Cơ sở phương pháp kiểm tra NDT bằng siêu âm

Phương pháp kiểm tra siêu âm
Bài 1. Cơ sở nguyên lí
• Lịch sử-Nguyên lí
• Bảnchấtsiêuâm
• Đặctrưng lan truyền
sóng âm
• Các loạisóngsiêuâm
• Biểuhiệncủasóng
siêu âm
• Tạovàpháthiệnsiêu
âm
• Đặctrưng chùm tia
siêu âm
L
L
ị
ị
ch
ch
s
s
ử
ử
Khoa
Khoa
h
h
ọ
ọ
c
c

siêu
siêu
âm
âm
c
c
ó
ó
l
l
ị
ị
ch
ch
s
s
ử
ử
lâu
lâu
đ
đ
ờ
ờ
i
i
,
,
t
t

ừ
ừ
th
th
ế
ế
k
k
ỷ
ỷ
19,
19,
v
v
ớ
ớ
i
i
c
c
á
á
c
c
tên
tên
tu
tu
ổ
ổ

i
i
l
l
ớ
ớ
n
n
như
như
:
:
Lamb,
Lamb,
Rayleigh
Rayleigh
, Curie,
, Curie,
Lippman
Lippman
,
,
Lebedev
Lebedev
,
,
Sokolov
Sokolov
…
…

.
.
ph
ph
á
á
t tri
t tri
ể
ể
n
n
liên t
liên t
ụ
ụ
c
c
cho đ
cho đ
ế
ế
n ng
n ng
à
à
y nay
y nay
L
L

ị
ị
ch
ch
s
s
ử
ử
•
•
Vi
Vi
ệ
ệ
c
c
chuy
chuy
ể
ể
n
n
ng
ng
à
à
nh
nh
khoa
khoa

h
h
ọ
ọ
c
c
n
n
à
à
y
y
th
th
à
à
nh
nh
c
c
á
á
c
c
k
k
ỹ
ỹ
thu
thu

ậ
ậ
t
t
ki
ki
ể
ể
m
m
tra
tra
siêu
siêu
âm
âm
hi
hi
ệ
ệ
n
n
đ
đ
ạ
ạ
i
i
ứ
ứ

ng
ng
d
d
ụ
ụ
ng
ng
trong
trong
cu
cu
ộ
ộ
c
c
s
s
ố
ố
ng
ng
,
,
c
c
ó
ó
l
l

ẽ
ẽ
đã
đã
xu
xu
ấ
ấ
t
t
ph
ph
á
á
t
t
t
t
ừ
ừ
bi
bi
ể
ể
n
n
c
c
ả
ả

-
-
đ
đ
ạ
ạ
i
i
dương
dương
:
:
-
-
n
n
ỗ
ỗ
l
l
ự
ự
c
c
ph
ph
á
á
t
t

hi
hi
ệ
ệ
n
n
t
t
à
à
u
u
ng
ng
ầ
ầ
m
m
trong
trong
Chi
Chi
ế
ế
n
n
tranh
tranh
th
th

ế
ế
gi
gi
ớ
ớ
i
i
l
l
ầ
ầ
n
n
I
I
-
-
Th
Th
ả
ả
m
m
ho
ho
ạ
ạ
t
t

à
à
u
u
Titanic
Titanic
va
va
n
n
ú
ú
i
i
băng
băng
1912
1912
-
-
S
S
ự
ự
ph
ph
á
á
t
t

tri
tri
ể
ể
n
n
k
k
ỹ
ỹ
thu
thu
ậ
ậ
t
t
vô
vô
tuy
tuy
ế
ế
n
n
đi
đi
ệ
ệ
n
n

t
t
ử
ử
v
v
à
à
radar
radar
nh
nh
ữ
ữ
ng
ng
năm
năm
30
30
-
-
40
40
th
th
ế
ế
k
k

ỷ
ỷ
trư
trư
ớ
ớ
c
c
:
:
ph
ph
á
á
t
t
minh
minh
CRT
CRT
L
L
ị
ị
ch
ch
s
s
ử
ử

• Những hệ thống dò khuyếttật siêu âm xung
dộihiện đạihoànchỉnh đầutiênđầutiênđã
cùng được độclậpthiếtkế bởi các nhà khoa
học Anh, ĐứcvàHoaKỳ vào các năm 42-
47: Sproul,Trost và Gotz, Firestone.
• Từđây, các nguyên lí chủ yếu phát hiện
khuyếttậtbằng kỹ thuật xung dộilàgiống
như ngày nay. Sự phát triểnmạnh xảyra
chủ yếutrong
lĩnh vực máy móc, điệntử và
xử lí số liệu….
Nguyên lý
• Sóng siêu âm, sóng âm
có tầnsố cao, được
truyền vào vậtliệukiểm
tra, phảnxạ lạitừ các
bề mặthoặckhuyếttật.
• Năng lượng âm phảnxạ
đượchiểnthị tương ứng
với thờigianlan truyền
cho biếtsự tồntại, vị trí
và kích thướckhuyếttật
Nguyªn lý
• Ph−¬ng ph¸p kiÓm tra siªu ©m xung déi- A-scan
plate
crack
0 2 4 6 8 10
initial
pulse
crack

echo
back surface
echo
Oscilloscope, or flaw
detector screen
Bảnchấtsiêuâm
• Sóng siêu âm
là các sóng
âm có tầnsố
lớn, nằm
ngoài khả
năng nghe
củatai người.
Bản chất siêu âm
Sóng âm là sự lan
truyền của các dao
động cơ học trong
môi trường vật chất
z Dao động cơ học là sự dịch
chuyển của phần tử môi
trường xung quanh một vị trí
cân bằng nào đó
Bảnchấtsiêuâm
• Để có các khái niệmliênquanđếndaođộng và
sóng, cầnnghiêncứu chuyển động củamộttrọng
vật đượctreobằng mộtsợidâyđàn hồi:
- Chu trình
- Chu kỳ dao động
- Tầnsố dao động
- Biên độ dao động

Bảnchấtsiêuâm
• Điềukiện để dao động
cơ họclantruyền đi
đượclàphảicómôt
trường vậtchất,
trong đócácphầntử
liên kếtvới nhau bởi
các lực đàn hồi, dao
động củabấtkỳ một
phầntử nào sẽ kéo
theo dao động củacác
phầntử khác, do đó
mà dao động được
truyền đi:
đólàsóng âm !!!
Tầnsố:
- Là số dao động của các phầntử môi trường
trong một đơnvị thờigian(1giây).
(Tầnsố thường đượckíhiệulà f)
- Đơnvị : Hertz
1Hz = 1 dao động/giây
1KHz = 1 000 Hz
1MHz = 1 000KHz = 1 000 000 Hz
Các đạilượng đặctrưng
sóng âm
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Bướcsóng:
- Độ dài sóng lan truyền được sau khoảng thời
gian mộtchukỳ T
-Kíhiệu

λ
Vậntốc:
Độ dài sóng lan truyền đượcsaumột đơnvị thời
gian
- Là tốc độ truyềnnăng lượng giữahaiđiểm
trong môi trường do sự lan truyềnsónggâyra.
-Kíhiệulà
v
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Mối quan hệ cơ bản:
λ = v.T ; v = λ / T
f = 1 / T ; v = λ . f
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Âm trở:
là đạilượng mô tả sự cảntrở của
vậtliệu đốivới quá trình lan truyền
sóng âm, đượcxácđịnh :
Z =
ρ
. v.
ở đây,
ρ
-mật độ của vậtliệu
v - vậntốctruyềnâm
Các đạilượng đặc trưng sóng âm
Âm áp:
Là mộtkháiniệmmôtả các ứng suất(lực) tuần
hoàn tác dụng trong vậtliệu khi có sự lan truyền
sóng âm, đượcxácđịnh,

P = Z . a
Z - âm trở
a - biên độ dao động củahạt
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Cường độ âm:
Là sự truyềnnăng lượng cơ họcgâybởisóng
âm qua một đơnvị diệntíchvuônggócvớihướng
truyềnsóng
P
2
P.a
I = I =
2 Z 2
I - là cường độ ; P - là âm áp
Z - âm trở ; a - biên độ dao động củahạt
Các phương trình sóng cơ bản:
a = a
o
Sin 2πft
a - độ dịch chuyểncủahạt ở thời điểmt
a
o
-biênđộ dao động củahạt
f - Tầnsố dao động
T = 1/f
a
t
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Các phương trình sóng cơ bản:
a = a

o
Sin 2πf(t-x/v)
a - độ dịch chuyểncủahạt(ở thời điểmt và
khoảng cách x tính từ hạt đầutiênbị kích thích
a
o
-biênđộ của sóng ( biên độ dao động củahạt)
f - Tầnsố dao động ; v - vậntốc lan truyền sóng
Các đạilượng đặctrưng sóng âm
Các loại sóng siêu âm
§−îc ph©n
lo¹i trªn c¬
së ph−¬ng
dao ®éng cña
c¸c h¹t m«i
tr−êng so víi
ph−¬ng
truyÒn sãng.
Phương dao động
phầntử môi trường
song song với
phương lan truyền
sóng
Các loại sóng siêu âm.
Sóng dọc (sóng nén)
Các loại sóng siêu âm
• Sóng ngang
(sóng trượt)
• Phương dao
động của

các hạt
vuông góc
vớiphương
truyền sóng.
Sóng bề mặt (sóng Rayleigh):
Loại sóng này chØ lan truyềndọctrênmột
bề mặt củachấtrắntiếpxúcvớichấtkhí.
-Vậntốccủa sóng bề mặt ~90% vậntốc
của sóng ngang
-Chiềusâuhiệu ứng (tính từ bề mặt)
≤ λ
Các loạisóngsiêuâm
Sóng bảnmỏng (sóng Lamb):
Khi sóng bề mặtlantruyền trong mộtvậtliệucóchiềudày≤ 3λ thì sẽ
xuấthiệnmộtdạng sóng khác gọilàsóng bảnmỏng.
Vậntốccủasóngbảnmỏng phụ thuộc:
-Loạivậtliệu
-Chiềudàyvậtliệu
-Tầnsố và dạng sóng
(Khi đóvậtliệudaođộng như mộtbảnmỏng và sóng tràn ngập toàn bộ vậtliệu)
Các loạisóngsiêuâm