giáo trình các phương pháp đo và kiểm tra không phá hủy NDT

Đồ án môn học II Tổng quan về các phương pháp NDT

Mở đầu
Kiểm tra không phá huỷ (Non Destructive Testing- NDT) là một công nghệ thiết
yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy bao
gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá
tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối
tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra.
Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản
phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và
kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử
dụng. Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy
trình công nghệ trong chế tạo, gia công. Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu,
sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên
giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và
kinh doanh của các doanh nghiệp. Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật
trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án
khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.
Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà
máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử... đòi hỏi phải có các công
nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người
sử dụng. Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh
hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải
sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ. Nên xu hướng đầu tư hiện nay,
người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao.
Từ kiểm tra không phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác theo đúng nghĩa đen
là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó. Nói cách khác, kiểm tra không phá hủy
là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên
trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng
của chúng. Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ,
xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn... kiểm tra độ cứng của

vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong
trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt
thép (trong các công trình xây dựng) v.v...


Có rất nhiều phương pháp NDT khác nhau như: kiểm tra siêu âm, chụp ảnh
phóng xạ, kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu, kiểm tra bằng bột từ...mỗi phương
pháp đều có ưu nhược điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được
phương pháp nào. Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương
pháp kiểm tra phù hợp.

Hà nội – tháng 11 năm 2012
Nhóm sinh viên vật lý kỹ thuật khóa 54
-------------------------------------------------Bộ môn Quang học & Quang điện tử
Viện Vật Lý Kỹ Thuật-ĐHBKHN

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NDT
[1],[2]


1. Phương pháp thẩm thấu
Thẩm thẩu là phương pháp lâu đời và thông dụng vào loại bậc nhất trong số các
phương pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) thường dùng (chụp anh phóng xạ, siêu
âm, thẩm thấu, bột từ và dòng điện xoáy...). Phương pháp này có khả năng phát
hiện và định vị các khuyết tật thông ra trên bề mặt của vật liệu như: vết nứt, rỗ khí,
nếp gấp tách lớp của cách loại vật liệu không xốp, kim loại hay phi kim loại, sắt từ
hay không sắt từ, plastic hay gốm sứ. Trong phương pháp này chất thẩm thấu được
phun (xịt) 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 trong bất liên tục sẽ bị chất hiện hút lên tạo thành chỉ

thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục.

1.1. Cơ sở lý thuyết
Nguyên lý thấm:
Nhờ vào hiện tượng mao dẫn và khả năng thấm của chất lỏng mà chất thẩm
thấu "thấm" được vào các khuyết tật. Mao dẫn là hiện tượng khi cho một ống nhỏ
vào dung dịch thì độ cao cột nước trong ống bị nâng lên hay hạ xuống là do tác động
của lực liên kết là lực giữa các phân tử cùng loại và lực bám dính là lực giữa các
phân tử khác loại. Sức căng bề mặt là một ví dụ về lực dính kết, lực dính kết có khả
năng liên kết có khuynh hướng dính các phần tử lại với nhau. Tác động làm ướt là
một ví dụ về lực bám dính, ở đó các phần tử có xu hướng dính vào các vật lạ. Chính
lực bám dính này làm cho dung dịch có xu hướng bị loang ra xung quanh.
Nguyên lý hiện:
Chất hiện chứa các phần tử bột trắng cực mịn có khả năng thấm hút cao. Nó
hoạt động như một miếng thấm hút chất thẩm thẩm thấu lên trên bề mặt hình
thành những chỉ thị màu mà mắt thường có thể nhìn thấy được dưới ánh sáng bình
thường hoặc tia UV.
Phân loại:
Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch. Kết
hợp 2 loại chất thấm và 3 phương pháp làm sạch ta có tất 6 phương pháp thực hiện
theo quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng:
Chất thấm huỳnh quang tiền nhũ tương hoá
Chất thấm huỳnh quang rửa bằng dung môi hoà tan


Chất thấm huỳnh quang rửa được bằng nước
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được tiền nhũ quang
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng dung môi hoà tan
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng nước

1.2. Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
Rất nhạy với các khuyết tật nằm trên bề mặt.
Thiết bị và chất phủ tương đối rẻ .
Quá trình thực hiện tương đối đơn giản.
Không phụ thuộc vào hình dạng vật kiểm tra.
Nhược điểm:
Các khuyết tật phải thông ra bề mặt.
Vật liệu kiểm tra phải không xốp.
Phương pháp này kết quả không giữ được lâu.
Quá trình kiểm tra bằng chất thẩm thấu khá bẩn.
Không hữu dụng khi kiểm tra các bề mặt nóng, bẩn, thô nhám.
Yêu cầu người kiểm tra phải có một ít kinh nghiệm.

1.3. Ứng dụng
Đây là phương pháp cơ bản được dùng để kiểm tra các bất liên tục trên bề mặt


Hình 1.1: Hình ảnh khuyết tật khi quan sát dưới tia UV

Hình 1.2: Sử dụng kiểm tra thẩm thấu trong công nghiệp

2. Phương pháp bột từ
2.1. Cơ sở lý thuyết
Kiểm tra bột từ là phương pháp kiểm tra không phá hủy có khả năng phát hiện
và định vị các khuyết tật bề mặt và gần bề mặt trong các vật liệu sắt từ. Phương
pháp do H.E.HOKE (Mỹ) phát minh vào năm 1920. Nguyên lý của phương pháp
dựa trên sự biến dạng của từ trường trong vật nhiễm từ do sự có mặt của khuyết
tật. Sự biến dạng này gây ra một số đường sức từ thoát ra ngoài, đi trong không khí
và sau đó quay về vật. Hiện tượng này gọi là sự rò trường từ thông. Trường rò có

khả năng hút các hạt sắt từ nhỏ và tạo nên các chỉ thị hoặc hình ảnh của khuyết tật.
Một trong những ứng dụng chính của phương pháp này là phát hiện các gián đoạn
càng sớm càng tốt trong các công đoạn chế tạo và sử dụng, để tránh các chi phí vào
vật liệu mà sau đó bị loại bỏ. Trong thực tế, tất cả các quá trình chế tạo, từ quá
trình đúc đến quá trình chế tạo cuối cùng đều có thể gây nên các khuyết tật. Kiểm
tra bột từ có thể kiểm tra nhiều loại khuyết tật, tránh được nguy cơ đưa các sản
phẩm kém chất lượng vào sử dụng.
Mức độ biến dạng hay độ lớn của trường rò phụ thuộc vào một số thông số như
mật độ từ thông, độ sâu của khuyết tật, chiều rộng của không khí giữa các cực và sự
định hướng của các khuyết tật. Trường rò là mạnh nhất khi các khuyết tật có trục
vuông góc với đường sức từ. Trường rò sẽ giảm dần và bị triệt tiêu hoàn toàn khi
khuyết tật nằm song song với các đường sức từ.


Hình 1.3: Từ trường dò trong vật kiểm tra

Hình 1.4: Sự tạo thành chỉ thị từ trên bề mặt vật kiểm tra
Khi các hạt từ được phun nhẹ vào trong từ trường, chúng sẽ bị hút vào các cực.
Càng gần đến các cực thì càng có nhiều đường sức từ chạy qua. Các đường sức từ
tập trung vào các vật sắt từ do chúng có từ kháng nhỏ hơn từ kháng của không khí.
Chính sự ưu tiên này khiến các hạt từ được tập trung mạnh vào các vùng từ rò và
sau đó tạo nên các chỉ thị từ nhìn thấy bằng mắt thường dưới điều kiện chiếu ánh
sáng thích hợp.
Muốn cho vật nhiễm từ thì cần phải từ hóa vật. Có hai phương pháp từ hóa cơ
bản là từ hóa bằng dòng điện và từ hóa dọc.
Từ hóa bằng dòng điện :
Từ hóa bằng dòng điện là phương pháp dùng dòng điện tạo nên các từ trường
xung quanh và trong các vật liệu dẫn điện. Ta có thể thay đổi các hướng của từ
trường cảm ứng bằng cách điều khiển hướng của dòng điện từ hóa.Trong phương

pháp kiểm tra bột từ, ta phải chọn hướng và cường độ của dòng điện sao cho các
đường từ thông tạo thành có hướng và mật độ thích hợp trên bề mặt cần khảo sát.
Vì độ nhạy của phép kiểm tra cao nhất khi từ trường vuông góc với trục chính của
khuyết tật, nên phương pháp từ hóa phải chọn sao cho các đường từ thông tạo
thành có hướng vuông góc với trục chính của khuyết tật cần phát hiện. Khi cần
kiểm tra các khuyết tật có hướng khác nhau, ta cần phải từ hóa vật nhiều lần để tạo
ra các đường sức từ có hướng khác nhau. Tuy nhiên, đối với phần lớn công việc, ta
chỉ cần từ hóa hai lần là đủ. Trong lần từ hóa thứ hai ta sử dụng trường từ hóa
vuông góc với trường lần đầu. Đối với phép kiểm tra cần độ nhạy cao hơn, có thể ta
phải từ hóa nhiều lần hơn. Có ba cách từ hóa bằng dòng điện là từ hóa trực tiếp từ
hóa gián tiếp và từ hóa nhờ thanh ấn (prod).
Từ hóa trực tiếp:
Khi cho dòng điện dùng để từ hóa chạy trực tiếp qua vật kiểm tra, ta gọi đó là
từ hóa trực tiếp. Từ hóa vòng các vật dẫn đặc thường áp dụng phương pháp này.
Việc xác định độ lớn của dòng thích hợp cho phép kiểm tra là vì :
+ Dòng cao quá có thể làm nóng chảy vật kiểm tra hoặc làm cho bột từ tích tụ
quá dày đặc tạo nên nền phông quá cao.
+ Dòng yếu quá có thể sẽ không tạo nên được những trường dò đủ mạnh để có
thể hút các sắt từ.

Hình 1.5: Từ hóa trực tiếp bằng cách cho dòng điện chạy trực tiếp qua vật
Đối với đối tượng kiểm tra là đường ống hoặc vật rỗng, mặt trong của vật cũng
có vai trò quan trọng như mặt ngoài. Đối với các đối tượng như vậy, nếu từ hóa trực
tiếp, ta sẽ không có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm phía trong của đối tượng
do hiệu ứng vỏ của dòng điện, vì vậy ta phải từ hóa gián tiếp.


Từ hóa gián tiếp:
Ta có thể từ hóa vật rỗng hoặc đường ống bằng cách luồn một thanh dẫn điện

vào trong đường ống và cho dòng điện chạy qua thanh. Phương pháp này gọi là
phương pháp từ hóa gián tiếp.

Hình 1.6: Từ hóa gián tiếp sử dụng cuộn dây mang điện
Từ hóa dùng thanh ấn (prod):
Thông thường ta rất khó từ hóa toàn bộ vật kiểm tra chỉ bằng một lần từ hóa.
Đối với các vật lớn, ta thường từ hóa từng vùng của vật bằng cách cho dòng điện
chạy qua các vùng và tiết diện nhờ một công cụ gọi là Prod.

Hình 1.7: Từ hóa vật kiểm tra dùng thanh ấn (Prod)
Bằng cách này ta tạo được từ trường vòng ở giữa điểm tiếp xúc. Các que ấn
thường được làm bằng đồng được ấn chặt trên bề mặt vật cần kiểm tra, giữ chặt
trong quá trình dòng điện chạy qua. Các đầu Prod ( thường được bọc nhôm để giảm
khả năng đánh lửa) và vùng tiếp xúc cần phải giữ đủ sạch đảm bảo cho dòng lớn
chạy qua mà không gây đánh lửa hay nóng chảy.
Từ hóa dọc:
Có hai cách từ hóa dọc vật kiểm tra là từ hóa bằng cuộn cảm và từ hóa bằng
nam châm chữ U (YOKE).


Từ hóa bằng cuộn cảm:
Nếu đặt một vật sắt vào bên trong cuộn cảm, phẩn lớn các đường sức từ sẽ tập
trung vào vật và gây nên sự từ hóa dọc đối với vật.

Hình 1.8: Từ hóa dọc vật sắt từ bằng cuộn cảm
Trong thực tế có hai cách từ hóa dọc hay vùng là :
+ Cho vật từ từ chạy qua cuộn cảm, để phát hiện khuyết tật dọc trong vật dẫn
+ Nếu vật quá lớn có thể dùng một vài vòng cáp cuốn quanh vật
Từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE)
Từ trường tạo ra bởi nam châm điện có hình chữ U khi cho dòng điện chạy qua

và từ hóa vùng kiểm tra của vật .

Hình 1.9: Từ hóa dòng điện bằng nam châm chữ U

2.2. Ưu nhược điểm
•

Ưu điểm

•

Kiểm tra được những vật có diện tích lớn.

•

Phát hiện được khuyết tật trên bề mặt hoặc dưới bề mặt cỡ 1mm.

•

Không cần làm sạch bề mặt kỹ như phương pháp thẩm thấu.


•

Chỉ có các hạt từ được tạo nên trên bề mặt tạo nên hình chỉ thị khuyết tật.

•

Chi phí thấp.

•

Nhược điểm

•

Chỉ kiểm tra được vật liệu sắt từ.

•

Sử dụng dòng điện lớn cho các vật cần kiểm tra có kích thước lớn.

•

Ảnh hưởng của lớp sơn, phủ của vật ảnh hưởng đến độ nhạy của phương

pháp.
•

Cần khử từ và làm sạch vật kiểm tra.

Chỉ nhạy với các khuyết tật có góc nằm trong khoảng từ 45⁰ đến 90⁰ so với
hướng của các đường sức từ.
•

2.3. Ứng dụng
Phương pháp bột từ được ứng dụng trong kiểm tra các chi tiết, vật liệu, kiểm
tra các đường ống, các bình chịu áp lực, động cơ.

Hình 1.10: Kiểm tra các chi tiết vật liệu

Hình 1.11: Kiểm tra đường ống

Hình 1.12 : Kiểm tra bồn bể

3. Phương pháp siêu âm
3.1. Cơ sở lý thuyết
Kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm là phương pháp đa năng có thể áp dụng
cho các ứng dụng về phân tích vật liệu khác nhau. Phân tích vật liệu bằng siêu âm
dựa trên nguyên lý cơ bản của vật lý: sự chuyển động của bất cứ sóng nào sẽ bị ảnh
hưởng bởi môi trường mà nó truyền qua. Do vậy, sự thay đổi một trong bốn thông
số có thể dễ dàng đo được liên quan đến sự truyền qua vật liệu của sóng âm tần số
cao: thời gian truyền, độ suy giảm, sự tán xạ, và tần số thường liên quan đến sự thay
đổi các tính chất vật lý như độ cứng, mô đun đàn hồi, mật độ, độ đồng nhất, và cấu
trúc hạt.
Nguyên lý NDT bằng siêu âm sử dụng dải tần số từ 20 KHz đến hơn 100 MHz,
chủ yếu được thực hiện trong dải từ 500 KHz đến 20 MHz. Cả hai loại dao động dọc
và ngang đều được sử dụng, còn sóng bề mặt và sóng Lamb cũng được sử dụng
trong những ứng dụng đặc biệt. Vì bước sóng càng ngắn thì càng nhạy với sự thay


đổi trong môi trường mà nó truyền qua, nhiều các ứng dụng phân tích vật liệu sử
dụng tần số cao nhất để kiểm tra . Các xung của sóng âm được tạo ra và thu nhận
bằng đầu dò áp điện tiếp xúc âm với vật liệu kiểm tra. Trong phần lớn các trường
hợp đầu dò đơn được đặt lên một mặt của vật liệu kiểm tra và thực hiện cả hai chức
năng phát và thu (kỹ thuật xung vọng), mặc dù trong một số trường hợp đối với các
vật liệu có độ suy giảm cao hoặc tán xạ mạnh, đầu thu và đầu phát riêng rẽ được đặt
hai trên hai mặt đối diện của vật liệu (kỹ thuật truyền qua). Sóng âm được phát ra
do hiệu ứng áp điện nghịch, khi đặt một điện áp vào biến tử tinh thể áp điện thì biến

tử sẽ chịu biến dạng cơ học, biến dạng này sẽ tạo nên xung truyền trong vật liệu và
trở thành sóng âm. Sóng âm truyền qua vật liệu, hoặc là phản xạ ở mặt đáy và quay
trở lại điểm phát ban đầu (xung vọng), hoặc được thu bởi đầu thu tại điểm đó
(truyền qua). Tín hiệu thu được sau đó được khuếch đại và phân tích.
•

Kiểm tra truyền qua:

Kiểm tra yêu cầu sử dụng hai đầu dò siêu âm, một truyền và một thu. Hai đầu
dò này đặt đối diện nhau qua vật kiểm tra giữa chúng. Các hệ thống đầu tiên liên
quan tới kiểm tra nhúng và là loại tiêu biểu được sử dụng để dò các chất sỉ/lỗ hổng
co ngót trong các phôi đúc trước khi tiến hành cán hoặc rèn. Kiểm tra truyền qua bị
giới hạn để kiểm tra chi tiết có bề mặt song song. Đó chỉ là phép kiểm tra đơn gian,
nó không cho bất kỳ thông tin nào về độ sâu của khuyết tật, về bản chất của khuyết
tật.
Hiện nay nó chỉ được áp dụng để kiểm tra các tấm thép để rò các khuyết tật
tách lớp trong quá trình cán.

Hình 1.13: Nguyên lý của phương pháp truyền qua
Cho xung được phát từ đầu phát xung qua vật liệu cần kiểm tra, nếu tại đầu thu
nhận được xung gần bằng xung phát thì mẫu không có khuyết tật. Nếu xung nhận


được nhỏ hơn nhiều xung phát thì kết luận mẫu có khuyết tật nhỏ, còn khi không
thu được tín hiệu xung thì mẫu có khuyết tật lớn.
•

Kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng:

Kiểm tra các hệ thống siêu âm xung vọng dựa trên các yếu tố: các sóng âm

truyền theo một đường thẳng với tốc độ không đổi, chúng phản xạ tại biên giới các
vật liệu có âm trở khác nhau. Các hệ thống xung vọng phát ra chuỗi ngắn (thường
nhỏ hơn 10 chu kỳ trong một giây). Nó bao gồm một thiết bị định thời gian được
kích hoạt bởi một máy phát xung và một thiết bị nghe (nó cũng có thể tương tự như
một thiết bị phát) để dò các năng lượng âm bất kỳ phản xạ về phía chúng. Thời gian
bao gồm giữa điểm phát xung và nhận xung phản xạ có quan hệ trực tiếp với quãng
đường đã vượt qua. Do đó hệ thống xung vọng có thể cho thông tin khuyết tật.

Hình 1.14: nguyên lý của phương pháp kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng
Hiện tượng biến sóng: khi sóng âm đi vào biên giới hai vật liệu có đặc tính âm
khác nhau thì ngoài hiện tượng phản xạ, khúc xạ ra còn có hiện tượng chuyển đổi
dạng sóng. Vi dụ các sóng trượt đi vào bề mặt thép fermit- không khí với góc tới lớn
hơn 30⁰ thì sẽ phải chuyển đổi rất mạnh thành các sóng nén. Có tới 90% năng lượng
của sóng trượt ban đầu chuyển thành sóng nén. Chuyển đổi sóng đôi khi gây ra các
trục trặc trong kiểm tra siêu âm, nhưng cũng có thể dùng để kiểm tra khuyết tật.

3.2. Ưu nhược điểm


•

Ưu điểm

•

Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ.

Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7m sâu trong khối thép) cho phép
kiểm tra các vật có bề dày lớn.
•

•

Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật.

•

Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động.

•

Chỉ cần tiếp xúc một phía của vật được kiểm tra.

•

Nhược điểm

•

Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra.

•

Khó kiểm tra những vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp.

•

Phương pháp này cần sử dụng chất tiếp âm.

•

Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra.

•

Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật.

•

Thiết bị rất đắt tiền.

•

Nhân viên kiểm tra cần có rất nhiều kinh nghiệm.

3.3. Ứng dụng
Phương pháp kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra không phá hủy có rất
nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Trong các ngành luyện kim, cơ khí, siêu âm để
kiểm tra các khuyết tật của vật liệu trong quá trình gia công hoặc trước khi đưa vào
sử dụng. Siêu âm đo bề dày được sử dụng thường xuyên trong ngành công nghiệp
hóa dầu, kiểm tra mức độ ăn mòn trong các đường ống dẫn và các bình áp lực.


Hình 1.15: Kiểm tra bề dày của đường ống

Hình 1.16: Kiểm tra sự sai hỏng của các bình chịu áp lực
Trong công nghiệp chế tạo máy bay, siêu âm dùng để kiểm tra các khuyết tật
trên thân và cánh máy bay. Điều này rất quan trọng trước khi đưa đưa máy bay vào
sử dụng, nếu không được kiểm tra kỹ lưỡng, nguy cơ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn
rất nguy hiểm.

Hình 1.17: Siêu âm kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay
Trong y học, siêu âm dùng để kiểm tra thai nhi, theo dõi tình trạng phát triển
của, biết được tình trạng và có biện pháp khắc phục.

Hình 1.18: Siêu âm kiểm tra thai nhi

4. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ
4.1. Cơ sở lý thuyết
Trong phép chụp ảnh thông thường, các tia phản xạ từ vật chụp, đi qua một hệ
thống thấu kính trong máy ảnh để tạo nên một ảnh thực trên phim.


Trong phép chụp ảnh phóng xạ là dùng tia bức xạ (tia X, gamma) từ nguồn bức
xạ, đi qua vật cần chụp để lại hình ảnh của vật chụp trên phim vốn được đặt ngay
sau vật chụp.

1- Nguồn phóng xạ
2- Tia bức xạ
3- Vật cần kiểm tra
4- Khuyết tật
5- Phim
Hình 1.19: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ
Sự khác nhau chủ yếu giữa phép chụp ảnh thông thường và phép chụp ảnh
phóng xạ là khâu xử lý phim. Sau khi chụp, phim được đưa vào phòng tối để xử lý:
hiện ảnh và hãm ảnh. Tuy nhiên, trong phép chụp ảnh bức xạ người ta không cần in
ảnh lên giấy ảnh, khi khảo sát, chỉ cần soi phim trên màn hoặc dùng các máy chiếu
để khuếch đại ảnh.

Nguồn bức xạ
Nguồn bức xạ là công cụ tạo ra các tia bức xạ. Nhờ sự tương tác của tia bức xạ
với vật chụp, mà ta thu được các thông tin ở bên trong của vật chụp. Quá trình
tương tác này cũng như chất lượng thông tin thu được, phụ thuộc vào chất lượng
của bức xạ (năng lượng, loại bức xạ).
•

Hiện tượng phóng xạ:

•

Định nghĩa:


Hiện tượng phóng xạ là quá trình dịch chuyển về trạng thái bền của các đồng vị
không bền, những chất có biểu hiện này gọi là chất phóng xạ hoặc đồng vị phóng xạ.
•

Cường độ bức xạ và hoạt độ phóng xạ riêng:

Cường độ bức xạ được định nghĩa là số tia bức xạ trong một đơn vị diện tích
vuông góc với hướng truyền của chùm tia trong một giây.
Hoạt độ phóng xạ riêng đóng vai trò quan trọng, liên quan đến độ nét của ảnh
và phụ thuộc vào lò phản ứng hạt nhân, thời gian chiếu, đặc tính của chất bị chiếu
và tiết diện kích hoạt.
•

Những loại bức xạ khác phát ra từ các đồng vị phóng xạ:

Ngoài tia X và gamma, trong chụp ảnh bức xạ còn dùng hạt alpha, beta, proton

và neuton vì sự hấp thụ phụ thuộc vào loại điện tích và động năng của hạt.
•

Bước sóng và năng lượng của bức xạ:

Bức xạ điện từ thường có bước sóng xác định và tương ứng với nó là năng lượng
xác định. Đơn vị để đo bước sóng là mét (m) và các dẫn suất của mét. Đơn vị để đo
năng lượng là electron – Volt (eV). 1 eV là động năng của electron thu được khi nó
chuyển động trong một điện tròng có hiệu điện thế là 1 Volt. Bội số của eV là keV
(1.000eV), MeV (1.000.000 eV).
Bức xạ

Tia X

Tia gamma

Bước sóng (m)
10-10
10-11
10-12

Năng lượng (keV)
10
100
1000

Bảng Bước sóng và năng lượng của bức xạ tia X và gamma thường dùng để kiểm tra
chất lượng mối hàn.
•

Tia X và tia γ:

•

Các đặc điểm chung:

Là các tia không nhìn thấy, cùng là sóng điện từ.
Chúng di chuyển với vận tốc ánh sáng.


Không bị lệch hướng bởi thấu kính do đó trong thiết bị chụp ảnh bức xạ không
có các hệ thấu kính để tạo ảnh như máy ảnh thông thường.
Có khả năng đâm xuyên qua vật chất, mức độ dâm xuyên phụ thuộc vào loại vật
chất, bề dày và cấu trúc của nó, cũng như năng lượng của chùm tia. Bị suy giảm
trong vật chất, vì cường độ yếu đi do quá trình hấp thụ và một phần nhỏ khác bị tán
xạ.
Là bức xạ ion hóa, nghĩa là có thể giải phóng electron trong vật chất. Có thể làm
biến đổi hoặc phá hủy tế bào của cơ thể sống.
Tia X và tia gamma là bức xạ phát ra từ các đông vị phóng xạ.
+ Cường độ bức xạ là số photon trong một đơn vị thời gian đập vào một đơn vị
diện tích nằm vuông góc với chùm hạt. Đơn vị của cường độ bức xạ là
photon/cm2.s
+ Cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách:

I1I2=r22r12
•

Các đặc điểm riêng:

Bước sóng: tia X từ 10 ÷ 0,006Å; tia γ từ 0,04 ÷ 0,001Å

Nguồn phát: Tia X là sự chuyển mức điện tử và bức xạ hãm, thường được tạo ra
trong các đèn phát tia X khi electron gia tốc đập vào anot, phổ năng lượng của nó có
dạng liên tục.
Tia γ là phản ứng hạt nhân, khi hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ
bị

Tương tác của tia X và γ với vật chất :
•

Hiện tượng hấp thụ:

+ Khi đi qua vật chất, cường độ của chùm bức xạ bị suy giảm
+ Độ suy giảm phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, vật liệu, mật độ và chiều dày
của mẫu vật.
+ Khuyết tật tương ứng với sự thay đổi về chiều dày hoặc mật độ nên lượng bức xạ
đi qua đó sẽ khác so với vùng không có khuyết tật và tạo ra sự khác biệt về độ đen ở
trên phim giúp ta phát hiện được.
+ Cường độ suy giảm theo quy luật hàm mũ


I1 = I0.exp(-µx)
I0: cường độ ban đầu
I1: cường độ sau lớp hấp thụ
x: chiều dày lớp hấp thụ
µ: hệ số hấp thụ tuyến tính, phụ thuộc vào E và ρ và là tổng của 3 quá trình:
hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và tạo cặp:
µ=μpe+ µcs+ µpp

Nguyên lý ghi nhận tia X và γ
•

Ghi nhận bằng phim:

+ Bức xạ tia X và gamma gây ra những thay đổi quang hóa trong lớp nhũ tương
của phim làm thay đổi mật độ quang học (độ đen). Quá trình này tạo ra một “ ảnh
ẩn”
+ Cơ chế tương tác: Nhũ tương gồm các hạt bạc bromua
Br- + hν → Br + eAg+ + e-→ Ag
→Ag++ Br- + hν → Ag + Br
→ Br rời khỏi tinh thể AgBr, Ag tự do đọng lại tạo ảnh tiềm tàng.
•

Ghi nhận bức xạ bằng các chất phát huỳnh quang:

Một số chất: Sulphat cadmi, Barium platsticocyrid hoặc sulphat calcium phát ra
ánh sáng cực tím và nhìn thấy khi chiếu X hoặc γ.
Có thể ứng dụng trong phương pháp chụp huỳnh quang (soi ảnh trực tiếp hoặc
qua màn hình) và trong phương pháp chụp ảnh phóng xạ khi kết hợp phim ảnh.
•

Ghi nhận bức xạ bằng các đầu dò điện tử:

Chất thường dùng: NaI hoặc LiI kích hoạt bằng thallium, sulphide kẽm chất
hưu cơ hoặc vô cơ.
Cơ chế: hν→tinh thể nhấp nháy (NaI, LiI)→nháy sáng→photo Catod của ống
nhân quang điện→Diode→109 lần→gom tại Anod.
+ Mục đích sử dụng: Ghi đo bức xạ và phân biệt các mức năng lượng ( đo phổ)
Đầu dò bán dẫn:

+ Bán dẫn siêu tinh khiết HPGe
+ Đầu dò Silic pha Li
Thiết bị X-Quang
1. Đèn phát tia X
2. Biến thế điện áp cao
3. Bảng điều khiển
4. Anot
5. Katot

Hình 1.20: Thiết bị X - Quang

thiết bị tia γ
1. Buồng bảo vệ 1
2. Lõi nguồn 3
3. Bộ phận điều khiển nguồn ra vào

2
Hình 1.21: Thiết bị gamma

4.2. Ưu nhược điểm
•

Ưu điểm:

Kiểm tra phóng xạ có thể thực hiện với bất cứ loại vật liệu nào và không có
ngoại lệ.
Nó là phương pháp kiểm tra rất đúng (độ tin cậy cao) và có khả năng tái tạo,
sao chép lại.
Nó có thể lưu trữ hồ sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhất định.
•

Nhược điểm:

Tất cả các trang thiết bị phải được cơ quan có thầm quyền cấp phép và chấp
nhận.
Từ cơ sở kỹ thuật an toàn tia phóng xạ cần thiết phải ngăn chặn ở không gian
rộng.


Nó chỉ được phép bố trí kiểm tra khi tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện an toàn
phóng xạ cho con người.
Khi chiếu tia với độ dày thành lớn thời gian chiếu tia kéo dài.
Nó là phương pháp kiểm tra phức tạp.
Sẽ gặp khó khăn khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau.
Các thiết bị là hầu như rất lớn và nặng.

4.3. Ứng dụng
Phương pháp chụp ảnh phóng xạ được ứng dụng trong công nghiệp: vật liệu,
đóng tàu, chế tạo máy, y tế, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng
không…
Trong công nghệ hàn:

Hình 1.22: vị trí hàn hình chữ T
Trong y tế:

Hình 1.23: xương chân bị gãy
Kiểm tra hành lý sân bay:


Hình 1.24:Kiểm tra hành lý

5. Phương pháp chụp ảnh nhiệt
5.1. Cơ sở lý thuyết
Năng lượng nhiệt:
Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng. Chúng có thể chuyển từ dạng này sang
dạng khác nhưng không thể mất đi
Các cơ chế truyền nhiệt:
Truyền dẫn:
Sự truyền nhiệt, ví dụ khi nhúng một thanh đồng ở nhiệt độ bình thường vào
một cốc nước nóng các phần tử nước truyền động năng cho phần tử đồng do đó
động năng của nước giảm của đồng tăng nên nhiệt độ của nước giảm còn nhiệt độ
của đồng tăng
Đối lưu:
Chất lưu bị đun nóng thì nở ra nên khối lượng riêng nhỏ đi so với các vùng
không bị hâm nóng do đó phần bị hâm nóng chuyển động lên phía trên còn phần
lạnh chìm xuống dưới tạo thành dòng đối lưu
Bức xạ:
Phương thức truyền nhiệt bằng sóng điện từ không cần môi trường trung gian.
Sự phát xạ:
Một điểm khá quan trọng trong truyền nhiệt bức xạ là độ phát xạ của đối
tượng . Hệ số phát xạ là một thông số hiệu suất trong việc chuyển đổi năng lượng
hồng ngoại. Nó là tỷ lệ năng lượng nhiệt phát ra bởi bề mặt vật thể và năng lượng


phát ra bởi vật đen tuyệt đối ở cùng một nhiệt độ. Vật đen tuyệt đối chỉ tồn tại trong
lý thuyết.
Nếu một đối tượng có độ phát xạ thấp, thiết bị chụp ảnh nhiệt sẽ cho biết nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ bề mặt thực sự. Vì lý do này, hầu hết các hệ thống và các công
cụ cung cấp khả năng cho các nhà điều hành để điều chỉnh độ phát xạ của đối tượng
được đo.

Nguyên lý máy chụp ảnh nhiệt:

Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp chụp ảnh nhiệt

5.2. Ưu nhược điểm
•

Ưu điểm:

•

Việc tiến hành kiểm tra khá đơn giản, thiết bị không quá phức tạp.

•

Có thể đưa dữ liệu vào máy tính để xử lý.

•

Có thể xử dụng để kiểm tra vật thể lớn , bao quát toàn cảnh.

•

Nhược điểm:

•

Chủ yếu để kiểm tra bề mặt.

•

Thiết bị khá đắt tiền.

5.3. Ứng dụng
Sử dụng trong xây dựng để dò tìm độ ẩm, sự phân bố năng lượng, kiểm tra các
đường ống dẫn nước...


Đo hệ số bức xạ, độ che phủ các vật ứng dụng trong quân sự.
Chuẩn đoán lâm sàn trong y tế.
Sử dụng đánh giá các ý tưởng thiết kế giày.
Sử dụng trong công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô...
Sử dụng để khảo sát chế tạo tản nhiết đèn led, khảo sát các loại vi mạch.

Hìn

Hình 1.26 : Kiểm tra lâm sàn ung thư vú
h 1.27 : Kiểm tra các loại vi mạch