Phương pháp kiểm tra siêu âm mối hàn UT

Phương pháp kiểm tra siêu âm mối
hàn UT

Bài 1. Cơ sở nguyên lí

Lịch sử-Nguyên lí

Bản chất siêu âm

Đặc trưng lan truyền
sóng âm

Các loại sóng siêu âm

Biểu hiện của sóng siêu
âm

Tạo và phát hiện siêu
âm

Đặc trưng chùm tia siêu
âm


Lịch sử
Lịch sử

Khoa học siêu âm có lịch sử lâu đời, từ
Khoa học siêu âm có lịch sử lâu đời, từ
thế kỷ 19, với các tên tuổi lớn như:
thế kỷ 19, với các tên tuổi lớn như:
Lamb, Rayleigh, Curie, Lippman,
Lamb, Rayleigh, Curie, Lippman,
Lebedev, Sokolov…. ph
Lebedev, Sokolov…. ph
át triển
át triển


liên tục
liên tục
cho đến ngày nay
cho đến ngày nay


Lịch sử
Lịch sử
•
Việc chuyển ngành khoa học này thành các
Việc chuyển ngành khoa học này thành các
kỹ
kỹ
thuật kiểm tra siêu âm
thuật kiểm tra siêu âm
hiện đại ứng dụng
hiện đại ứng dụng
trong cuộc sống, có lẽ đã xuất phát từ

trong cuộc sống, có lẽ đã xuất phát từ


biển cả-đại dương
biển cả-đại dương
:
:
-
n
n
ỗ
ỗ
lực phát hiện tàu ngầm trong Chiến tranh
lực phát hiện tàu ngầm trong Chiến tranh
thế giới lần I
thế giới lần I
-
Thảm hoạ tàu Titanic va núi băng 1912
Thảm hoạ tàu Titanic va núi băng 1912
-
Sự phát triển kỹ thuật vô tuyến điện tử và
Sự phát triển kỹ thuật vô tuyến điện tử và
radar những năm 30-40 thế kỷ trước: phát
radar những năm 30-40 thế kỷ trước: phát
minh CRT
minh CRT


Lịch sử
Lịch sử

•
Những hệ thống dò khuyết tật siêu âm xung
dội hiện đại hoàn chỉnh đầu tiên đầu tiên đã
cùng được độc lập thiết kế bởi các nhà khoa
học Anh, Đức và Hoa Kỳ vào các năm 42-
47: Sproul,Trost và Gotz, Firestone.
•
Từ đây, các nguyên lí chủ yếu phát hiện
khuyết tật bằng kỹ thuật xung dội là giống
như ngày nay. Sự phát triển mạnh xảy ra
chủ yếu trong lĩnh vực máy móc, điện tử và
xử lí số liệu….
Nguyên lý

Sóng siêu âm, sóng âm có
tần số cao, được truyền
vào vật liệu kiểm tra, phản
xạ lại từ các bề mặt hoặc
khuyết tật.

Năng lượng âm phản xạ
được hiển thị tương ứng
với thời gian lan truyền
cho biết sự tồn tại, vị trí và
kích thước khuyết tật
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
Bản chất siêu âm

Sóng siêu âm
là các sóng
âm có tần số
lớn, nằm ngoài
khả năng nghe
của tai người.
Bản chất siêu âm
Sóng âm là sự lan
truyền của các dao
động cơ học trong
môi trường vật chất

Dao động cơ học là sự dịch
chuyển của phần tử môi
trường xung quanh một vị trí
cân bằng nào đó
Bản chất siêu âm

Để có các khái niệm liên quan đến dao động và sóng,

cần nghiên cứu chuyển động của một trọng vật được
treo bằng một sợi dây đàn hồi:
-
Chu trình
-
Chu kỳ dao động
-
Tần số dao động
-
Biên độ dao động
Bản chất siêu âm

Điều kiện để dao động
cơ học lan truyền đi
được là phải có môt
trường vật chất, trong
đó các phần tử liên kết
với nhau bởi các lực
đàn hồi, dao động của
bất kỳ một phần tử nào
sẽ kéo theo dao động
của các phần tử khác, do
đó mà dao động được
truyền đi:
đó là sóng âm !!!
Tần số:
- Là số dao động của các phần tử môi trường
trong một đơn vị thời gian (1giây).
(Tần số thường được kí hiệu là f)
- Đơn vị : Hertz

1Hz = 1 dao động/giây
1KHz = 1 000 Hz
1MHz = 1 000KHz = 1 000 000 Hz


Các đại lượng đặc trưng
Các đại lượng đặc trưng
sóng âm
sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Bước sóng
Bước sóng
:
:


-
-
Độ dài sóng lan truyền được sau khoảng thời
Độ dài sóng lan truyền được sau khoảng thời


gian một chu kỳ T
gian một chu kỳ T


- Kí hiệu
- Kí hiệu
λ

λ


Vận tốc:
Độ dài sóng lan truyền được sau một đơn vị thời gian
- Là tốc độ truyền năng lượng giữa hai điểm trong
môi trường do sự lan truyền sóng gây ra.
- Kí hiệu là v
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Mối quan hệ cơ bản
Mối quan hệ cơ bản
:
:




λ
λ


= v.T ; v =
= v.T ; v =
λ
λ
/ T
/ T

f = 1 / T ; v =
f = 1 / T ; v =
λ
λ
. f
. f
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm


Âm trở
Âm trở
:
:
là đại lượng mô tả sự cản trở của vật liệu đối với quá
là đại lượng mô tả sự cản trở của vật liệu đối với quá
trình lan truyền sóng âm, được xác định :
trình lan truyền sóng âm, được xác định :


Z =
Z =
ρ
ρ
. v.
. v.
ở
ở

đây,
đây,
ρ
ρ
- mật độ của vật liệu
- mật độ của vật liệu


v - vận tốc truyền âm
v - vận tốc truyền âm
Các đại lượng đặc
Các đại lượng đặc
trưng
trưng
sóng âm
sóng âm
Âm áp:
Âm áp:


Là một khái niệm mô tả các ứng suất (lực) tuần hoàn
Là một khái niệm mô tả các ứng suất (lực) tuần hoàn
tác dụng trong vật liệu khi có sự lan truyền sóng âm,
tác dụng trong vật liệu khi có sự lan truyền sóng âm,
được xác định,
được xác định,


P = Z . a
P = Z . a

Z - âm trở
Z - âm trở


a - biên độ dao động của hạt
a - biên độ dao động của hạt
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Cường độ âm:
Cường độ âm:


Là sự truyền năng lượng cơ học gây bởi sóng
Là sự truyền năng lượng cơ học gây bởi sóng
âm qua một đơn vị diện tích vuông góc với hướng
âm qua một đơn vị diện tích vuông góc với hướng
truyền sóng
truyền sóng


P
P
2
2

P.a
P.a


I = I =
I = I =


2 Z 2
2 Z 2




I - là cường độ ; P - là âm áp
I - là cường độ ; P - là âm áp


Z - âm trở ; a - biên độ dao động của hạt
Z - âm trở ; a - biên độ dao động của hạt

Các phương trình sóng cơ bản:
a = a
o
Sin 2πft
a - độ dịch chuyển của hạt ở thời điểm t
a
o

- biên độ dao động của hạt
f - Tần số dao động
T = 1/f
a
t
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các phương trình sóng cơ bản:
a = a
o
Sin 2πf(t-x/v)
a - độ dịch chuyển của hạt (ở thời điểm t và
khoảng cách x tính từ hạt đầu tiên bị kích thích
a
o
- biên độ của sóng ( biên độ dao động của hạt)
f - Tần số dao động ; v - vận tốc lan truyền sóng
Các đại lượng đặc trưng sóng âm
Các đại lượng đặc trưng 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

phần tử 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 với
phương
truyền sóng.
Sóng bề mặt (sóng Rayleigh):
Loại sóng này chØ lan truyền dọc trên một
bề mặt của chất rắn tiếp xúc với chất khí.
- Vận tốc của sóng bề mặt ~90% vận tốc
của sóng ngang
- Chiều sâu hiệu ứng (tính từ bề mặt)
≤

λ


Các loại sóng siêu âm
Sóng bản mỏng (sóng Lamb):

Khi sóng bề mặt lan truyền trong một vật liệu có chiều dày ≤ 3λ thì
sẽ xuất hiện một dạng sóng khác gọi là sóng bản mỏng.
Vận tốc của sóng bản mỏng phụ thuộc :
- Loại vật liệu
- Chiều dày vật liệu
- Tần số và dạng sóng
(Khi đó vật liệu dao động như một bản mỏng và sóng tràn ngập toàn bộ vật liệu)
Các loại sóng siêu âm