CHƯƠNG 5.CHUẨN ĐỊNH HỆ THỐNG KIỂM TRA SIÊU ÂM

TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

CHƯƠNG 5
CHUẨN ĐỊNH HỆ THỐNG KIỂM TRA SIÊU ÂM
5.1. MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC CHUẨN ĐỊNH :

Một thiết bị kiểm tra siêu âm thường thực hiện một số chức năng cơ bản gồm : phát và thu
sóng siêu âm, kiểm tra, lựa chọn, xử lý và biểu diễn tín hiệu. Các quy phạm thường quy
định rõ khả năng cần thiết của thiết bị. Để đảm bảo thỏa mãn các quy định này, thiết bị phải
thường xuyên được chuẩn định đúng, phù hợp với các tiêu chuẩn đã có . Chuẩn định thiết bị
là công việc quan trọng bậc nhất để nhận được kết quả kiểm tra tin cậy, chính xác.
Quá trình chuẩn định trong kiểm tra siêu âm có nghĩa là kiểm tra xác nhận và hiệu chỉnh các
đặc trưng của thiết bị siêu âm để có được các kết quả kiểm tra tin cậy và các kết quả kiểm
tra mô phỏng. Quy trình chuẩn định trong kiểm tra siêu âm gồm các loại sau :
(i)
(ii)
(iii)

Kiểm tra xác nhận các đặc trưng của thiết bị.
Chuẩn định dải đo.
Xác lập độ nhạy hay mức so sánh đánh giá.

5.2. CÁC MẪU CHUẨN KIỂM TRA :

5.2.1. Các mẫu chuẩn và mẫu so sánh :
Trong phương pháp kiểm tra siêu âm xung phản hồi, các mẫu chuẩn có rãnh cắt chữ V khe
hẹp hay lỗ khoan được sử dụng để:
(i)
(ii)

(iii)

Đánh giá các đặc trưng làm việc của máy dò khuyết tật và đầu dò.
Thiết lập các điều kiện kiểm tra có thể lập lại được.
So sánh độ cao biên độ hoặc vị trí của xung phản hồi từ khuyết tật trong vật kiểm
tra với độ cao biên độ hoặc vị trí của khuyết tật nhân tạo trong mẫu chuẩn so sánh.

Những khối mẫu dùng cho hai mục đích đầu được gọi là mẫu chuẩn còn những khối mẫu
dùng cho mục đích thứ ba gọi là mẫu đối chứng (so sánh đánh giá). Cùng một khối mẫu này
có thể dùng làm mẫu chuẩn hoặc mẫu đối chứng (so sánh đánh giá). Các khối mẫu chuẩn có
kích thước được quy định và ban hành bởi bất kỳ tổ chức nào có liên quan đến các tiêu
chuẩn kiểm tra vật liệu thì được gọi là mẫu chuẩn kiểm tra.
Một số mẫu chuẩn kiểm tra được sử dụng rộng rãi cùng các ứng dụng chuẩn của nó được
giới thiệu dưới đây :
5.2.2. Mẫu chuẩn I.I.W (V1) :
Mẫu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất là mẫu chuẩn được chế tạo từ vật liệu thép carbon
ferritic trung bình đã được thường hóa của Viện Hàn quốc tế (I.I.W) đưa ra và được tổ chức
tiêu chuẩn quốc tế (ISO) chấp nhận. Mẫu này được gọi là mẫu I.I.W (V1) và được mô tả
hình vẽ 5.1

CHƯƠNG 5

155


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Thủy tinh hữu cơ

Hình 5.1 – Mẫu chuẩn I.I.W (V1) để chuẩn định thiết bị với các loại đầu dò góc và thẳng.
(toàn bộ kích thước trên đều có đơn vị là mm).
Mẫu này thường được dùng để :
(i)
Chuẩn thời gian quét bằng cách sử dụng bề dày 25mm, 100mm và 200mm cho
các đầu dò thẳng và sử dụng cung bán kính 100mm cho các đầu dò góc.
(ii)
Xác định điểm ra của đầu dò bằng cách sử dụng cung bán kính 100mm.
(iii)
Xác định góc phát đầu dò góc sử dụng tấm nêm bằng thủy tinh hữu cơ, các giá trị
góc được khắc dấu ở mặt bên của mẫu chuẩn. Các đầu dò góc thường bị mài mòn
trong quá trình sử dụng. Khi bị mài mòn, thường gây ra sự thay đổi góc phát và điểm
ra của đầu dò.
(iv)
Kiểm tra các đặc trưng biểu diễn của máy dò khuyết tật bằng siêu âm như :
+ Độ tuyến tính của thời gian quét.
+ Độ tuyến tính theo chiều cao màn ảnh máy.
+ Độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ.
+ Khả năng phân giải
+ Khả năng xuyên sâu.
+ Đánh giá vùng chết.
+ Độ rộng xung.
(v)
Đặt độ nhạy.
(vi)
Chuẩn đường thời gian quét cơ bản và đặt độ nhạy theo phương pháp giản đồ
DGS
(vii)
So sánh các vật liệu có vận tốc âm truyền khác nhau.

5.2.3. Mẫu chuẩn V2 :
Đây là dạng thu nhỏ của mẫu chuẩn V1, thích hợp cho việc sử dụng tại hiện trường, mặc dù
có một số chức năng ít hơn so với mẫu chuẩn V1. Mẫu chuẩn V2 cũng được Viện hàn quốc
CHƯƠNG 5

156


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

tế (I.I.W) đưa ra. Phiên bản mới nhất của mẫu chuẩn này được mô tả trên hình 5.2. Mẫu này
đặc biệt thích hợp đối với các đầu dò thẳng hoặc góc đường kính nhỏ có chiều dài trường
gần ngắn, để chuẩn các thang đo.

Hình 5.2 – Mẫu chuẫn I.I.W - V2.
Mẫu chuẩn V2 được chế tạo bằng thép có kích thước giới thiệu trong hình 5.2. theo đơn vị
mm. Có dung sai là ± 0,1mm ngoại trừ thước đo chiều dài khắc trên mẫu dung sai là ±
0,5mm. Mẫu chuẩn này có hai cung có bán kính 25mm và 50mm. Điểm ‘A’ thường là điểm
hội tụ cho cả hai cung bán kính. Các ứng dụng chuẩn của mẫu này được trình bày ở phần
sau.
5.2.4. Mẫu chuẩn so sánh (đối chứng) ASME :
Mẫu chuẩn này được dùng để xây dựng đường cong bổ chính biên độ -khoảng cách (đường
cong DAC) trên màn hình CRT bằng cách ghi lại sự thay đổi biên độ xung phản hồi từ
những lỗ khoan theo sự thay đổi khoảng cách quét .
Mẫu chuẩn này được làm từ những vật liệu giống như vật liệu của các vật thể cần kiểm tra
và có các lỗ khoan từ mặt bên. Độ dày của mẫu và đường kính của các lỗ khoan từ mặt bên
phụ thuộc vào độ dày của vật thể cần kiểm tra. Một mẫu chuẩn so sánh ASME điển hình
được gọi là mẫu chuẩn cơ bản (BCB)- mô tả trong hình 5.3, đã được sử dụng để chuẩn cho

kiểm tra các mối hàn. Bảng 5.1 cho giá trị kích thước của một số phần tử phản xạ chuẩn chỉ
định tương ứng với các bề dầy mối hàn khác nhau.

CHƯƠNG 5

157


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.3 – Mẫu chuẫn cơ bản ASME (BCB).
Bảng 5.1 : Các phần tử phản xạ chuẩn chỉ định.
Bề dày mối hàn (t)
1 inch (25,4mm) hoặc nhỏ
hơn
Trên 1 inch (25,4mm) đến
2 inch (50,8mm).
Trên 2 inch (50,8mm) đến
4 inch (101,6mm)
Trên 4 inch (101,6mm)
đến 6 inch (152,4mm)
Trên 6 inch (152,4mm)
đến 8 inch (203,2mm)
Trên 8 inch (203,2mm)
đến 10 inch (254mm)
Trên 10 inch (254,0mm)

Bề dày mẫu chuẩn cơ bản T

3/4 inch (19,0mm) hoặc t

Đường kính lỗ
3/32 inch (2,38mm)

1½ inch (38,1mm) hoặc t

1/8 inch (3,17mm)

Kích thước rãnh cắt chữ V
Bề rộng = 1/8 inch (3,17mm)
đến 1/4 inch (6,35mm)
-----------------------------------

3 inch (76,2mm) hoặc t

3/16 inch (4,76mm)

Độ sâu = 2% T

5 inch (127,0mm) hoặc t

1/4 inch (6,35mm)

-----------------------------------

7 inch (177,8mm) hoặc t

5/16 inch (7,94mm)

Chiều dài = 2 inch (50,8mm)

9 inch (228,6mm) hoặc t

3/8 inch (9,52mm)

-----------------------------------

-----------------------------

-----------------------

-----------------------------------

Ghi chú :
(a)
(b)
(c)
(d)

Các lỗ phải được khoan và doa với độ sâu nhỏ nhất 1

1
inch (38,1mm) và phải song
2

song với bề mặt kiểm tra.
Các rãnh cắt chữ V có thể thêm vào nếu cần thiết.
Dung sai đường kính lỗ là ± 1/32 inch (0,79mm). Dung sai độ sâu của một rãnh cắt
phải là + 10 và – 20%. Dung sai vị trí lỗ qua suốt độ dày là ± 1/8 inch (3,17mm).

Khi bề dày tăng lên mỗi 2 inch (50,8mm), thì đường kính lỗ sẽ tăng lên 1/16 inch
(1,58mm).
CHƯƠNG 5

158


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

5.2.5. Các mẫu chuẩn biên độ – diện tích :
Trong các mẫu chuẩn biên độ – diện tích có những khuyết tật nhân tạo có kích thước khác
nhau ở cùng một độ sâu.
3
4

Tám mẫu chuẩn dạng khối trụ có cùng đường kính (50mm) và cùng chiều cao 3 inch
(95,25mm) hợp thành một bộ mẫu chuẩn biên độ – diện tích.
Vật liệu chế tạo mẫu phải có cùng những tính chất âm học như vật liệu của vật thể cần kiểm
tra. Mỗi khối chuẩn có một lỗ đáy bằng được khoan tại tâm của mặt đáy sâu vào 3/4 inch
(19,6mm) - Hình 5.4. Các đường kính của lỗ thay đổi từ 1/64 (0,4mm) đến 8/64 inch
(3,17mm). Các khối được đánh số tương ứng theo đường kính của lỗ, là mẫu số 1 có đường
kính lỗ 1/64 inch (0,4mm) và cứ thế cho đến mẫu số 8 có đường kính lỗ 8/64 inch
15
16

(3,17mm). Những mẫu chuẩn biên độ – diện tích tương tự được chế tạo từ khối vuông 1
inch (49,2mm) đôi khi được sử dụng với tên là bộ mẫu chuẩn dãy Alcoa – dãy A.
Mặt trên

Đường kính 2” (50mm)

Lỗ đáy bằng
Đường kính 1/64” đến 8/64” (0,4 đến 3,17mm)

Hình 5.4 - Mẫu chuẩn biên độ - diện tích.
Biên độ của xung phản hồi từ lỗ đáy bằng trong vùng trường xa của đầu dò thẳng tỷ lệ với
diện tích của đáy lỗ. Do đó những mẫu chuẩn này có thể được dùng để kiểm tra độ tuyến
tính của máy kiểm tra khuyết tật phản hồi xung và xác lập mối quan hệ giữa biên độ và diện
tích (hoặc nói cách khác là kích thước của khuyết tật). Do lỗ đáy bằng là một mặt phản xạ lý
tưởng và hầu hết các khuyết tật thực tế đều có tính phản xạ kém hơn, nên mẫu chuẩn biên
độ – diện tích sẽ xác định giới hạn dưới về kích thước một khuyết tật tạo ra một xung phản
hồi có độ cao ứng với giá trị chọn trước trên màn hình CRT. Ví dụ nếu độ cao của tín hiệu
từ một khuyết tật có trong vật kiểm tra là 6 đơn vị của thang chia và đây cũng là độ cao tín
hiệu thu được từ vật lỗ đáy bằng có đường kính 5/64 inch (1,98mm) có cùng một độ sâu như
của khuyết tật thì ta không thể xác định một cách chính xác khuyết tật thật sự lớn hơn lỗ so
sánh bao nhiêu. Nhưng khuyết tật tối thiểu sẽ lớn bằng kích thước đường kính lỗ đáy bằng
đang so sánh.
5.2.6. Các mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách :

CHƯƠNG 5

159


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Những mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách có các khuyết tật nhân tạo với kích thước cố định
ở những độ sâu khác nhau (khoảng cách kim loại). Như đã biết trong phần lý thuyết về sóng
siêu âm là sự suy giảm của biên độ xung phản hồi từ lỗ đáy bằng khi dùng đầu dò thẳng
dạng tròn tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến đáy lỗ. Các mẫu chuẩn biên độ –
khoảng cách (còn gọi là bộ Alcoa - dãy B hoặc các mẫu chuẩn Hitt), chúng được sử dụng để
kiểm tra sự thay đổi thật sự của biên độ theo khoảng cách trong kiểm tra một vật liệu nhất
định bằng cách dùng đầu dò chùm tia thẳng. Nó cũng được dùng như một chuẩn ngoại (so
sánh) để thiết lập hoặc chuẩn hoá độ nhạy của một hệ thống kiểm tra sao cho những tín hiệu
từ các khuyết tật có kích thước đã định và lớn hơn sẽ xuất hiện trên màn hình CRT, nhưng
màn hình sẽ không chỉ thị những tín hiệu từ những bất liên tục nhỏ hơn mà ta không quan
tâm. Ở những thiết bị được trang bị như trên, những mẫu chuẩn này được dùng để hiệu
chỉnh biên độ - khoảng cách sao cho một khuyết tật có kích thước xác định sẽ cho một tín
hiệu trên màn hình CRT, tín hiệu này có biên độ đã được xác định trước mà không cần quan
tâm gì đến khoảng cách từ bề mặt vào (bề mặt áp đầu dò).
Mặt trên

Đường kính 2” (50mm)

Khoảng cách kim loại

Lỗ dáy bằng
Đường kính 3/64” , 5/64” hoặc 8/64” (1,19;
1,98; 3,17mm)

Hình 5.5 - Mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách.
Có 19 mẫu chuẩn trong bộ mẫu Alcoa dãy B là những khối trụ có đường kính 2 inch
(50mm) có cùng vật liệu như vật thể được kiểm tra. Tất cả đều có lỗ đáy bằng sâu 3/4 inch
(19,6mm) được khoan tại tâm điểm của bề mặt đáy (Hình 5.5). Các khối trong hệ mẫu
chuẩn đều có lỗ với đường kính giống nhau. Các bộ mẫu có thể được sản xuất với các lỗ có
đường kính là 3/64 inch (1,19mm), 5/64 inch (1,98mm), và 8/64 inch (3,17mm). Độ dài của

các mẫu thay đổi tương ứng với những khoảng cách kim loại là 1/16 inch (1,59mm), 1/8
inch (3,17mm) tới 1 inch (25,4mm) với chỉ số gia tăng là 1/8 inch (3,17mm) và 1
(31,7mm) tới 5

1
inch
4

3
inch (146mm), với số gia tăng là 1/2 inch (12,7mm) (xem bảng 5.2). Mỗi
4

mẫu chuẩn Alcoa dãy B được đánh dấu bằng mã số gồm một chữ số, dấu nối và 4 chữ số
sau dấu nối. Chữ số đầu tiên là đường kính của lỗ được biểu diễn bằng đơn vị 1/64 inch, bốn
chữ số sau là khoảng cách kim loại từ bề mặt đỉnh tới đáy lỗ được biểu diễn bằng đơn vị
1/100 inch. Ví dụ minh họa trong bảng 5.2 mẫu chuẩn được đánh dấu 3 – 0075 có đường
kính lỗ là 3/64 inch (1,19mm) khoảng cách kim loại là 3/4(0,75) inch (19,6mm).
Bảng 5.2 : Bộ mẫu chuẩn khoảng cách – biên độ :
CHƯƠNG 5

160


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

Mã số nhận dạng
của mẫu
3 – 0006
3 – 0012

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Khoảng cách kim loại
Inch
mm
0,062 (1/16)
1,57
0,125 (1/8)
3,2

CHƯƠNG 5

Chiều dài tổng cộng
Inch
mm
0,875
22,2
0,875
22,2

161


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

3 – 0025
3 – 0037
3 – 0050
3 – 0062
3 – 0075

3 – 0087
3 – 0100
3 – 0125
3 – 0175
3 – 0225
3 – 02753
3 – 0325
3 – 0375
3 – 0425
3 – 0475
3 – 0525
3 – 0575

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

0,250 (2/8)
0,375 (3/8)
0,500 (4/8)
0,625 (5/8)
0,750 (6/8)
0,875 (7/8)
1,000
1,250 (1¼)
1,750 (1¾)
2,250 (2¼)
2,750 (2¾)
3,250 (3¼)
3,750 (3¾)
4,250 (4¼)
4,750 (4¾)

5,250 (5¼)
5,750 (5¾)

6,4
9,5
12,7
15,9
19,1
22,2
25,4
31,8
44,5
57,2
69,9
82,6
95,3
108,0
120,7
133,4
146,1

1,000
1,125
1,250
1,375
1,500
1,625
1,750
2,000
2,500

3,000
3,500
4,000
4,500
5,000
5,500
6,000
6,500

25,4
28,6
31,8
34,9
36,1
41,3
44,5
50,8
63,5
76,2
88,9
101,6
114,3
127,0
139,7
152,4
165,1

5.2.7. Các mẫu chuẩn ASTM:
Các khối mẫu chuẩn ASTM có thể được kết hợp thành các bộ khác nhau của mẫu chuẩn
biên độ – diện tích và mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách. Bộ mẫu chuẩn cơ bản ASTM

chuẩn biên độ – khoảng cách gồm 10 khối mẫu chuẩn hình trụ có đường kính 2 inch
(50mm) và trong mỗi khối có một lỗ đáy bằng sâu 3/4 inch (19mm) được khoan tại tâm của
bề mặt đáy. Một khối mẫu chuẩn có một lỗ đường kính 3/64 inch (1,19mm) tại khoảng cách
kim loại là 3 inch (76,2mm) và bảy khối mẫu chuẩn có các lỗ đường kính 5/64 inch
(1,98mm) tại khoảng cách kim loại 1/8 inch (3,17mm), 1/4 inch (6,35mm), 1/2 inch
(12,7mm), 3/4 inch (19mm), 1

1
inch (38,1mm) 3 inch (76,2mm) và 6 inch (152,4mm).
2

Những khối mẫu chuẩn còn lại có đường kính lỗ là 8/64 inch (3,17mm) tại khoảng cách kim
loại là 3 inch (76,2mm) và 6 inch (152,4mm). Bộ mẫu chuẩn cơ bản biên độ – diện tích
ASTM gồm ba khối mẫu chuẩn hình trụ có khoảng cách kim loại 3 inch (76,2mm) và đường
kính lỗ là 3/64 inch (1,19mm), 5/64 inch (1,98mm) và 8/64 inch(3,17mm). Các khối mẫu
chuẩn còn lại có đường kính lỗ 3/64 inch (1,19mm) sẽ cho một bộ mẫu chuẩn biên độ khoảng cách.
Ngoài bộ mẫu chuẩn cơ bản, ASTM còn liệt kê thêm nhiều hơn 5 mẫu chuẩn so sánh biên
độ – diện tích và hơn 80 mẫu chuẩn biên độ - khoảng cách. Mỗi mẫu chuẩn ASTM được
đánh dấu bằng mã số nhận như đã sử dụng cho bộ mẫu Alcoa -dãy B.
5.3. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ :

Các đặc trưng quan trọng nhất của thiết bị cần phải thẩm tra xác nhận là : độ tuyến tính
ngang (độ tuyến tính của đường thời gian quét cơ bản), độ tuyến tính đứng (độ tuyến tính
của biên độ), độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ (núm điều khiển hệ số khuếch đại),
độ phân giải của thiết bị, đánh giá vùng chết và khả năng xuyên sâu cực đại.
5.3.1. Độ tuyến tính ngang (đường thời gian quét) :
Độ tuyến tính ngang hay độ tuyến tính của đường thời gian quét là sự khác nhau giữa
khoảng cách thực và khoảng cách đọc được trên màn hình CRT. Các mẫu I.I.W, DIN 54122
CHƯƠNG 5

162


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

hoặc một mẫu chuẩn bất kỳ nào khác có cùng vật liệu được gia công có thể sử dụng để xác
định độ tuyến tính của đường thời gian quét. Bề dày mẫu được lựa chọn sao cho một đầu dò
sóng dọc đặt lên mẫu này sẽ tạo ra một số xung phản hồi từ đáy (thường là 4 hoặc 5 xung)
trong phạm vi của dải lựa chọn.
Để kiểm tra độ tuyến tính của hai xung phản hồi từ đáy (chẳng hạn xung thứ nhất và xung
thứ tư trong năm xung được hiển thị) cần phải đặt hai xung này trùng khớp chính xác với
các vạch chia thích hợp trên màn hình CRT. Sau đó vị trí của mỗi xung phản hồi còn lại
được đánh dấu cẩn thận. Sai lệch cực đại cho dải đã chọn là 1%. Trong các máy kiểm tra
khuyết tật hiện đại, sự không tuyến tính của đường thời gian quét rất ít khi xảy ra và nguyên
nhân phổ biến nhất của việc xuất hiện không tuyến tính là do người vận hành máy định
chuẩn điểm 0 của thời gian quét không đúng.
Một chú ý quan trọng trong việc đánh giá độ tuyến tính thời gian quét là những giá trị thời
gian quét phải được đọc trong điều kiện các tín hiệu có cùng biên độ như nhau. Biên độ này
thường bằng 1/2 độ cao màn hình.
5.3.2. Độ tuyến tính đứng (độ tuyến tính của biên độ) :
Độ tuyến tính đứng của màn hình hay độ tuyến tính của biên độ là mức độ tỷ lệ giữa xung
phản hồi đi vào bộ khuếch đại và độ cao của nó hiển thị trên màn hình CRT. Để biết được
bộ khuếch đại của máy dò khuyết tật dùng để khuếch đại một tín hiệu nhỏ có cùng một tỷ số
như khi khuếch đại một tín hiệu lớn hay không nghĩa là độ khuếch đại có tuyến tính hay
không thì tiến hành kiểm tra như sau :
Chuẩn thời gian quét của máy dò khuyết tật cho dải kiểm tra 250mm, sao cho thu được 10
xung phản hồi đáy từ cạnh dày 25mm của mẫu V1 (trong phần 5.2.2). Biên độ của xung
phản hồi thứ n (thường là phản hồi nằm ngay phía ngoài trường gần) được điều chỉnh tới

một biên độ xác định (thường là 4/5 chiều cao màn hình). Các biên độ của các xung phản
hồi tiếp theo (các xung phản hồi n + 1, n + 2, n + 3 …) sẽ được ghi lại. Sau đó biên độ của
xung phản hồi thứ n được điều chỉnh giảm xuống 1/2 so với giá trị ban đầu của nó và biên
độ những xung phản hồi tiếp theo cũng được ghi lại. Nếu tất cả các xung phản hồi đều giảm
xuống một tỷ lệ là 1/2 so với giá trị ban đầu của chúng thì bộ khuếch đại là tuyến tính còn
ngược lại là không tuyến tính.
Độ lệch tuyến tính cho bất kỳ xung phản hồi nào có thể được biểu diễn theo phần trăm của
sai số tương đối từ phương trình :
Độ lệch %

=

Biên độ ban đầu của xung phản hồi
Hai lần biên độ xung phản hồi đã giảm
Biên độ ban đầu của xung phản hồi

× 100

(5.1)

5.3.3. Độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ (núm điều kiển hệ số khuếch đại) :
Để kiểm tra độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ, đầu tiên cần phải chuẩn định thời
gian quét ở dải mà ta mong muốn và thu nhận được một xung phản hồi nằm ở khoảng giữa
đường thời gian quét. Biên độ xung phản hồi được đặt đến độ cao mong muốn và ghi lại giá
trị đọc được ở bộ khuyếch đại. Sau đó giảm giá trị bộ khuyếch đại, mỗi lần 6dB, thực hiện
bốn hoặc năm lần liên tiếp như vậy và mỗi lần đều ghi lại sự giảm biên độ của xung phản
hồi. Nếu nó giảm biên độ còn 1/2 giá trị so với trước thì có thể nói núm điều chỉnh biên độ
được chuẩn đúng.
5.3.4. Độ phân giải của máy dò khuyết tật :

CHƯƠNG 5

163


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Độ phân giải của một máy dò khuyết tật là khả năng phân biệt được sự khác nhau rất nhỏ về
khoảng cách và hướng. Mẫu chuẩn I.I.W.V1 được dùng để xác định độ phân giải của máy
dò khuyết tật bằng các đầu dò thẳng. Mẫu này có ba mặt phản xạ ở các khoảng cách 85mm,
91mm, 100mm. Đầu dò được đặt trên mẫu như hình 5.6a và các xung phản hồi thu được từ
ba mặt phản xạ như hình 5.6.b và c. Khả năng tách biệt các xung phản hồi cho biết mức độ
phân giải của máy dò khuyết tật đối với đầu dò sử dụng.
Đầu dò

Hình 5.6(a)–Vị trí đầu dò trên mẫu I.I.W V1 để xác định khả năng phân giải của dầu dò.

Hình 5.6 (b và c) – Trên màn hình CRT cho thấy khả năng phân giải phát hiện khuyết tật
khi sử dụng hai đầu dò thẳng khác nhau; (b) phân giải tốt hơn còn (c)
phân giải kém.
Hình 5.6 (b và c) cho biết mức độ phân giải của máy dò khuyết tật khi sử dụng hai đầu dò
thẳng khác nhau.
Đánh giá gần đúng chiều sâu vùng chết của một đầu dò sóng dọc có thể bằng cách sử dụng
lỗ 1,5mm và tấm nêm thủy tinh hữu cơ trên mẫu V1. Việc thêm vào mẫu V1 những lỗ
khoan nữa có thể hạn chế khả năng chuẩn định của nó nên một số mẫu khác đã được giới
thiệu để bổ sung cho
mẫu V1. Một mẫu được mô tả trong tài liệu BS3923 – Phần 3 – 1972 thường được dùng để
đánh giá độ phân giải của các máy dò khuyết tật được biểu diễn trong hình 5.7.

CHƯƠNG 5

164


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.7 – Mẫu chuẩn của Anh quốc để đo độ phân giải của đầu dò và máy dò khuyết tật.
Với mẫu này độ phân giải được xác định là khoảng cách tối thiểu khuyết tật được hiện thị
một cách rõ ràng và tách biệt nhau. Khi xác định thì đầu dò được đặt ở trên đường tâm của
mẫu vùng có thay đổi giữa hai bán kính liên tiếp. Điều chỉnh vị trí của đầu dò sao cho các
xung phản hồi từ hai bán kính liên tiếp có chiều cao bằng nhau và bằng khoảng 1/2 chiều
cao màn hình (FSH). Độ phân giải khi đó chính là độ phân biệt giữa các bậc có các xung
phản hồi từ nó tách biệt rõ ràng ở độ cao bằng một nửa hoặc thấp hơn biên độ xung phản hồi
cực đại.

5.3.5. Khả năng xuyên sâu cực đại :
Đây là thuật ngữ được dùng trong tiêu chuẩn của Anh quốc BS – 4331 để mô tả việc kiểm
tra so sánh năng lực phát của một thiết bị cùng đầu dò so với trước đây của nó hoặc với các
thiết bị khác có tính năng tương tự.
Phép kiểm tra được tiến hành như sau : đặt đầu dò sóng dọc lên bề mặt tấm nêm thủy tinh
hữu cơ trong mẫu chuẩn I.I.W V1 (hình 5.8), có bề dày 23mm và đặt bộ khuếch đại của máy
ở giá trị cực đại. Ghi lại số xung phản hồi và biên độ của xung phản hồi cuối cùng, chúng
được dùng để biểu diễn khả năng xuyên sâu cực đại của thiết bị và đầu dò.
Vị trí đầu dò

CHƯƠNG 5

165


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.8(a) – Vị trí của đầu dò thẳng để xác định khả năng xuyên sâu của thiết bị.

5
10
0
Hình 5.8(b) – Tín hiệu trên màn hình CRT minh họa khả năng xuyên sâu của thiết bị.
5.3.6. Xác định độ rộng xung :
5.3.6.1. Đầu dò thẳng :
Trên các máy dò khuyết tật với màn hình đã được hiệu chỉnh, đặt đầu dò tại vị trí L (Hình
5.9) và dùng bậc 6mm (tương đương với 1µs thời gian truyền qua trong thép) để chuẩn dải
kiểm tra theo thang thời gian ngắn. Đặt đầu dò lên trên bề mặt mẫu chuẩn để có xung phản
hồi đáy, điều chỉnh núm điều khiển trể và núm điều khiển hệ số khuếch đại để hiển thị xung
phản hồi này ở biên độ 100% chiều cao của màn hình (FSH = Full Scale Height). Độ rộng
xung được đánh giá bằng khoảng cách giữa hai điểm ở sườn lên và sườn xuống của xung ở
mức 10% chiều cao biên độ. Độ rộng xung được biểu diễn bằng mm hoặc là micro giây.
Đầu dò
Điểm ra của đầu dò
L
Điểm không

Chùm sóng âm
Bậc thang

Hình 5.9 (a và b) – Vị trí của đầu dò thẳng và đầu dò góc được đặt trên mẫu V1 để xác định
độ rộng xung.
5.3.6.2. Đầu dò góc :
Đặt đầu dò góc ở vị trí L (hình 5.9.b), thu được xung phản hồi từ cung bán kính
R=
100mm sau khi chuẩn thời gian quét theo dải ngắn. Điều chỉnh núm điều khiển trễ để có
xung phản hồi từ cung bán kính 100mm nằm trong dải được chuẩn. Đặt xung phản hồi ở
mức 100% chiều cao của màn hình (FSH). Độ rộng xung có thể được đánh giá bằng khoảng
cách giữa hai điểm ở sườn lên và sườn xuống của xung thu được trên màn hình ở mức 10%
chiều cao biên độ đỉnh. (Hình 5.10).
CHƯƠNG 5

166


TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Biên độ, %

Biên độ, %

TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

Xung hẹp

Xung rộng

Hình 5.10 - Hình ảnh độ rộng xung thực tế của đầu dò góc.
5.4. CHUẨN ĐỊNH VỚI ĐẦU DÒ THẲNG :

5.4.1. Chuẩn thời gian quét :
5.4.1.1. Dùng mẫu chuẩn V1 :
Để chuẩn thời gian quét với đầu dò thẳng cho dải đo tới 250mm, đầu dò được đặt tại vị trí C
(Hình 5.11) và thu được chuỗi xung phản hồi đáy liên tiếp, chúng được điều chỉnh đến các
vạch chia thích hợp trên màn hình CTR bằng núm điều khiển trễ và núm điều khiển dải
kiểm tra vật liệu. Hình 5.12 trình bày hình ảnh của một màn hình CRT được chuẩn ở thang
100mm. Những điểm mà tại đó các xung phản hồi đáy được điều chỉnh tới vạch chia thích
hợp trên màn hình CRT để cho ta những thang chuẩn thời gian quét.
Để chuẩn thời gian quét cho bề dày lớn hơn 250mm bằng đầu dò thẳng, ta đặt đầu dò ở vị trí
A hoặc B (Hình 5.11) và nhận chuỗi xung phản hồi đáy liên tiếp, chúng được điều chỉnh tới
các vạch chia thích hợp trên màn hình CRT. Hình 5.13 trình bày tín hiệu trên màn hình CRT
cho thang đo 1mét. Để chuẩn thời gian quét cho bề dày 91, 182, 273,… thì đầu dò thẳng
được đặt tại vị trí D (bảng 5.3).
Chuỗi xung phản hồi đáy được dùng để chuẩn thời gian quét vì khoảng cách giữa xung phát
và xung phản hồi đáy đầu tiên lớn hơn một ít so với khoảng cách giữa hai xung phản hồi
đáy liên tiếp. Đây là do sai số điểm 0 gây ra do sóng siêu âm truyền trong biến tử qua lớp
nêm bảo vệ (nếu có) và lớp chất lỏng tiếp âm trước khi vào vật kiểm tra.
Bảng 5. 3 : Mối quan hệ giữa các vị trí đầu dò và các dải bề dày chuẩn định.
Vị trí đầu dò trên mẫu chuẩn
A
B
C
D

Dải bề dày (mm)
200, 400, 600 ----------------------------------100, 200, 300, 400, 500 ----------------------25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250
91, 182, 273 -----------------------------------

CHƯƠNG 5

167


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.11 – Những vị trí của đầu dò trên mẫu chuẩn I.I.W (V1) để chuẩn định những dải đo
khác nhau.

Hình 5.12 - Biểu diễn màn hình CRT đã chuẩn định cho dải kiểm tra 100m (Khi đầu dò
được đặt tại vị trí ‘C’).

CHƯƠNG 5

168


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.13 - Biểu diễn màn hình CRT đã chuẩn định cho dải kiểm tra 1m (Khi đầu dò được
đặt tại vị trí ‘B’).
5.4.1.2. Dùng mẫu chuẩn V2 :

Hình 5.14 (a&b) – Vị trí đầu dò trên mẫu chuẩn I.I.W.V2 cho dải kiểm tra 50mm và tín hiệu
trên màn hình CRT.
Đầu dò thẳng được đặt lên mẫu chuẩn như hình 5.14 (a) và thu nhận chuỗi xung phản hồi

đáy liên tiếp. Sử dụng núm điều khiển trễ và núm điều chỉnh dải kiểm tra để điều chỉnh
chuỗi xung phản hồi này. Hình 5.14 (b) mô tả tín hiệu trên màn hình đã chuẩn định cho dải
đo 50mm.
5.5. CHUẨN ĐỊNH VỚI ĐẦU DÒ GÓC :

5.5.1. Chuẩn định dải kiểm tra :
5.5.1.1. Dùng mẫu chuẩn V1 :
Đối với dải đo 100mm hoặc lớn hơn, phương pháp trực tiếp nhất là đặt đầu dò ở vị trí “E”
để thu được chuỗi xung phản hồi liên tiếp từ cung bán kính 100mm (hình 5.15a). Hình
5.15b trình bày tín hiệu được hiển thị trên màn hình CRT cho dải đo 200mm.
E

Hình 5.15(a) – Vị trí của đầu dò đặt trong kích thước dải kiểm tra 100mm.
CHƯƠNG 5

169


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.15(b) – Tín hiệu trên màn hình CRT đã chuẩn cho dải kiểm tra 200mm (Khi đầu dò
được đặt tại vị trí ‘E’).
Một phương pháp khác để chuẩn thời gian quét cho các đầu dò góc là phương pháp phối
hợp đầu dò góc và đầu dò thẳng. Trước hết đầu dò thẳng được đặt tại điểm “D” trong hình
5.11, khoảng cách 91mm ứng với sóng dọc bằng với 50mm đối với sóng ngang. Hình 5.16
biểu diễn tín hiệu trên màn hình CRT chuẩn định cho thang đo 250mm đối với đầu dò góc
được chuẩn bằng đầu dò thẳng khoảng cách 91mm của mẫu chuẩn V1.
Sau khi chuẩn bằng đầu dò thẳng ta thay đầu dò thẳng bằng đầu dò góc, di chuyển đầu dò

góc đến tại vị trí “E” (hình 5.15) sao cho ta thu được một xung phản hồi cực đại từ cung bán
kính 100mm, điều chỉnh điểm phát sao cho xung phản hồi này trùng với vị trí 100mm. Bằng
cách đó ta đã hiệu chỉnh được sự trễ (sai lệch) gây ra do nêm đầu dò.
Sóng dọc

Hình
Sóng5.16
ngang– Thang tuyến tính 250mm.
Hình 5.17 (a, b, c) giải thích phương pháp khác để chuẩn thời gian quét cho dải đo 100mm
bằng đầu dò góc :

vạch chia
chưa biết

CHƯƠNG 5

170


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.17(a) - Đỉnh B được đặt tạm thời tại hoặc gần vạch chia 10 bằng cách dùng núm
điều khiển độ dài quét .

Nằm ngoài màn hình

Hình 5.17(b) - Đỉnh B đặt tại 0 và B’ tại vạch chia 10 bằng cách dùng núm điều chỉnh trễ
và núm điều khiển độ dài quét.

Nằm ngoài màn hình

Hình 5.17(c) - Đỉnh B đặt tại vạch chia 10 bằng cách dùng núm điều khiển trễ. Điểm 0 sẽ
được hiệu chỉnh tự động.
5.5.1.2. Dùng mẫu chuẩn V2 :
Chuẩn thời gian quét cho đầu dò góc cho các dải đo tới 250mm có thể được thực hiện bằng
một trong hai phương pháp sau đây. Trong cả hai phương pháp, đầu dò được đặt sao cho
điểm ra của nó trùng với vạch chia tâm của hai mặt cong bán kính 25 và 50 mm trên mẫu
chuẩn.
Trong phương pháp thứ nhất: đầu dò được đặt hướng vào mặt cong bán kính 25mm như
mô tả trong hình 5.18(a). Bằng phương pháp này màn hình có thể được chuẩn cho các dải
100mm, 175mm, 200mm và 250mm. Để chuẩn định cho dải kiểm tra 100mm thì đầu dò
được đặt hướng tới mặt cong 25mm của mẫu chuẩn V2, để nhận được xung phản hồi đầu
tiên từ mặt cong này, cũng chính xung này bị phản xạ và đi tới mặt cong bán kinh 50mm lại
bị phản xạ ngược về đầu dò nhưng tinh thể không nhận được do nó đang hướng tới mặt
cong 25mm. Một lần nữa nó bị phản xạ hướng đến mặt cong 25mm và phản xạ từ mặt cong
25mm thì tinh thể đầu dò nhận được. Lúc này trên màn hình CRT nhận được xung phản hồi
này tại 100mm, nghĩa là sau khi nhận được xung phản hồi đầu tiên tại 25mm, trên màn hình
CRT sẽ nhận được một xung phản hồi khác ở cách nó 75mm. Dạng xung phản hồi cho dải
200mm được mô tả trên hình 5.18(b). Các xung phản hồi xuất hiện ở 25mm, 100mm và
175mm. Đối với các dải 250mm thì các xung phản hồi xuất hiện ở 25mm, 100mm, 175mm
và 250mm.

CHƯƠNG 5

171


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.18(a&b) – Chuẩn thời gian quét cho dải đo 200mm dùng mẫu chuẩn
V2 và đầu dò hướng tới mặt cong bán kính 25mm.
Trong phương pháp thứ hai : Đặt đầu dò hướng tới mặt cong bán kính 50mm như trong
hình 5.19(a). Trong trường hợp này màn hình CRT có thể được chuẩn cho các dải 125mm
và 200mm. Dạng màn hình CRT được chuẩn cho dải 200mm được minh họa trong hình
5.19(b), các xung phản hồi xuất hiện tại 50mm, 125mm, 200mm. Trong phương pháp này
xung phản hồi từ mặt cong bán kính 50mm được đặt ở vạch chia thứ 10 trên màn hình CRT
bằng cách dùng núm điều khiển trễ hoặc núm điều khiển dải kiểm tra. Đầu dò sau đó quay
ngược lại sao cho nhận được xung phản hồi từ mặt cong bán kính 25mm. Xung phản hồi
này được đặt tại vạch chia thứ 5 trên màn hình CRT bằng cách sử dụng núm điều khiển trễ.
Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi những xung phản hồi từ các mặt cong bán
kính 25 và 50mm trùng khớp với vạch chia thứ 5 và thứ 10 tương ứng trên màn hình CRT.
Quá trình định chuẩn cho dải 50mm đã được hoàn thành.

Hình 5.19(a&b) – Chuẩn thời gian quét cho dải đo 200mm dùng mẫu chuẩn V2
và đầu dò góc đặt tại mặt cong bán kính 50mm.
5.5.2. Xác định điểm ra của đầu dò :
5.5.2.1. Dùng mẫu chuẩn V1 :
Đầu dò được đặt tại vị trí L trên mẫu chuẩn (Hình 5.20) và thu nhận xung phản hồi từ cung
bán kính 100mm. Dịch chuyển đầu dò qua lại quanh vị trí L để nhận được biên độ cực đại
của xung phản hồi này. Khi tìm thấy biên độ xung phản hồi cực đại thì điểm trên đầu dò
tương ứng với điểm 0 (dấu cắt) trên mẫu chính là điểm ra của đầu dò.
Điểm ra của đầu dò
Điểm ra của đầu dò

Điểm không

CHƯƠNG 5

172


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.20 : Xác định điểm ra của đầu dò bằng mẫu chuẩn V1.
5.5.2.2. Dùng mẫu chuẩn V2 :
Đầu dò được đặt hướng tới mặt cong bán kính 25mm hoặc mặt cong bán kính 50mm để
nhận được những xung phản hồi tại 25mm hoặc 50mm trên màn hình CRT. Đầu dò được
dịch chuyển tới lui để thu được xung phản hồi cực đại. Khi biên độ xung phản hồi đạt cực
đại, điểm ra đầu dò được xác định bằng cách dóng điểm tâm (0) của thước mm trên mẫu
chuẩn V2 lên đầu dò.
5.5.3. Xác định và kiểm tra góc phát của đầu dò :
5.5.3.1. Dùng mẫu chuẩn V1 :
“a”
40

50

60

“b”

60
70

75

80

“c”
Hình 5.21 : Xác định góc đầu dò bằng mẫu chuẩn V1.
Để xác định góc phát của đầu dò, ta dịch chuyển đầu dò tới lui, tùy theo góc danh định của
nó, tại các vị trí “a” (350 đến 600), “b” (600 đến 750) hoặc “c” (750 đến 800) như trong hình
5.21, cho đến khi biên độ của xung phản hồi từ cung tròn tấm nêm thủy tinh hữu cơ hoặc từ
lỗ có đường kính 1,5mm đạt giá trị cực đại. Góc của đầu dò được xác định là góc tương ứng
trên mẫu V1 trùng với điểm ra của đầu dò khi biên độ xung phản hồi đạt cực đại.
5.5.3.2. Dùng mẫu chuẩn V2 :

CHƯƠNG 5

173


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.22 : Kiểm tra góc đầu dò bằng mẫu chuẩn V2.
Để xác định góc phát hiện tại của đầu dò ta dùng lỗ khoan đường kính 5mm trong mẫu
chuẩn. Điểm ra của đầu dò được đặt trên mẫu V2 tại vị trí góc khắc trên mẫu tương ứng với
góc danh định ghi trên đầu dò. Hướng đầu dò vào lỗ đường kính 5 mm (hình 5.22). Dịch
chuyển đầu dò tới lui để thu được xung phản hồi cực đại. Góc đầu dò chính là giá
trị góc trên mẫu ứng với điểm ra của đầu dò.
5.6. CHUẨN ĐỊNH ĐỐI VỚI CÁC MẪU CÓ BỀ MẶT CONG :

5.6.1. Độ nhạy :
Có hai yếu tố góp phần làm giảm độ nhạy khi kiểm tra siêu âm mẫu có bề mặt cong. Yếu tố
thứ nhất là sự mở rộng hoặc phân kỳ của chùm tia phát ra do khúc xạ. Yếu tố thứ hai là sự
giảm diện tích bề mặt tiếp xúc giữa đầu dò và mẫu kiểm tra. Cả hai hiệu ứng
này được biểu diễn trên hình 5.23.
Đầu dò

Chất tiếp âm

Mẫu

Hình 5.23 – Sự phân kỳ chùm sóng âm do khúc xạ giữa chất tiếp âm và bề mặt mẫu.
Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa đầu dò và vật kiểm tra tăng, sẽ hạn chế tối đa sự giảm độ
nhạy. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ phận chuyển tiếp giữa đầu dò và bề
mặt cong kiểm tra, Những bộphận này được chế tạo để ăn khớp với độ cong của bề mặt mẫu
thử.
5.6.2. Hiệu chỉnh khoảng cách bước quét và độ dài quãng đường truyền chùm tia siêu
âm :
Mẫu chuẩn I.I.W.V1 thường được dùng để chuẩn định dải kiểm tra với đầu dò góc. Các
khoảng cách bước quét và độ dài quãng đường truyền chùm tia siêu âm tương ứng tăng lên
theo hệ số fp và fs phụ thuộc vào góc của đầu dò θ và tỷ số giữa bề dày thành d và đường
kính ngoài D của ống (nghĩa là d/D) và ta có thể tìm các hệ số này tương ứng trên hình 5.24
và 5.25. Quá trình này được thực hiện như sau :
(i)

Xác định tỷ số d/D : tỷ số bề dày – đường kính ngoài.

(ii)

Vẽ một đường thẳng vuông góc với trục d/D tại giá trị tính được trong (i) và xác

định giao điểm giữa nó với đường cong của đầu dò được sử dụng.

(iii)

Tại giao điểm này vẽ một đường thẳng song song với trục d/D và xác định giao
điểm giữa nó với trục fp.

(iv)

Đọc các giá trị của hệ số fp.
CHƯƠNG 5

174


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

(v)

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Lặp lại các bước trên để xác định hệ số fs (đồ thị 5.25).

(vi)

Sử dụng theo các công thức sau để tính Pr và Sr.
Pr = fp × Pe
S r = fs × Se
Trong đó :
Pe – bước quét của chùm tia siêu âm trong trường hợp tấm phẳng

Pr - bước quét của chùm tia siêu âm trong trường hợp ống cong
Se – quãng đường đi của chùm tia siêu âm trong trường hợp tấm phẳng
Sr – quãng đường đi của chùm tia siêu âm trong trường hợp ống cong

(5.2)
(5.3)

Hình 5.24 – Hệ số khoảng cách bước quét cho các bề mặt cong loại và ống.

Hệ số độ dài quãng đường truyền
chùm tia siêu âm (fs)

Những khái niệm này được minh họa trong hình 5.26.

Hình 5.25 – Hệ số tăng quãng đường truyền âm cho các loại ống và các bề mặt cong.

CHƯƠNG 5

175


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.26 – Hiệu chỉnh cho các bề mặt cong.
5.7. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG BỔ CHÍNH BIÊN ĐỘ - KHOẢNG CÁCH (DAC) KHI
SỬ DỤNG CÁC MẪU CHUẨN SO SÁNH (ĐỐI CHỨNG):

Các đường cong bổ chính biên độ - khoảng cách (DAC) được thiết lập bằng cách sử dụng

mẫu chuẩn so sánh có lỗ khoan ở mặt bên (SDH) làm chuẩn so sánh cho trường hợp đầu dò
góc và dùng mẫu có lỗ đáy bằng (FBH) làm chuẩn so sánh cho đầu dò thẳng. Quy phạm
ASME dùng phương pháp này để thiết lập mức độ nhạy PRE (độ nhạy ban đầu).
Mức độ nhậy ban đầu (PRE) cho đầu dò góc được thiết lập bằng cách điều chỉnh tín hiệu từ
các lỗ khoan chuẩn và được quét trong phạm vi một đường truyền chùm siêu âm ứng với
vùng trường xa (không sử dụng vùng trường gần), sau đó xung này được điều chỉnh tới biên
độ 75% độ cao màn hình , đánh dấu vị trí của đỉnh xung phản hồi trên màn hình CRT. Đầu
dò được đặt tại vị trí 1 như hình vẽ 5.27, màn hình hiển thị như trong hình 5.28. Sau đó đầu
dò được dịch chuyển tới các vị trí khác (như vị trí 2, 3 và 4, trong hình 5.27) và biên độ tín
hiệu được đánh dấu trên màn hình CRT cho mỗi vị trí (Hình 5.28). Vẽ một đường nối các
điểm này ta được đường cong bổ chính biên độ - khoảng cách (DAC). Đường này, biểu diển
mức chuẩn so sánh tại các độ sâu khác nhau trong mẫu. Có thể vẽ các đường DAC ở các
mức 50% hoặc 20% của mức chuẩn so sánh này.

Hình 5.27 – Những vị trí đầu dò khác nhau trên mẫu chuẩn cơ bản, để vẽ đường cong
DAC bằng đầu dò góc.
Sự khác nhau về mất mát năng lượng trong quá trình lan truyền của sóng âm giữa mẫu
chuẩn so sánh và vật kiểm tra được tính toán như đã nêu ra trong phần II.8.2, sẽ được cộng
thêm vào đường cong DAC để tăng độ khuyếch đại . Đối với quá trình quét kiểm tra sơ bộ,
độ nhạy được đặt cao gấp 2 lần (+ 6dB) so với mức độ nhậy ban đầu sau khi đã cộng thêm
phần mất mát trong quá trình lan truyền. Việc đánh giá loại bỏ hay chấp nhận khuyết tật để
loại bỏ hay theo tiêu chuẩn, tất nhiên được tiến hành hệ số khuếch đại đặt mức nhạy PRE
cộng thêm phần năng lượng mất đi trong quá trình lan truyền.
Một phương pháp khác đánh giá mất mát năng lượng trong quá trình lan truyền là ghi nhận
sự khác biệt giữa các xung phản hồi thu được từ phần tử phản xạ so sánh trong mẫu chuẩn
cơ bản và phần tử phản xạ giống vậy được khoan trong mẫu kiểm tra.
Mức so sánh ban đầu

CHƯƠNG 5

176


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Hình 5.28 – Màn hình CRT biểu diễn 100%, 50% và 20% DAC.
Đối với các đầu dò thẳng không cần phải xây dựng đường cong bổ chính biên độ - khoảng
cách khi bề dày của vật liệu cần kiểm tra nhỏ hơn 2 inch (50mm). Chỉ các bề dày lớn hơn 2
inch là cần được bổ chính. Để xây dựng đường cong DAC, biên độ xung phản hồi cực đại từ
lỗ khoan ở khoảng cách 1/4T được điều chỉnh tới 50% độ cao của màn hình, đây chính là
mức độ nhạy ban đầu PRE. Không thay đổi hệ số khuếch đại đã đặt cho mức PRE, dịch
chuyển đầu dò để thu được xung phản hồi cực đại từ lỗ ở khoảng cách 3/4T này - hình
5.29(a). Đánh dấu độ cao xung phản hồi cực đại ở 3/4T trên màn hình CRT. Nối hai điểm đã
đánh dấu thành một đường thẳng và kéo dài đường thẳng này cho hết dải cần kiểm tra như
trong hình 5.29b, ta được đường DAC cho dải cần kiểm tra.

Độ dịch chuyển nhỏ nhất

Hình 5.29a – Vị trí của đầu dò cho 1/4T và 3/4T.
Mức nhạy quét kiểm tra khi dùng đầu dò thẳng được đặt gấp đôi mức độ nhạy ban đầu PRE,
nghĩa là điều chỉnh hệ số khuếch đại của máy dò khuyết tật ở mức độ nhạy ban đầu PRE
cộng thêm 6dB. Tuy nhiên việc đánh giá kích thước khuyết tật phải được thực hiện ở mức
độ nhạy ban đầu PRE cộng thêm sự mất mát trong quá trình lan truyền và hiệu chính độ suy
giảm.
Mức độ nhậy ban đầu
được điều chỉnh tới 50%
độ cao màn hình.

Hình 5.29b – Các vị trí 1/4T và 3/4T được hiển thị trên màn hình CRT.
5.8. Phương pháp giản đồ DGS - Distance – Gain – Size (Khoảng cách – hệ số khuếch
đại – kích thước) :
Một phương pháp khác được sử dụng để đặt độ nhạy đó là phương pháp giản đồ DGS.
Phương này sử dụng một biểu đồ DGS do Krautkramer đưa ra vào năm 1958.
CHƯƠNG 5

177


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Từ nghiên cứu hình dạng hình học và phân bố cường độ chùm tia siêu âm trong thực tế, có
thể được rút ra một số kết luận sau :
(i)

Đối với các bề mặt phản xạ nhỏ thì phần năng lượng phản xạ về đầu dò là tỷ số
của diện tích bề mặt phản xạ và diện tích mặt cắt ngang của chùm tia siêu âm tại vị trí
của bề mặt phản xạ. Biên độ xung phản hồi đạt giá trị lớn nhất tại khoảng cách bằng
một chiều dài trường gần do sự hội tụ của chùm tia siêu âm. Đối với khoảng cách ngắn
hơn một chiều dài trường gần thì biên độ xung phản hồi giảm đi chút ít.

(ii)

Trong vùng trường xa và đối với các phần tử phản xạ lớn, thí dụ như mặt đáy
thì biên độ xung phản hồi tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ đầu dò đến nó. Nếu khoảng
cách này tăng gấp hai lần thì biên độ xung phản hồi của nó sẽ giảm xuống còn 50%
tương ứng –6dB.

(iii)

Đối với các phần tử phản xạ nhỏ, như là các tạp chất nhỏ, rỗ khí và lỗ đáy bằng
nằm trong vùng trường xa thì biên độ xung phản hồi tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách từ đầu dò đến chúng. Nếu khoảng cách này tăng lên hai lần thì biên độ
xung phản hồi của chúng giảm xuống còn 25% hoặc –12dB.

(iv)

Đối với các phần tử phản xạ nhỏ nằm trong vùng trường xa thì biên độ xung
phản hồi của chúng cũng phụ thuộc vào diện tích của bề mặt phản xạ và tỷ lệ với bình
phương đường kính của bề mặt phản xạ như là lỗ đáy bằng. Nếu đường kính tăng gấp
đôi thì biên độ xung phản hồi của chúng tăng lên bốn lần hoặc +12dB.
Biểu đồ KRAUTKRAMER
D = Khoảng cách (trường gần)
G = hệ số khuếch đại (dB)
S = Xtal φ = FBH φ tương đương

Hình 5.30 – Biểu đồ DGS chung cho tất cả các loại đầu dò thẳng.

CHƯƠNG 5

178


TRUNG TM NDT V KỸ THUẬT HẠT NHN

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Dựa trên các cơ sở này, biểu đồ DGS được dựng lên bằng việc so sánh các xung phản hồi từ
các bề mặt phản xạ nhỏ là các lỗ đáy bằng có đường kính khác nhau được đặt ở các khoảng
cách khác nhau từ đầu dò, với xung phản hồi từ một phần tử phản xạ lớn như mặt đáy cũng
ở những khoảng cách khác nhau tính từ đầu dò. Một biểu đồ DGS thực tế có thể dùng được
cho các loại đầu dò thẳng mà không cần xét đến kích thước và tần số của đầu dò và loại vật
liệu, được mô tả trong hình 5.30.
Thang chia trên trục nằm ngang biểu thị cho khoảng cách (D) theo chiều dài trường gần
chùm tia siêu âm trong một vật liệu. Giá trị D thường được chuẩn hóa để dễ sử dụng và
được xác định bằng công thức :
D=

Trong đó :

s
N

(5.4)

s = Khoảng cách thực (mm).
N = Chiều dài trường gần (mm).

Với đầu dò và vật liệu kiểm tra xác định, giá trị N có thể được tính toán bằng cách sử dụng
các phương trình trong phần II.7.1.2. Những giá trị này được biểu diễn theo thang logarit có
các giá trị từ 0,1 đến 100,v.v… Thang chia trục tung biểu diễn các giá trị của hệ số khuếch
đại hoặc hệ số suy giảm được đo bằng đơn vị dB. Trong giản đồ (DGS) thang này có giá trị
nằm trong khoảng từ 0 đến 60dB. Các đường cong mô tả biên độ xung phản hồi từ các lỗ
đáy bằng có kích thước khác nhau (S). Để giản đồ DGS không phụ thuộc vào các kích thước
đường kính của đầu dò giá trị của phần tử phản xạ dạng đĩa được chuẩn hoá theo công thức
dưới đây :
S=

Trong đó :

d
D eff

(5.5)

S = Kích thước của phần tử phản xạ được chuẩn hóa.
d = Đường kính thực của mặt phản xạ hình đĩa (mm).
Deff = Đường kính hiệu dụng của tinh thể đầu dò(mm).

Trong giản đồ các đường cong có các giá trị S nằm trong khoảng từ 0,05 đến 2,0. Đường
cong nằm trên cùng của giản đồ biểu diễn giá trị S vô hạn tương ứng với mặt đáy.
Còn trong trường hợp đầu dò góc, một số giá trị chiều dài trường gần nằm bên trong nêm
thủy tinh hữu cơ (perspex) của đầu dò và thay đổi tùy thuộc vào thiết kế và kích thước của
đầu dò nên các giản đồ DGS được vẽ riêng cho mỗi thiết kế, kích thước và tần số của mỗi
đầu dò góc. Vì lý do này các thang chia trên biểu đồ DGS sử dụng cho đầu dò góc được đơn
giản hóa : thang đo D được chuẩn theo độ dài quãng đường truyền của chùm tia siêu âm.
Thang đo G theo đơn vị Decibel như đã trình bày ở trên. Thang đo S biểu diễn các đường
kính của phần tử phản xạ lỗ đáy bằng hoặc phần tử phản xạ dạng đĩa tính theo mm. Hình
5.31 trình bày một biểu đồ DGS cho một đầu dò góc thực tế.

CHƯƠNG 5

179