giảm lớn Khi cấp xung điện cho tinh thể bề mặt chúng phải nối điện dây dẫn Để thực việc này, bề mặt tinh thể mạ lớp bạc có tiếp điểm để hàn nối dây dẫn với lớp mạ bạc Trong trường hợp vật liệu áp điện thạch anh ceramic điện cực bền bạc phun vào dạng lỏng (nung nóng chảy nhiệt độ 500 đến 7000C) Các dây dẫn sau hàn nối chất hàn bạc mềm Trong trường hợp barium titanat, dây dẫn hàn cẩn thận lên sau phân cực Lithium sulphate kim loại hóa bốc bạc lên bề mặt chân không, sơn phủ bạc dẫn điện hay hàn kim loại mỏng với bề mặt sau hàn nối với dây dẫn Nếu mặt trước biến tử phải sử dụng để tiếp xúc trực tiếp, lớp mạ bạc không đủ bền để chịu mài mòn Vấn đề tránh khỏi thực đo đạc, đầu dò thường xuyên bị dính vảy sắc cứng chất bẩn cát…vv dẫn đến mài mòn mức, đặc biệt đầu dò trượt ngang hay dọc Khi cách thích hợp sử dụng tinh thể thạch anh có độ chịu mài mòn cao hoàn toàn không bảo vệ mà cho phép chúng mòn dần lớp bạc gia cường cách phủ lớp đồng crome cứng có độ dày vài phần 10 millimetre lên Lớp nên nối đến mát đầu dò dây dẫn mối nối phía trước gây nhiễu Các đầu dò sử dụng kiểm tra bề mặt vật liệu phi kim loại, gốm sứ vật thể kiểm tra có lớp phủ không dẫn điện Khi đầu dò không bảo vệ, cần đặt kim loại mỏng vào chất lỏng tiếp âm dẫn điện nước, cần thêm chất phụ gia vào để tăng tính dẫn điện độ nhớt Độ chống mài mòn mong muốn kết hợp với độ nhạy độ phân giải cao thực nhờ lớp phủ mỏng bảo vệ nhôm oxide, sapphire, bo cacbua thạch anh gắn vào phía trước biến tử Tất nhiên, hậu vật liệu có trở kháng cao, dẫn đến độ nhạy kiểm tra đầu dò thay đổi đáng kể theo mức độ tiếp âm nữa, lớp bảo vệ, đặc biệt đầu dò tần số cao, nhạy cao với shock Những lỗi tránh sử dụng lớp nhựa tổng hợp, thí dụ có chứa hỗn hợp bột corundum trộn sẵn Tuy nhiên vật liệu khả chịu mài mòn lại thấp Khi không cần đến độ phân giải cao, thường gặp kiểm tra thông thường điều kiện bề mặt kiểm tra thô nhám, bề mặt tiếp xúc biến tử bảo vệ tốt miếng plastic mỏng thay đổi được, có bề dày khoảng vài phần chục mm áp chặt vào biến tử dùng dầu mỡ để làm chất tiếp âm Các vật liệu plastic phù hợp cho mục đích này, khả chịu mài mòn hấp thụ cao Không lớp mỏng có độ hấp thụ cao ảnh hưởng tới độ nhạy mà làm giảm phản xạ nhiều lần lớp này, mà gây dãn xung (b) Vật liệu giảm chấn (hấp thụ dao động): CHƯƠNG 110 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN GÓC NGHIÊNG NHỎ Độ nhạy GÓC NGHIÊNG LỚN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Khoảng cách tính từ bề mặt vùng chết Hình 3.20 - Ảnh hưởng góc nghiêng theo độ nhạy đầu dò kép Đọc hình Phải ý bề dày vật thể kiểm tra (dạng tấm) vị trí khuyết tật giảm đi, dẫn đến sai số đo lớn, sai số đường truyền chữ V (hình 3.21) Nó không xảy khoảng cách nằm hai bậc bề dày sử dụng để chuẩn định, tỉ số độ dày hai bước không 2:1 Hình 3.21 :Sai số đường chữ V với đầu dò TR Phần trăm (%) sai số đo hiệu ứng tính toán từ phương trình : 2 % sai số = S − T × 100 = T − 0,25c × 100 T Ở T (3.4) Bề dày thực T – Bề dày mẫu S – Chiều dài quãng đường truyền sóng âm thực tế c – Khoảng cách tín hiệu sóng âm sóng âm vào đầu dò Cho c = 4mm bề dày thành T từ đến 1mm tương ứng với giá trị % sai số cho bảng 3.1 Bảng biểu diễn bề dày thành lớn sai số tương đối nhỏ Vị trí khuyết tật đánh giá dựa vào đường quét xung phản hồi từ đáy sau số xung phản hồi đáy, có nhiều xung nhiễu xuất phân tách sóng ngang CHƯƠNG 116 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Các đầu dò TR thường xuyên sử dụng kiểm tra siêu âm nhằm : (a) Kiểm tra kích thước của mẫu (tấm) (b) Đo bề dày lại thành (c) Phát vị trí đánh giá khuyết tật nằm gần bề mặt (d) Quét kiểm tra khuyết tật lớn (tách lớp) sử dụng phương pháp giảm giá trị 1/2 (6dB) Bảng 3.1 : Phần trăm sai số giá trị khác chiều dài quãng đường chùm sóng âm bề dày mẫu T 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 S 9.2 8.2 7.3 6.3 5.4 4.5 3.6 2.8 2.2 U=S–T 0.22 0.25 0.28 0.32 0.39 0.47 0.61 0.83 1.24 % 12 20 41 124 3.2.1.4 Đầu dò thẳng loại nhúng : Cấu trúc loại đầu dò nhúng giống cấu trúc đầu dò thẳng loại tiếp xúc Nhưng đầu dò nhúng phải thường xuyên tiếp xúc với nước nên chúng phải không thấm nước không cần có bảo vệ chống mài mòn phía trước biến tử Hình 3.22 biểu diễn cấu trúc đầu dò loại nhúng Đầu nối đồng trục Keo epoxy Vỏ bọc Vật liệu hấp thụ Tiếp xúc điện (+) Tiếp xúc điện (-) Bề mặt plastic Tinh thể áp điện Hình 3.22 : Cấu tạo đầu dò thẳng loại nhúng Cần phải lưu ý đặc biệt sử dụng đầu dò nhúng Do bảo vệ chống mài mài nên bề mặt tiếp âm đầu dò không tiếp xúc với bề mặt chi tiết Khi bị tiếp xúc trực tiếp gây phá hủy nhanh đầu dò lớp bề mặt bảo vệ mỏng mềm Nước thấm vào kẻ hở đầu dò chỗ nối cáp gây di chuyển lặp lại nhiều lần đầu dò, khe lớp vỏ biến tử trình xử lý hoá học không tốt CHƯƠNG 117 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II phồng rộp khối trễ Bất rò rỉ làm giảm độ nhậy lúc đầu dò hư hỏng hoàn toàn ngắn mạch chỗ nối tinh thể 3.2.2 Các loại đầu dò góc (đầu dò xiên) : Trong đầu dò góc, khúc xạ chuyển đổi dạng sóng dùng để truyền sóng siêu âm vào vật thể kiểm tra theo góc khác với bề mặt Cấu trúc thực tế đầu dò góc loại tiếp xúc biểu diễn hình 3.23 Một đầu dò góc truyền sóng dọc qua khối làm trễ thủy tinh hữu đến bề mặt vật thể kiểm tra theo góc tới xác định Góc tới chọn lớn góc tới hạn thứ cho có sóng ngang truyền vào mẫu Phần sóng dọc bị phản xạ trở vào đầu dò bị suy giảm khối giảm chấn (hấp thụ dao động) nên triệt tiêu nhiễu sóng dọc gây Góc khúc xạ cho kiểm tra thép điểm chùm tia thường gọi điểm đầu dò (probe index) đánh dấu vỏ kim loại đầu dò Khối suy giảm Đầu nối cáp Vỏ bọc Tinh thể Nêm thủy tinh hữu Chất tiếp âm Hình 3.23 - Cấu tạo đầu dò góc Một đầu dò sóng mặt đầu dò góc chừng mực đó, dùng nêm để định vị biến tử góc bề mặt mẫu Góc nêm chọn cho khúc xạ sóng ngang 900 sóng thu từ chuyển đổi dạng sóng truyền dọc theo bề mặt Một đầu dò góc thiết kế dành cho thép sử dụng cho vật liệu khác, cần phải tính đến thay đổi góc khúc xạ Trong trường hợp đầu dò góc 35 dùng cho đồng gang xám có sóng dọc tồn góc tương ứng 57 550 Do vật liệu nên dùng góc nêm lớn Nó yêu cầu nêm phải chế tạo từ vật liệu cho vận tốc sóng dọc nhỏ vận tốc sóng ngang vật thể kiểm tra, nhằm khúc xạ chùm tia tới khỏi hướng vuông góc Trong trường hợp nhôm thép có vận tốc tương ứng : vt = 3,1 3,2 Km/s, phù hợp loại nhựa có thủy tinh hữu (vl = 2,7 Km/s) hay polystyrene (2,4 Km/s) nên chúng thường sử dụng cho đầu dò góc Tuy nhiên trường hợp đồng có v t = 2,3 Km/s, toàn dải góc đến 90 o không đủ lớn bao phủ trường hợp gang xám có v l = 2,2 Km/s Chì có vl = 2,2 Km/s phù hợp cho mục đích, với loại nilon có v l từ 1.69 Km/s đến 2.60Km/s teflon cao su non nói chung sử dụng Trong số kiểm tra cần thay đổi góc chùm sóng âm liên tục Hình 3.24 trình bày số giải pháp khác Trong trường hợp đầu tiên, có hai miếng nêm plastic thiết kế quay nhau, gắn vào biến tử Với góc nêm nhau, góc giá trị hai lần góc nêm nhận Việc quay CHƯƠNG 118 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II làm thay đổi mặt phẳng tới Thiết kế thứ hai, sử dụng bán trụ plastic với biến tử gắn vào khối plastic Trong dạng mặt phẳng tới trì không thay đổi điểm chùm sóng âm bị dịch Trong dạng thứ ba điểm chùm sóng âm trì không thay đổi Các lọai đầu dò có góc điều chỉnh thường dùng để kiểm tra vật liệu có bề dày đồng nhất, chúng tạo sóng mỏng (a) (b) (c) Hình 3.24 : Các loại thiết kế khác đầu dò góc với góc chùm tia siêu âm điều chỉnh liên tục 3.2.3 Các loại đầu dò đặc biệt (special sensors) : 3.2.3.1 Sự cần thiết đầu dò đặc biệt : Có thay đổi khác lớn tính chất vấn đề kiểm tra công nghiệp Do đó, có đầu dò có mục đích chung sử dụng để giải toàn vấn đề khác Về nguyên lý, loại công việc phải cần đến đầu dò đặc biệt để kiểm tra giải vấn đề Có đa dạng lớn phận, loại máy móc cấu trúc có thiết kế khác hình dạng hình học cần phải kiểm tra Do cần phải có đầu dò siêu âm đặc biệt để phục vụ cho yêu cầu kiểm tra đặc biệt Các loại vật liệu khác thành phần cấu tạo, kích thước hạt khác độ suy giảm sóng âm chúng Vì vậy, đầu dò đặc biệt cần thiết để kiểm tra loại vật liệu khác Kích thước cho phép khuyết tật độ nhạy phát khuyết tật độ phân giải khác loại vật liệu khác ứng dụng khác Trong số tình việc áp chất tiếp âm có số vấn đề trầm trọng chất tiếp âm phải cấp liên tục nhằm cải thiện tốc độ kiểm tra Kiểm tra siêu âm vài trường hợp phải thực môi trường không thuận lợi nóng bề mặt thô nhám, môi trường rỉ mòn, vùng có mức phóng xạ cao, kiểm tra nước khó tiếp cận vị trí đặt kiểm tra động phận ráp nối phức tạp Có thể có đòi hỏi tốc độ kiểm tra cao trường hợp kiểm tra tự động ray, đường ống, lớn vật có hình khác Tất trường hợp đòi hỏi phải có đầu dò đặc biệt chuyên dụng Việc lựa chọn biến tử cho ứng dụng cụ thể chủ yếu dựa vào kích thước tinh thể, tần số độ rộng băng tần loại thiết bị dò khuyết tật Các vật liệu khác có đặc tính trở kháng điện khác Cuộn dây điều chỉnh sóng âm phận phối hợp trở kháng điện cần đến Cả lượng lượng sóng âm truyền vào vật liệu cần kiểm tra độ phân kỳ chùm tia phụ thuộc trực tiếp vào kích thước biến tử Vì nên sử dụng đầu dò lớn để có độ xuyên sâu lớn cho diện tích chùm sóng âm lớn Độ rộng băng tần biến tử hẹp cho khả truyền qua tốt độ nhạy cao độ phân giải tương đối (độ nhạy khả phát khuyết tật nhỏ; độ phân CHƯƠNG 119 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II giải khả phân tách xung phản hồi từ hai khuyết tật nhiều nằm sát nhau) Dải băng tần biến tử rộng cho độ phân giải lớn độ nhạy khả truyền qua thấp so với biến tử có dải tần số hẹp Việc điều chỉnh tần số, dải băng tần kích thước biến tử tất cần phải lựa chọn sở mục tiêu kiểm tra Thí dụ, khả truyền qua cao quan trọng việc kiểm tra trục dài Trong trường hợp lựa chọn tốt đường kính lớn, dải băng tần hẹp, tần số biến tử thấp, biến tử cho độ nhạy thấp (vì tần số thấp kích thước lớn) độ phân giải thấp (vì dải băng tần hẹp) Khi độ phân giải quan trọng, việc kiểm tra bất liên tục gần bề mặt cần sử dụng biến tử có dải băng tần rộng chủ yếu Khả xuyên sâu không quan trọng, khả xuyên sâu tương đối thấp có dải băng tần rộng chọn lựa hợp lý Nếu cần độ nhạy cao, lựa chọn cách sử dụng biến tử có kích thước nhỏ, tần số cao, dải băng tần rộng Nếu cần độ nhạy lẫn khả xuyên sâu nên sử dụng biến tử có kích thước lớn, tần số cao, chùm sóng âm phát định hướng (ít phân kỳ) Độ phân giải cải thiện cách sử dụng chiều dài xung ngắn, kỹ thuật nhúng, sử dụng đầu dò tinh thể kép tiếp xúc có nêm làm trễ 3.2.3.2 Một số loại đầu dò đặc biệt : Đầu dò dạng biến tử dãy: Trong năm gần đây, gia tăng nhu cầu cần phải tăng tốc độ kiểm tra siêu âm Cách để quét kiểm tra nhanh sử dụng dãy biến tử kích hoạt điện tử cách Các biến tử bao gồm số tinh thể đặt sơ đồ xác định kích hoạt thời điểm tay sử dụng dồn kênh (multiplexer) Một dồn kênh thực tế sơ đồ dãy biến tử biểu diễn hình 3.25 Trong trường hợp này, mạch từ A tới J gồm phát xung biến tử riêng lẻ Mỗi đầu dò thành phần coi điểm hay nhỏ, nguồn thứ tự kích thích tạo xung kiểm soát qua mạch điều khiển khác Thiết bị điều khiển Tới hình Bộ phát xung Nguồn Mặt sóng Hình 3.25 :Bố trí dồn kênh cho biến tử dãy Mô tả sóng dọc bị khúc xạ vuông góc CHƯƠNG 120 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Xung phát đầu dò theo cách nối tiếp đồng tạo thay đổi khác sơ đồ chùm quét gồm góc chùm tia dạng hội tụ Ví dụ chùm góc biểu diễn hình 3.26 kết phát đồng từ A tới J, góc nghiêng θ cho bởi: θ = sin −1 C∆t w (3.5) Ở : C = vận tốc đồng vật liệu ∆t = trễ đồng đầu dò phát xung w = khoảng cách đường trung tâm đầu dò Khi thay đổi trễ ∆t xung làm thay đổi góc θ, Khi khởi phát xung ngược lại từ J qua A dẫn đến phát chùm góc với hướng đối diện Hơn nữa, khởi phát xung từ vào trong, nghĩa A J xảy lúc, B I, C H …v.v tạo chùm tia siêu âm hội tụ Các nguồn phát sóng âm khác thay đổi lớn dùng để tạo thành biến tử dãy gồm phần tử áp điện, biến tử âm điện từ (Electromagnetic Acoustic Transducer-EMAT) nguồn laser biến tử dãy Tuy nhiên, để có lợi ích trái lại giá thành hệ thống lại đắt tiền Giá thành hệ thống tăng lên đáng kể mạch phải cần hệ thống siêu âm riêng biệt dồn kênh điều khiển Tốc độ hiệu việc kiểm tra tăng lên sử dụng Thiết bị điều khiển Tới hình Bộ phát xung Nguồn Mặt sóng Hình 3.26 : Đầu dò nhiều góc dạng biến tử dãy Biến tử âm điện từ (Electromagnetic Acoustic Transducers - EMAT) : CHƯƠNG 121 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Biến tử âm điện từ dựa nguyên lý sóng điện từ đến bề mặt vật dẫn điện gây dòng điện xoáy bề mặt vật dẫn điện Với diện từ trường tĩnh điện vùng tác dụng dòng điện xoáy, ion chịu lực dao động cưỡng Các lực dao động (lực lorentz) sinh bề mặt nguồn sóng âm cảm ứng điện từ (Phần 9.1.8) Các biến tử âm điện từ cho lợi đáng kể việc kiểm tra siêu âm không cần tiếp xúc vật lý môi trường tiếp âm đầu dò vật thể kiểm tra Điều thuận tiện việc kiểm tra tự động chi tiết kéo dài đường ống, đường ray xe lửa.v.v… nghĩa có dịch chuyển tương đối đầu dò vật thể kiểm tra Ngoài ra, tăng tốc độ kiểm tra thuận lợi khác đầu dò hiệu ứng động lực sinh từ vận tốc cao nhỏ Các đầu dò EMAT dùng để kiểm tra vật liệu kim loại bao phủ lớp bảo vệ Biến tử siêu âm dựa vào xung laser (Laser based ultrasonic transducer) : Sóng siêu âm kích thích vật liệu bề mặt có xung laser tác động Sự nung nóng xung laser tạo giãn nở vùng địa phương có chùm tia laser tác động lên bề mặt Chùm sóng siêu âm dạng phát với giãn nở sau co lại Ghi nhận sóng âm với công nghệ laser không thực hệ thống sử dụng để kích thích tín hiệu Nói chung, việc ghi nhận thực với chùm tia quang học có khả đo độ dịch chuyển nhỏ bề mặt Khả thực kiểm tra không tiếp xúc công suất cao ưu điểm phương pháp siêu âm laser Biến tử hình bút vẽ (paintbrush transducer) : Biến tử hình bút (hình 3.27) thường thiết kế cách khảm dãy tinh thể nối tiếp với Yêu cầu quang trọng biến tử hình bút cường độ chùm tia siêu âm thay đổi lớn toàn chiều dài biến tử Hình 3.27 - Đầu dò hình bút vẽ Biến tử hình bút thiết kế cho thiết bị khảo sát, chức chúng làm giảm thời gian kiểm tra quét kiểm tra hết toàn Đây thuận lợi lớn phải kiểm tra diện tích lớn với đầu dò nhỏ tinh thể đơn lâu nhàm CHƯƠNG 122 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II chán Sau quét kiểm tra với biến tử hình bút phát bất liên tục, chúng thực khảo sát thêm để xác định kích thước vị trí sử dụng đầu dò chuẩn Các đầu dò đặc biệt đa tính năng: Một số đầu dò kiểm tra siêu âm mô tả rải rác phần tài liệu thuộc nhóm đầu dò đặc biệt Thí dụ : biến tử dùng tượng từ giảo (phần 2.6.2) , biến tử hội tụ (phần 3.2.1.2), đầu dò nhúng (phần 3.2.1.2), đầu dò có góc thay đổi (phần 3.2.2), đầu dò kiểm tra tự động (phần 9.2.4), đầu dò sóng mặt (phần 3.3.4), loại đầu dò dùng kiểm tra vận hành nhà máy điện hạt nhân (phần 9.1.5) xem loại đầu dò thiết kế đặc biệt để dùng mục đích kiểm tra đặc biệt 3.3 CÁC KỸ THUẬT KIỂM TRA SIÊU ÂM : Trong kỹ thuật kiểm tra siêu âm người ta dùng loại tiếp xúc loại không tiếp xúc Ở kỹ thuật tiếp xúc đầu dò đặt tiếp xúc trực tiếp với vật thể kiểm tra thông qua lớp mỏng chất lỏng sử dụng làm chất tiếp âm để truyền siêu âm vào vật thể kiểm tra tốt Trong kỹ thuật không tiếp xúc – kỹ thuật kiểm tra nhúng, đầu dò loại không thấm nước đặt khoảng cách đến vật thể kiểm tra chùm tia siêu âm truyền vào vật liệu qua nước cột nước đơn giản qua lớp không khí Kỹ thuật tiếp xúc trực tiếp chia thành nhóm Kỹ thuật sóng dọc, kỹ thuật sóng xiên (góc), kỹ thuật sóng mặt Với nhóm thứ hai sử dụng kỹ thuật nhúng kỹ thuật tiếp âm không khí Một số kỹ thuật ứng dụng kiểm tra siêu âm thực tế trình bày 3.3.1 Kỹ Thuật Tandem : Trong vài trường hợp cần phải thực phương pháp chùm tia xiên góc tiếp xúc sử dụng hai đầu dò Một đầu dò phát chùm tia siêu âm vào mẫu đầu dò thu nhận Trong kỹ thuật đầu dò phát “ném” chùm tia siêu âm vào vật liệu kiểm tra, sau vài bước quét đầu dò thu “chụp” lại Do phương pháp hai đầu dò gọi phương pháp “pitch and catch” hay phương pháp Tandem Nguyên lý phương pháp mô tả hình 3.28 Đầu phát Đầu thu Bề mặt phản xạ Hình 3.28 : Bố trí kỹ thuật Tandem Mục đích kỹ thuật Tandem thường sử dụng để xác định vị trí bất liên tục đặc trưng Phương pháp xác định đặc điểm tính chất vật CHƯƠNG 123 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II liệu Giả sử mối hàn nối mà bề mặt có vết nứt dạng phẳng, lớn khuyết tật liên kết có hướng vuông góc với bề mặt tâm mối nối, kiểm tra đầu dò đơn không đủ tin cậy để phát khuyết tật Xung siêu âm bị lệch khỏi hướng truyền tới ghi nhận sử dụng đầu dò thứ hai Vị trí hai đầu dò vật thể kiểm tra phụ thuộc vào bề dày vật vị trí khuyết tật Hai đầu dò di chuyển khoảng cách cố định khoảng cách điều chỉnh cho nhận biên độ tín hiệu lớn Khoảng cách hai đầu dò xác định biểu thức : S = (t – d) tanφ (3.6) Với : φ = Góc đầu dò t = Bề dày vật thể kiểm tra d = Độ sâu điểm đích Cách kinh tế kiểm tra tay với phương pháp đòi hỏi hai đầu dò nối với trượt dẫn hướng Nó giữ cho khoảng cách hai đầu dò không đổi đảm bảo tương quan góc xác với mối nối đầu dò suốt thời gian kiểm tra Bề mặt kiểm tra chuẩn bị cho phương pháp Tandem giống với phương pháp tiếp xúc khác Những bề mặt bị rỉ mòn sơn cần phải làm cách mài làm phun cát Một bề mặt cần làm với bàn chải sắt Trên bề mặt nằm ngang tốt dùng nước làm chất tiếp âm, bề mặt thẳng đứng cao nên dùng dầu mỡ làm chất tiếp âm Phương pháp Tandem phương pháp sử dụng thông thường để kiểm tra mối hàn nối ống bồn có thành dày, đặc biệt bồn áp lực lò phản ứng Phần lớn việc kiểm tra thực đầu dò dãy Một ứng dụng khác kỹ thuật Tandem dùng kiểm tra đáy mối hàn chữ V kép (Phần 6.1.2.6) 3.3.2 Kỹ thuật đầu dò hội tụ : Những kỹ thuật sử dụng đầu dò hội tụ mà chùm tia siêu âm hội tụ tập trung tiêu điểm xác định trước cách chắn vùng bên vật thể kiểm tra Hiệu ứng hội tụ nhận qua việc sử dụng thấu kính âm học làm việc giống thấu kính quang học hội tụ ánh sáng (phần 3.2.1.2) Để cho việc truyền sóng siêu âm có hiệu quả, tốt thấu kính âm học nên gắn chặt vào bề mặt biến tử Các đặc tính lý tưởng cho vật liệu hoạt động thấu kính âm học phải có điểm khúc xạ nước lớn, âm trở gần giống với âm trở nước vùng tinh thể, có độ suy giảm âm thấp dễ chế tạo Một vài vật liệu phù hợp với tiêu chuẩn methyl methacrylate, polystyrene, keo epoxy, nhôm magnesium Hình dạng thấu kính âm học hình trụ, hình cầu Thấu kính âm học hình trụ tạo chùm tia siêu âm hội tụ dạng đường, thấu kính âm học hình cầu tạo chùm tia siêu âm hội tụ dạng điểm Chùm tia siêu âm phát từ đầu dò hình trụ có dạng hình chữ nhật có chiều dài chiều rộng Như đầu dò phần lớn sử dụng để kiểm tra thành ống mỏng tròn Nó đặc biệt nhạy vết nứt mảnh nằm bề mặt gần bề mặt Chùm tia siêu âm phát từ đầu dò hình cầu có dạng hình tròn nhỏ Nó có độ nhạy độ phân giải cao diện tích quét dải độ sâu kiểm tra nhỏ Quá trình hội tụ thực cách chế tạo hình dạng tinh thể biến tử Mặt trước tinh thể thạch anh mài thành dạng hình trụ hình cầu Barium titanate chế tạo thành hình mặt cong trước bị phân cực Một phần tử biến CHƯƠNG 124 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II tử áp điện nhỏ gắn vào mặt cong vật liệu hấp thụ giảm chấn cho kết tương tự Phương pháp hội tụ chùm tia siêu âm từ nhiều biến tử dãy đề cập đến phần 3.2.3.2 Biến tử hội tụ mô tả theo chiều dài hội tụ chúng, ngắn, trung bình, dài, dài Chiều dài hội tụ ngắn thích hợp cho vùng nằm sát bề mặt vật thể kiểm tra Chiều dài hội tụ trung bình, dài dài thường cho kiểm tra vùng sâu Về mặt tần số, biến tử hội tụ thiết kế riêng cho ứng dụng đặc thù Biến tử có độ dài hội tụ lớn điểm hội tụ sâu mẫu cho độ nhạy cao Chiều dài điểm hội tụ thấu kính nước có liên hệ với độ sâu hội tụ kim loại phương pháp nhúng thay đổi chiều cao cột nước gây thay đổi độ sâu hội tụ vật thể kiểm tra Sự khác lớn vận tốc âm nước kim loại, làm cho sóng âm rẽ hướng theo góc nhọn vào bề mặt kim loại góc nghiêng tới Do bề mặt kim loại đóng vai trò thấu kính thứ hai có tác dụng mạnh nhiều so với thấu kính âm biến tử biểu diễn hình 3.16 Hiệu ứng làm dịch chuyển điểm hội tụ vào sát với bề mặt vật so với điểm hội tụ chùm tia nước Tác động làm cho biến tử hoạt động đầu thu có định hướng nhạy theo khoảng cách, làm cho chùm tia sắc nét tăng độ nhạy với phần tử phản xạ nhỏ vùng hội tụ Vì vậy, khuyết tật có biên độ xung phản hồi thấp kiểm tra chi tiết so với đầu dò chuẩn Dải hiệu dụng biến tử hội tụ trải dài từ khoảng 0,25 đến 250mm bên bề mặt vật thể kiểm tra Trong dải biến tử hội tụ có vài ưu điểm rõ rệt so với loại đầu dò chuẩn không hội tụ Đó chúng có độ nhạy cao với khuyết tật nhỏ, khả phân giải cao, bị ảnh hưởng với bề mặt thô nhám, bị ảnh hưởng hiệu ứng đường bao bề mặt trước có nhiễu thấp Nhược điểm đầu dò hội tụ có vùng kiểm tra nhỏ vật thể kiểm tra kiểm tra đồng thời Kỹ thuật đầu dò hội tụ thường dùng để đo xác bề dày, phát tách lớp bất liên tục mỏng Đo rỉ mòn bên đường ống, bình áp lực, thực giống nguyên lý đo bề dày thông thường, nhờ bề dày lại thành vật liệu bị rỉ mòn đo Các thành ống mỏng, có đường kính nhỏ vật rèn kiểm tra khuyết tật nằm bên sử dụng đầu dò hội tụ Việc sử dụng chùm tia siêu âm hội tụ thực cho kiểm tra vật có bề mặt cong 3.3.3 Kỹ thuật đầu dò kép (đầu dò tinh thể kép) : Kỹ thuật dựa việc sử dụng hai đầu dò Một đầu dò phát siêu âm vào mẫu đầu dò thu nhận xung phản hồi từ khuyết tật từ đáy (hình 3.29) Nói chung hai tinh thể đặt vào vỏ Các biến tử gọi đầu dò tinh thể kép, TR SE (xem phần 3.2.1.3) Những tinh thể thường đặt nghiêng góc nhỏ đỉnh, toàn kết tác động chùm tia siêu âm hội tụ nhận Các ứng dụng đầu dò : (a) Kiểm tra kích thước vật, thí dụ phẳng (b) Đo bề dày lại thành trình kiểm độ rỉ mòn, hao mòn (c) Phát hiện, xác định vị trí đánh giá khuyết tật gần bề mặt (d) Quét kiểm tra khuyết tật lớn tách lớp sử dụng phương pháp suy giảm giá trị nửa (6 dB ) CHƯƠNG 125 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Đầu dò phát Đầu dò thu Sóng âm phản xạ đến đầu dò thu Hình 3.29 : Kỹ thuật xung phản hồi hai đầu dò thẳng 3.3.4 Các kỹ thuật đầu dò sóng mặt : Bản chất khái niệm hình thành sóng mặt trình bày phần 2.3.3 2.4.2.2 Ưu điểm sóng mặt chúng có khả lan truyền theo mặt biên phản xạ mạnh nơi có thay đổi đột ngột biên dạng, công cụ hữu ích để kiểm tra vật có bề mặt phức tạp Năng lượng chúng tập trung vùng tương đối nhỏ khoảng bước sóng độ sâu gần bề mặt Ví dụ sóng mặt truyền theo mặt khối kim loại bị phản xạ từ cạnh góc Nhưng cạnh góc vê tròn, sóng mặt tiếp tục xuống mặt hông khối kim loại lại phản xạ cạnh góc khối, quay trở lai điểm phát Theo cách sóng mặt truyền hoàn toàn bao quanh khối lập phương cạnh làm tròn Kỹ thuật sóng mặt hữu hiệu nhiều ứng dụng, đặc biệt công nghiệp hàng không Hình 3.30 mô tả chi tiết máy bay có hình dạng phức tạp Dùng sóng nén sóng trượt thực kiểm tra khó thực Sự phát triển vết nứt tiên đoán chạy dọc theo cạnh cánh tới khoảng 2/3 chiều dài cánh, nằm vùng gốc Đầu dò sóng mặt đặt đầu mút cánh hướng vào gốc, truyền chùm tia siêu âm dọc theo bề mặt, bao theo bán kính phản xạ từ cạnh gốc thấy Các vết nứt vùng khả nghi cho xung phản hồi thời điểm sớm so với gốc Trong cánh mô tả có lỗ ống làm nguội gây vấn đề khó khăn, sử dụng kỹ thuật sóng trượt Tuy nhiên sóng mặt xuyên độ sâu khoảng bước sóng, lựa chọn tần số thích hợp ống làm nguội không ảnh hưởng tới sóng mặt Độ sâu lan truyền sóng mặt có ưu điểm việc kiểm tra chi tiết có thành mỏng Hình 3.31 mô tả ống có thay đổi tiết diện Nếu sóng mặt với tần số có bước sóng gần bề dày thành ống, sóng mặt phủ kín bề dày thành cho phản hồi từ vết nứt bề mặt Do khuyết tật gần bề mặt phát dễ dàng kỹ thuật CHƯƠNG 126 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Hình 3.30 :Kiểm tra vết nứt bề mặt cánh máy bay kỹ thuật sóng mặt Hình 3.31 :Kiểm tra khuyết tật thành ống có nhiều đường kính khác kỹ thuật sóng mặt Hạn chế chủ yếu kỹ thuật sóng mặt chúng bị suy giảm nhanh chóng độ nhẵn bề mặt không thích hợp, bề mặt bị bao phủ lớp vẩy họăc chất lỏng (như chất tiếp âm) chịu áp lực bị vật khác đè lên hay tay nhân viên kiểm tra Vì vậy, chất tiếp âm lỏng nên hạn chế với điểm tiếp xúc xa tốt Những thị giả chí xuất áp chất tiếp âm mỡ không đồng 3.3.5 Kỹ thuật kiểm tra nhúng : Kỹ thuật kiểm tra nhúng chủ yếu dùng phòng thí nghiệm nơi lắp đặt rộng rãi để kiểm tra siêu âm tự động Nó có ưu điểm môi trường tiếp âm đồng nhất, tạo sóng dọc sóng ngang đầu dò cách cần thay đổi góc tới chùm tia Ba kỹ thuật dùng phương pháp kiểm tra nhúng kỹ thuật nhúng toàn bộ, kỹ thuật tạo bọt, kỹ thuật đầu dò bánh xe CHƯƠNG 127 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN Bộ chỉnh TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Bộ chỉnh Đầu dò Đầu dò Nước Nước Vật thể kiểm tra Vật thể kiểm tra Hình 3.32 - Kỹ thuật kiểm tra nhúng Trong phương pháp nhúng toàn bộ, đầu dò vật thể kiểm tra nhúng vào bể nước Chùm tia siêu âm truyền qua nước trực tiếp vào vật thể kiểm tra, sử dụng kỹ thuật đầu dò thẳng để phát sóng dọc (hình 3.32a) kỹ thuật tia xiên góc (hình 3.32b) để phát sóng ngang Khi dùng kỹ thuật tia thẳng quãng đường nước phải luôn lớn khoảng cách S phương trình 3.11 sau : S= Bề dày mẫu × Vận tốc siêu âm nước (3.11) Vận tốc siêu âm mẫu Khi vật thể kiểm tra thép quãng đường nước phải dài 1/4 bề dày thép, không xung phản hồi đáy thứ che lấp xung phản hồi mặt lần hai khuyết tật gần mặt đáy không quan sát Trong kỹ thuật bọt nước, chùm tia siêu âm truyền qua cột nước đến vật thể kiểm tra (hình 3.33) Kỹ thuật thường dùng với hệ thống tự động để quét kiểm tra nhanh vật có dạng tấm, lá, dạng hình trụ hình dạng đồng khác Chùm tia siêu âm chiếu thẳng vào vật thể kiểm tra (tức theo phương thẳng góc) để tạo sóng dọc điều chỉnh góc bề mặt vật thể kiểm tra để tạo sóng ngang Vật thể kiểm tra Bánh xe đầy nước Trục cố định Biến tử Nuớc tràn Vật thể kiểm tra Biến tử Cấp nước làm chất tiếp âm Kỹ thuật biến tử hình bánh xe Hình 3.33 :Kỹ thuật bọt nước kỹ thuật biến tử bánh xe CHƯƠNG 128 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II Bánh xe đầy nước Bánh xe đầy nước Biến tử Biến tử Bánh xe đứng yên Bánh xe di chuyển vật liệu Vật liệu di chuyển Hình 3.33 :Kỹ thuật biến tử bánh xe cố định dịch chuyển Bánh xe di chuyển vật liệu Vật liệu dịch chuyển CHÙM TIA SIÊU ÂM ĐƯỢC ĐỊNH HƯỚNG THẲNG TỚI TRƯỚC SÓNG ÂM TRUYỀN VÀO TRONG VẬT LIỆU TẠI GÓC 450 CHÙM TIA SIÊU ÂM HƯỚNG VỀ CẠNH 900 CHÙM TIA SIÊU ÂM TẠO GÓC VỚI THÀNH VÀ HƯỚNG TỚI TRƯỚC GÓC TRUYỀN CỦA CHÙM TIA CÓ THỂ THAY ĐỔI NHỜ ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ BÁNH XE VỚI GIÁ ĐỠ Hình 3.34 :Những khả tạo góc đầu dò bánh xe Trong kỹ thuật nhúng đầu dò bánh xe, chùm tia siêu âm chiếu xuyên qua bánh xe chứa đầy nước vào vật thể kiểm tra Đầu dò gắn cố định trục bánh xe bánh xe quay tự Bánh xe lắp vào thiết bị di động chạy mẫu gắn cố định vật kiểm chuyển động qua (hình 3.34a & b) Vị trí góc nghiêng đầu dò lắp đặt trục bánh xe thiết kế để chiếu tia thẳng vẽ hình 3.28a b để chiếu tia xiên góc hình 3.35 CHƯƠNG 129 TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II CHƯƠNG 130