KỸ THUẬT GIÁ SÁT KHUYẾT TẬT VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY (Kỹ thuật bảo trì công nghiệp)

CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT GIÁ SÁT KHUYẾT TẬT
VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY
5.1. MỞ ĐẦU

Để giám sát các khuyết tật bên trong và trên bề mặt của một số chi tiết máy mà
không phá hủy chúng, người ta dùng nhiều phương pháp kiểm tra không phá hủy
(NDT – Non Destructive Testing) khác nhau như: phương pháp kiểm tra bằng dòng
Eddy, kiểm tra bằng siêu âm, kiểm tra bằng tia X…
5.1.1 Mục đích
Giám sát khuyết tật và kiểm tra khơng phá hủy nhằm:
a) Cải tiến công nghệ sản xuất

Phương pháp NDT thường được dùng để kiểm tra chất lượng của sản phẩm.
Trong quá trình sản xuất, nếu nhiều sản phẩm bị khuyết tật thì phải kiểm tra
và cải tiens cơng nghệ sản xuất hiện tại để nâng cao chất lượng thành phần
cũng như hạn chế các bậc khuyết tật của sản phẩm.
b) Giảm chi phí sản xuất

Cần đầu tư chi phí khi áp dụng phương pháp NDT. Nhưng chi phí cho
phương pháp này ít hơn nhiều so với chi phí cho việc sử chữa những hư
hỏng mà nguyên nhân gây ra là do phôi của các khâu không được giám
sát, kiểm tra trước khi đưa vào gia công.
c) Tăng độ tin cậy

Áp dụng phương pháp NDT vào sản xuất để kiểm tra chất lượng sản
phẩm sẽ cải thiện chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm vì phương pháp
này giúp phát hiện các khuyết tật của phôi và sản phẩm.
5.1.2 Phân loại và mức độ gây hại của các khuyết tật
a) Phân loại khuyết tật
- Rãnh và sự tập trung ứng suất
* Rãnh là nơi mà hình dạng bề mặt vật liệu bị thay đổi đột ngột. Khi vật liệu

có rãnh bị tác động bởi ngoại lực thì ứng suất tại đáy rãnh lớn hơn rất nhiều so với
giá trị ứng suất được tính khi vật liệu khơng có rãnh. Hiện tượng này gọi là sự tập
trung ứng suất hay còn gọi là hiệu ứng rãnh.
1


* Tỷ lệ giữa ứng suất tại đáy rãnh và ứng suất danh nghĩa được gọi là hệ số
tập trung ứng suất. Hệ số tập trung ứng suất chỉ liên quan đến hình dạng của rãnh,
khơng liên quan đến loại vật liệu và kích cỡ của rãnh.
Khi hình dạng của rãnh nhon giống như vết nứt thì hệ số tập trung ứng
suất tăng rất nhanh và khả năng phá hủy vật vật liệu cao.
* Áp dụng phương pháp NDT để phát hiện sự tồn tại của rãnh.
- Khuyết tật mối hàn
Thường là các vết nứt, tạp chất xỉ, rỗ khí… có thể được phát hiện bằng
phương pháp NDT.
* Vết nứt:
+ Vết nứt mối hàn là một khuyết tật nghiêm trọng nhất trong số các khuyết tật
mối hàn. Dựa vào nhiệt độ, người ta chia vết nứt ra làm hai loại: vết nứt nóng và
vết nứt lạnh.
+ Ở nhiệt độ cao, kim loại chỗ mối hàn hay chỗ bị ảnh hưởng của hơi nóng
chưa đơng đặc được. Ở khoảng nhiệt độ này kim loại có độ dẻo thấp nên có thể
xuất hiện các vết nứt và các vết nứt này được gọi là các “vết nứt nóng”.
+ Khi nhiệt độ tại mối hàn giảm xuống dưới 300 oC thì xuất hiện các “ vết nứt
lạnh”. Các “ vết nứt lạnh” xuất hiện do: khí H 2 sinh ra ở mối hàn, hiện tượng co
rút, tập trung ứng suất tại rãnh và hiện tượng biến cứng của kim loại tại vị trí hàn
hoặc khu vực bị ảnh hưởng của nhiệt gây ra. Để phát hiện các “vết nứt lạnh”của
mối hàn phải tiến hành kiểm tra bằng phương pháp NDT chậm nhất là 24 giờ sau
khi hàn.
* Tạp chất xỉ:
Khi hàn có thể có một phần xỉ hàn cịn tồn tại bên trong mối hàn mà không nổi

lên. Tạp chất xỉ thường nhỏ và phân bố đều.
* Rỗ khí xảy ra do kim loại hàn đơng đặc trước khi khí CO2 hoặc H2 bay hơi.
b) Mức độ gây hại của các khuyết tật
Các khuyết tật trong sản phẩm có thể làm thay đổi các tính năng của sản phẩm
như khả năng chịu tải, độ bền, tuổi thọ…
Độ bền giảm
2


Độ bền của chi tiết có khuyết tật phụ thuộc vào hình dạng và hướng của
khuyết tật. Khuyết tật có hình trịn là giảm độ bền của kết cấu theo tỉ lệ giảm diện
tích bề mặt cắt. Khuyết tật dài và mảnh làm giảm độ bền theo mức độ tập trung ứng
suất.
Khuyết tật bề mặt nguy hiểm hơn khuyết tật bên trong nếu như chúng thuộc
cùng loại và cùng kích cỡ.
Nếu vật liệu có khuyết tật có kim loại hàn thừa ở bền mặt thì tập trung ứng
suất sẽ xảy ra tại những điểm này. Vì thế nên làm sạch kim loại hàn thừa trong các
mối hàn là điều quan trọng.
Vật liệu bị phá hủy
- Mỏi kim loại
*Vật liệu thường bị phá hủy ngay bởi ứng suất lớn. Nhưng khi một ứng suất
nhỏ hơn tải trọng tĩnh tác động nhiều lần đến vật liệu thì sẽ xuất hiện các vết nứt.
Vết nứt này cứ lớn dần và cuối cùng vật liệu bị phá hủy. Đó là hiện tượng mỏi của
kim loại. Nghiên cứu hiện tượng này rất quan trọng đối với thiết bị quay, thiết bị
rung…
*Trường hợp hư hỏng do kim loại bị pháhuyr vì mỏi gây ra lớn hơn nhiều so
với hư hỏng do tải trọng tĩnh gây ra.
- Gãy mòn và gãy dẻo
* Khi vật liệu bị tác động bởi ứng suất hơn ứng suất đàn hồi thì biến dạng dẻo
xảy ra và vật liệu không thể trở về trạng thái ban đầu của nó. Sau đó, vết nứt xuất

hiện và kim loại bị phá hủy. Hiện tượng phá hủy vật liệu được chia ra làm hai loại:
gãy mòn và gãy dẻo.
Gãy mòn: là hiện tượng vật liệu bị phá hủy do lực bên ngồi tác động khi
khơng có biến dạng dẻo và khơng có co thắt tại vị trí gãy. Hiện tượng này rất dễ
xảy ra đối với vật liệu cứng như gang.
Gãy dẻo: là một hiện tượng phá hủy xảy ra sau biến dạng dẻo. Hiện tượng này
thường xảy ra với các vật liệu dẻo như thép.
5.2 KIỂM TRA BẰNG TỪ TÍNH

5.2.1 Ứng dụng của phương pháp từ tính trong bảo trì
3


Từ tính là tính chất của một vài kim loại, chủ yếu là sắt, thép và các hợp kim
của chúng. Các vật liệu này có khả năng hút hoặc đẩy các mảnh sắt thép khác.
Trong mẫu kiểm tra đã được từ hóa, nếu có vết nứt hoặc khuyết tật trên bền
mặt hay dưới bề mặt thì những đươcf từ thơng sẽ bị biến dạng và xuất hiện sự rò rỉ
từ thơng. Nhờ tính chất này của các từ thơng mà các phương pháp kiểm tra bằng
hạt từ được áp dụng rộng rãi trong các cơng tác bảo trì. Phương pháp này được sử
dụng để phát hiện các vết nứt hoặc các khuyết tật ở trên bề mặt hay gần bề mặt của
các chi tiết khác như: sắt, thép và cả những mối hàn. Độ nhạy của phương pháp này
rất cao, có thể phát hiện được các vết nứt nhỏ ở bề mặt. Kích thức nhỏ nhất của các
vết nứt có thể phát hiện là: dài 1mm và sâu 0,025mm.
Phương pháp từ tính được áp dụng để kiểm tra các chi tiết được làm bằng vật
liệu có khả năng từ hóa như: cần trục, cơ cấu nang dạng tấm, búa, đục pit tông,
thanh giằng, chân cánh quạt trong các tuabin hơi…
Các hạt từ tập hợp tại vết nứt

Hình 5.1: Vị trí vết nứt đã được phát triển

5.2.2 Các yêu cầu và trình tự cơ bản để kiểm tra
1. Các yêu cầu cơ bản khi tiến hành kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp hạt
từ là:
-

Những chi tiết hay mẫu cần kiểm tra phải có khả năng từ hóa

-

Bề mặt cần kiểm tra cần phải được làm sạch.

-

Cường độ từ trường phải thích hợp.
4


-

Những chi tiết sau khi kiểm tra cần phải được khử từ.

2. Qui trình kiểm tra gồm các bước sau đây:
-

Làm sạch bề mặt cần kiểm tra.

-

Quyết định có nên sử dụng mực hay không.

-

Sơn lên bề mặt chi tiết một lớp sơn nền màu trắng neus dùng mực từ khơng
có huỳnh quang. Nếu dùng mực từ có huynhg quang thì khơng cần màu nền
tương phản nhưng cần sử dùng tia cực tím.

-

Từ hóa nhưnghx chi tiết haymaaux cần kiểm tra.

-

Quan sát và đánh dấu.

-

Làm sạch, sau đó quay chi tiết một góc 90o và thử lại.

-

Quan sát vết nứt và phân tích

-

Khử từ.

-

Lập kế hoạch bảo trì.

Ngay sau khi hồn thành cơng việc kiểm tra, những chi tiết hay mẫu kiểm tra
cần phải được khử từ. Đối với một số chi tiết được đem đi gia công sau khi kiểm
tra, nếu khơng được khử từ thì các kim loại sẽ tập trung lại và phá hủy dụng cụ cắt
cũng như bề mặt của chi tiết.
5.3 KIỂM TRA BẰNG CHẤT THẤM MÀU

Nguyên lý của phương pháp kiểm tra này là cho chất thấm màu xâm nhập vào
các vết nứt trên bề mặt của chi tiết. Sau đó, phun chất tạo màu lên chi tiết kiểm tra
và các vết nứt sẽ hiện ra dưới màu tương ứng.
5.3.1 Sử dụng dầu và bột phấn
Dầu nóng và phấn thường được dùng để kiểm tra sơ bộ các sản phẩm đúc.
Chi tiết kiểm tra được nhúng vào dung dịch dầu nóng khoảng 10 – 15 phútddeer
dầu thấm vào các khe nứt hay những lỗ xốp của bề mặt cần kiểm tra. Sau đó các bề
mặt phải được lau chùi sạch sẽ băbgf bột giặt hay mạt cưa trước khi phủ nên một
màng phấn. Dầu thấm trong khe nứt sẽ bănts đầu với màng phấn làm hiện ra vết
nứt.
Nhược điểm của phương pháp này là không phát hiện được các vết nứt nhỏ
nên chỉ dùng để kiểm tra phôi hay các chi tiết không quan trọng.
5


5.3.2 Sử dụng các chất thấm màu
Chất thấm dạng thuốc nhuộm màu đỏ được các nhà sản xuất cung cấp dưới
dạng hộp. Mỗi hộp có bốn lọ gồm: thuốc tẩy gỉ, chất thấm, thuốc tẩy thấm và chất
tạo màu. Để kiểm tra vết nứt bằng chất màu cần thực hiện theo trình tự sau:
Vệ sinh bề mặt: bề mặt kiểm tra phải được tẩy rửa sạch, phải đảm bảo đã
loại bỏ hoàn toàn các chất dầu, mỡ và các chất gỉ sét. Trước khi bôi chất thấm, cần
phải xịt chất tẩy gỉ lên bề mặt các chi tiết, sau đó chùi bằng vải sạch cho đến khi bề
mặt hoàn toàn sạch và khô.
Bôi trơn chất thấm: sau khi lau sạch, người ta xịt chất thấm khắp bề mặt, để

yên khoảng 15 đến 30 phút chất thấm đivaof các khe nứt. Chú ý răng: nhiệt độ của
bề mặt chi tiết kiêm tra phải thấp nếu không chát thấm sẽ khô ngay và việc kiểm tra
sẽ không thành công.
Làm sạch chất thấm dư: phun thuốc tẩy chất thấm lên bề mặt, sau đó chùi
bằng vải khơ, phải chùi thật nhiều lần đến khi khơng cịn chất bẩn trên tấm vải.
Bơi chất tạo màu chất thấm: Đến lúc này, người ta phun một lớp rất mỏng
chất cầm màu lên bề mặt của chi tiết. Khoảng 15 phút sau, hình dạng nứt, rỗ bề mặt
sẽ hiện ra màu đỏ.

Hình 5.2: Bơi chất thấm lên bề mặt chi tiết

6


Hình 5.3: Vết nứt được phát hiện

5.3.3 Sử dụng chất thấm phát quang
Khi sử dụng các chất phát quang thì sự tương phản giữa các khuyết tật và vật
liệu nên cần kiêm tra được thể hiện rõ nét hơn. Để sử dụng chất thấm phát quang
thì bề mặt chi tiết cần kiểm tra phải được làm sạch bằng clo –êtylen. Trong ngành
hàng không, chất thấm phát quang thường được sử dụng để kiêm tra các chi tiết vì
đa số chi tiết trong ngành này được chế tạo từ các vật liệu khơng có từ tính.
Phương pháp này được dùng để kiểm tra các chi tiết như: thanh truyền, cánh tuabin,
van, sản phẩm đúc, các mối hàn…
Ưu điểm của phương pháp:
-

-

Có thể kiểm tra ngay tại chỗ.

Có thể kiểm tra các vết nứt đo mỏi có thể được phát hiện mà không cần tháo
rời các bộ phận cần kiểm tra.
Không cần sử dụng chất tạo màu.
Các chất thấm thường là những chất độc, dễ cháy và dễ bay hơi nên phải có
những qui định chặt chẽ khi bảo quản và sử dụng chất thấm.
5.4 KIỂM TRA BẰNG DÒNG EDDY

Kiểm tra bằng dịng Eddy ngày càng được phổ biến trong cơng nghiệp vì khả
nang đáp ứng nhanh và nhạy. Phương pháp này được dùng để kieme tra các khuyết
7


tật của các chi tiết dạng ống, dạng tấm và những chi tiết quay ở tốc độ cao. Sau đây
là ưu nhược điểm của phương pháp này:
Ưu điểm:
- Có thời gian đáp ứng nhanh.
- Có độ nhạy cao.
- Thích nghi với các q trình tự động hóa.
- Tương thích với máy tính.
- Khơng cần tiếp xúc với mẫu kiêm tra.
- Gọn nhẹ.
- Nhược điểm:
- Chỉ áp dụng với các vật liệu dẫn điện.
- Không đáp ứng tốt với các bề mặt gồ ghề.
- Có kết quả kiểm tra thay đổi theo khả năng lọc nhiều của ngươì thực hiện.
- Bị giới hạn bởi diện tích bề mặt kiểm tra.
5.4.1 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra bằng dòng điện Eddy dựa trên
nguyên lý cảm ứng từ.

Hình 5.4: Ngun lý máy đo dịng Eddy

8


Dịng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây kích thích của máy kiểm tra làm
phát sinh một từ trường cảm ứng. Từ trường này sẽ tạo ra dòng điện trong bất kỳ
khối vật liệu dẫn điện nào đặt cạnh nó. Dòng điện này được gọi là dòng Eddy.
Khi gắn cuộn dây lên mẫu kiểm tra, sẽ có dịng điện Eddy phát sinh trong
mẫu. Cường độ dòng điện Eddy khác nhau tương ứng với mỗi loại vật liệu khác
nhau. Trong quá trình di chuyển đầu dị trên bề mặt của vật cần kiêm tra, nếu có vết
nứt hay một khuyết tật nào đó thì cường độ dịng Eddy sẽ giảm và tỷ lệ với chiều
sâu của vết nứt. Sự thay đổi này giúp xác định vị trí của các vết nứt hay khuyết tật.
Phương pháp dùng dòng Eddy thường được sử dụng trong bảo trì máy bay,
ngành năng lượng hạt nhân và một số ngành cơng nghiệp khác.

Hình 5.5: Khuyết tật được phát hiện

Kỹ thuật này có thể được dùng cho cả vật liệu sắt từ lẫn không sắt từ, nhưng
đối với mỗi loại vật liệu khác nhau, cần dùng nhưng đầu dò khác nhau. Khi kiêm
ttra một loại vật liệu mới nên hiệu chỉnh dụng cụ.
Ngoài ra, phương pháp dùng dòng điệ n Eddy còn sử dụng để phát hiện
những khuyết tật của vật liêuj trên các chi tiết dạng hình ống. Bộ chuyển đổi dịch
chuyển trong ống sẽ chỉ ra khuyết tật của vật liệu, nếu có.
5.4.2 Kiểm tra đường ống
Phương pháp dùng dòng điện Eddy được sử dụng một cách hiệu quả để kiểm
tra các đường ống , các máy trao đổi nhiệt hay tụ điện của một bơbin. Ngồi ưu
9

điểm về thiết bị đơn giản hơn so với các thiết bị khác trong cùng một hoạt động
kiêm tra, phương pháp này cịn được đặc biệt ưa chuộng do khơng địi hỏi nhiều về
tính an tồn trong khi thực hiện như trường hợp của tia γ hay tia X. Kiểm tra bằng
dịng Eddy cũng khơng cần chuẩn bị bề mặt ngoài chu đáo như làm sạch, tẩy sơn
hay mài láng giống như trường hợp kiểm tra bằng chất thấm màu.

10