Đang tải... (xem toàn văn)
KỸ THUẬT KIỂM TRA THẨM THẤU MỐI HÀN Kiểm tra bằng chất thẩm thấu lỏng là một trong số các phương pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) thông dụng dùng để phát hiện và định vị các khuyết tật hở ra bề mặt. Nguyên lý hoạt động của chất thẩm thấu
KỸ THUẬT KIỂM TRA THẨM THẤU MỐI HÀN 9.1. Những nguyên lý cơ bản của phương pháp thẩm thấu Kiểm tra bằng chất thẩm thấu lỏng là một trong số các phương pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) thông dụng dùng để phát hiện và định vị các khuyết tật hở ra bề mặt. Về cơ bản phương pháp thẩm thấu gồm các bước chính sau dây: 1. Làm sạch bề mặt của đối tượng kiểm tra 2. áp dụng chất thẩm thấu lên bề mặt đã làm sạch và chờ một thời gian cho chất thẩm thấu ngấm vào các gián đoạn bề mặt hoặc hở ra bề mặt. 3. Loại bỏ chất thẩm thấu thừa trên bề mặt sao cho các chất thẩm thấu ở các gián đoạn không bị mất đi. 4. Áp dụng chất hiện lên bề mặt để chất hiện kéo chất thẩm thấu trong các gián đoạn lên bề mặt tạo thành các chỉ thị gián đoạn. 5. Kiểm tra, đánh giá các khuyết tật trong điều kiện chiếu sáng thích hợp. 6. Làm sạch bề mặt sau kiểm tra và nếu cần, dùng chất chống ăn mòn để bảo vệ vật kiểm tra (hình 1). 9.2. Nguyên lý hoạt động của chất thẩm thấu Tác động mao dẫn như nhựa dâng lên trong cây, dầu ngấm lên bấc đèn, khăn tắm ngấm nước, giấy thấm, ống thuỷ tinh có rãnh nhỏ v.v Khả năng thấm phụ thuộc vào sức căng bề mặt, độ ớt và độ bám dính. Tác động mao dẫn là sự kết hợp của 2 lực: lực dính kết giữa các phân tử cùng loại và lực bám dính giữa phân tử của chất thấm với phân tử của vật. Sức căng bề mặt là ví dụ về lực dính kết. Tác động làm ướt là ví dụ về lực bám dính. Các tính chất trên quyết định độ nhạy kiểm tra. Chất thẩm thấu sử dụng trong kiểm tra có sức căng bề mặt thấp, độ ướt cao và độ bám dính trung bình, độ nhạy ≤ 1mm. Hiện tượng thấm và rò rỉ chất thẩm thấu lỏng là hiện tượng mao dẫn ngược làm cho chất thẩm thấu có thể hiện ra bề mặt hoặc rò rỉ. Bề mặt ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền, nhiệt độ và chất bẩn hoá học có thể ảnh hởng đến đặc tính màu sắc của chất thẩm thấu, nước ảnh hưởng đến tốc độ thẩm thấu. 1 Hình 1: Các bước cơ bản của phương pháp kiểm tra thẩm thấu 9.3. Chất thẩm thấu và các tính chất 9.3.1. Độ nhớt Lực ma sát giữa hai lớp chất lỏng chuyển động với vận tốc khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ thấm, không ảnh hưởng đến khả năng thấm. Độ nhớt cao cho tốc độ thấm thấp, độ nhớt thấp cho độ lan toả nhanh nên chất thẩm thấu dễ bị chảy tuột khỏi khuyết tật nông. 9.3.2. Sức căng bề mặt Đặc tính quan trọng nhất của chất thẩm thấu là sức căng mặt ngoài. Các dung môi có sức căng bề mặt lớn hoà tan dễ dàng các chất thẩm thấu. Các dung dịch có sức căng bề mặt thấp dễ thấm và loang nhanh. 9.3.3. Khả năng làm ướt Khả năng làm ướt được thể hiện qua góc tiếp xúc với bề mặt của vật (hình 2a). Các chất có khả năng làm ớt kém sẽ có sức căng bề mặt lớn. Góc tiếp xúc lớn ( ~ 170 0 ) không có khả năng lan toả rộng. Góc tiếp xúc nhỏ cho khả năng lan toả lớn. Góc tiếp xúc của hầu hết các chất thẩm thấu là dưới 5 0 (hình 2b). 2 Hình 2: Góc tiếp xúc của một số loại dung dịch 9.3.4. Mật độ Mật độ của chất thẩm thấu không ảnh hưởng đến khả năng thấm của dung dịch. Tất cả các chất thẩm thấu có mật độ tương đối nằm trong vùng từ 0,68 đến 1,06 ở 16 0 c. 9.3.5. Độ bay hơi Chất thẩm thấu phải là dung dịch ít bay hơi. Vì nếu dung dịch bay hơi quá nhanh có thể làm mất cân bằng công thức hoá học và do đó có thể gây tái tạo pha, giảm khả năng lan rộng và làm chất thẩm thấu dễ khô. 9.3.6. Điểm bốc cháy Điểm bốc cháy của một dung dịch là nhiệt độ thấp nhất mà dung dịch chuyển thành chất dễ bốc cháy.Nhiệt độ của vật kiểm và khu vực cần thấp hơn điểm bốc cháy. Điểm bốc cháy của một số dung môi làm sạch được cho trong bảng 1. 9.3.7. Tính trơ hoá học và các tính chất ăn mòn: Chất thẩm thấu phải là chất không gây ăn mòn đối với vật liệu kiểm tra hoặc bình chứa. Trong trường hợp làm việc với các bình chứa oxy lỏng, cần phải lựa chọn các chất thẩm thấu không tác dụng với chất này. Như vậy đặc trưng của một chất thẩm thấu không phải được quyết định bởi một đặc tính riêng biệt nào đó và để có được một chất thẩm thấu tốt cần kết hợp hài hoà các thành phần và các tính chất kể trên. 3 Dung môi Điểm bốc cháy Chuẩn Federal 1977 (b, c) o C o F ppm mg/m 3 Dầu khí Dầu lửa 65 145 Rượu vô cơ 15 57 Dầu mỏ, Hi-flash 45 110 Dầu mỏ 10 48 500 200 Dung môi no 40 105 500 Hydrocarbon chứa Clo cloroform None None 50 240 Methylene clorat None None 500 1740 Perchloroethylene None None 100 670 1.1.1-tricloetan None None 350 1900 Tricloetylen None None 100 535 Trichorotrifluoroethane None None 1000 7600 Cồn Ethanol, SD (biến chất) 14 57 1000 1900 Isopropanol 12 50 400 980 Methanol 12 54 200 260 Những chất tan khác 0 Aceton 18 12 1000 2400 Benzol (benzene) 11 104 1 ppm/8 hr day 740 Cellusolve (2ethoxyethanol) 44 40 200 Toluol (toluene) 8 200 Bảng 1: Các điểm bốc cháy và mức độ độc hại của một số dung môi thường gặp 9.4. Thể loại và hệ thống thẩm thấu 9.4.1. Các loại chất thẩm thấu Có hai loại chất thẩm thấu cơ bản là loại chất thẩm thấu huỳnh quang và loại phi huỳnh quang. Chất thẩm thấu huỳnh quang chứa chất mầu phát huỳnh quang dưới ánh sáng đen hay ánh sáng tử ngoại. Chất thẩm thấu phi huỳnh quang chứa chất mầu có độ tương phản cao với bề mặt vật kiểm tra dưới ánh sáng ban ngày. 9.4.2. Hệ thống thẩm thấu 4 9.4.2.1.Các hệ thống thẩm thấu huỳnh quang rửa bằng nước Hệ thống này còn gọi là hệ thống tự nhũ tương hoá. Chúng gồm chất thẩm thấu có thể rửa trực tiếp bằng nước. Quy trình kiểm tra dùng hệ thống này được minh hoạ ở hình 3. 5 Kiềm Hơi Làm sạch bằng nước Làm sạch dung môi Loại bỏ sơn Loại bỏ sơn Siêu âm Sấy khô Áp dụng chất thẩm thấu Chờ thấm Loại chất thấm dư Sấy khô Không đạt Kiểm tra lại Chất hiện (khô) Chất hiện (không có nước) Chất hiện ướt Sấy khô Đưa vào sử dụng Làm sạchSửa Đạt Hoá chất H ình 3: Quy trình kiểm tra dùng hệ thống thẩm thấu rửa bằng nước 9.4.2.2.H thng hunh quang hu nh tng hoỏ H thng ny gm cht thm thu khụng cha tỏc nhõn gõy nh tng. Khi dựng vo b mt i tng kim tra v sau mt thi gian thm thớch hp, cht thm thu s c nh tng hoỏ v sau ú s c ra i bng nc. Quy trỡnh kim tra dựng h thng nyc minh ha hỡnh 4. 6 Làm sạch Dung môi Khắc axit Làm khô Lắc đều Nhũ tơng hoá Rửa với nớc Nhũ tơng hoá Rửa với nớc Sấy khô Chất hiện khô Chất hiện ớt Sấy khô Sấy khô Chất hiện phi nớc áp dụng chất hiện Kiểm tra Đánh giá Chấp nhận Rửa sạc h Không đạt Phế liệu Sửa chữa Lắc đều Đa vào sử dụng 9.4.2.3.Hệ thống huỳnh quang rửa bằng dung môi Hệ thống này dùng hạn chế vào các phép kiểm tra điểm hoặc khi mà phương pháp rửa bằng nước không thực hiện được. Với hệ thống này, chất thẩm thấu dư được lấy đi theo 2 bước và được mô tả như trên hình 5: 9.4.3. Hệ thống thẩm thấu khả kiến a. Các chất thẩm thấu khả kiến rửa bằng dung môi được sử dụng rộng rãi nhất. Có 3 loại chất thẩm thấu được dùng là loại có điểm bắt lửa thấp, loại có điểm bật lửa cao, loại không cháy. Ưu điểm của chất thẩm thấu khả kiến là đơn giản trong sử dụng, có thể áp dụng ở mọi nơi, không đòi hỏi nguồn điện và thiết bị. b. Chất thẩm thấu khả biến rửa bằng nước có độ nhạy thấp, số lượng kiểm tra lớn. c. Chất thẩm thấu khả biến hậu nhũ tơng hoá có độ nhạy cao, số lượng kiểm tra lớn. 9.5. Thiết bị và vật tư kiểm tra thẩm thấu 7 Hình 4: Quy trình kiểm tra dùng hệ thống thẩm thấu nhũ tương hoá Lµm s¹ch ThÊm axit XÊy kh« ThÊm dung m«i Lo¹i chÊt thÊm d b»ng dung m«i Áp dụng chất hiện (phi thuỷ) KiÓm tra Lo¹i ChÊp nhËn Söa ch÷a PhÕ liÖu Lµm s¹ch đưa vào sử dụng Qu¸ tr×nh thÊm H ình 5: Quy trình kiểm tra thẩm thấu rửa bằng dung môi 9.5.1. Thiết bị cố định 9.5.1.1. Các trạm làm việc Cơ cấu và bố trí của trạm làm việc phụ thuộc vào mỗi loại thẩm thấu và dây chuyền sản xuất sử dụng. Thiết bị sử dụng hệ thống thẩm thấu hậu nhũ tương hoá gồm các thành phần (trạm làm việc) chính sau đây (hình 6): + Trạm tiền làm sạch ( thường ở xa trạm thẩm thấu ) + Trạm thẩm thấu ( bể chứa ) + Trạm làm ráo chất thấm ( dùng chung với bể thẩm thấu ) + Trạm gây nhũ tương + Trạm rửa ( bể, thường có nguồn sáng đen để kiểm tra độ sạch ) + Trạm hiện + Trạm sấy khô (thường dùng tủ sấy) + Trạm kiểm tra ( buồng tối với các nguồn sáng đen ) + Trạm làm sạch sau khi kiểm tra ( thường ở xa trạm kiểm tra ) 9.5.1.2. Các thiết bị phụ trợ a. Thiết bị phun tĩnh điện Các chất thẩm thấu và chất hiện đều có thể áp dụng bằng thiết bị phun tĩnh điện. Cơ chế hoạt động của thiết bị được dựa trên định luật cơ bản của trường tĩnh điện: các hạt mang điện trái dấu thì hút nhau. Trong thực tế, trường điện từ được tạo bởi hiệu điện thế giữa vật kiểm tra (được nối đất) và súng phun được nối với nguồn điện ( hình 7). 8 Ánh sáng đen Trạm gây nhũ tương hoá Trạm rửa Trạm sấy khô Trạm kiểm tra Buồng tối Trạm thẩm thấu Trạm hiện Trạm rũ Trạm điều khiển Hình 6: Các trạm làm việc của thiết bị kiểm tra thẩm thấu cố định Phương pháp phun tĩnh điện có các ưu điểm đặc biệt là tốc độ phun cao: toàn bộ bề mặt của các cánh quạt dài 2,5m có thể được thấm bằng chất thẩm thấu chỉ trong vòng 10-15 giây. Kinh tế: tạo được lớp phủ đều, mỏng và sử dụng rất thuận tiện, không gây phun quá liều. An toàn: không gây bụi ngay cả khi dùng với chất thẩm thấu khô. b. Nguồn sáng đen Thông thường nguồn gồm một biến áp điều chỉnh dòng, một bóng đèn thuỷ ngân cao áp và bộ màn lọc. Biến áp thường được thiết kế riêng biệt còn bóng đèn và màn lọc được lắp vào một chao đèn phản xạ (hình 8). Để kiểm tra, đèn phải đảm bảo tạo được cường độ ánh sáng ở bề mặt của vật ít nhất là 800µW/cm 2 . Màng lọc mầu đỏ tía được thiết kế để cho qua các bước sóng tử ngoại nằm trong vùng 320-400 nm và cản trở các tia tử ngoại có hại và các ánh sáng khác. Các chất huỳnh quang dùng trong chất thẩm thấu huỳnh quang nhậy nhất với ánh sáng tử ngoại có bước sóng vào cỡ 365 nm. 9 Vòi dẫn khí Bình áp suất Cáp cao thế ống dẫn chất lỏng Bình phun tĩnh điện bằng tay Buồng phun Mở băng tải nếu được yêu cầu Ánh sáng đen huỳnh quang Vòi dẫn khí Máy lọc chiết/ Máy điều khiển Hình 7: Thiết bị phun tĩnh điện Máy biền thế Vỏ bảo vệ Bóng đèn đầu lọc Hình 8: Nguồn sáng đen Để đảm bảo an toàn, trong khi dùng không được chiếu trực tiếp đèn vào tay hay vào mắt. Để quan sát các khuyết tật, đèn và vật phải được đặt trong một buồng tối (hình 9). Khi quan sát, cần ít nhất 5 phút để cho mắt làm quen với điều kiện tối. Vì công suất của đèn biến đổi mạnh theo thời gian sử dụng nên thường xuyên phải hiệu chỉnh và nếu cần thì có thể thay bóng đèn. Đồng hồ bấm giây dùng để xác định thời gian thấm, thời gian hiện.v.v. Nhiệt kế và bình ổn nhiệt dùng để xác định nhiệt độ của vật, nhiệt độ của nước làm sạch, nhiệt độ sấy khô v.v. 9.5.2. Thiết bị xách tay 9.5.2.1. Bộ đồ nghề dùng chất thẩm thấu khả kiến Bộ đồ nghề dùng chất thẩm thấu khả kiến gồm một hộp bằng tôn đựng các thứ sau (hình 10): bình làm sạch bằng dung môi, bình đựng chất thẩm thấu khả kiến, bình đựng chất hiện, khăn thấm và bàn chải. 9.5.2.2. Bộ đồ nghề dùng chất thẩm thấu huỳnh quang Bộ đồ nghề này kết hợp được cả khả năng xách tay và khả năng nhìn thấy rõ nhờ dùng chất thẩm thấu huỳnh quang. Thông thường chúng bao gồm một hộp bằng tôn với các thứ sau (hình 11): nguồn sáng đen, chất làm sạch bằng dung môi, chất thẩm 10 Hình 9: Buồng tối dùng để quan sát chỉ thị thẩm thấu Hình 10: Bộ đồ nghề dùng chất thẩm [...]... năng làm sạch bề mặt của vật (hình 18) Hình 18: Các mẫu chuẩn niken mạ crom c Kiểm tra tính năng của chất thẩm thấu Chất lượng của chất thẩm thấu được đánh giá qua các phép đo kiểm tra so sánh về độ nhậy, hàm lượng nước, độ nhiễm bẩn và các tính chất làm sạch với chất thẩm thấu chuẩn Chất thẩm thấu cần kiểm tra và chất thẩm thấu “chuẩn” được áp dụng vào mỗi nửa của mẫu chuẩn được miêu tả ở trên, sau... chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu (thường trong vòng từ 1021 đến 1028) thì ta phải thêm chất hiện hoặc thêm chất mang Để kiểm tra độ sạch, ta lấy một ít mẫu và quan sát, nếu thấy bẩn hoặc màu sắc thay đổi nhiều thì chất thẩm thấu cần phải loại bỏ 9.11.Đánh giá các chỉ thị thấm 9.11.1 Kiểm tra mối hàn đường ống dầu khí API 1104, section 6, 17th, 1988 a Phân loại chỉ thị Mọi chỉ thị tạo thành trong kiểm tra thấm... hưởng như: loại thẩm thấu và chất gây nhũ tương sử dụng, loại bề mặt của vật kiểm tra, công suất đòi hỏi, chế độ rửa sau đó, thời gian gây nhũ tương tối ưu thường được xác định bằng thực nghiệm 9.8.4 Kỹ thuật làm sạch đối với chất gây nhũ tương thuộc dạng nước Kỹ thuật này gồm hai bước đầu tiên ta dùng vòi nước rửa đi phần thẩm thấu bị nhũ tương hoá trên bề mặt sau đó lớp mỏng chất thẩm thấu dư còn lại... 30 20 5 mối nối hàn 15 (d) 20 5 12 Bảng 2: thời gian thẩm thấu tối thiểu khuyến cáo cho các loại vật liệu và khuyết tật thường gặp thời gian thẩm thấu được sử dùng ở nhiệt độ từ 16-38 oc (60-100of) trên 38oc (100of) sử dụng tất cả bảng thời gian ở trên, ngoại trừ thời gian thẩm thấu ở mức tối thiểu 2 phút theo yêu cầu.từ 2-16 oc (35-66òf) cùng là khoảng thời gian thẩm thấu nhỏ nhất việc kiểm tra ở nhiệt... trên hai nửa khác nhau nhiều, chất thẩm thấu mới sẽ bị loại d Kiểm tra tính năng của chất hiện Đối với chất hiện khô: kiểm tra bằng mắt, nếu thấy bẩn, ẩm ướt sẽ bị loại Còn đối với chất hiện ướt: chủ yếu kiểm tra tỷ trọng và độ sạch Tỷ trọng riêng của chất thẩm thấu thường được xác định bằng thuỷ kế (hình 19) Hình 25: Thuỷ kế dùng để xác định tỷ trọng riêng của chất thẩm thấu 19 Nếu phát hiện thấy giá... với hợp kim titan, thời gian ngưng tụ thẩm thấu nhỏ nhất bằng hai lần thời gian ngưng tụ ở bảng trên hay là bằng 30 phút đó là mức giới hạn nhỏ nhất (c) tất cả thời gian được đưa ra là nhỏ nhất (d) thời gian thẩm thấu nhỏ nhất với những mối hàn thép là 60 phút, với mỗi mối hàn khác là 30 phút (a) 9.8 Loại bỏ chất thẩm thấu dư 9.8.1 Cơ chế nhũ tương hoá chất thẩm thấu 9.8.1.1 Chất gây nhũ tương thuộc... các chất tẩy rửa chúng kết hợp với chất thẩm thấu và biến chất này thành loại tan trong nước hoặc có thể rửa bằng nước (hình 14) 14 9.8.2 Kiểm soát thời gian gây nhũ tương Kiểm soát chặt chẽ thời gian nhũ tương hoá là chức năng định giờ quan trọng nhất trong quá trình kiểm tra thẩm thấu Thời gian gây nhũ tương quá ngắn sẽ gây nên nền phông của các chất thẩm thấu dư quá cao Còn thời gian gây nhũ tương... bay hơi Các chất mang thường là loại dễ bắt lửa, hoặc độc hại Do đó cần phải quan tâm cả vấn đề phòng và chữa cháy 9.10 Kiểm soát chất lượng trong kiểm tra thẩm thấu Độ tin cậy của phép kiểm tra bột từ phụ thuộc rất nhiều vào tính năng của thiết bị và chất lượng của thẩm thấu Để kiểm soát chất lượng của chúng người ta thường dùng các mẫu chuẩn so sánh 9.10.1 Các mẫu chuẩn thường dùng a Các mẫu chuẩn... chất thẩm thấu để đảm bảo phát hiện hết các khuyết tật có thể nung vật kiểm tra lên đến 65oc trước khi đưa chất thẩm thấu vào để tăng thêm độ nhậy của các chất thẩm thấu khi làm việc với bình xịt, cần phải làm việc trong buồng bảo vệ kín và có hệ thống thông hơi tốt để tránh độc hại cho người dùng chất thẩm thấu (a-c) chất thẩm thấu khả kiến chất thấm huỳnh quang rửa bằng nước có độ nhạy thấp chất... chất thẩm thấu, dùng bình phun tĩnh điện hay bình xịt thông thường hoặc dùng chổi quét dù được tiến hành bằng phương pháp nào, ta đều cần đảm bảo bề mặt của vật được làm ướt đều bằng chất thẩm thấu trong suốt thời gian thấm phải đảm bảo thời gian thấm đủ lớn để chất thẩm thấu có thể thấm vào sâu trong các khuyết tật Trong trường hợp nghi ngờ, có thể dùng thời gian thấm lâu hơn hoặc cho thêm chất thẩm thấu . KỸ THUẬT KIỂM TRA THẨM THẤU MỐI HÀN 9.1. Những nguyên lý cơ bản của phương pháp thẩm thấu Kiểm tra bằng chất thẩm thấu lỏng là một trong số các phương pháp kiểm tra không phá. Chất thẩm thấu khả biến rửa bằng nước có độ nhạy thấp, số lượng kiểm tra lớn. c. Chất thẩm thấu khả biến hậu nhũ tơng hoá có độ nhạy cao, số lượng kiểm tra lớn. 9.5. Thiết bị và vật tư kiểm tra thẩm. gặp 9.4. Thể loại và hệ thống thẩm thấu 9.4.1. Các loại chất thẩm thấu Có hai loại chất thẩm thấu cơ bản là loại chất thẩm thấu huỳnh quang và loại phi huỳnh quang. Chất thẩm thấu huỳnh quang chứa chất