Đồ án môn học II Tổng quan về các phương pháp NDT Mở đầu Kiểm tra không phá huỷ (Non Destructive Testing- NDT) là một công nghệ thiết yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy bao gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra. Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử dụng. Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy trình công nghệ trong chế tạo, gia công. Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và kinh doanh của các doanh nghiệp. Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra. Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử... đòi hỏi phải có các công nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người sử dụng. Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ. Nên xu hướng đầu tư hiện nay, người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao. Từ kiểm tra không phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác theo đúng nghĩa đen là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó. Nói cách khác, kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của chúng. Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ, xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn... kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép (trong các công trình xây dựng) v.v... Có rất nhiều phương pháp NDT khác nhau như: kiểm tra siêu âm, chụp ảnh phóng xạ, kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu, kiểm tra bằng bột từ...mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào. Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp. Hà nội – tháng 11 năm 2012 Nhóm sinh viên vật lý kỹ thuật khóa 54 -------------------------------------------------Bộ môn Quang học & Quang điện tử Viện Vật Lý Kỹ Thuật-ĐHBKHN PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NDT [1],[2] 1. Phương pháp thẩm thấu Thẩm thẩu là phương pháp lâu đời và thông dụng vào loại bậc nhất trong số các phương pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) thường dùng (chụp anh phóng xạ, siêu âm, thẩm thấu, bột từ và dòng điện xoáy...). Phương pháp này có khả năng phát hiện và định vị các khuyết tật thông ra trên bề mặt của vật liệu như: vết nứt, rỗ khí, nếp gấp tách lớp của cách loại vật liệu không xốp, kim loại hay phi kim loại, sắt từ hay không sắt từ, plastic hay gốm sứ. Trong phương pháp này chất thẩm thấu được phun (xịt) lên bề mặt của sản phẩm trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm còn dư được loại bỏ khỏi bề mặt. Bề mặt sau đó được làm khô và phủ chất hiện lên nó, những chất thấm trong bất liên tục sẽ bị chất hiện hút lên tạo thành chỉ thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục. 1.1. Cơ sở lý thuyết Nguyên lý thấm: Nhờ vào hiện tượng mao dẫn và khả năng thấm của chất lỏng mà chất thẩm thấu "thấm" được vào các khuyết tật. Mao dẫn là hiện tượng khi cho một ống nhỏ vào dung dịch thì độ cao cột nước trong ống bị nâng lên hay hạ xuống là do tác động của lực liên kết là lực giữa các phân tử cùng loại và lực bám dính là lực giữa các phân tử khác loại. Sức căng bề mặt là một ví dụ về lực dính kết, lực dính kết có khả năng liên kết có khuynh hướng dính các phần tử lại với nhau. Tác động làm ướt là một ví dụ về lực bám dính, ở đó các phần tử có xu hướng dính vào các vật lạ. Chính lực bám dính này làm cho dung dịch có xu hướng bị loang ra xung quanh. Nguyên lý hiện: Chất hiện chứa các phần tử bột trắng cực mịn có khả năng thấm hút cao. Nó hoạt động như một miếng thấm hút chất thẩm thẩm thấu lên trên bề mặt hình thành những chỉ thị màu mà mắt thường có thể nhìn thấy được dưới ánh sáng bình thường hoặc tia UV. Phân loại: Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch. Kết hợp 2 loại chất thấm và 3 phương pháp làm sạch ta có tất 6 phương pháp thực hiện theo quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng: Chất thấm huỳnh quang tiền nhũ tương hoá Chất thấm huỳnh quang rửa bằng dung môi hoà tan Chất thấm huỳnh quang rửa được bằng nước Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được tiền nhũ quang Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng dung môi hoà tan Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng nước 1.2. Ưu nhược điểm Ưu điểm: Rất nhạy với các khuyết tật nằm trên bề mặt. Thiết bị và chất phủ tương đối rẻ . Quá trình thực hiện tương đối đơn giản. Không phụ thuộc vào hình dạng vật kiểm tra. Nhược điểm: Các khuyết tật phải thông ra bề mặt. Vật liệu kiểm tra phải không xốp. Phương pháp này kết quả không giữ được lâu. Quá trình kiểm tra bằng chất thẩm thấu khá bẩn. Không hữu dụng khi kiểm tra các bề mặt nóng, bẩn, thô nhám. Yêu cầu người kiểm tra phải có một ít kinh nghiệm. 1.3. Ứng dụng Đây là phương pháp cơ bản được dùng để kiểm tra các bất liên tục trên bề mặt Hình 1.1: Hình ảnh khuyết tật khi quan sát dưới tia UV Hình 1.2: Sử dụng kiểm tra thẩm thấu trong công nghiệp 2. Phương pháp bột từ 2.1. Cơ sở lý thuyết Kiểm tra bột từ là phương pháp kiểm tra không phá hủy có khả năng phát hiện và định vị các khuyết tật bề mặt và gần bề mặt trong các vật liệu sắt từ. Phương pháp do H.E.HOKE (Mỹ) phát minh vào năm 1920. Nguyên lý của phương pháp dựa trên sự biến dạng của từ trường trong vật nhiễm từ do sự có mặt của khuyết tật. Sự biến dạng này gây ra một số đường sức từ thoát ra ngoài, đi trong không khí và sau đó quay về vật. Hiện tượng này gọi là sự rò trường từ thông. Trường rò có khả năng hút các hạt sắt từ nhỏ và tạo nên các chỉ thị hoặc hình ảnh của khuyết tật. Một trong những ứng dụng chính của phương pháp này là phát hiện các gián đoạn càng sớm càng tốt trong các công đoạn chế tạo và sử dụng, để tránh các chi phí vào vật liệu mà sau đó bị loại bỏ. Trong thực tế, tất cả các quá trình chế tạo, từ quá trình đúc đến quá trình chế tạo cuối cùng đều có thể gây nên các khuyết tật. Kiểm tra bột từ có thể kiểm tra nhiều loại khuyết tật, tránh được nguy cơ đưa các sản phẩm kém chất lượng vào sử dụng. Mức độ biến dạng hay độ lớn của trường rò phụ thuộc vào một số thông số như mật độ từ thông, độ sâu của khuyết tật, chiều rộng của không khí giữa các cực và sự định hướng của các khuyết tật. Trường rò là mạnh nhất khi các khuyết tật có trục vuông góc với đường sức từ. Trường rò sẽ giảm dần và bị triệt tiêu hoàn toàn khi khuyết tật nằm song song với các đường sức từ. Hình 1.3: Từ trường dò trong vật kiểm tra Hình 1.4: Sự tạo thành chỉ thị từ trên bề mặt vật kiểm tra Khi các hạt từ được phun nhẹ vào trong từ trường, chúng sẽ bị hút vào các cực. Càng gần đến các cực thì càng có nhiều đường sức từ chạy qua. Các đường sức từ tập trung vào các vật sắt từ do chúng có từ kháng nhỏ hơn từ kháng của không khí. Chính sự ưu tiên này khiến các hạt từ được tập trung mạnh vào các vùng từ rò và sau đó tạo nên các chỉ thị từ nhìn thấy bằng mắt thường dưới điều kiện chiếu ánh sáng thích hợp. Muốn cho vật nhiễm từ thì cần phải từ hóa vật. Có hai phương pháp từ hóa cơ bản là từ hóa bằng dòng điện và từ hóa dọc. Từ hóa bằng dòng điện : Từ hóa bằng dòng điện là phương pháp dùng dòng điện tạo nên các từ trường xung quanh và trong các vật liệu dẫn điện. Ta có thể thay đổi các hướng của từ trường cảm ứng bằng cách điều khiển hướng của dòng điện từ hóa.Trong phương pháp kiểm tra bột từ, ta phải chọn hướng và cường độ của dòng điện sao cho các đường từ thông tạo thành có hướng và mật độ thích hợp trên bề mặt cần khảo sát. Vì độ nhạy của phép kiểm tra cao nhất khi từ trường vuông góc với trục chính của khuyết tật, nên phương pháp từ hóa phải chọn sao cho các đường từ thông tạo thành có hướng vuông góc với trục chính của khuyết tật cần phát hiện. Khi cần kiểm tra các khuyết tật có hướng khác nhau, ta cần phải từ hóa vật nhiều lần để tạo ra các đường sức từ có hướng khác nhau. Tuy nhiên, đối với phần lớn công việc, ta chỉ cần từ hóa hai lần là đủ. Trong lần từ hóa thứ hai ta sử dụng trường từ hóa vuông góc với trường lần đầu. Đối với phép kiểm tra cần độ nhạy cao hơn, có thể ta phải từ hóa nhiều lần hơn. Có ba cách từ hóa bằng dòng điện là từ hóa trực tiếp từ hóa gián tiếp và từ hóa nhờ thanh ấn (prod). Từ hóa trực tiếp: Khi cho dòng điện dùng để từ hóa chạy trực tiếp qua vật kiểm tra, ta gọi đó là từ hóa trực tiếp. Từ hóa vòng các vật dẫn đặc thường áp dụng phương pháp này. Việc xác định độ lớn của dòng thích hợp cho phép kiểm tra là vì : + Dòng cao quá có thể làm nóng chảy vật kiểm tra hoặc làm cho bột từ tích tụ quá dày đặc tạo nên nền phông quá cao. + Dòng yếu quá có thể sẽ không tạo nên được những trường dò đủ mạnh để có thể hút các sắt từ. Hình 1.5: Từ hóa trực tiếp bằng cách cho dòng điện chạy trực tiếp qua vật Đối với đối tượng kiểm tra là đường ống hoặc vật rỗng, mặt trong của vật cũng có vai trò quan trọng như mặt ngoài. Đối với các đối tượng như vậy, nếu từ hóa trực tiếp, ta sẽ không có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm phía trong của đối tượng do hiệu ứng vỏ của dòng điện, vì vậy ta phải từ hóa gián tiếp. Từ hóa gián tiếp: Ta có thể từ hóa vật rỗng hoặc đường ống bằng cách luồn một thanh dẫn điện vào trong đường ống và cho dòng điện chạy qua thanh. Phương pháp này gọi là phương pháp từ hóa gián tiếp. Hình 1.6: Từ hóa gián tiếp sử dụng cuộn dây mang điện Từ hóa dùng thanh ấn (prod): Thông thường ta rất khó từ hóa toàn bộ vật kiểm tra chỉ bằng một lần từ hóa. Đối với các vật lớn, ta thường từ hóa từng vùng của vật bằng cách cho dòng điện chạy qua các vùng và tiết diện nhờ một công cụ gọi là Prod. Hình 1.7: Từ hóa vật kiểm tra dùng thanh ấn (Prod) Bằng cách này ta tạo được từ trường vòng ở giữa điểm tiếp xúc. Các que ấn thường được làm bằng đồng được ấn chặt trên bề mặt vật cần kiểm tra, giữ chặt trong quá trình dòng điện chạy qua. Các đầu Prod ( thường được bọc nhôm để giảm khả năng đánh lửa) và vùng tiếp xúc cần phải giữ đủ sạch đảm bảo cho dòng lớn chạy qua mà không gây đánh lửa hay nóng chảy. Từ hóa dọc: Có hai cách từ hóa dọc vật kiểm tra là từ hóa bằng cuộn cảm và từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE). Từ hóa bằng cuộn cảm: Nếu đặt một vật sắt vào bên trong cuộn cảm, phẩn lớn các đường sức từ sẽ tập trung vào vật và gây nên sự từ hóa dọc đối với vật. Hình 1.8: Từ hóa dọc vật sắt từ bằng cuộn cảm Trong thực tế có hai cách từ hóa dọc hay vùng là : + Cho vật từ từ chạy qua cuộn cảm, để phát hiện khuyết tật dọc trong vật dẫn + Nếu vật quá lớn có thể dùng một vài vòng cáp cuốn quanh vật Từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE) Từ trường tạo ra bởi nam châm điện có hình chữ U khi cho dòng điện chạy qua và từ hóa vùng kiểm tra của vật . Hình 1.9: Từ hóa dòng điện bằng nam châm chữ U 2.2. Ưu nhược điểm • Ưu điểm • Kiểm tra được những vật có diện tích lớn. • Phát hiện được khuyết tật trên bề mặt hoặc dưới bề mặt cỡ 1mm. • Không cần làm sạch bề mặt kỹ như phương pháp thẩm thấu. • Chỉ có các hạt từ được tạo nên trên bề mặt tạo nên hình chỉ thị khuyết tật. • Chi phí thấp. • Nhược điểm • Chỉ kiểm tra được vật liệu sắt từ. • Sử dụng dòng điện lớn cho các vật cần kiểm tra có kích thước lớn. • Ảnh hưởng của lớp sơn, phủ của vật ảnh hưởng đến độ nhạy của phương pháp. • Cần khử từ và làm sạch vật kiểm tra. Chỉ nhạy với các khuyết tật có góc nằm trong khoảng từ 45⁰ đến 90⁰ so với hướng của các đường sức từ. • 2.3. Ứng dụng Phương pháp bột từ được ứng dụng trong kiểm tra các chi tiết, vật liệu, kiểm tra các đường ống, các bình chịu áp lực, động cơ. Hình 1.10: Kiểm tra các chi tiết vật liệu Hình 1.11: Kiểm tra đường ống Hình 1.12 : Kiểm tra bồn bể 3. Phương pháp siêu âm 3.1. Cơ sở lý thuyết Kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm là phương pháp đa năng có thể áp dụng cho các ứng dụng về phân tích vật liệu khác nhau. Phân tích vật liệu bằng siêu âm dựa trên nguyên lý cơ bản của vật lý: sự chuyển động của bất cứ sóng nào sẽ bị ảnh hưởng bởi môi trường mà nó truyền qua. Do vậy, sự thay đổi một trong bốn thông số có thể dễ dàng đo được liên quan đến sự truyền qua vật liệu của sóng âm tần số cao: thời gian truyền, độ suy giảm, sự tán xạ, và tần số thường liên quan đến sự thay đổi các tính chất vật lý như độ cứng, mô đun đàn hồi, mật độ, độ đồng nhất, và cấu trúc hạt. Nguyên lý NDT bằng siêu âm sử dụng dải tần số từ 20 KHz đến hơn 100 MHz, chủ yếu được thực hiện trong dải từ 500 KHz đến 20 MHz. Cả hai loại dao động dọc và ngang đều được sử dụng, còn sóng bề mặt và sóng Lamb cũng được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt. Vì bước sóng càng ngắn thì càng nhạy với sự thay đổi trong môi trường mà nó truyền qua, nhiều các ứng dụng phân tích vật liệu sử dụng tần số cao nhất để kiểm tra . Các xung của sóng âm được tạo ra và thu nhận bằng đầu dò áp điện tiếp xúc âm với vật liệu kiểm tra. Trong phần lớn các trường hợp đầu dò đơn được đặt lên một mặt của vật liệu kiểm tra và thực hiện cả hai chức năng phát và thu (kỹ thuật xung vọng), mặc dù trong một số trường hợp đối với các vật liệu có độ suy giảm cao hoặc tán xạ mạnh, đầu thu và đầu phát riêng rẽ được đặt hai trên hai mặt đối diện của vật liệu (kỹ thuật truyền qua). Sóng âm được phát ra do hiệu ứng áp điện nghịch, khi đặt một điện áp vào biến tử tinh thể áp điện thì biến tử sẽ chịu biến dạng cơ học, biến dạng này sẽ tạo nên xung truyền trong vật liệu và trở thành sóng âm. Sóng âm truyền qua vật liệu, hoặc là phản xạ ở mặt đáy và quay trở lại điểm phát ban đầu (xung vọng), hoặc được thu bởi đầu thu tại điểm đó (truyền qua). Tín hiệu thu được sau đó được khuếch đại và phân tích. • Kiểm tra truyền qua: Kiểm tra yêu cầu sử dụng hai đầu dò siêu âm, một truyền và một thu. Hai đầu dò này đặt đối diện nhau qua vật kiểm tra giữa chúng. Các hệ thống đầu tiên liên quan tới kiểm tra nhúng và là loại tiêu biểu được sử dụng để dò các chất sỉ/lỗ hổng co ngót trong các phôi đúc trước khi tiến hành cán hoặc rèn. Kiểm tra truyền qua bị giới hạn để kiểm tra chi tiết có bề mặt song song. Đó chỉ là phép kiểm tra đơn gian, nó không cho bất kỳ thông tin nào về độ sâu của khuyết tật, về bản chất của khuyết tật. Hiện nay nó chỉ được áp dụng để kiểm tra các tấm thép để rò các khuyết tật tách lớp trong quá trình cán. Hình 1.13: Nguyên lý của phương pháp truyền qua Cho xung được phát từ đầu phát xung qua vật liệu cần kiểm tra, nếu tại đầu thu nhận được xung gần bằng xung phát thì mẫu không có khuyết tật. Nếu xung nhận được nhỏ hơn nhiều xung phát thì kết luận mẫu có khuyết tật nhỏ, còn khi không thu được tín hiệu xung thì mẫu có khuyết tật lớn. • Kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng: Kiểm tra các hệ thống siêu âm xung vọng dựa trên các yếu tố: các sóng âm truyền theo một đường thẳng với tốc độ không đổi, chúng phản xạ tại biên giới các vật liệu có âm trở khác nhau. Các hệ thống xung vọng phát ra chuỗi ngắn (thường nhỏ hơn 10 chu kỳ trong một giây). Nó bao gồm một thiết bị định thời gian được kích hoạt bởi một máy phát xung và một thiết bị nghe (nó cũng có thể tương tự như một thiết bị phát) để dò các năng lượng âm bất kỳ phản xạ về phía chúng. Thời gian bao gồm giữa điểm phát xung và nhận xung phản xạ có quan hệ trực tiếp với quãng đường đã vượt qua. Do đó hệ thống xung vọng có thể cho thông tin khuyết tật. Hình 1.14: nguyên lý của phương pháp kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng Hiện tượng biến sóng: khi sóng âm đi vào biên giới hai vật liệu có đặc tính âm khác nhau thì ngoài hiện tượng phản xạ, khúc xạ ra còn có hiện tượng chuyển đổi dạng sóng. Vi dụ các sóng trượt đi vào bề mặt thép fermit- không khí với góc tới lớn hơn 30⁰ thì sẽ phải chuyển đổi rất mạnh thành các sóng nén. Có tới 90% năng lượng của sóng trượt ban đầu chuyển thành sóng nén. Chuyển đổi sóng đôi khi gây ra các trục trặc trong kiểm tra siêu âm, nhưng cũng có thể dùng để kiểm tra khuyết tật. 3.2. Ưu nhược điểm • Ưu điểm • Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ. Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7m sâu trong khối thép) cho phép kiểm tra các vật có bề dày lớn. • • Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật. • Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động. • Chỉ cần tiếp xúc một phía của vật được kiểm tra. • Nhược điểm • Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra. • Khó kiểm tra những vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp. • Phương pháp này cần sử dụng chất tiếp âm. • Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra. • Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật. • Thiết bị rất đắt tiền. • Nhân viên kiểm tra cần có rất nhiều kinh nghiệm. 3.3. Ứng dụng Phương pháp kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra không phá hủy có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Trong các ngành luyện kim, cơ khí, siêu âm để kiểm tra các khuyết tật của vật liệu trong quá trình gia công hoặc trước khi đưa vào sử dụng. Siêu âm đo bề dày được sử dụng thường xuyên trong ngành công nghiệp hóa dầu, kiểm tra mức độ ăn mòn trong các đường ống dẫn và các bình áp lực. Hình 1.15: Kiểm tra bề dày của đường ống Hình 1.16: Kiểm tra sự sai hỏng của các bình chịu áp lực Trong công nghiệp chế tạo máy bay, siêu âm dùng để kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay. Điều này rất quan trọng trước khi đưa đưa máy bay vào sử dụng, nếu không được kiểm tra kỹ lưỡng, nguy cơ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn rất nguy hiểm. Hình 1.17: Siêu âm kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay Trong y học, siêu âm dùng để kiểm tra thai nhi, theo dõi tình trạng phát triển của, biết được tình trạng và có biện pháp khắc phục. Hình 1.18: Siêu âm kiểm tra thai nhi 4. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ 4.1. Cơ sở lý thuyết Trong phép chụp ảnh thông thường, các tia phản xạ từ vật chụp, đi qua một hệ thống thấu kính trong máy ảnh để tạo nên một ảnh thực trên phim. Trong phép chụp ảnh phóng xạ là dùng tia bức xạ (tia X, gamma) từ nguồn bức xạ, đi qua vật cần chụp để lại hình ảnh của vật chụp trên phim vốn được đặt ngay sau vật chụp. 1- Nguồn phóng xạ 2- Tia bức xạ 3- Vật cần kiểm tra 4- Khuyết tật 5- Phim Hình 1.19: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ Sự khác nhau chủ yếu giữa phép chụp ảnh thông thường và phép chụp ảnh phóng xạ là khâu xử lý phim. Sau khi chụp, phim được đưa vào phòng tối để xử lý: hiện ảnh và hãm ảnh. Tuy nhiên, trong phép chụp ảnh bức xạ người ta không cần in ảnh lên giấy ảnh, khi khảo sát, chỉ cần soi phim trên màn hoặc dùng các máy chiếu để khuếch đại ảnh. Nguồn bức xạ Nguồn bức xạ là công cụ tạo ra các tia bức xạ. Nhờ sự tương tác của tia bức xạ với vật chụp, mà ta thu được các thông tin ở bên trong của vật chụp. Quá trình tương tác này cũng như chất lượng thông tin thu được, phụ thuộc vào chất lượng của bức xạ (năng lượng, loại bức xạ). • Hiện tượng phóng xạ: • Định nghĩa: Hiện tượng phóng xạ là quá trình dịch chuyển về trạng thái bền của các đồng vị không bền, những chất có biểu hiện này gọi là chất phóng xạ hoặc đồng vị phóng xạ. • Cường độ bức xạ và hoạt độ phóng xạ riêng: Cường độ bức xạ được định nghĩa là số tia bức xạ trong một đơn vị diện tích vuông góc với hướng truyền của chùm tia trong một giây. Hoạt độ phóng xạ riêng đóng vai trò quan trọng, liên quan đến độ nét của ảnh và phụ thuộc vào lò phản ứng hạt nhân, thời gian chiếu, đặc tính của chất bị chiếu và tiết diện kích hoạt. • Những loại bức xạ khác phát ra từ các đồng vị phóng xạ: Ngoài tia X và gamma, trong chụp ảnh bức xạ còn dùng hạt alpha, beta, proton và neuton vì sự hấp thụ phụ thuộc vào loại điện tích và động năng của hạt. • Bước sóng và năng lượng của bức xạ: Bức xạ điện từ thường có bước sóng xác định và tương ứng với nó là năng lượng xác định. Đơn vị để đo bước sóng là mét (m) và các dẫn suất của mét. Đơn vị để đo năng lượng là electron – Volt (eV). 1 eV là động năng của electron thu được khi nó chuyển động trong một điện tròng có hiệu điện thế là 1 Volt. Bội số của eV là keV (1.000eV), MeV (1.000.000 eV). Bức xạ Tia X Tia gamma Bước sóng (m) 10-10 10-11 10-12 Năng lượng (keV) 10 100 1000 Bảng Bước sóng và năng lượng của bức xạ tia X và gamma thường dùng để kiểm tra chất lượng mối hàn. • Tia X và tia γ: • Các đặc điểm chung: Là các tia không nhìn thấy, cùng là sóng điện từ. Chúng di chuyển với vận tốc ánh sáng. Không bị lệch hướng bởi thấu kính do đó trong thiết bị chụp ảnh bức xạ không có các hệ thấu kính để tạo ảnh như máy ảnh thông thường. Có khả năng đâm xuyên qua vật chất, mức độ dâm xuyên phụ thuộc vào loại vật chất, bề dày và cấu trúc của nó, cũng như năng lượng của chùm tia. Bị suy giảm trong vật chất, vì cường độ yếu đi do quá trình hấp thụ và một phần nhỏ khác bị tán xạ. Là bức xạ ion hóa, nghĩa là có thể giải phóng electron trong vật chất. Có thể làm biến đổi hoặc phá hủy tế bào của cơ thể sống. Tia X và tia gamma là bức xạ phát ra từ các đông vị phóng xạ. + Cường độ bức xạ là số photon trong một đơn vị thời gian đập vào một đơn vị diện tích nằm vuông góc với chùm hạt. Đơn vị của cường độ bức xạ là photon/cm2.s + Cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách: I1I2=r22r12 • Các đặc điểm riêng: Bước sóng: tia X từ 10 ÷ 0,006Å; tia γ từ 0,04 ÷ 0,001Å Nguồn phát: Tia X là sự chuyển mức điện tử và bức xạ hãm, thường được tạo ra trong các đèn phát tia X khi electron gia tốc đập vào anot, phổ năng lượng của nó có dạng liên tục. Tia γ là phản ứng hạt nhân, khi hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ bị Tương tác của tia X và γ với vật chất : • Hiện tượng hấp thụ: + Khi đi qua vật chất, cường độ của chùm bức xạ bị suy giảm + Độ suy giảm phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, vật liệu, mật độ và chiều dày của mẫu vật. + Khuyết tật tương ứng với sự thay đổi về chiều dày hoặc mật độ nên lượng bức xạ đi qua đó sẽ khác so với vùng không có khuyết tật và tạo ra sự khác biệt về độ đen ở trên phim giúp ta phát hiện được. + Cường độ suy giảm theo quy luật hàm mũ I1 = I0.exp(-µx) I0: cường độ ban đầu I1: cường độ sau lớp hấp thụ x: chiều dày lớp hấp thụ µ: hệ số hấp thụ tuyến tính, phụ thuộc vào E và ρ và là tổng của 3 quá trình: hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và tạo cặp: µ=μpe+ µcs+ µpp Nguyên lý ghi nhận tia X và γ • Ghi nhận bằng phim: + Bức xạ tia X và gamma gây ra những thay đổi quang hóa trong lớp nhũ tương của phim làm thay đổi mật độ quang học (độ đen). Quá trình này tạo ra một “ ảnh ẩn” + Cơ chế tương tác: Nhũ tương gồm các hạt bạc bromua Br- + hν → Br + eAg+ + e-→ Ag →Ag++ Br- + hν → Ag + Br → Br rời khỏi tinh thể AgBr, Ag tự do đọng lại tạo ảnh tiềm tàng. • Ghi nhận bức xạ bằng các chất phát huỳnh quang: Một số chất: Sulphat cadmi, Barium platsticocyrid hoặc sulphat calcium phát ra ánh sáng cực tím và nhìn thấy khi chiếu X hoặc γ. Có thể ứng dụng trong phương pháp chụp huỳnh quang (soi ảnh trực tiếp hoặc qua màn hình) và trong phương pháp chụp ảnh phóng xạ khi kết hợp phim ảnh. • Ghi nhận bức xạ bằng các đầu dò điện tử: Chất thường dùng: NaI hoặc LiI kích hoạt bằng thallium, sulphide kẽm chất hưu cơ hoặc vô cơ. Cơ chế: hν→tinh thể nhấp nháy (NaI, LiI)→nháy sáng→photo Catod của ống nhân quang điện→Diode→109 lần→gom tại Anod. + Mục đích sử dụng: Ghi đo bức xạ và phân biệt các mức năng lượng ( đo phổ) Đầu dò bán dẫn: + Bán dẫn siêu tinh khiết HPGe + Đầu dò Silic pha Li Thiết bị X-Quang 1. Đèn phát tia X 2. Biến thế điện áp cao 3. Bảng điều khiển 4. Anot 5. Katot Hình 1.20: Thiết bị X - Quang thiết bị tia γ 1. Buồng bảo vệ 1 2. Lõi nguồn 3 3. Bộ phận điều khiển nguồn ra vào 2 Hình 1.21: Thiết bị gamma 4.2. Ưu nhược điểm • Ưu điểm: Kiểm tra phóng xạ có thể thực hiện với bất cứ loại vật liệu nào và không có ngoại lệ. Nó là phương pháp kiểm tra rất đúng (độ tin cậy cao) và có khả năng tái tạo, sao chép lại. Nó có thể lưu trữ hồ sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhất định. • Nhược điểm: Tất cả các trang thiết bị phải được cơ quan có thầm quyền cấp phép và chấp nhận. Từ cơ sở kỹ thuật an toàn tia phóng xạ cần thiết phải ngăn chặn ở không gian rộng. Nó chỉ được phép bố trí kiểm tra khi tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện an toàn phóng xạ cho con người. Khi chiếu tia với độ dày thành lớn thời gian chiếu tia kéo dài. Nó là phương pháp kiểm tra phức tạp. Sẽ gặp khó khăn khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau. Các thiết bị là hầu như rất lớn và nặng. 4.3. Ứng dụng Phương pháp chụp ảnh phóng xạ được ứng dụng trong công nghiệp: vật liệu, đóng tàu, chế tạo máy, y tế, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng không… Trong công nghệ hàn: Hình 1.22: vị trí hàn hình chữ T Trong y tế: Hình 1.23: xương chân bị gãy Kiểm tra hành lý sân bay: Hình 1.24:Kiểm tra hành lý 5. Phương pháp chụp ảnh nhiệt 5.1. Cơ sở lý thuyết Năng lượng nhiệt: Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng. Chúng có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác nhưng không thể mất đi Các cơ chế truyền nhiệt: Truyền dẫn: Sự truyền nhiệt, ví dụ khi nhúng một thanh đồng ở nhiệt độ bình thường vào một cốc nước nóng các phần tử nước truyền động năng cho phần tử đồng do đó động năng của nước giảm của đồng tăng nên nhiệt độ của nước giảm còn nhiệt độ của đồng tăng Đối lưu: Chất lưu bị đun nóng thì nở ra nên khối lượng riêng nhỏ đi so với các vùng không bị hâm nóng do đó phần bị hâm nóng chuyển động lên phía trên còn phần lạnh chìm xuống dưới tạo thành dòng đối lưu Bức xạ: Phương thức truyền nhiệt bằng sóng điện từ không cần môi trường trung gian. Sự phát xạ: Một điểm khá quan trọng trong truyền nhiệt bức xạ là độ phát xạ của đối tượng . Hệ số phát xạ là một thông số hiệu suất trong việc chuyển đổi năng lượng hồng ngoại. Nó là tỷ lệ năng lượng nhiệt phát ra bởi bề mặt vật thể và năng lượng phát ra bởi vật đen tuyệt đối ở cùng một nhiệt độ. Vật đen tuyệt đối chỉ tồn tại trong lý thuyết. Nếu một đối tượng có độ phát xạ thấp, thiết bị chụp ảnh nhiệt sẽ cho biết nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bề mặt thực sự. Vì lý do này, hầu hết các hệ thống và các công cụ cung cấp khả năng cho các nhà điều hành để điều chỉnh độ phát xạ của đối tượng được đo. Nguyên lý máy chụp ảnh nhiệt: Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp chụp ảnh nhiệt 5.2. Ưu nhược điểm • Ưu điểm: • Việc tiến hành kiểm tra khá đơn giản, thiết bị không quá phức tạp. • Có thể đưa dữ liệu vào máy tính để xử lý. • Có thể xử dụng để kiểm tra vật thể lớn , bao quát toàn cảnh. • Nhược điểm: • Chủ yếu để kiểm tra bề mặt. • Thiết bị khá đắt tiền. 5.3. Ứng dụng Sử dụng trong xây dựng để dò tìm độ ẩm, sự phân bố năng lượng, kiểm tra các đường ống dẫn nước... Đo hệ số bức xạ, độ che phủ các vật ứng dụng trong quân sự. Chuẩn đoán lâm sàn trong y tế. Sử dụng đánh giá các ý tưởng thiết kế giày. Sử dụng trong công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô... Sử dụng để khảo sát chế tạo tản nhiết đèn led, khảo sát các loại vi mạch. Hìn Hình 1.26 : Kiểm tra lâm sàn ung thư vú h 1.27 : Kiểm tra các loại vi mạch Hìn h 1.28 : Kiểm tra tiếp xúc mối nối dây dẫn H ình 1.29 : Phát hiện những nơi ẩm trong xây dựng Hình 1.31: Phát hiện các thiết bị nghe lén bằng chụp ảnh nhiệt Hình 1.30: Kiểm tra các bệnh lý ở mắt PHẦN 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 1. Phương pháp thẩm thấu Hình 2.1: Qui trình thực hiện kiểm tra không phá huỷ bằng phương pháp thẩm thấu: Hình 2.2: Chất làm sạch, thẩm thấu và chất hiện Bước 1: Làm sạch bề mặt vật liệu cần kiểm tra + Bề mặt vật kiểm tra thường có những nhiễm bẩn như:cặn bẩn, vảy hàn, gỉ, mỡ dầu, axit,.... + Yêu cầu bề mặt phải được làm sạch và làm khô + Phương pháp làm sạch Hình 2.3 Làm sạch bề mặt Làm sạch cơ học: quét bằng bàn chải sắt, mài,...Khi cạo,mài chú ý không để bịt kín khuyết tật Rửa bằng chất hoá học:Làm sạch các vết dầu mỡ bằng dung dịch tẩy rửa, dung dịch kiềm trung tính hoặc axit (không làm ăn mòn vật kiểm tra),chất khử dầu mỡ,.. Làm sạch bằng hơi nước thường dùng cho các vật có kích thước lớn Làm sạch bằng dung môi: các dung môi phải dễ bay hơi các dung môi điển hình như axeton,chất đồng vị và cồn… + Sấy khô sau khi làm sạch Bước 2: Áp dụng chất thẩm thấu + Nhiệt độ vật kiểm tra khi áp đặt chất o thẩm thấu là từ 15÷52 C + Có thể nhúng, phun, quét, hay rót chất thẩm thấu lên bề mặt vật kiểm tra + Sau khí áp chất thẩm thấu lên bề mặt vật liệu chờ 1khoang thời gian 5->10' tuỳ loại vật liệu. Hình 2.4: Áp dụng chất thẩm thấu Bước 3: Làm sạch các chất thấm dư trên bề mặt + Dùng dung môi + nùi dẻ + Không được xịt dung môi trực tiếp lên bề mặt vật kiểm tra khi đã dùng chất thấm Hình 2.5: làm sạch chất thấm dư trên bề mặt Bước 4: Áp chất hiện lên bề mặt vật kiểm tra Chất hiện kéo chất thẩm thấu trong bất liên tục ra ngoài. Chờ khoảng 5÷10 phút để quan sát kết quả Hình 2.6: Áp chất hiện ên bề mặt Bước 5: Kiểm tra và đánh giá khuyết tật trong điều kiện ánh sáng thích hợp Chất thẩm thấu lỏng được sử dụng trong phương pháp này là chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được và chất thấm huynh quang,quá trình kiểm tra bằng chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được thì được thực hiện dưới ánh sáng trắng bình thường,còn qua trình kiểm ra bằng chất thấm huỳnh quang được thưc iện dưới anh sáng đen(tia cực tím) trong điều kiện phòng tối Bước 6: Làm sạch bề mặt sau khi kiểm tra Bảng kết quả Mẫu Khuyết tật Vị trí Chiều dài UT-3065 UT-3068 UT-3069 Hình 2.7: các khuyết tật mẫu UT-3065,UT-3068,UT-3069 2. Phương pháp siêu âm Trong phương pháp này, ta sẽ kiểm tra khuyết tật của các mẫu UT-3061, UT3065, UT-3068 cho đến UT-3069. Các loại khuyết tật gồm có khuyết tật tách lớp, khuyết tật chân mối hàn, thân mối hàn và các khuyết tật bề mặt của mẫu. Trước hết ta thực hiện kiểm tra mẫu UT-3061. Phương pháp này sử dụng máy siêu âm USM 35 Các bước thực hiện: Bước 1: Hiệu chuẩn máy USM 35 Do khi thực hiện phương pháp ta cần sử dụng chất tiếp âm để có thể truyển được sóng âm từ đầu dò tới vật kiểm tra. Chất tiếp âm làm cho sóng âm bị trễ một khoảng thời gian trước khi truyền đến vật, vì vậy việc hiệu chuẩn máy giúp bù khoảng thời gian trễ dó và thiết lập vận tốc âm cho máy khi chạy trong vật liệu. Sử dụng mẫu chuẩn V1 để chuẩn máy Với đầu dò thẳng: + Trong mục “range” Chọn dải hiển thị là 100mm + Trong mục MTLVEL chọn vận tốc sóng dọc trong thép là 5920 m/s + Trong mục P-DELAY điều chỉnh độ trễ đầu dò sao cho xung phản xạ thứ nhất Sa=25mm. Đối với đầu dò nghiêng: + Ta chọn vận tốc sóng ngang trong thép là 3250 m/s. Sau đó ta xác định điểm ra và góc phát của đầu dò nghiêng. Bước 2: kiểm tra chân mối hàn + Hiệu chuẩn máy, xác định điểm ra và góc phát của đầu dò. + Chọn góc đầu dò: Góc đầu dò Dải bề dày 800 5mm đến 15mm 700 15mm đến 35 mm 600 35mm đến 100mm 450 50mm đến 200mm + Đặt đầu dò nghiêng tại vị trí X= a: khoảng cách từ tâm mối hàn đến điểm phát của đầu dò : góc của đầu dò + Sau đó di từ từ đầu dò theo chiều song song với mối hàn, nếu có xung xuất hiện thì đó là xung của khuyết tật, từ đó xác định được vị trí của khuyết tật. Khi gặp xung khuyết tật, ta di đầu dò từ từ và tìm vị trí xung lớn nhất và đánh dấu vị trí đó. Sau đó di tiếp đầu dò sang hai bên để tìm hai vị trí có biên độ xung bằng một nửa xung lớn nhất, khoảng cách giữa hai vị trí dó chính là độ dài khuyết tật. Cũng tương tự, ta di đầu dò tiến lên hoặc lùi xuống sẽ tìm được chiều cao của khuyết tật. Hình 2.8: Kiểm tra chân mối hàn Bước 3: kiểm tra thân mối hàn + Chọn góc đầu dò = 900 -;: là góc nghiêng của mối hàn. + Chọn vị trí đặt của đầu dò: vị trí đẩu x1 = + b: độ rộng mối hàn. Vị trí cuối x2= 2 + + Dùng đầu dò thẳng để kiểm tra khuyết tật tách lớp : Đặt đầu dò thẳng tại vị trí x 1, sau đó di trong vùng đã được xác định ở trên, nếu thấy xung bất thường thì đó chính là xung khuyết tật. Hình 2.9: Kiểm tra thân mối hàn + Dùng đầu dò nghiêng để kiểm tra thân mối hàn: di đầu dò nghiêng theo đường zigzag từ x1 đến x2, nếu có xung xuất hiện trong khoảng từ x1 đến x2 thì đó chính là xung khuyết tật. Ta di đầu dò quanh vị trí đó để tìm vị trí có xung phản xạ lớn nhất. Từ các vị trí của xung phản xạ thu được Sa( quãng đường truyền âm), Da( độ sâu tính từ bề mặt) ta sẽ xác định được tọa độ của khuyết tật. Hình 2.10: Kiểm tra thân mối hàn Bước 4: kiểm tra các khuyết tật trên bề mặt sử dụng đầu dò nghiêng + Đặt đầu dò nghiêng lên mẫu, sau đó di đầu dò đi hết các vị trí trên mẫu kiểm tra, nếu thu được xung bất thường thì đó chính là xung khuyết tật. Kết quả kiểm tra khuyết tật của mẫu UT-3061 Loại khuyết tật Điểm đầu tật( mm) bắt Chiều khuyết dài(mm) Độ sâu(mm) Tách lớp 64 14 12 Ngậm xỉ 25 8 2.5 Kết quả cho thấy mẫu UT-3061 có hai khuyết tật, một tách lớp và một ngậm xỉ. Nguyên nhân của khuyế tật tách lớp co thể là do trong quá trình cán phôi, còn nguyên nhân của ngâm xỉ có thể là do làm sạch sau mỗi đường hàn không đạt yêu cầu, hoặc vỏ bọc que hàn xót lại. Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác về độ dài và độ sâu của khuyết tật. Làm tương tự với các mẫu UT-3065, UT-3068 và UT-3069 ta được các khuyết tật như bảng sau: Mẫu Loại khuyết tật UT3065 Nứt mốihàn Vị trí đầu(mm) chân bắt Chiềudài(m m) Độ (mm) 15 8 0 71 13 0 74 8 0 nứt 33 10 0 Vết nứt kim 25 15 0 69 8 0 sâu Thiếu nhiệt UT3068 UT3069 Vết nứt dọc Vết ngang loại Vết nứt kim loại Kết quả khuyết tật của 3 mẫu này khi kiểm tra siêu âm khá tương đồng với kết quả khi kiểm tra thẩm thấu. Do các khuyết tật này đều là khuyết tật bề mặt nên phương pháp thẩm thấu cũng kiểm tra được và cho kết quả tương tự. Tuy nhiên, vẫn có sự sai rất nhỏ do trong quá tính toán, làm tròn kết quả thực nghiệm, dùng thước thẳng để xác định kích thước khuyết tật thẩm thấu. 4. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ Quy trình công nghệ chụp ảnh phải được tiến hành tuần tự theo các bước sau: Bước 1: Xác định liều chiếu Trong phép chụp ảnh, ta sử dụng khái niệm liều chiếu. Đại lượng này chỉ sự kết hợp giữa cường độ nguồn đặt tại một vị trí xác định và thời gian chiếu để tạo ra một độ đen xác định. Đối với tia X: Liều chiếu (mA.min) = Dòng phát tia X(mA) x Thời gian (min). Để xác định liều chiếu, ta căn cứ vào đồ thị trên bảng điều khiển (hình 2), theo các bước sau: B1: Đo chiều dày mối hàn cần chụp. B2: Từ chiều dày mối hàn, tra đồ thị và chọn điện áp phát (kV). B3: Từ điện áp đã chọn, ta gióng sang trục tung sẽ thu được liều chiếu (mA x min). B4: Chọn dòng điện (mA), từ đó rút ra thời gian chiếu. Chú ý: Đồ thị được sử dụng cho khoảng cách từ nguồn tới phim là 700mm. Vì thế, với khoảng cách bất kỳ , ta sử dụng công thức sau để tính liều chiếu thực tế: I2=r22r12.I1 Bước 2: Chuẩn bị phim Việc nạp phim vào bao phim phải được tiến hành trong buồng tối đạt tiêu chuẩn. Có hai chế độ chụp tương ứng với hai cách chuẩn bị phim: Không có màn tăng quang. Có sử dụng màn tăng quang. Trong trường hợp không sử dụng màn tăng quang, chúng ta bỏ phim trực tiếp vào trong bao phim. Ngược lại, nếu sử dụng màn tăng quang, ta tiến hành cho phim nhẹ nhàng vào hai mặt tăng quang trước khi cho vào bao phim. Bước 3: Tiến hành chụp Trước khi chụp, ta phải chuẩn bị mặt nạ cho phép chụp. Trên mặt nạ, phải có các thông số cơ bản sau: Hình 2.11: Tên mẫu chụp, Tên công trình, công ty… Hướng chụp, Thước đo chất lượng phim. Thước đo chất lượng phim: IQI là 1 dạng tập hợp các dạng có đường kính khác nhau từ cùng một vật liệu của đối tượng chụp, khi chụp ảnh người ta dặt IQI lên bao phim, đường kính của dây nhỏ nhất, hiện lên phim dung để đánh giá. Hình 2.12: Thước đo chất lượng phim Ngoài ra còn có các thông số khác khi tiến hành chụp những vật phức tạp nhằm xác định chính xác vị trí của khuyết tật sau khi giải đoán phim. Mặt nạ phải được đặt trên mẫu cần kiểm tra. Sau khi đã đưa phim và mối hàn vào vị trí chụp, ta tiến hành nhập điện áp (kV), dòng điện (mA) và thời gian chụp (phút, giây) thông qua bàn phím. Tiếp theo nhấn nút start để chụp ảnh. Bước 4: Rửa ảnh Quá trình rửa ảnh gồm 4 giai đoạn, được tiến hành trong buồng tối (Do thực hiện trong buồng tối nên chúng em không thể chụp ảnh các bước được). Hiện phim: Nhiệt độ,0C 1 8 Thời gian (phút) 6 20 22 24 26 28 30 5 4 3.5 3 2.5 2 Phim được ngâm trong thuốc hiện theo quan hệ thời gian – nhiệt độ Giũ Phim: Sau khi hiện, phim được giũ trong bồn nước lưu thông trong khoảng thời gian 2÷3 phút để loại các chất hiện còn thừa bán trên phim. Hãm phim: Hãm phim là quá trình cố định ảnh hưởng bằng cách chỉ giữ lại các hạt bạc kim loại tạo thành ảnh trên phim. Thời gian lưu phim trong bốn hãn khoảng 10 phút. Rửa nước: Sau khi hãm, phim mang theo một số hóa chất từ bốn hãm. Các hóa chất này neeys lưu lại trên phim sẽ làm phim biến màu và mờ dẫn theo thời gian. Để khắc phục hiện tượng này, phim cần rửa sạch trong bốn nước lưu thông. Thời gian rửa phụ thuộc vào nhiệt độ của nước: Nhiệt độ 250C, thời gian rửa khoảng 20 phút Nhiệt độ 280C, thời gian rửa khoảng 15 phút Nhiệt độ 300C, thời gian rửa khoảng 10 phút Bước 5: Làm khô Để bảo quản phim lâu dài, ta cần làm khô phim. Có thể làm khô thông qua máy xấy hoặc phơi khô tự nhiên. Bước 6: Giải đoán ảnh Để phân biệt khuyết tật và nền, ta sử dụng chênh lệch độ đen. Phân biệt các dạng khuyết tật khác nhau căn cứ vào độ đen và hình dạng của khuyết tật trên phim. Sau khi xác định được loại khuyết tật, ta tiến hành cho điểm chất lượng mối hàn bằng cách đo kích thước khuyết tật bằng thước chuyên dụng. Tùy mục đích sử dụng, mối hàn đó sẽ được sử dụng hay loại bỏ. Sau đây là 3 ảnh mối hàn mà chúng em chụp được ở công trường Lilama Hải Dương trong thời gian học đồ án môn học II, các mối hàn đó được chúng em lọc ra sau khi chụp, mang những khuyết tật đặc trưng nhất trong công nghệ hàn. Chân mối hàn: Hình 2.13: Ta thấy ở bên trái ảnh có 1 vết đen thẳng chính giữa đường hàn. Đó là đặc điểm để ta hiểu rằng đây là khuyết tật ở chân mối hàn. Ngậm xỉ: Hình 2.14: Trên ảnh ta thấy được những chấm đen nhỏ rải rác trên đường hàn. Đây là đặc điểm nhận biết được đó là mối hàn ngậm xỉ. Tác lớp: Hình 2.15: Trên ảnh đường hàn thể hiện rõ 1 vạch đen mà không đều, chứng tỏ trong mối hàn có 1 lớp không khí tách lớp mối hàn. Nhận xét: Trong những ảnh chụp trên ta dễ thấy được những khuyết tật bên trong mối hàn, các mối hàn này có được sử dụng hay không thì tùy thuộc vào mục đích của công trình. Việc kiểm tra vật liệu bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ cho độ tin cậy rất cao. Mà các ảnh hoàn toàn có thể bảo quản lưu trữ trong thời gian dài. Việc kiểm tra mối hàn bằng phương phá siêu âm phụ thuộc vào kinh nghiệm rất nhiều. Chúng em đã kiểm tra 1 số mẫu trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp siêu âm. Biết rằng những mẫu đó hoàn toàn có thể kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ. Nhưng do điều kiệm chúng em đi chụp theo dự án của công ty Lilama Hải Dương nên không thể đem các mẫu trong phòng thí nghiệm ra công trường để so sánh các phương pháp với nhau. Nhưng kết quả phim cho thấy khuyết tật rất rõ nét khi nhận biết bằng mắt thường nên ta hiểu rằng đây là kết quả hoàn toàn chính xác. 4. Phương pháp chụp ảnh nhiệt Sử dụng máy chụp ảnh nhiệt để xác định hệ số phát xạ của một số vật liệu Bước1: Bố trí hệ thí nghiệm +Dán tấm băng dính đen ( hệ số phát xạ 0,97) lên bề mặt vật liệu +Khoanh vùng bề mặt vật liệu đồng nhất để kiểm tra Bước 2: Đo hệ số phản xạ nhiệt của các nguồn xung quanh +Nhập các thông số nhiệt độ và độ ẩm trong phòng +Chinh thông số độ phát xạ (Emissivity) về 1, khoảng cách (Dobj về 0) Bước 3: Đo hệ số phát xạ của bề mặt vật liệu +Dùng máy gia nhiệt cho hệ thi nghiệm lên ít nhất hơn 20 0C so với nhiệt độ phòng +Chỉnh thông số hệ số phát xạ trong máy là 0,97 +Đưa con trỏ của máy vào tấm băng dính để xác định nhiệt độ, ghi lại nhiệt độ +Đưa con trỏ của máy ra vùng khảo sát, chỉnh hệ số phát xạ sao cho nhiệt độ trên máy báo là nhiệt độ của tấm băng dính, đó chính là hệ số phát xạ của vật liệu Vật liệu Hệ số phát xạ Tấm thép mài nhẵn 0,06 Tấm gạch lát 0.92 Tấm gỗ ép 0,95 Bảng kết quả hệ số phát xạ các vật liệu đo được Kết luận Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, đồ án môn học 2 đã đạt được một số kết quả chính sau: 1. Giúp chúng em hiểu tổng quan về nghiên cứu khoa học, ở đây là các phương pháp kiểm tra không phá hủy(NDT), các kỹ năng làm thực nghiệm, làm việc theo nhóm cũng như cách viết báo cáo thuyết trình. 2. Nắm được cơ sở lý thuyết của các phương pháp kiểm tra không phá hủy : thẩm thấu, bột từ, siêu âm, chụp ảnh phóng xạ, chụp ảnh nhiệt. Từ đó vận dụng hiệu quả vào quá trình thực nghiệm. 3. Khai thác và sử dụng hiệu quả thiết bị như máy siêu âm USM 35, máy chụp ảnh nhiệt và chụp ảnh phóng xạ. Do mới dừng lại mưc độ đồ án môn học nên chúng em vẫn chưa khai thác hết được các tính năng của thiết bị. 4. Tìm được một số khuyết tật trên các mẫu cơ bản. Qua đây có một cái nhìn trực quan về NDT. Trong thực tế thì NDT ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp, với việc thực hiện với các mẫu cơ bản, dần dần sẽ là những mẫu phức tạp hơn với công nghệ hiện đại hơn. Phương pháp kiểm tra không phá hủy đã có từ trước nhưng mới được dưa vào giảng dạy trong Viện Vật Lý Kỹ Thuật. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu khoa học rất có tiềm năng, đòi hỏi kỹ năng và sự sáng tạo cao của người làm thực nghiệm. Không những vậy, đây còn có thể là hướng nghiệp cho các bạn sinh viên sau khi tốt nghiệp. Đồ án này rất phù hợp với các bạn sinh viên năm 4 như chúng em, giúp chúng em có được những yếu tố cơ bản để tiến tới đồ án tốt nghiệp. Tài liệu tham khảo Tiếng Việt: 1. Phòng thí nghiệm NDT thành phố Hồ Chí Minh (2004), Kỹ thuật kiểm tra siêu âm bậc 2, Tp Hồ Chí Minh. Website: 2. www.ndt-ed.org 3. www.ndtvn.forumvi.com 4. www.viscondt.com 5. vi.wikipedia.org/wiki/Kiểm tra không phá huỷ [...]... mẫu trong quá trình kiểm tra • Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật • Thiết bị rất đắt tiền • Nhân viên kiểm tra cần có rất nhiều kinh nghiệm 3.3 Ứng dụng Phương pháp kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra không phá hủy có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn Trong các ngành luyện kim, cơ khí, siêu âm để kiểm tra các khuyết tật của vật liệu trong quá trình gia công hoặc... Hình 2.7: các khuyết tật mẫu UT-3065,UT-3068,UT-3069 2 Phương pháp siêu âm Trong phương pháp này, ta sẽ kiểm tra khuyết tật của các mẫu UT-3061, UT3065, UT-3068 cho đến UT-3069 Các loại khuyết tật gồm có khuyết tật tách lớp, khuyết tật chân mối hàn, thân mối hàn và các khuyết tật bề mặt của mẫu Trước hết ta thực hiện kiểm tra mẫu UT-3061 Phương pháp này sử dụng máy siêu âm USM 35 Các bước thực... trước khi đưa đưa máy bay vào sử dụng, nếu không được kiểm tra kỹ lưỡng, nguy cơ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn rất nguy hiểm Hình 1.17: Siêu âm kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay Trong y học, siêu âm dùng để kiểm tra thai nhi, theo dõi tình trạng phát triển của, biết được tình trạng và có biện pháp khắc phục Hình 1.18: Siêu âm kiểm tra thai nhi 4 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ 4.1... thép) cho phép kiểm tra các vật có bề dày lớn • • Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật • Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động • Chỉ cần tiếp xúc một phía của vật được kiểm tra • Nhược điểm • Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra • Khó kiểm tra những vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp • Phương pháp này cần... 1.29 : Phát hiện những nơi ẩm trong xây dựng Hình 1.31: Phát hiện các thiết bị nghe lén bằng chụp ảnh nhiệt Hình 1.30: Kiểm tra các bệnh lý ở mắt PHẦN 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 1 Phương pháp thẩm thấu Hình 2.1: Qui trình thực hiện kiểm tra không phá huỷ bằng phương pháp thẩm thấu: Hình 2.2: Chất làm sạch, thẩm thấu và chất hiện Bước 1: Làm sạch bề mặt vật liệu cần kiểm tra. .. trong quá trình cán Hình 1.13: Nguyên lý của phương pháp truyền qua Cho xung được phát từ đầu phát xung qua vật liệu cần kiểm tra, nếu tại đầu thu nhận được xung gần bằng xung phát thì mẫu không có khuyết tật Nếu xung nhận được nhỏ hơn nhiều xung phát thì kết luận mẫu có khuyết tật nhỏ, còn khi không thu được tín hiệu xung thì mẫu có khuyết tật lớn • Kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng: Kiểm tra các hệ... quan tới kiểm tra nhúng và là loại tiêu biểu được sử dụng để dò các chất sỉ/lỗ hổng co ngót trong các phôi đúc trước khi tiến hành cán hoặc rèn Kiểm tra truyền qua bị giới hạn để kiểm tra chi tiết có bề mặt song song Đó chỉ là phép kiểm tra đơn gian, nó không cho bất kỳ thông tin nào về độ sâu của khuyết tật, về bản chất của khuyết tật Hiện nay nó chỉ được áp dụng để kiểm tra các tấm thép để rò các khuyết... nào và không có ngoại lệ Nó là phương pháp kiểm tra rất đúng (độ tin cậy cao) và có khả năng tái tạo, sao chép lại Nó có thể lưu trữ hồ sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhất định • Nhược điểm: Tất cả các trang thiết bị phải được cơ quan có thầm quyền cấp phép và chấp nhận Từ cơ sở kỹ thuật an toàn tia phóng xạ cần thiết phải ngăn chặn ở không gian rộng Nó chỉ được phép bố trí kiểm tra. .. độ dày thành lớn thời gian chiếu tia kéo dài Nó là phương pháp kiểm tra phức tạp Sẽ gặp khó khăn khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau Các thiết bị là hầu như rất lớn và nặng 4.3 Ứng dụng Phương pháp chụp ảnh phóng xạ được ứng dụng trong công nghiệp: vật liệu, đóng tàu, chế tạo máy, y tế, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng không Trong công nghệ hàn: Hình 1.22: vị trí hàn... của 3 mẫu này khi kiểm tra siêu âm khá tương đồng với kết quả khi kiểm tra thẩm thấu Do các khuyết tật này đều là khuyết tật bề mặt nên phương pháp thẩm thấu cũng kiểm tra được và cho kết quả tương tự Tuy nhiên, vẫn có sự sai rất nhỏ do trong quá tính toán, làm tròn kết quả thực nghiệm, dùng thước thẳng để xác định kích thước khuyết tật thẩm thấu 4 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ Quy trình công nghệ ... Thuật-ĐHBKHN PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NDT [1],[2] Phương pháp thẩm thấu Thẩm thẩu phương pháp lâu đời thông dụng vào loại bậc số phương pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) thường dùng (chụp anh...Có nhiều phương pháp NDT khác như: kiểm tra siêu âm, chụp ảnh phóng xạ, kiểm tra chất lỏng thẩm thấu, kiểm tra bột từ phương pháp có ưu nhược điểm riêng, không phương pháp thay phương pháp Ứng... UV Phân loại: Quá trình xử lý chất thấm lỏng phân loại theo phương pháp làm Kết hợp loại chất thấm phương pháp làm ta có tất phương pháp thực theo trình kiểm tra thẩm thấu lỏng: Chất thấm huỳnh