Ứng dụng phương pháp siêu âm fmc tfm trong kiểm tra mối hàn đường ống áp lực trong dự án gallaf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ứng dụng phương pháp siêu âm FMC-TFM
trong kiểm tra mối hàn đường ống áp lực
trong dự án Gallaf
NGUYỄN VĂN PHÚC


Ngành Kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường
Chuyên ngành Kỹ thuật hạt nhân ứng dụng và vật lý môi trường

Giảng viên hướng dẫn 1:

Th.s. Lê Văn Miễn

Bộ môn:

Kỹ thuật hạt nhận và vật lý môi trường

Viện:

Vật lý kỹ thuật

Giảng viên hướng dẫn 2:

CN. Nguyễn Duy Lân

Đơn vị:

Chữ ký của GVHD 1

Chữ ký của GVHD 2

Công ty TNHH tư vấn và dịch vụ khoa học kỹ
thuật L.C.D

HÀ NỘI, 9/2020
I


ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Ứng dụng phương pháp siêu âm FMC-TFM trong kiểm tra mối hàn đường
ống áp lực trong dự án Gallaf.

Giảng viên hướng dẫn 1
Ký và ghi rõ họ tên

Giảng viên hướng dẫn 2
Ký và ghi rõ họ tên

II


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến Cử nhân Nguyễn Duy Lân và Kỹ
sư Vũ Ngọc Vinh đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình tiếp cận, tìm hiểu về
nguyên lý cơ bản phương pháp siêu âm FMC-TFM, một trong những kỹ thuật
tiên tiến trong việc sử dụng chùm sóng âm để kiểm tra các bất liên tục nằm sâu
bên trong vật liệu.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Th.s. Lê Văn Miễn, giảng viên bộ môn Kỹ

thuật Hạt nhân và Vât lý môi trường – Viện Vật lý kỹ thuật đã hướng dẫn em
trong q trình hồn thiện Đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn trân thành đến các thầy cô bộ môn Kỹ thuật
Hạt nhân và Vật lý môi trường đã giảng dạy em trong quãng thời gian 5 năm đại
học, giúp em có 1 nền tảng kiến thức cơ bản về vật lý.
Tóm tắt nội dung đồ án
Chương 1: Cơ sở lý thuyết.
-

Lý thuyết về sóng âm và sự lan truyền của sóng âm trong mơi trường.

-

Một số phương pháp siêu âm được sử dụng phổ biến.

-

Nguyên lý cơ bản về kỹ thuật ghi ma trận đầy đủ FMC và phương pháp
lấy nét toàn phần TFM.

Chương 2: Cơ sở thực nghiệm.
-

Lựa chọn đối tượng cần kiểm tra.

-

Lựa chọn thiết bị cần kiểm tra.

-

Các bước tiến hành.

-

Tiêu chuẩn áp dụng.

Chương 3: Thực nghiệm và đánh giá kết quả.
-

Quy trình quét FMC trên thiết bị Veo+ 32:128PR.

-

Sử dụng phần mềm UTstudio+ để tính tốn TFM và đánh giá khuyết tật.

Kết luận:

Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên

III


MỤC LỤC
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP.............................................................................II
Lời cảm ơn................................................................................................III
Tóm tắt nội dung đồ án...........................................................................III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................VII
DANH MỤC HÌNH ẢNH....................................................................VIII

DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................XII
Lời mở đầu............................................................................................XIII
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................1
1.1. Giới thiệu chung về kiểm tra không phá hủy....................................1
1.1.1. Định nghĩa.................................................................................1
1.1.2. Ứng dụng...................................................................................1
1.1.3. Một số phương pháp kiểm tra không phá hủy thông dụng........1
1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp kiểm tra siêu âm.........................1
1.2.1. Bản chất của sóng âm................................................................1
1.2.2. Định nghĩa về phương pháp kiểm tra siêu âm...........................2
1.2.3. Đặc điểm của sóng siêu âm.......................................................2
1.2.4. Chùm tia siêu âm.......................................................................4
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự suy giảm của chùm tia siêu âm. 6
1.2.6. Một số phương pháp cơ bản trong kiểm tra siêu âm.................7
1.3. Phương pháp siêu âm PAUT............................................................9
1.3.1. Cấu tạo cơ bản của đầu dò PAUT.............................................9
1.3.2. Nguyên lý cơ bản của phương pháp PAUT.............................10
1.3.3. Một số phép quét thông dụng..................................................12
1.4. Kỹ thuật ghi ma trận đầy đủ FMC và phương pháp lấy nét toàn
phần TFM 13
1.4.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật FMC.......................................13
IV


1.4.2. Hướng truyền sóng và chế độ kiểm tra trong FMC.................14
1.4.3. Phương pháp lấy nét toàn phần. (Total Focusing Method –
TFM).............................................................................................................15
1.4.4. Đặc điểm tín hiệu TFM............................................................16
1.4.5. Thơng số khung hình TFM......................................................17
1.4.6. TFM và luật làm trễ.................................................................17

1.5. Những loại hiển thị trong PAUT và FMC-TFM.............................17
1.6. Một số thiết bị được sử dụng trong kiểm tra siêu âm mảng điều pha
PAUT và kỹ thuật FMC-TFM...........................................................................20
1.6.1. Thiết bị dò khuyết tật sử dụng siêu âm....................................20
1.6.2. Các loại đầu dò được sử dụng trong kiểm tra siêu âm...........21
1.6.3. Nêm..........................................................................................24
1.6.4. Chất tiếp âm............................................................................24
1.6.5. Bộ quét và mã hóa vị trí..........................................................25
1.6.6. Các mẫu chuẩn........................................................................25
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM................................................27
2.1. Thông số về đối tượng cần kiểm tra...............................................28
2.2. Lựa chọn thiết bị kiểm tra...............................................................30
2.2.1. Thiết bị kiểm tra siêu âm.........................................................30
2.2.2. Lựa chọn đầu dò......................................................................32
2.2.4. Lựa chọn nêm..........................................................................33
2.2.5. Lựa chọn chất tiếp âm và dụng cụ nạp tiếp âm.......................33
2.2.6. Bộ qt và mã hóa vị trí..........................................................35
2.2.7. Máy tính và phần mềm xử lý tín hiệu.......................................36
2.2.7. Mẫu chuẩn...............................................................................36
2.3. Các bước tiến hành.........................................................................39
2.3.1. Chuẩn bị..................................................................................39
V


2.3.2. Tiến hành chuẩn máy...............................................................40
2.4. Tiêu chuẩn áp dụng........................................................................46
2.5. Một số khuyết tật điển hình.............................................................48
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ..............51
3.1. Tiến hành quét FMC.......................................................................51
3.2. Tiến hành tính toán TFM................................................................53

3.3. Kết quả thu được............................................................................55
3.4. Đánh giá.........................................................................................58
3.4.1. Cơ sở đánh giá.........................................................................58
3.4.2. Mối hàn 4in-11.13...................................................................60
3.4.3. Mối hàn 6in-21.95...................................................................61
3.4.4. Mối hàn 8in-18.26...................................................................63
3.4.5. Mối hàn 10in-21.44.................................................................64
3.4.6. Mối hàn 12in-33.32.................................................................67
3.4.7. Mối hàn 18in-34.93.................................................................67
KẾT LUẬN..............................................................................................69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................70

VI


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

VT

Visual Test

Kiểm tra bằng mắt

MT

Magnetic particle Test

Kiểm tra bằng hạt từ

PT

Panetrant Test

Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu

ECT

Eddy Current Test

Kiểm tra bằng dịng điện xốy

RT

Radiographic Test

Kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ

UT

Ultrasonic Test

Kiểm tra bằng sóng siêu âm

PAUT

Phased Array Ultrasonic Test

Kiểm tra bằng siêu âm mảng điều
pha

FMC

Full Matrix Capture

Ghi hình ma trận đầy đủ

TFM

Total Focusing Method

Phương pháp lấy nét toàn phần

NDT

Non-Destructive Testing

Kiểm tra khơng phá hủy

L-Scan

Linear Scan

Phép qt tuyến tính

E-Scan

Electronic Scan

Phép qt điện tử

S-Scan

Sectorial Scan

Phép quét hình quạt

TCG

Time – Corrected Gain

FSH

Full Screen Height

Chiều cao tồn màn hình

ASME

American Society of

Liên đồn kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ

Mechanical Engineering

VII

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình ảnh

Nội dung

Trang

Hình 1.1.

Sự phản xạ và truyền qua khi sóng tới thẳng góc

3

Hình 1.2.

Sự khúc xạ và chuyển đổi dạng sóng khi sóng dọc tới

4

xiên góc
Hình 1.3.

Một dạng của chùm tia siêu âm từ một biến tử hình đĩa

5

trịn.
Hình 1.4.

Sự phân bố của cường độ dọc theo trục khoảng cách.

5

Hình 1.5.

Sự phân bố khơng đồng đều giữa các thành phần vật

6

liệu.
Hình 1.6.

vị trí của đầu dị phát và thu trong phương pháp truyền

7

qua.
Hình 1.7.

hiển thị trên màn hình các khuyết tật có kích thước khác

7

nhau trong phương pháp truyền qua.
Hình 1.8.

Nguyên lý của phương pháp xung phản hồi.

8

Hình 1.9.

Cấu tạo cơ bản của đầu dị PAUT loại 1-D.

9

Hình 1.10.

Ví dụ về ứng dụng cơng nghệ siêu âm mảng điều pha

10

trên một mẫu có hình dạng phức tạp.
Hình 1.11.

Sự hình thành chùm sóng âm phát ra và ghi nhận sóng

11

âm trên đầu dị đa biến tử.
Hình 1.12.

Ví dụ về mơ phỏng hình ảnh mặt sóng trong một khối

11

thủy tinh áp dụng phép quét tuyến tính sử dụng đầu dị
đa biến tử có tần số 7.5 MHz, 12 biến tử với khoảng

cách gữa tâm của 2 biến tử là p = 2mm.
Hình 1.13.

Nguyên lý hội tụ chùm tia.

12

Hình 1.14.

Nguyên lý hoạt động của đầu dò 1-D trong phép qt

12

tuyến tính.
Hình 1.15.

Ngun lý của phép qt hình quạt và hiển thị dữ liệu

13

sóng âm trong S-scan phát hiện vết nứt chân mối hàn
(dải góc qt: 33° đến 58°).
Hình 1.16.

Đầu dị mảng tuyến tính D1A sử dụng trong phép qt

13

FMC.
VI

Hình 1.17.

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật FMC.

14

Hình 1.18.

Thuật tốn TFM.

14

Hình 1.19.

Mơ hình chế độ xung dội TT (bên trái) và chế độ

15

Tandem TTT (bên phải).
Hình 1.20.

Minh họa về phương pháp hội tụ tổng (TFM).

15

Hình 1.21.

Tác dụng của việc cộng tổng N khung hình so với 1

16

khung hình
Hình 1.22.

Chế độ xung dội TT và chế độ Tandem TTL.

17

Hình 1.23.

Hiển thị A-scan của một tia khúc xạ góc 57°.

18

Hình 1.24.

Mơ tả hiển thị B-scan áp dụng cho kiểm tra mối hàn.

18

Hình 1.25.

Bến trái: Hiển thị B-scan (bên dưới) của đường truyền

18

góc 65°. Bên phải: Hiển thị B-scan của đường truyền
góc 55°.

Hình 1.26.

Mơ tả cách hiển thị Top view và End view trong phép

19

quét hình quạt S-scan.
Hình 1.27.

Hiển thị Top view thực tế.

19

Hình 1.28.

Hình ảnh thực tế hiển thị End view

20

Hình 1.29.

Máy siêu âm Veo+ do hãng Sonatest sản xuất.

21

Hình 1.30.

Bên trái: Đầu dò đơn biến tử. Bên phải: đầu dò kép.

21

Hình 1.31.

Đầu dị thẳng sử dụng nêm trễ

22

Hình 1.32.

Bên trái: Đầu dị sử dụng nêm góc. Bên Phải: Đầu dị

22

góc.
Hình 1.33.

Đầu dò X0 loại 1-D sử dụng trong kiểm tra ống nhỏ

23

hoặc tơn mỏng.
Hình 1.34.

Đầu dị D1A loại 1-D sử dụng trong kỹ thuật FMC.

24

Hình 2.1.

Hiện trường kiểm tra thực tế đường ống áp lực.

28

Hình 2.2.

Minh họa đường ống cần kiểm tra.

29

Hình 2.3.

Đầu dị D1A-5M32E-0.8×12 do hãng SONATEST sản

32

xuất.
Hình 2.4.

Nêm D1AW-N57S do hãng SONATEST sản xuất ứng

33

với từng loại đường kính ống.

IX


Hình 2.5.

Chất tiếp âm Sonagel.

34

Hình 2.6.

Bình chứa chất tiếp âm.

35

Hình 2.7.

Bộ qt Microbe tích hợp mã hóa vị trí.

35

Hình 2.8.

Mẫu chuẩn V1.

37

Hình 2.9.

Mẫu chuẩn V2.

38

Hình 2.10.

Mẫu chuẩn TCG.

38

Hình 2.11.

Mẫu chuẩn TCG cho TFM.

39

Hình 2.12.

Hiển thị đồng thời 2 phép quét FMC và S-scan trong 1

42

lần qt.
Hình 2.13.

Di chuyển đầu dị dọc theo chiều dài mẫu

45

Hình 2.14.

Khuyết tật thiếu ngấu vách.

48

Hình 2.15.

Khuyết tật thiếu ngấu chân.

49

Hình 2.16.

Khuyết tật nứt

49

Hình 2.17.

Khuyết tật rỗ khí

49

Hình 2.18.

Khuyết tật xỉ.

50

Hinh 3.1.

Vị trí xung quanh mối hàn được mài trước khi qt.

51

Hình 3.2.

Mơ tả bố trí hình học.

51

Hình 3.3.

Bố trí hình học qt trong thực tế.

52

Hình 3.4.

Tín hiệu thu được sau khi qt FMC.

53

Hình 3.5.

Thiết lập chế độ tính tốn TFM và thơng số khung
hình.
Hình ảnh TFM của một mối hàn có đường kính 8in, bề

54

Hình 3.6.

55

dày 18.26mm.
Hình 3.7.

Hình ảnh và Dữ liệu quét của mối hàn 4in-11.13.

55

Hình 3.8.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 6in-21.95-01.

55

Hình 3.9.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 6in-21.95-02.

56

Hình 3.10.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 8in-18.26-01.

56

Hình 3.11.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 8in-18.26-02.

56

Hình 3.12.

Hình ảnh và dữ liệu quét mối hàn 10in-21.44-01.

57

Hình 3.13.

Hình ảnh và dữ liệu quét mối hàn 10in-21.44-02.

57

Hình 3.14.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 12in-33.32.

57

Hình 3.15.

Hình ảnh và dữ liệu quét của mối hàn 18in-34.93.

58

X


Hình 3.16.

Mơ tả 4 dạng hiển thị dữ liệu được sử dụng.

58

Hình 3.17.

Dữ liệu quét mối hàn 4in-11.13.

60

Hình 3.18.

Hiển thị 3 bất liên tục lần lượt tại các vị trí 102mm,

60

295mm và 360mm.
Hình 3.19.

Hiển thị dữ liệu quét mối hàn 6in-21.95-01.

62

Hình 3.20.

Hiển thị dữ liệu quét của mối hàn 6in-21.95-02.

62

Hình 3.21.

Hiển thị dữ liệu quét mối hàn 8in-18.26.

63

Hình 3.22.

Hình ảnh 2 bất liên tục trên hiển thị TFM và A-Scan.

64

Hình 3.23.

Hình ảnh dữ liệu quét mối hàn 10in-21.44-01.

65

Hình 3.24.

Hình ảnh dữ liệu quét PAUT của mối hàn 10in-21.44-

66

01.
Hình 3.25.

Điểm bất liên lục tại vị trí 769mm

66

Hình 3.26.

Hình ảnh biểu diễn dữ liệu quét mối hàn 10in-21.44-

66

02.
Hình 3.27.

Hình ảnh biểu diễn bất liên tục trong mối hàn 12in-

67

33.32.
Hình 3.28.

Hình ảnh biểu diễn vị trí bất liên tục trong mối hàn

68

18in-34.93.

X


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng 1.1.

Nội dung

Trang

Phạm vi các dải tần số siêu âm được dùng phổ biến cho

2

kiểm tra một số sản phẩm công nghiệp.
Bảng 1.2.

23

Bảng 2.1.

Một số kiểu thiết kế biết tử đầu dị sử dụng trong
PAUT.
Một số thơng tin cơ bản về mối hàn.

Bảng 2.2.

Thông số kĩ thuật của thiết bị VEO+ 32:128PR.

31

Bảng 2.3.

Cấu hình mối hàn.

41

29

X


Lời mở đầu
Hiện nay, đất nước ta đang trong quá trình cơng nghiệp hóa – hiện đại
hóa. Chính vì vậy, các ngành công nghiệp nặng được chú trọng hàng đầu. Tuy
nhiên, để phát triển một cách bền vững thì những sản phẩm được tạo ra phải có
chất lượng cao. Việc ứng dụng các phương pháp NDT là không thể thiếu nhằm
nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trên thế giới hiện nay có hàng chục phương pháp NDT khác nhau, chúng
đều có ưu điểm và nhược điểm riêng và đó là lí do mà các phương pháp này vẫn
còn tồn tại cho đến ngày nay. Từ các phương pháp truyền thống như phương
pháp chụp ảnh phóng xạ (RT), quang học (VT), hạt từ (MT), thẩm thấu (PT),
dịng điện xốy (ET), siêu âm (UT)… cho đến các phương pháp sử dụng công
nghệ cao như chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số (CR&DR), siêu âm mảng điều pha
(PAUT), siêu âm FMC-TFM,… vẫn được sử dụng rộng rãi.
Phương pháp siêu âm truyền thống (UT) nhằm kiểm tra các khuyết tật bên
trong vật liệu đã được ứng dụng và phát triển từ những năm 1940. Với sự phát
triển về khoa học kỹ thuật, ngày nay các phương pháp siêu âm nâng cao được
ứng dụng rất rộng rãi như phương pháp nhiễu xạ thời gian bay (TOFD), phương
pháp siêu âm mảng điều pha (PAUT), kỹ thuật ghi ma trận đầy đủ - phương pháp
lấy nét toàn phần (FMC-TFM) đã cho thấy hiệu quả trong việc xác định kích
thước và vị trí khuyết tật bên trong vật liệu.
Kỹ thuật FMC-TFM với khả năng hội tụ chùm tia tại mọi điểm trong khu
vực cần kiểm tra, xác định chính xác kích thước và vị trí khuyết tật thơng qua các
hình ảnh được mã hóa màu và thơng tin tọa độ. Với những ưu điểm vượt trội đó,
kỹ thuật này đang dần thay thế phương pháp chụp ảnh phóng xạ nhằm giảm liều
bức xạ lên cơ thể con người.
Nội dung Đồ án tốt nghiệp dưới đây sẽ giúp chúng ta có cái nhìn rõ ràng
hơn về kỹ thuật này thơng qua việc ứng dụng nó trên các mối hàn đường ống áp

lực trong dự án Gallaf.

X



CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu chung về kiểm tra không phá hủy. [1]
1.1.1. Định nghĩa.
Kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm
tra các bất liên tục bên trong hoặc trên bề mặt vật liệu mà không làm ảnh hưởng
đến các tính chất vật lý hay khả năng sử dụng của vật liệu được kiểm tra.
1.1.2. Ứng dụng.
Một số ứng dụng thường được sử dụng trong kiểm tra không phá hủy như
là phát hiện các bất liên tục như vết nứt, ngậm xỉ, rỗ khí, thiếu ngấu, thiếu thấu
chân, lệch mép tôn trong các mối hàn. Kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ
ẩm của bê tông, đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt
của vật liệu…
1.1.3. Một số phương pháp kiểm tra không phá hủy thông dụng.
 Phương pháp kiểm tra bằng thị giác và quang học (Visual Test – VT).
 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle Test - MT).
 Phương pháp kiểm tra bằng dịng điện xốy (Eddy Current Test – ECT).
 Phương pháp kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (Panetrant Test – PT).
 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiographic Test – RT).
 Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Test – UT).
 Phương pháp siêu âm mảng điều pha (Phased Array Ultrasonic Test – PAUT).
1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp kiểm tra siêu âm. [1]
1.2.1. Bản chất của sóng âm.
Âm thanh được phát ra bởi một vật thể đang dao động và chuyển động
dưới dạng sóng. Chùm sóng âm di chuyển xuyên qua vật liệu bằng cách làm cho

các phần tử của vật liệu đó dao động.
Tần số sóng quyết định bước sóng của âm thanh (số chu kỳ hồn thành trong
một đơn vị thời gian)
𝑓 =

𝑣
𝜆

(1.1)

Trong đó: 𝑓: tần số sóng âm
1


𝑣: vận tốc sóng âm
𝜆: bước sóng
1.2.2. Định nghĩa về phương pháp kiểm tra siêu âm.
Phương pháp kiểm tra siêu âm là sử dụng chùm sóng âm tần số cao truyền
vào vùng vật liệu cần kiểm tra. Nếu khơng có khuyết tật, chùm sóng siêu âm sẽ
đi thẳng và chỉ có phản xạ tại bề mặt đáy của vật liệu. Nếu có khuyết tật, chùm
sóng siêu âm sẽ phản xạ ngược trở lại tại vị trí có khuyết tật.
Với sự giúp sức mạnh mẽ của thiết bị điện tử và các phần mềm được lập
trình sẵn, việc xác định vị trí khuyết tật rất dễ dàng dựa vào thời gian sóng âm di
chuyển trong vật liệu và vận tốc sóng âm của vật liệu đó. Dựa vào độ mạnh yếu
của chùm sóng âm phản hồi, ta cũng có thể đánh giá được kích thước khuyết tật.
1.2.3. Đặc điểm của sóng siêu âm.
Sóng siêu âm là sóng âm có tần số lớn hơn dải tần số mà con người có thể
nghe được, nghĩa là lớn hơn 20kHz.
Bảng 1.1. Phạm vi các dải tần số siêu âm được dùng phổ biến cho kiểm tra một
số sản phẩm công nghiệp.

Âm
20 Hz

20 kHz

Dải tần số tai người
có thể nghe thấy

Siêu âm
0.5 MHz

1.0 MHz

2.0 MHz

5.0 MHz

10.0 MHz

Kiểm tra sản phẩm đúc, rèn
Kiểm tra mối hàn
Kiểm tra bề dày

a. Quá trình truyền qua và phản xạ khi sóng tới thẳng góc.
Khi sóng siêu âm tới thẳng góc với mạt phân cách giữa hai mơi trường có
âm trở khác nhau thì một phần sóng sẽ truyền qua bị phản xạ và một phần sóng
sẽ truyền qua ranh giới này. Bề mặt mà tại đó xảy ra sự phản xạ gọi là mặt phân
cách.
Phần năng lượng của sóng âm bị phản xạ hoặc truyền qua phụ thuộc vào
sự khác biệt âm trở giữa hai môi trường. Nếu sự khác biệt này lớn thì phần lớn

năng lượng sẽ bị phản xạ ngược trở lại và chỉ một phần nhỏ năng lượng truyền
qua ranh giới. Ngược lại, nếu sự khác biệt âm trở giữa hai mơi trường là nhỏ thì
phần lớn năng lượng sóng âm sẽ được truyền qua và chỉ một phần nhỏ bị phản xạ
2


ngược trở lại.

3


Hình 1.1. Sự phản xạ và truyền qua khi sóng tới thẳng góc
Hệ số phản xạ và hệ số truyền qua của sóng âm khi đi qua mặt phân cách
giữa hai mơi trường được tính theo cơng thức sau:
Ir
R=
=
Ii

(Z2 − Z1)2
( +
Z1 Z2

It
T =I =
(Z
i

(1.2)

)2

4
Z2Z1 )2
+
Z

1

(1.3)

2

Trong đó: R: Hệ số phản xạ.
T: Hệ số truyền qua.
Ir: Cường độ sóng siêu âm phản xạ tại mặt phân cách.
Ii: Cường độ sóng siêu âm tới.
It: Cường độ sóng siêu âm truyền qua.
Z1: âm trở của môi trường 1.
Z2: âm trở của môi trường 2.
b. Quá trình truyền qua và phản xạ khi góc tới xiên góc.
Nếu sóng siêu âm tới mặt phân cách xiên góc thì sự phản xạ và truyền qua
của sóng trở nên phức tạp hơn trường hợp góc tới thẳng góc. Khi góc tới xiên sẽ
xảy ra hiện tượng chuyển đổi dạng sóng (tức là một sự thay đổi về bản chất của
dao động sóng) và khúc xạ (một sự thay đổi về phương truyền của sóng).
4


Sóng dọc tới khi ấy được chia thành hai thành phần: một phần là sóng dọc
và một phần là sóng ngang (trượt) và điều gì sẽ xuất hiện đối với từng thành phần

5


này. Ký hiệu L1 và S1 là thành phần dọc và sóng ngang (trượt) trong mơi trường
1 và L2 và S2 là thành phần dọc và sóng ngang (trượt) trong mơi trường 2. Tất
nhiên sẽ khơng có các thành phần ngang phản xạ và khúc xạ nếu môi trường 1
hoặc mơi trường 2 khơng phải là mơi trường rắn.

Hình 1.2. Sự khúc xạ và chuyển đổi dạng sóng khi sóng dọc tới xiên góc.
Trong đó: αL: Góc tới của sóng dọc.
T: Góc phản xạ của sóng ngang.
T: Góc khúc xạ của sóng ngang.
L: Góc khúc xạ của sóng dọc.
Định luật Snell “Khi một sóng siêu âm tới mặt phân cách thì định luật
chung xác định phương của các sóng phản xạ và khúc xạ được biết dưới tên định
luật Snell. Theo định luật này thì tỷ số giữa sin của góc tới và sin của góc phản
xạ hay khúc xạ bằng tỷ số của các vận tốc tương ứng của sóng tới, sóng phản xạ
hay sóng khúc xạ.
Về phương diện toán học, định luật Snell được biểu diễn bởi :

Trong đó: 𝛼:
tới.
𝛽:

Góc

𝑣
sin
1

𝛼
=
𝑣
sin
2
𝛽

(1.3
)

Góc phản xạ hay hóc khúc xạ.

𝑣1: Vận tốc sóng tới.
𝑣2: Vận tốc của sóng phản xạ hay khúc xạ.
1.2.4. Chùm tia siêu âm.
Vùng mà sóng siêu âm truyền từ một biến tử siêu âm được gọi là chùm tia
6