Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra không phá hủy

.
BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- VINACOMIN









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ


ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TẠO MẪU CHUẨN
CÓ KHUYẾT TẬT CHO PHƯƠNG PHÁP
KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUY

8460





Hà Nội, năm 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- VINACOMIN









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ


ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TẠO MẪU CHUẨN
CÓ KHUYẾT TẬT CHO PHƯƠNG PHÁP

KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUY


Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thu Hiền



Chủ nhiệm đề tài






NGUYỄN THU HIỀN
Duyệt Viện


Hà Nội, 12-2010

TÓM TẮT NỘI DUNG
Đề tài này thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sảng xuất và cung cấp dịch
vụ sự nghiệp công, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ của Vụ Khoa
học và Công nghệ- Bộ Công Thương giao cho Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ-
TKV, nay là Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin (theo hợp đồng số
187.10.RD/HĐ-KHCN)
Nội dung đề tài: “Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho ph
ương

pháp kiểm tra không phá hủy”, gồm các chương:
- Chương I. Tổng quan:
Tìm hiểu những kiến thức căn bản về kiểm tra không phá hủy và hàn. Các
phương pháp kiểm tra không phá hủy và các phương pháp hàn thông dụng tại
Việt Nam cũng như trên thế giới.
- Chương II. Lý thuyết:
Tìm hiểu các dạng khuyết tật thường gặp trong mối hàn, nguyên nhân gây
ra các dạng khuyết tật này cũng như cách khắc phục để đạt được m
ối hàn tốt.
Các phương pháp kiểm tra mối hàn cả về chất lượng và mỹ quan.
Tìm hiểu lý thuyết nhằm chọn vật liệu hàn và que hàn phù hợp để chế tạo
mẫu khuyết tật chuẩn.
- Chương III. Thực nghiệm:
Phân tích bộ mẫu chuẩn có sẵn, từ đó chọn vật liệu chế tạo mẫu chuẩn có
sự tương đồng với mẫu có sẵn. Từ quy trình hàn thông thườ
ng và các lý thuyết
gây ra khuyết tật trong mối hàn, nhóm đề tài tìm cách chế tạo mẫu có khuyết tật
mong muốn cho một phương pháp kiểm tra không phá hủy (cụ thể là phương
pháp chụp ảnh bức xạ- RT), so sánh với những mẫu khuyết tật chuẩn có sẵn và
đưa ra phương pháp nhận dạng khuyết tật dựa vào ảnh chụp bức xạ của mẫu. Áp
dụng những hình ảnh cũng như kiến th
ức thu được để làm cơ sở đánh giá ảnh
chụp bức xạ các khuyết tật thực tế.
Chương IV. Kết luận và kiến nghị:
Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được, đưa ra phương hướng phát
triển thêm cho đề tài.
Từ khóa: Kiểm tra không phá hủy, NDT, công nghệ hàn, khuyết tật mối hàn.
Danh sách người thực hiện:
STT Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan công tác
1 Nguyễn Thu Hiền Kỹ sư Luyện kim và CN Vật liệu

Viện CKNL&Mỏ-
Vinacomin
2 Lê Thanh Bình Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
3 Trần Thị Mai Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
4 Vũ Chí Cao Kỹ sư Cơ khí -nt-
5 Nguyễn Văn Sáng Kỹ sư Hệ thống điện -nt-
6 Nguyễn Văn Dũng Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
7
Nguyễn Xuân
Trường
Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
8 Phạm Hồng Thái Kỹ sư Cơ tin -nt-

Danh sách cơ quan thực hiện và phối hợp tư vấn:

Stt Tên cơ quan Nội dung thực hiện,
phối hợp
1 Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin Chủ trì, thực hiện chính
2 Công ty Lilama10 Hợp tác
3 Trung tâm đánh giá không phá hủy – NDE Tư vấn
4 Hãng Sonaspection – Mỹ Tư vấn

Các thuật ngữ và từ viết tắt:
NDT Non-Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy vật liệu
NDE Non-Destructive Evaluation Đánh giá không phá hủy
RT Radiographic Testing Kiểm tra chụp ảnh bức xạ
UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm
MT Magnetic Particle Testing Kiểm tra từ tính
PT Penetrant Testing Kiểm tra thẩm thấu
ET Eddy Current Testing Kiểm tra dòng điện xoáy

VT Visual Testing Kiểm tra bằng mắt

MỤC LỤC


Trang
LỜI MỞ ĐẦU
3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
5
1.1. Tổng quan về NDT
5
1.1.1. Định nghĩa và bản chất của NDT
5
1.1.2 Tầm quan trọng của NDT
5
1.1.3. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy
6
1.2. Tổng quan về hàn
17
1.2.1. Lịch sử phát triển ngành hàn và thực trạng
18
1.2.2. Phân loại các phương pháp hàn
19
CHƯƠNG II- LÝ THUYẾT
23
2.1. Các dạng khuyết tật hàn, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
23
2.2. Kiểm tra chất lượng liên kết hàn
30

2.3. Tính hàn của thép
33
CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM
41
3.1. Vật liệu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn
41
3.2. Ví dụ về quy trình hàn thông thường
42
3.3. Chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho một phương pháp kiểm tra không
phá hủy (RT)
44
3.4. Áp dụng hình ảnh khuyết tật chuẩn làm cơ sở để đánh giá ảnh chụp
bức xạ các khuyết tật thực tế
51
CHƯƠNG IV- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
59
4.1. Kết luận
59
4.2. Kiến nghị
59
TÀI LIỆU THAM KHẢO
60


Danh mục bảng biểu

Trang
Bảng 2.1: Giới thiệu một số phương pháp hạn chế sự phát sinh nứt
24
Bảng 2.2: Phương pháp NDT thích hợp kiểm tra từng loại khuyết tật

32
Bảng 2.3: Chỉ số tính hàn tương đương theo hàm lượng cacbon tương đương
34
Bảng 2.4: Hướng dẫn về nhóm vật liệu hàn theo chỉ số tính hàn
38
Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu chuẩn
41
Bảng 3.2: Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu chế tạo
41
Bảng 3.3: Thông số hàn
42

Danh mục hình vẽ

Trang
Hình 1.1 đến 1.8: Sơ đồ nguyên lý của các phương pháp NDT thông dụng
7÷16
Hình 2.1 đến 2.6: Các dạng khuyết tật thường gặp trong mối hàn
24÷29
Hình 2.7: Calip đo kích thước mối hàn
31
Hình 2.8: Tính bề dày tương đương các kết cấu hàn
34
Hình 2.9: Chỉ số tính hàn của kết cấu dựa trên bề dày tương đương
35
Hình 2.10: Nhiệt độ nung sơ bộ khi hàn với que giảm hyđro
36
Hình 2.11: Nhiệt độ nung sơ bộ khi dùng que hàn thường
36
Hình 3.1: Kích thước phôi dùng làm mẫu hàn khuyết tật chuẩn

42
Hình 3.2: Minh họa các lớp hàn trên phôi
43
Hình 3.3 đến 3.25: Hình ảnh phim chụp các khuyết tật
44÷56
Hình 3.26 đến 3.29: Kiểm tra mẫu khuyết tật biết trước bằng phương
pháp NDT khác
57÷58

Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

3
LỜI MỞ ĐẦU
Ở các nước phát triển, việc tạo ra các bộ mẫu cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy (NonDetructive Testing- NDT) đã được nhiều công ty nghiên
cứu và phát triển từ những năm 80, hiện tại các bộ mẫu chuẩn các khuyết tật đã
được cả thế giới công nhận và đã được ghi nhận thành các bộ tiêu chuẩn về mẫu
chuẩn các khuyết tật chuẩn và áp dụng rất rộng rãi

Ở nước ta, việc ứng dụng các bộ mẫu có khuyết tật dùng để kiểm tra và
nghiên cứu các khuyết tật được sử dụng hầu hết ở các đơn vị có thí nghiệm kiểm
tra không phá hủy (NDT), nhưng nghiên cứu để chế tạo các mẫu có khuyết tật
thì hiện nay chưa có nhiều đơn vị nghiên cứu, phát triển.
Trên thực tế, khuyết tật có thể tồn tại ở rấ
t nhiều các loại cấu kiện cũng
như các dạng vật liệu khác nhau, xuất hiện sau khi thực hiện nhiều loại gia công
khác nhau, ví dụ như khuyết tật trong bê tông, trong vật đúc, trong mối hàn
Tuy nhiên, các loại khuyết tật trong mối hàn là đa dạng và phổ biến nhất. Các
phương pháp NDT cũng tập trung để kiểm tra mối hàn là nhiều, vì vậy trong

khuôn khổ có hạn của đề tài, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu việc chế
tạo mẫu
khuyết tật chuẩn cho các mẫu hàn và các phương pháp NDT cho mối hàn.
Việc sử dụng những bộ mẫu này có ý nghĩa quan trọng trong việc dạy và
học về kiểm tra không phá hủy, từ những bộ mẫu khuyết tật chuẩn chúng ta có
thể nghiên cứu được rất nhiều vấn đề như:
- Các loại khuyết tật có trong mối hàn, nguyên nhân và cách khắc phục
- Các phương pháp NDT thích hợp
để kiểm tra các khuyết tật
- Dùng để giảng dạy về các phương pháp kiểm tra NDT cũng như dùng
để đánh giá trình độ các kỹ thuật viên NDT
- Sử dụng các khuyết tật làm mẫu chuẩn để so sánh, đánh giá các khuyết
tật khác.
Một trong những phương pháp NDT thể hiện trực quan khuyết tật nằm
bên trong mối hàn là phương pháp chụp ảnh bức xạ, phương pháp này cho kết
quả là phim chụ
p ảnh bức xạ, bước quan trọng nhất trong kỹ thuật chụp ảnh bức
xạ là xem xét, kiểm tra, đánh giá ảnh chụp bức xạ, vì vậy, với những ảnh bức xạ
các khuyết tật chuẩn, chúng ta có thể từ đó đánh giá ảnh chụp các mối hàn trong
thực tế, từ đó đưa ra được kết luận chính xác về dạng khuyết tật có trong mối
hàn.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

4
Với vai trò là một đơn vị thí nghiệm vật liệu, nhằm mục đích nghiên cứu
về các khuyết tật khi hàn vật liệu, nâng cao chất lượng kết quả thí nghiệm tại
phòng thí nghiệm cũng như tại hiện trường, đặc biệt là các kết quả về ảnh chụp
bức xạ. Đảm bảo kết quả thí nghiệm đạt độ tin cậy cao ứng dụng cho các chi tiết
có m

ức độ quan trọng như các chi tiết linh kiện của các nhà máy điện, dầu khí,
Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- TKV đã đề xuất và thực hiện đề tài: “
Nghiên
cứu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho kiểm tra phương pháp kiểm tra không
phá hủy
” với các nội dung chính như sau:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các các phương pháp hàn
Tìm hiểu các phương pháp kiểm tra sau khi hàn

Những nguyên nhân gây ra khuyết tật trong mối hàn và biện pháp khắc phục
Chế tạo mẫu có khuyết tật theo mong muốn
Áp dụng phương pháp giải đoán ảnh phóng xạ làm cơ sở để đánh giá ảnh
chụp các khuyết tật thực tế.
Sử dụng mẫu chuẩn và mẫu chế tạo trong đánh giá và nâng cao trình độ
kỹ thuật viên NDT.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ-
Bộ Công Thương, Viện Cơ khí Năng lượng và M
ỏ- TKV, Viện Khoa học và Kỹ
thuật Hạt nhân, Trung tâm đánh giá không phá hủy- NDE, Công ty Cổ phần
Lilama10, hãng Sonaspection- Anh Quốc đã gửi tài liệu tạo điều kiện thuận lợi
cho chúng tôi hoàn thành đề tài này.
Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo chưa thể hiện hết
tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các cá nhân và đơ
n vị quan tâm.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về NDT
1.1.1. Định nghĩa và bản chất của NDT
Kiểm tra không phá hủy (NDT) là sử dụng các phương pháp vật lý để
kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc của các vật liệu, các sản
phẩm, chi tiết máy mà không làm tổn hại đến khả năng hoạt động sau này của
chúng. NDT liên quan tới việc phát hiện khuyết tật trong cấu trúc của các sản
phẩm được kiểm tra, tuy nhiên t
ự bản thân NDT không thể dự đoán những nơi
nào khuyết tật sẽ hình thành và phát triển.
Tất cả các phương pháp NDT đều có chung những đặc điểm sau đây:
(i) Sử dụng một môi trường kiểm tra để kiểm tra sản phẩm.
(ii) Sự thay đổi trong môi trường kiểm tra chứng tỏ sản phẩm được kiểm
tra có khuyết tật.
(iii) Là một phương tiện để
phát hiện sự thay đổi trong môi trường kiểm
tra.
(iv) Giải đoán những thay đổi này để nhận được các thông tin về khuyết
tật trong sản phẩm kiểm tra.
1.1.2 Tầm quan trọng của NDT
Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) đóng một vai trò quan trọng
trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm. NDT cũng được sử dụng trong tất cả
các công đoạn của quá trình chế tạo một sả
n phẩm.
Nó cũng có thể được dùng để kiểm tra/giám sát chất lượng của:
(i) Các phôi dùng trong quá trình chế tạo một sản phẩm.
(ii) Các quá trình gia công để chế tạo một sản phẩm.
(iii) Các thành phẩm trước khi đưa vào sử dụng
Sử dụng các phương pháp NDT trong các công đoạn của quá trình sản
xuất mang lại một số hiệu quả sau:
(i) Làm tăng mức độ an toàn và tin cậy củ

a sản phẩm khi làm việc.
(ii) Làm giảm giá thành sản phẩm bằng cách giảm phế liệu và bảo toàn
vật liệu, công lao động và năng lượng.
Tất cả những yếu tố trên không những làm tăng giá bán của một sản phẩm
mà còn tạo thêm những lợi ích về kinh tế cho nhà sản xuất.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

6
NDT cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xác định thường xuyên hoặc
định kỳ chất lượng của các thiết bị, máy móc và các công trình trong quá trình
vận hành. Điều này không những làm tăng độ an toàn trong quá trình làm việc,
mà còn giảm thiểu được bất kỳ những trục trặc nào làm cho thiết bị ngưng hoạt
động.
1.1.3. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy
1.1.3.1. Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing-VT):
Phương pháp này thường không được chú ý tới trong danh sách liệ
t kê các
phương pháp NDT, phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương
pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy. Đối với
phương pháp kiểm tra bằng mắt thì bề mặt của vật thể kiểm tra cần phải có đủ độ
sáng và tầm nhìn của người kiểm tra phải thích hợp. Để thực hiện có hiệu quả
nhất phương pháp kiểm tra bằ
ng mắt, cần phải chú ý đến những phẩm chất đặc
biệt bởi vì trong phương pháp kiểm tra này cần phải được huấn luyện (kiến thức
về sản phẩm và các quá trình gia công, dự đoán điều kiện hoạt động, các tiêu
chuẩn chấp nhận, duy trì số liệu đo) và bản thân người kiểm tra cũng cần phải
được trang bị một số các thiết bị và dụng cụ
. Trong thực tế tất cả các khuyết tật
được phát hiện bởi những phương pháp NDT khác cuối cùng cũng phải được

kiểm chứng lại bởi quá trình kiểm tra bằng mắt. Các phương pháp NDT phổ biến
như là phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT) và phương pháp kiểm tra bằng
thẩm thấu (PT) thực ra cũng là những phương pháp có tính khoa học đơn giản để
làm nổi bật các chỉ thị nh
ằm dễ nhìn thấy hơn. Các ứng dụng của phương pháp
kiểm tra bằng mắt:
(1) Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra.
(2) Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt.
(3) Kiểm tra hình dạng của chi tiết.
(4) Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ.
(5) Kiểm tra các khuyết tật bên trong.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

7


Hình 1.1 – Những dụng cụ quang học dùng trong quá trình kiểm tra bằng mắt.
A. Gương có tay nắm: có thể là gương phẳng để quan sát bình thường hoặc
gương lõm cho độ phóng đại giới hạn.
B. Kính lúp có tay cầm (có độ phóng đại thường là 2 – 3x).
C. Thiết bị khuếch đại hình ảnh (hệ số phóng đại 5 – 10x).
D. Kính kiểm tra, thường gắn một thang đo; mặt trước đặt tiếp xúc với vậ
t
thể kiểm tra (độ phóng đại 5 – 10x).
E. Borescope hoặc intrascope có nguồn sáng lắp trong (độ phóng đại 2 – 3x).
1.1.3.2. Phương pháp kiểm tra thẩm thấu (Liquid penetrant testing-PT)
Đây là một phương pháp được áp dụng để phát hiện những bất liên tục hở
ra trên bề mặt vật liệu, của bất cứ sản phẩm công nghiệp nào được chế tạo từ
những vật liệu không xốp. Phương pháp này được sử dụng ph

ổ biến để kiểm tra
những vật liệu không từ tính. Trong phương pháp này, thẩm thấu được phun 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 nằm trong bất liên tục sẽ bị chất hiệ
n hấp thụ tạo thành chỉ
thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục. Toàn bộ quá trình này
được minh họa trong hình 1.2.
Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu:
(1) Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phù
hợp.
Ống
Gương
Đèn
Mối hàn
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

8
(2) Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẻ tiền.
(3) Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và không gây ra vấn đề rắc rối.
(4) Hình dạng của chi tiết kiểm tra không là vấn đề quan trọng.
Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu:
(1) Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt.
(2)

Vật liệu được kiểm tra phải không xốp.
(3) Quá trình kiểm tra bằng thẩm thấu khá bẩn.
(4) Giá thành kiểm tra tương đối cao.
Phương pháp này các kết quả khó giữ được lâu.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

9

Hình 1.2 – Các giai đoạn của quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng.

Làm sạch trước khi kiểm tra
Làm sạch các vết bẩn,
bụi bám trên bề mặt
bằng chất tẩy rửa
Phun thẩm thấu lên bề mặt
vật liệu cần kiểm tra
Phun thẩm thấu lên bề
mặt vật liệu cần kiểm tra
và giữ yên khoảng 5 đến
10 phút
Làm sạch thẩm thấu
Làm sạch thẩm thấu
Làm sạch các th
ẩ
m th
ấ
u
dư trên b
ề

mặt b
ằ
ng ch
ấ
t
tẩy rửa
Quá trình hiện
Phun thuốc hiện
lên bề mặt
Kiểm tra
Những khuyết tật sẽ
hiện lên qua chỉ thị
màu đỏ rõ ràng
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

10
1.1.3.3. Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle testing-MT)
Phương pháp kiểm tra bằng bột từ được dùng để kiểm tra các vật liệu dễ
nhiễm từ. Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết tật hở ra trên bề
mặt và ngay sát dưới bề mặt. Trong phương pháp này, vật thể kiểm tra trước hết
được cho nhiễm từ bằng cách dùng một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm
điện, hoặc cho dòng đ
iện đi qua trực tiếp hoặc chạy xung quanh vật thể kiểm tra.
Từ trường cảm ứng vào trong vật thể kiểm tra gồm có các đường sức từ. Nơi nào
có khuyết tật sẽ làm rối loạn đường sức, một vài đường sức này phải đi ra và
quay vào vật thể. Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái
ngược nhau. Khi những bột từ tính nh
ỏ được rắc lên bề mặt vật thể kiểm tra thì
những cực từ này sẽ hút các bột từ tính để tạo thành chỉ thị nhìn thấy được gần

giống như kích thước và hình dạng của khuyết tật. Hình 1.3 minh họa những
nguyên lý cơ bản của phương pháp này.

Hình 1.3 – Nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng bột từ.

Tùy theo những ứng dụng cụ thể mà có nh
ững kỹ thuật từ hoá khác nhau.
Những kỹ thuật này được nhóm thành hai loại sau đây:
Khe hở không khí
N
S
SN
N
S
Φ
SN
Φ
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

11
a) Các kỹ thuật từ hoá trực tiếp bằng dòng điện: kỹ thuật này được thực hiện
bằng cách cho một dòng điện chạy qua vật kiểm tra thì sẽ tạo ra một từ trường
và từ trường này được dùng để phát hiện các khuyết tật. Kỹ thuật này được mô
tả trong hình 1.4(a,b&c).
b) Các kỹ thuật từ hoá bằng từ thông: trong những kỹ thuật này từ thông được
tạo ra trong vật kiểm tra bằng cách sử dụng một nam châm vĩnh cửu hoặc một
dòng điện chạy trong cuộn dây hay một thanh dẫn. Những kỹ thuật này được mô
tả trong hình 1.4 (d,g).
1.1.3.4. Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (Eddy current testing-

ET):
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để phát hiện các khuyết tật bề
mặt, phân loại vật liệu, để đo những thành mỏng từ một mặt, để
đo lớp mạ
mỏng và trong một vài ứng dụng khác để đo độ sâu lớp thấm. Phương pháp này
chỉ áp dụng được cho những vật liệu dẫn điện. Ở đây dòng điện xoáy được tạo ra
trong vật thể kiểm tra bằng cách đưa nó lại gần cuộn cảm có dòng điện xoay
chiều.
Từ trường xoay chiều của cuộn cảm bị thay đổi do t
ừ trường của dòng
điện xoáy. Sự thay đổi này phụ thuộc vào điều kiện của phần chi tiết nằm gần
cuộn cảm, nó được biểu hiện như một điện kế hoặc sự hiện diện của ống phóng
tia âm cực. Hình 1.5 trình bày những nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm
tra bằng dòng điện xoáy.
Có ba loại đầu dò (hình 1.6) được sử dụng trong phươ
ng pháp kiểm tra
bằng dòng điện xoáy. Những đầu dò đặt bên trong thường được dùng để kiểm tra
các ống trao đổi nhiệt. Những đầu dò bao quanh được dùng phổ biến để kiểm tra
các thanh và ống trong quá trình chế tạo. Việc sử dụng những đầu dò bề mặt để
xác định vị trí vết nứt, phân loại vật liệu, đo bề dày thành và bề dày lớp mạ, và
đo độ sâu lớp thấm.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

12

Hình 1.5(a) – Quá trình tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra.

(b)
Hình 1.5(b) – Dòng điện xoáy bị méo bởi khuyết tật.

Phương pháp này được dùng để:
(1) Phát hiện các khuyết tật trong các vật liệu ống.
(2) Phân loại vật liệu.
(3) Đo bề dày của thành mỏng chỉ từ một phía.
(4) Đo bề dày lớp mạ mỏng.
(5) Đo độ sâu của l
ớp thấm.
Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy:
(1) Cho đáp ứng tức thời.
(2) Dễ tự động hóa.
Vết nứt nhỏ

Đường đi của dòng điện xoáy
Đường đi của dòng điện xoáy
Trường điện từ thứ cấp được tạo ra bởi
dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra.
Trường điện từ thứ cấp có chiều ngược
với trường điện từ sơ cấp.
Cuộn dây
Trường điện từ sơ cấp
Vật thể kiểm tra
(a)
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

13
(3) Phương pháp này đa năng.
(4) Không cần tiếp xúc trực tiếp giữa đầu dò và vật thể kiểm tra.
(5) Thiết bị dễ di chuyển.
Hình 1.6 – Các loại đầu dò được dùng trong phương pháp kiểm tra bằng dòng

điện xoáy.
Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy:
(1) Người thực hiện cần phải có nhiều kinh nghiệm.
Mẫu kiểm tra
Cuộn dây
Dẫn đến
thiết bị

Dẫn đến thiết bị
Cuộn dây
Cáp đồng trục dẫn đến thiết bị
Lò xo
Vỏ bọc
Cuộn dây
Vật kiểm tra
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

14
(2) Chỉ dùng được cho các vật liệu dẫn điện.
(3) Bị giới hạn về khả năng xuyên sâu.
(4) Khó áp dụng trên những vật liệu sắt từ.
1.1.3.5. Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiographic testing-RT):
Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật
bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau. Mộ
t phim chụp ảnh
bức xạ thích hợp được đặt phía sau vật cần kiểm tra (hình 1.7) và được chiếu bởi
một chùm tia X hoặc tia γ đi qua nó. Cường độ của chùm tia X hoặc tia γ khi đi
qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi
rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bóng, đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm.

Sau đ
ó phim được giải đoán để có được những thông tin về khuyết tật bên trong
sản phẩm. Phương pháp này được dùng rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩm
như vật rèn, đúc và hàn.
Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ là:
(1) Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra những vật liệu có diện tích
lớn chỉ trong mộ
t lần.
(2) Phương pháp này hữu hiệu đối với tất cả các vật liệu.
(3) Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra sự sai hỏng bên trong cấu
trúc vật liệu, sự lắp ráp sai các chi tiết, sự lệch hàng.
(4) Nó cho kết quả kiểm tra lưu trữ được lâu.
(5) Có các thiết bị để kiểm tra chất lượng phim chụp bức xạ.
(6) Quá trình giải đoán phim
được thực hiện trong những điều kiện rất tiện
nghi.
Những hạn chế của phương pháp này là:
(1) Chùm bức xạ tia X hoặc tia γ gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
(2) Phương pháp này không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng
một cách dễ dàng.
(3) Cần phải tiếp xúc được cả hai mặt của vật thể kiểm tra.
(4) Bị gi
ới hạn về bề dày kiểm tra.
(5) Có một số vị trí trong một số chi tiết không thể chụp được do cấu tạo hình
học.
(6) Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra.
(7) Phương pháp này đắt tiền.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

15
(8) Phương pháp này không dễ tự động hóa.
(9) Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều kinh nghiệm trong việc
giải đoán ảnh chụp trên phim.

Hình 1.7 – Cách bố trí trong phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ.
1.1.3.6. Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic testing-UT):
Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm là một trong những phương pháp kiểm tra không
phá hủy, sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra. Hầ
u
hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0,5 - 20
MHz. Tần số này cao hơn rất nhiều so với vùng tần số nghe được của người là
20Hz - 20KHz. Sóng siêu âm truyền qua vật liệu kèm theo sự mất mát năng
lượng (sự suy giảm) bởi tính chất của vật liệu. Cường độ của sóng âm hoặc được
đo sau khi phản xạ (xung phản hồi) tại các mặt phân cách (khuyết tật) ho
ặc được
đo tại bề mặt đối diện của vật thể kiểm tra (xung truyền qua). Chùm sóng âm
phản xạ được phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt khuyết tật và vị trí
của nó. Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía
đối diện với bề mặt phân cách, và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặ
c
Điểm hội tụ
Màn chắn chuẩn trực
Anode
Vật thể kiểm
Khuyết tật
Phim tia X
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

16
trưng của vật liệu đó, ví dụ như sóng siêu âm bị phản xạ hoàn toàn tại bề mặt
phân cách kim loại - chất khí. Phản xạ một phần tại bề mặt phân cách giữa kim
loại - chất lỏng hoặc kim loại - chất rắn. Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm có độ
xuyên sâu lớn hơn hẳn phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ và ta có thể
phát hiện được nh
ững vết nứt nằm sâu bên trong vật thể (khoảng 6 -7 m sâu bên
trong khối thép). Nó cũng rất nhạy với những khuyết tật nhỏ và cho phép xác
định chính xác vị trí và kích thước của khuyết tật. Nguyên lý cơ bản của phương
pháp kiểm tra bằng siêu âm đươc trình bày trong hình 1.8
Phương pháp kiểm tra vật liệu bằng siêu âm :
(1) Hầu như được sử dụng để phát hiện các khuyết tật trong vật liệu.
(2) Sử d
ụng rộng rãi trong việc đo bề dày.
(3) Được dùng để xác định các tính chất cơ học và cấu trúc hạt của vật liệu.
(4) Được dùng để đánh giá quá trình biến đổi của vật liệu.

Hình 1.8 – Các thành phần cơ bản của máy dò khuyết tật bằng xung phản hồi
siêu âm.
Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm:
(1) Có độ nhạy cao cho phép phát hiện
được các khuyết tật nhỏ.

Bộ phát
xung
Bộ thu
Bộ phát
xung
Bộ thu
Đầu dò

Đầu dò
(a) Phương pháp xung phản hồi
(a) Phương pháp truyền qua
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

17
(2) Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng tới 6 -7 m sâu bên trong khối thép)
cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày.
(3) Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật.
(4) Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động.
(5) Chỉ cần tiếp xúc từ một phía của vật được kiểm tra.
Những hạn chế của phương pháp siêu âm:
(1) Hình dạng của vật thể kiểm tra có th
ể gây khó khăn cho công việc kiểm tra.
Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp.
(2) Phương pháp này cần phải sử dụng chất tiếp âm.
(3) Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm
tra.
(4) Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật.
(5) Thiết bị rất đắt ti
ền.
(6) Nhân viên kiểm tra cần phải có rất nhiều kinh nghiệm.
1.2. Tổng quan về hàn
Công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện
đại.
Về công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt:
- Về chế tạo: như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà, tàu thuyền, thân
máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô …
- Về tu sửa: Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh b

ị rạn, các bánh
răng bánh bị nứt, mặt đường ray bị mòn, những vật đúc bị khuyết đều có thể
dùng phương pháp hàn để tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ.
Hàn có những đặc điểm sau:
So với tán rive: Hàn tiết kiệm được 10 đến 20% khối lượng, hình dáng chi
tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại như phần đầu rivê, kim loại mất
mát do đột lỗ
vv
So với đúc hàn tiết kiệm được 50% vì không cần hệ thống rót
Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng lượng
sườn, kèo, đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chúng cũng được giảm nhẹ, độ cứng
vững của kết cấu lại tăng.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

18
Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng suất cao
so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công giảm được
cường độ lao động và tăng được độ bền chắc của kết cấu.
Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ như
hàn kim loại đen với kim loại đen, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với
kim loại màu.
Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại
vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu được áp suất cao nên
hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn
vv chịu áp lực cao.
Giảm được tiếng động khi sản xuất vv
Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là sau khi hàn vẫn tồn tại ứng su
ất dư tổ
chức kim loại gần mối hàn không tốt vv sẽ giảm khả năng chịu tải trọng động

của mối hàn, vật hàn cong vênh.
1.2.1. Lịch sử phát triển ngành hàn và thực trạng
Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ
cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh.
Năm 1802 nhà bác họ
c Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ rõ
khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư
Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp đã áp
dụng cực điện nóng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang điện.
Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và sau
đó năm 1906 hàn khí ra đời.
Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra
phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương pháp hàn
điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong công nghiệp và
đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh
mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới.
Một đóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ
quang là thành công
của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá trình phóng
hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung quanh bằng
cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc
bảo đảm chất lượng cao của mối hàn.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

19
Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn có khí bảo vệ cũng
được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên
(heli, acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô ) lúc đó đã làm cho các phương
pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng

mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ được ứng dụng mỗi ngày một nhiều hơn.
Một phát minh nổi tiếng nữa c
ủa tập thể Viện hàn điện mang tên B.O.Patôn
(Kiep- Liên Xô) là hàn điện xỉ. Quá trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xô
viết phát hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong những năm
mươi. Phương pháp hàn điện xỉ ra đời và phát triển là một cuộc cách mạng kỹ
thuật trong ngành chế tạo máy móc hạng nặng như lò hơi, tuabin, máy ép cỡ
lớn
Nói chung, các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện hơn và đượ
c sử
dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và
đặc biệt là trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một phương pháp gia
công kim loại tiên tiến và hiện đại.
Hàn ở Việt Nam cũng đã xuất hiện từ thời thượng cổ, hồi đó ông cha ta dã
biết sử dụng hàn để làm ra những dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cải
tiến điề
u kiện lao động.
Sau hòa bình chúng ta đã sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ
thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa. Nhiều công trình đồ sộ đã mọc lên
sử dụng nhiều đến hàn như lò cao khu gang thép Thái Nguyên, các nhà công
nghiệp, tàu bè, nồi hơi vv Tuy vậy việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp hàn
tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa đủ điều kiện để phát triển mạnh m
ẽ.
Với lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề
ngày càng đông đảo, chúng ta tin chắc rằng, kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày
càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.
1.2.2. Phân loại các phương pháp hàn
Mặc dù hiện nay có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau, nhưng ở đây
chỉ nêu ra những phương pháp phổ biến đang dùng tại Việt Nam. Hàn có thể có
thể được phân thành các hai loại sau:

- Hàn nóng chảy
- Hàn áp lực

Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

20
1.2.3.1. Hàn nóng chảy
Hàn nóng chảy là nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy, sau
đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với phần
lớn kim loại và hợp kim, ví dụ như thép, gang, niken, chì, kẽm, bạc, vàng, bạch
kim, nhôm, đồng, magiê và những hợp kim khác.
Dựa theo nguồn nhiệt năng sử dụng khi hàn phương pháp hàn nóng chảy
chia làm hai loại:
a. Hàn điện hồ quang:
Là phương pháp dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ
quang để sản ra nhiệt lượng đốt nóng chảy mối hàn. Hàn điện hồ quang gồm:
hàn hồ quang tay, hàn tự động và nửa tự động (hàn dưới thuốc, hàn trong môi
trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ).
b. Hàn khí (hàn hơi)
Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy để nung nóng
mối hàn đến nóng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với nhau.
Đây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nóng chảy hiệ
n nay đang dùng ở
nước ta mà chúng ta sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, đã xuất hiện
thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nóng chảy như hàn bằng tia điện tử,
hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv
1.2.3.2. Hàn áp lực
Phương pháp hàn áp lực là đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo, sau đó

được ép hoặc đập để t
ăng khả năng thẩm thấu khuếch tán của các phân tử vật
chất làm cho chúng liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Phương pháp hàn
này thích hợp với những kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua thể
nhão. Những vật liệu khác (như gang) khi đốt tới điểm nóng chảy thì lập tức
biến từ thể rắn sáng thể lỏng, không qua thể nhão, thì không thể hàn bằng
ph
ương pháp hàn áp lực. Với thép chứa 0,4%C trở lên dùng phương pháp hàn áp
lực cũng tương đối khó khăn. Theo cách nung nóng, hàn áp lực có 3 loại dưới
đây: