Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing)

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com

Kiểm tra siêu âm - Ultrasonic testing (UT), là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy NDT dựa trên sự lan truyền của sóng siêu âm trong vật hoặc vật liệu được kiểm tra. Trong hầu hết các ứng dụng UT thông thường, các xung sóng siêu âm rất ngắn với tần số cao dao động từ 0,1-15 MHz, và đôi khi lên đến 50 MHz, được truyền vào các vật liệu để phát hiện các khuyết tật bên trong vật liệu. Một ví dụ phổ biến là đo độ dày siêu âm, được sử dụng để kiểm tra độ dày của vật kiểm tra để giám sát sự ăn mòn đường ống.

Siêu âm phát hiện nứt trên trục máy

Kiểm tra siêu âm thường được thực hiện trên thép và các kim loại và hợp kim, tuy nhiên nó cũng có thể được sử dụng trên bê tông, gỗ và các vật liệu composite, tuy nhiên độ phân giải thấp hơn. Nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm xây dựng thép và nhôm, luyện kim, sản xuất, hàng không vũ trụ, ô tô và các ngành vận tải khác.

Nguyên lý làm việc của phương pháp siêu âm UT

Nguyên lý làm việc

Trong quá trình kiểm tra siêu âm, máy chẩn đoán được sử dụng với đầu dò siêu âm để quét đối tượng được kiểm tra. Đầu dò thường được phân cách ra khỏi vật thử nghiệm bằng chất kết nối như gel, dầu hoặc nước trong thử nghiệm ngâm. Tuy nhiên, khi sử dụng Đầu dò chuyển đổi âm thanh-điện từ (Electromagnetic Acoustic Transducer EMAT), không cần thiết phải có chất kết nối

Quá trình kiểm tra siêu âm là việc truyền sóng âm bước sóng ngắn, tần số cao vào trong vật liệu nhằm xác định khuyết tật hoặc/và đo bề dày vật liệu, cũng như phát hiện ăn mòn. Thiết bị kiểm tra siêu âm truyền thống làm việc trên nguyên lý là gửi một luồng xung siêu âm cao từ một đầu dò (tranducer) có tay cầm được đặt trên vật cần kiểm tra. Sóng được truyền đi và một phần bị phản hồi lại khi gặp các khuyết tật hoặc khi chạm đến thành bên kia của vật cần siêu âm. Việc ghi nhận và phân tích sóng phản hồi thể hiện lên trên màn hình dưới dạng biên độ xung và thời gian phản hồi sẽ có được các thông tin hữu ích được. Bằng cách đo sóng này, người vận hành nhiều kinh nghiệm có thể nhận diện vị trí và hướng của các khuyết tật cũng như bề dày vật liệu một cách tương ứng. 

Xem thêm:

• Phương pháp kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing)
• Kiểm tra thẩm thấu PT (Penetrant Testing)
• Kiểm tra siêu âm bên trong lòng ống ILI là gì?

Có hai kỹ thuật để thu nhận sóng siêu âm, đó là phản xạ (reflection) và suy giảm (attenuation). Ở chế độ phản xạ, còn được gọi là chế độ phản xạ xung, đầu dò sẽ gửi và nhận sóng xung khi chúng được phản xạ trở lại thiết bị. Siêu âm phản xạ đến từ một giao diện, chẳng hạn như thành phía sau của vật hoặc một điểm khuyết tật bên trong đối tượng. Máy chẩn đoán hiển thị kết quả dưới dạng tín hiệu cho thấy cường độ phản xạ (được biểu thị bằng biên độ) và khoảng cách của nó (được biểu thị bằng thời gian đến).

Mặt khác, ở chế độ suy giảm, còn được gọi là chế độ truyền qua (Through-Transmission), một đầu dò (máy phát) sẽ gửi sóng siêu âm qua một bề mặt, trong khi một bộ thu (receiver) riêng biệt phát hiện lượng âm thanh đã truyền tới nó trên một bề mặt khác sau khi truyền qua môi trường. Khuyết tật trong không gian giữa bộ phát và bộ thu làm giảm lượng âm thanh truyền đi, cho thấy sự hiện diện của khuyết tật. Sử dụng chất nối (couplant) có thể cải thiện hiệu quả của quá trình bằng cách giảm tổn thất năng lượng sóng siêu âm nhờ sự phân cách bề mặt vật kiểm tra.

Xem ảnh trên: Tại một công trường xây dựng, một kỹ thuật viên kiểm tra các khuyết tật của mối hàn đường ống bằng cách sử dụng thiết bị siêu âm mảng pha (phased array). Máy quét bao gồm một khung có các bánh xe từ tính giữ đầu dò tiếp xúc với đường ống bằng một lò xo. Chất kết nối siêu âm (vùng ẩm ướt) cho phép âm thanh truyền vào thành ống. Kể từ khi bức ảnh này được chụp (2008), sự phát triển của máy quét bao gồm khả năng chạy hai đầu dò cùng một lúc, một đầu dò ở mỗi bên của mối hàn và máy quét có dây xích hoặc liên kết chạy quanh toàn bộ đường ống, đảm bảo rằng đầu dò được dẫn hướng theo một đường thẳng và không bị rơi xuống.

Đặc biệt hơn đối với đường ống, cách kiểm tra được yêu cầu hay đề nghị, cân đối giữa chụp ảnh phóng xạ và siêu âm, đã và đang được thay đổi là nên dùng siêu âm trong vài năm gần đây. Xem xét khuyết điểm của kiểm tra siêu âm bằng tay, NSX thiết bị siêu âm, đưa ra một máy scan mối hàn đường ống bằng siêu âm tự động. Hệ thống MIPA, gọi là hệ thống nhiều đầu dò chìm, được thiết kế để kiểm tra và đánh giá tự động các mối hàn. Tín hiệu siêu âm được thu thập và diễn giải để phát hiện các khuyết tật mối hàn như rò, nứt, ngậm xỉ và ăn mòn của những mối hàn vòng quanh đường ống. Một hệ thống kiểm tra bằng máy tính hoàn thiện sẽ thu thập, lưu giữ và phân tích dữ liệu chất lượng mối hàn thông qua việc scan vòng tròn. Việc đánh giá được thực hiện sau khi scan hoàn thành. Tín hiệu được thể hiện dưới dạng mã màu trực tuyến trên màn hình, và lưu file để có thể truy xuất cho bất kỳ lúc nào cần điều tra.

Ưu điểm 

1.     Khả năng xuyên thấu cao, cho phép phát hiện các khuyết tật nằm sâu trong chi tiết.

2.     Độ nhạy cao, cho phép phát hiện những khuyết tật cực nhỏ.

3.     Độ chính xác cao hơn các phương pháp NDT khác trong việc xác định độ sâu của các vết nứt bên trong và độ dày của các bộ phận có bề mặt song song.

4.     Một số khả năng ước tính kích thước, hướng, hình dạng và bản chất của khuyết tật.

5.     Một số khả năng ước tính cấu trúc hợp kim của các thành phần có đặc tính âm học khác nhau

6.     Không gây nguy hiểm cho các hoạt động hoặc nhân viên gần đó và không ảnh hưởng đến thiết bị và vật liệu trong vùng lân cận.

7.     Có khả năng vận hành di động hoặc tự động hóa cao.

8.     Kết quả là ngay lập tức. Do đó, các quyết định tại chỗ có thể được thực hiện. 

Nhược điểm

1.     Thao tác thủ công đòi hỏi sự chú ý cẩn thận của các kỹ thuật viên có kinh nghiệm. Đầu dò cảnh báo cả cấu trúc bình thường của một số vật liệu, sự bất thường có thể chấp nhận được của các mẫu vật khác (được gọi là “nhiễu”) và các lỗi trong đó đủ nghiêm trọng để ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mẫu vật. Những tín hiệu này phải được phân biệt bởi một kỹ thuật viên lành nghề, có thể yêu cầu theo dõi bằng các phương pháp kiểm tra không phá hủy khác.

2.     Kiến thức kỹ thuật sâu rộng là cần thiết để phát triển các thủ tục kiểm tra.

3.     Các bộ phận thô ráp, hình dạng không đều, rất nhỏ hoặc mỏng hoặc không đồng nhất rất khó kiểm tra.

4.     Bề mặt phải được chuẩn bị bằng cách làm sạch và loại bỏ cặn, sơn, v.v., mặc dù sơn đã được liên kết chặt chẽ với bề mặt thì không cần phải loại bỏ.

5.     Chất kết nối là cần thiết để cung cấp khả năng truyền năng lượng sóng siêu âm hiệu quả giữa đầu dò và các bộ phận được kiểm tra trừ khi sử dụng kỹ thuật không tiếp xúc. Các kỹ thuật không tiếp xúc bao gồm Đầu dò âm thanh bằng laser và điện từ (EMAT).

6.     Thiết bị có thể đắt tiền

7.     Yêu cầu các tiêu chuẩn tham chiếu và hiệu chuẩn

Tiêu chuẩn 

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO)

• ISO 2400: Kiểm tra không phá hủy - Kiểm tra siêu âm - Đặc điểm kỹ thuật cho khối hiệu chuẩn số 1 (2012)
• ISO 7963: Thử nghiệm không phá hủy - Thử nghiệm siêu âm - Đặc điểm kỹ thuật cho khối hiệu chuẩn số 2 (2006)
• ISO 10863: Kiểm tra không phá hủy mối hàn - Kiểm tra siêu âm - Sử dụng phương pháp Nhiễu xạ theo thời gian truyền âm  (TOFD) (2011)
• ISO 11666: Kiểm tra không phá hủy mối hàn - Kiểm tra siêu âm - Mức chấp nhận (2010)
• ISO 16809: Kiểm tra không phá hủy - Đo độ dày bằng siêu âm (2012)
• ISO 16831: Thử nghiệm không phá hủy - Thử nghiệm siêu âm - Đặc tính và xác minh thiết bị đo độ dày siêu âm (2012)
• ISO 17640: Kiểm tra không phá hủy mối hàn - Kiểm tra siêu âm - Kỹ thuật, mức độ kiểm tra và đánh giá (2010)
• ISO 22825, Kiểm tra không phá hủy mối hàn - Kiểm tra siêu âm - Kiểm tra mối hàn trong thép austenit và hợp kim dựa trên niken (2012)
• ISO 5577: Kiểm tra không phá hủy - Kiểm tra bằng siêu âm - Từ vựng (2000)

Ủy ban tiêu chuẩn hóa châu Âu (CEN)

• EN 583, Kiểm tra không phá hủy - Kiểm tra siêu âm
• EN 1330-4, Thử nghiệm không phá hủy - Thuật ngữ - Phần 4: Thuật ngữ được sử dụng trong thử nghiệm siêu âm
• EN 12668-1, Thử nghiệm không phá hủy - Đặc tính và xác minh thiết bị kiểm tra siêu âm - Phần 1: Dụng cụ
• EN 12668-2, Thử nghiệm không phá hủy - Đặc tính và xác minh thiết bị kiểm tra siêu âm - Phần 2: Đầu dò
• EN 12668-3, Thử nghiệm không phá hủy - Đặc tính và xác minh thiết bị kiểm tra siêu âm - Phần 3: Thiết bị kết hợp
• EN 12680, Founding - Kiểm tra siêu âm.
• EN 14127, Kiểm tra không phá hủy - Đo độ dày bằng siêu âm

Related Posts by Categories