CHƯƠNG 9- NHỮNG KỸ THUẬT ĐẶC BIỆT SIÊU ÂM

TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

CHƯƠNG 9
NHỮNG KỸ THUẬT ĐẶC BIỆT SIÊU ÂM
9.1.NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA ĐẶC BIỆT VÀ NHỮNG KỸ
THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT CHÚNG :

9.1.1. Quá trình kiểm tra dùng không khí làm chất tiếp âm :
Trong khi phần lớn các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện với chất tiếp âm là
chất lỏng hoặc được nhúng trong nước, cần có sự cải tiến dần việc kiểm tra không cần
những chất tiếp âm thường dùng. Việc tiếp âm bằng không khí được xem xét để ứng dụng ở
đây chất lỏng có thể phá hủy vật liệu kiểm tra hoặc giá thành loại bỏ chất tiếp âm cao.
Trong việc kiểm tra các bề mặt có diên tích lớn hoặc có tốc độ quét cao, hướng tiếp xúc với
các đối tượng kiểm tra những kết quả điển hình của lớp bảo vệ biến tử, quá trình hư hỏng và
sự tổn hao của thiết bị kiểm tra. Trong kỹ thuật siêu âm được tiếp âm bằng không khí cung
cấp những ý nghĩa chọn lựa để giải quyết những vấn đề này.
Điều chủ yếu mở ra cho sự thành công trong việc sử dụng không khí làm chất tiếp âm là độ
nhạy, cũng như biến tử được giảm chấn, các điểm hội tụ phải nhỏ hơn 0,13mm (0,05inch)
có thể được sử dụng rộng rãi. Việc hội tụ có thể được thực hiện chủ yếu với một mặt cầu
hoặc với những thấu kính đúc bằng epoxy. Chùm tia có những đường kính nhỏ và các chiều
dài của điểm hội tụ dọc theo hướng của chùm sóng âm đã định nhằm điều chỉnh các quá
trình biến đổi hình học, với những bề mặt quét nhỏ và để đánh giá tình trạng không thích
hợp không cần những thiết bị không hội tụ.
Có nhiều loại biến tử đặc biệt khác nhau được phát triển nhằm để thực hiện các mục đích
kiểm tra qua không khí. Có các loại biến tử như bimophic, tỉnh điện, áp điện và gốm phân
cực mổi loại được phát triển nhằm để áp dụng trong những trường hợp riêng.
Âm trở của không khí vô cùng thấp và do đó không khí không thể chịu được những dao
động cơ học. Giá trị âm trở này của không khí dẫn đến rất khó trong việc tiếp âm và kích
thích những tần số sóng cao trong không khí.

Một cách để khắc phục sự khó khăn này là sử dụng những lớp hoà hợp giữa biến tử và
không khí. Bởi vì âm trở không tương thích nhau, những ứng suất lớn được đặt vào lớp hoà
hợp dẫn đến quá trình suy giảm lớn. Một dạng với nhiều lớp hoà hợp được thích hợp hơn
bởi vì các trường ứng suất đặt trong những lớp hoà hợp là yếu hơn và ảnh hưởng đến sự suy
giảm trong mổi lớp hoà hợp bị giảm xuống. Nó thường cần đến những vật liệu có âm trở
thấp và độ suy giảm thấp để làm các lớp hoà hợp.
Nó có thể được lưu ý đến khi mà không khí được tiếp âm không thể thực hiện toàn bộ thể
tích kết nối trong việc kiểm tra không phá hủy với những kỹ thuật kiểm tra siêu âm cổ điển.
Điều lý tưởng, việc tiếp âm bằng không khí có khả năng đưa ra nhiều phương pháp siêu âm
khác. Bởi vì âm trở của không khí và vật liệu kiểm tra không tương thích nhau, sự dao động
không khí thường khó đưa vào đối tượng kiểm tra. Điều này gây ra sự phản xạ cho hầu hết
các năng lượng phát ra (đặc biệt trong suốt quá trình kiểm tra các vật liệu rắn như kim loại)
và riêng đối với các ứng dụng không khí làm chất tiếp âm để kiểm tra bên trong. Thể tích
(bên trong) không khí được dùng làm chất tiếp âm điển hình bị giới hạn đến những vật liệu
có mật độ thấp như gổ, cao su, mảnh ván, giấy, hoặc các vật liệu tổng hợp phi kim loại.
Những vật liệu như thế có âm trở thấp hơn và cho hệ số truyền lớn hơn nhiều so với những
vật liệu có mật độ cao. Thiết bị được thiết kế để dải tần số kiểm tra được trên diện rộng và
có hiệu quả kinh tế và có thể được xem xét lựa chọn một cách chắc chắn để thực hiện kiểm
tra với những hệ thống máy đo cơ học. Việc tiếp âm bằng không khí có khả năng ứng dụng
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

1


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

rộng rãi nghĩa là có khả năng phán đoán chính xác và hướng dẫn để áp dụng trong ngành
sản xuất máy móc bằng cách sử dụng tốc độ đánh giá các dữ dữ liệu ghi nhận cao.
Trong việc đo bề dày bằng cách sử dụng không khí làm chất tiếp âm có thể được thực hiện
từ những khoảng cách gần bằng 75mm (3inch). Để kiểm tra được như vậy, trục đo độ phân
giải chính xác khoảng 0,025mm (0,001inch). Ngoài 750mm (30 inch), thì độ phân giải sẽ bị
giảm đến 0,25mm (0,01inch). Kỹ thuật như vậy thường được sử dụng để kiểm tra mức các
chất lỏng hoặc mức của các loại hạt nhỏ được cất giữ trong kho, để đo tấm và bề dày của
phim, các bề mặt nghiêng hoặc phát hiện sự tồn tại của các thành phần. Những kỹ thuật
đếm, phân loại và phán đoán được dựa trên những nguyên lý đo khoảng cách đặc biệt.
Việc đo bề dày được thực hiện với hai biến tử ở hai phía đối diện trực tiếp với nhau trên đối
tượng kiểm tra. Bằng cách sử dụng kỹ thuật đo độc lập được trình bày ở trên, đo được
khoảng cách giữa những bề mặt phản xạ và các biến tử. Các quá trình đo này sau đó ta lấy
khoảng cách giữa hai biến tử trừ cho nhau từ đó xác định được phần bề dày. Cần phải xem
xét kỹ những quy trình được sử dụng để thực hiện phép đo như là bề dày của vật liệu thấu
kính, bộ điện tử làm trể, và những nguồn khác có thể gây ra sai số. Ví dụ như : Kim chỉ của
thiết bị chỉ thị chỉ số ghi khoảng cách giữa biến tử và vật liệu kiểm tra không phù hợp với
khoảng cách được chỉ thị trên thiết bị, do đó quy trình thực thiện theo một cách tin cậy nhất
là sử dụng việc đo từng bước. Nếu được kiến nghị cần những dung sai nhỏ và các biến tử
hội tụ có tần số cao. Kỹ thuật này cung cấp cho ta một điểm tiếp xúc đo nhỏ để đánh giá nhỏ
nhất 0,05mm (0,002inch) dưới những điều kiện sản xuất. Quá trình đo này có thể đạt được
tốc độ đo lớn khoảng 300 đến 500 phép đo trong một giây. Các kỹ thuật quang học này có
tốc độ phóng đại bởi một trong hai hệ số, tổn hao từ 10 đến 20% các hệ thống quang học.
Kiểm tra siêu âm lốp xe trước khi lắp đặt thiết bị mới đã đánh giá chứng minh được thành
công. Kỹ thuật này dùng quá trình truyền giống nhau và các biến tử dãy bao phủ toàn bộ
những phần kiểm tra.
Việc kiểm tra siêu âm được tiếp âm bằng không khí đã được sử dụng cho các loại lốp xe từ
các loại lốp xe ôtô đến các loại lốp máy bay gồm một lượng lớn (trên 32).
Các phương pháp kiểm tra siêu âm cổ điển như những kỹ thuật nhúng, những biến tử phun
và những biến tử bánh xe được dùng để thực hiện quét những vùng trong quy trình quét C –
scan. Không khí được tiếp âm cũng được dùng trong nhiều ứng dụng. Tốc độ ghi nhận dữ

liệu là (300 lần trong một giây) cho phép quét và ghi nhận với tốc độ cao.
Các hệ thống kiểm tra siêu âm được tiếp âm bởi không khí bị tác động bởi quá trình nhiễu
loạn và nhiệt độ của không khí. Tương tự, áp suất và độ ẩm của không khí xung quanh cũng
làm thay đổi các kết quả kiểm tra. Một phương pháp thực hiện bù lại cho những hệ số này là
sử dụng một biến tử thứ hai được đặt vào trong trong những điều kiện môi trường giống
nhau như là biến tử dùng để thực hiện quá trình đo. Biến tử thứ hai và việc trang bị được kết
nối nhằm kiểm tra định kỳ bằng cách đo khoảng cách được chuẩn (như là một bước của
mẫu chuẩn), việc xác định vận tốc tức thời của không khí và thực hiện chuẩn lại tự động
bằng việc đo kênh với dữ liệu chính xác.
9.1.2. Kỹ thuật chụp ảnh âm giao thoa (Acoustic Holography) :
Kỹ thuật chụp ảnh âm giao thoa là một kỹ thuật được sử dụng để nhận dạng một hình ảnh
quang học của một trường siêu âm. Kỹ thuật tạo ảnh siêu âm ba chiều được thực hiện trong
cùng một cách để tạo một ảnh quang học, những sóng âm dể dàng được chuyển thành
những sóng ánh sáng trong chùm tia thích hợp và chùm tia so sánh. Kỹ thuật tạo ảnh siêu
âm ba chiều được tạo ra bởi sự tác động của chùm sóng âm giao thoa tác động lên bề mặt
của nước chứa trong bồn làm gợn sóng để sinh ra một hình ảnh của trạng thái gợn sóng đều.
Điều này có thể được chụp ảnh (dưới ánh sáng thích hợp) để cho một hình ảnh lâu dài mà từ
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

2


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

đó có thể được xây dựng lại và tạo ra một hình ảnh nhìn thấy bởi ánh sáng thích hợp với
chùm tia sáng laser nhìn thấy.

Trong trường hợp chụp ảnh giao thoa siêu âm mà sóng âm được thay thế bởi ánh sáng laser
và dể dàng tạo ra một bức ảnh ba chiều bởi vì chùm sóng âm được phát ra bộ phát áp điện là
liên tục. Trong thực tế, hai bộ phát khác nhau được cấp thêm bởi máy phát giống nhau cũng
cho chùm sóng âm liên tục.

Hình 9.1 – Chụp ảnh giao thoa âm theo thời gian thực để cho phép hội tụ tại độ sâu được
lựa chọn bằng cách sử dụng phương pháp bổ sung, được kết nối với một
camera TV.
Có một vài phương pháp tạo ra hình ảnh siêu âm ba chiều và xây dựng lại hình ảnh. Trong
phương pháp bổ sung, hai bộ phát được cấp thêm năng lượng bởi máy phát giống nhau và
một chùm tia xuyên qua vật thể vì vậy phát ra sóng ngược lại, trong những dạng sóng so
sánh khác (hình 9.1). Hình ảnh ba chiều được tạo ra bởi bề mặt gợn sóng như được tạo ra
bởi áp suất phát xạ âm cục bộ và ánh sáng quang học phù hợp được tạo ra bằng cách sử
dụng tia laser. Hình ảnh ba chiều trong trường hợp này là hình ảnh ba chiều pha, bằng cách
làm phản xạ tia sáng laser có thể xây dựng lại một dạng sóng quang học bằng quá trình
nhiễu xạ, ánh sáng không nhiễu xạ được loại bỏ. Mặc dù, tạo ra hình ảnh có chất lượng
không xấu, phương pháp không có đưa vào trong nhiều ứng dụng bởi vì sự phát triển nhanh
của những phương pháp khác mà dùng quét áp điện.
Trong trường âm thanh, độ nhạy pha của những bộ ghi nhận có thể sử dụng dể dàng theo
dạng chuẩn của những biến tử áp điện mà việc chọn lựa tất cả những thông tin cần thiết liên
quan đến biên độ và pha.
9.1.3. Kỹ thuật soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm:
Soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm là một thuật ngữ thường được áp dụng chung cho kỹ
thuật kiểm tra siêu âm với độ phân giải cao, tần số cao nhằm tạo ra những hình ảnh của
những đặc điểm nằm bên dưới bề mặt của vật thể kiểm tra. Bởi vì năng lượng sóng âm cần
phải lan truyền liên tục, những bất liên tục như những lổ hỏng, những tạp chất, những
khuyết tật tách lớp và những vết nứt có thể giao thoa với quá trình truyền hoặc phản xạ
những tín hiệu siêu âm. Những kỹ thuật kiểm tra siêu âm cổ điển thực hiện trong dải tần số
khoảng giữa 1 và 10MHz. Còn kỹ thuật soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm được thực hiện
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

3


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

trong dải tần số bằng và nằm ngoài 1GHz, ở đây bước sóng rất ngắn và độ phân giải do đó
phải cao. Soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm gồm có ba phương pháp : (1) Soi ảnh bằng kính
hiển vi siêu âm bằng cách quét tia laser (SLAM), (2) Soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm
bằng dạng quét C (C – SAM), (3) Soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm bằng cách quét chùm
sóng siêu âm (SAM). Một trong những phương pháp này có một phạm vi ứng dụng đặc biệt
và hầu như các phương pháp không có cạnh tranh với nhau (chỉ có một phương pháp phù
hợp tốt nhất để kiểm tra những vấn đề đặc biệt). Các kính hiển vi siêu âm có công dụng đặc
biệt trong việc giải quyết những vấn đề liên quan đến những vật liệu mới và những vật liệu
phức hợp trước đây không được dùng.
Trong phương pháp soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm bằng cách quét laser, sóng phẳng siêu
âm được chuẩn trực tại dải tần số lên đến vài trăm megahertz được phát ra bởi một biến tử
áp điện được đặt dưới mẫu kiểm tra (hình 9.2). Do, chùm sóng siêu âm này không thể
truyền qua không khí (để tạo ra cho nó một công cụ cho việc phát hiện các vết nứt, những lổ
hỏng và quá trình không liên kết), chất tiếp âm lỏng được dùng để truyền chùm sóng siêu
âm đến vật liệu kiểm tra. Có thể dùng nước được chưng cất, loại rượu cồn dùng để ghi phổ
hoặc nhiều chất lỏng khác trơ hơn, chúng phụ thuộc vào người sử dụng và liên quan đến sự
nhiễm bẩn vật liệu kiểm tra. Khi chùm tia siêu âm truyền qua vật kiểm tra, sóng bị tác động
bởi tính đồng nhất của vật liệu. Bất kỳ ở đâu có khuyết tật, chùm sóng âm sẽ bị suy giảm
khác thường và tạo ra một hình ảnh hiện ra những đặc điểm sáng và tối đặc trưng, tương
ứng với những tính chất của siêu âm được định vị trên mẫu kiểm tra. Có thể tạo ra nhiều

hình ảnh để xác định độ sâu riêng biệt của bất liên tục như được thực hiện bởi việc nhìn nổi.
Máy quét
chùm tia

Laser

Cạnh cắt và bộ
tách sóng quang

Góc điều biến
chùm tia laser
như ta làm Bộ xử lý tín hiệu Bộ xử lý tín
quang học
hiệu âm
phản xạ trượt
trên bề mặt
gợn sóng

Hình ảnh quang học
Gương plastic

Trường
quét chùm
tia laser

Chất lỏng tiếp âm

Mặt phản xạ của gương
Vật kiểm tra

Máy phát tần số âm
Đầu dò
siêu âm

Sóng phẳng
phát ra liên tục

Sóng siêu âm truyền qua vật
liệu kiểm tra và bề mặt phản
chiếu gợn sóng

Hình 9.2 – Biểu đồ mô tả các thành phần chính của thiết bị soi ảnh hiển vi âm quét bằng tia
laser.
Chùm tia laser được sử dụng như một máy dò siêu âm bằng cách hướng đến sự dịch chuyển
vô cùng nhỏ (gợn sóng) trên bề mặt của vật kiểm tra, những gợn sóng này được tạo ra bởi
chùm sóng âm. Trong những vật kiểm tra điển hình, mà không có đánh bóng, những bề mặt
phản xạ quang học, mẫu chuẩn có bề mặt phản chiếu bằng plastic hoặc lớp phủ được đặt sát
với bề mặt và chất lỏng được dùng làm chất tiếp âm. Chùm tia laser được hội tụ vào đáy của
bề mặt bao phủ mà ở đó có hình dạng sóng âm tương ứng với bề mặt của vật kiểm tra. Bằng
cách quét nhanh chùm tia laser, những hình ảnh được tạo ra trong thời gian thực (30 hình
trong một giây) và được hiển thị trên một màn hình có độ phân giải cao. Độ tương phản để
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

4


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

dùng độ chính xác nhỏ nhất của quá trình giới hạn thời gian thực, quá trình soi ảnh bằng
kính hiển vi siêu âm bằng cách quét tia laser có thể được dùng để xem xét những khả năng
có thể xảy ra ví dụ như những vết nứt tạo ra dưới điều kiện áp tải.
Những kích thước hình học đơn giản nhất để thực hiện soi ảnh siêu âm bằng cách quét tia
laser là các tấm phẳng hoặc dạng đĩa. Tuy nhiên, với đầu dò được đặt cố định, những hình
dạng phức tạp và những vật kiểm tra lớn cũng có thể được điều chỉnh thích hợp.
Ví dụ như : Những linh kiện điện tử nhỏ ghép lại, những tấm kim loại lớn (250mm 2 hoặc
10inch2), những cách turbine máy bay và những ống xilanh động cơ tàu thuỷ bằng gốm
phân cực đã được kiểm tra với phương pháp soi ảnh siêu âm bằng cách quét tia laser.
Phương pháp soi ảnh bằng cách quét dạng C xung phản hồi (phản xạ) đầu tiên được soi ảnh
tạo ra những hình ảnh bởi biến tử quét cơ học trong dạng đường quét trên mẫu kiểm tra.
Điểm hội tụ của chùm sóng âm được phát ra bởi một thấu kính hội tụ âm đặt tại dải tần số
điển hình từ 10 đến 100MHz. Chùm sóng âm được truyền vào mẫu kiểm tra bởi một môi
trường tiếp âm, thường là nước hoặc chất lỏng trơ. Góc của chùm tia từ thấu kính thường
được giữ nhỏ vì thế chùm tia siêu âm đến không được quá góc phản xạ chuẩn giữa chất lỏng
tiếp âm và vật rắn được kiểm tra. Lưu ý rằng khoảng cách giữa điểm hội tụ đến vật kiểm tra
ngắn hơn nhiều bằng cách khúc xạ chất lỏng hoặc rắn. Biến tử lần lượt hoạt động như là
một bộ phát và ghi nhận được bật tắt bằng điện tử giữa dạng phát và thu. Xung siêu âm đi
vào vật kiểm tra rất ngắn và những xung phản hồi được phát ra từ bề mặt của vật kiểm tra
tại những đường phân giới riêng biệt nằm bên trong vật liệu kiểm tra. Thời xung quay trở lại
là một hàm theo khoảng cách từ bề mặt phân giới đến biến tử. Một máy hiện sóng hiển thị
đặc điểm của xung phản hồi (một kiểu quét A – scan) biểu `diễn những mức này rõ ràng và
khoảng cách – thời gian của chúng liên hệ đến bề mặt của mẫu kiểm tra. Sự quan hệ này
cung cấp cho cách thực hiện cơ bản để phát hiện khuyết tật ở những mức riêng nằm bên
trong vật kiểm tra. Một cổng điện tử chọn lọc thông tin từ những mức đặc biệt trong khi đó
nó loại trừ tất cả các xung vọng khác. Xung vọng qua cổng này tạo ra một điểm sáng trên
ống tia cathode đang hiển thị kiểu quét C – scan. Chùm tia trên màn hình CRT theo vị trí
của biến tử và độ sáng bởi những tín hiệu phát ra trong cổng này. Mặt khác, thiết bị quét C –

scan cổ điển tạo ra một tín hiệu xuất trên tờ giấy nhiệt khi một tín hiệu quá một ngưỡng
được đặt bởi người kiểm tra. Bằng cách so sánh giá trị xuất của C – SAM được hiển thị toàn
bộ trên thang màu xám (mức độ màu xám tỷ lệ với biên độ tín hiệu của mặt phân giới).
Thang màu xám (hình 9.3) có thể bị chuyển đổi thành một màu sai và những hình ảnh có thể
được mã hoá thành màu với thông tin về tính phân cực xung phản hồi. Màu sắc được mã
hoá để làm nổi bật trên kính hiển vi tạo ra sự khác biệt rõ ràng với thiết bị quét C – scan cổ
điển bằng tốc độ quét. Ở đây biến tử được đặt bởi một máy quét rất nhanh tạo ra những hình
ảnh trong 1/10 giây cho kích thước của vùng quét điển hình của một mạch tích phân.
Quá trình quét bằng kính hiển vi siêu âm chủ yếu là một kính hiển vi phản xạ mà tạo ra các
hình ảnh có độ phân giải cao của các đặc điểm bề mặt và gần bề mặt bằng một biến tử sử
dụng quá trình quét cơ học theo dạng quét trên bề mặt vật liệu kiểm tra (hình 9.4). Theo
dạng thông thường, một hình ảnh được tạo ra từ dử liệu biên độ xung phản hồi trên trường
được quét theo dạng X,Y của ảnh. Giống với SLAM, sự lan truyền dạng nhiễu có thể cho
định dạng được cho quá trình đo vận tốc âm. Trái ngược với C – SAM, điểm hội tụ của sóng
âm lớn hơn được phát ra bởi sự kết hợp với một thấu kính âm có góc rất rộng tại dải tần số
điển hình trong khoảng từ 100 đến 2000MHz. Góc của chùm tia siêu âm tốt nhất nằm ngoài
góc ngưỡng tới hạn, sao cho hầu như không có sóng lan truyền vào vật liệu.
Các ứng dụng của soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm bao gồm nghiên cứu các vật liệu
composite và polymer tại mức cực nhỏ. Các vật liệu ceramic như là silicon nitride, silicon
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

5


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

carbide, nhôm oxide và ziriconi dioxide.v.v… được dùng trong các ngành điện tử và cũng
được nghiên cứu cho những ứng dụng động cơ đốt. Quá trình soi ảnh bằng kính hiển vi siêu
âm được dùng để phát hiện các bất liên tục nhỏ mà chúng có thể xuất hiện tại vị trí tập trung
ứng suất mà rất nghiêm ngặt đối với kết cấu nguyên vẹn. Soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm
có thể được sử dụng cho quá trình kiểm tra không phá hủy và phân tích kim tương của các
kim loại. Trong một kính hiển vi và kim tương học điển hình, ta cần phải đánh bóng và kẽ
vạch vật kiểm tra để hiện rõ đặc điểm cấu trúc vi mô. Với quá trình quét bằng kính hiển,
điều này có thể không cần thiết. Các chi tiết vi điện tử và các mạch tích phân có thể được
nghiên cứu cho sự kết nối điện và sự liên kết.
Bộ kích phát
hai trục
Bộ kích phát
trục XY
Đầu dò hội tụ tự
động

Bộ phát xung
Bộ ghi nhận

Bộ điều khiển dịch
chuyển

Ngưỡng lựa
chọn độ sâu

Máy tính chủ với quá
trình xử lý ảnh

Đưa hình ảnh vào bộ
nhớ

Vật thể kiểm tra
Máy dò phân
cực âm trở
Thùng đặt vật thể kiểm tra

Màn hình
CRT
Máy hiện sóng
hiển thị dạng
quét A - Scan

Thiết bị sao
chép hình cứng

Hình anh âm

Mặt phân cách
màn hình CRT
với người điều
khiển

Bàn phím

Hình 9.3 – Biểu đồ của thiết bị soi ảnh hiển vi âm dạng quét C với một máy quét cơ học vận
tốc cao và máy dò âm trở để tạo ra một hình ảnh dạng quét C có độ phân giải
cao.
Biến tử
Sóng lõm
Bộ phát

Bộ thu
Quét - X

Máy dò

Nước
Vật kiểm tra
Quét - Y

Màn hình
màu CRT

Màn hình
CRT

Bộ chuyển đổi
quét dạng kỹ
thuật số

Bộ điều
khiểm

Hình 9.4 – Biểu đồ của một thiết bị soi ảnh âm hiển vi quét phản xạ mà sử dụng một đầu dò
hội tụ lớn quá trình quét cơ học để kiểm tra bề mặt của một vật thể tại độ mở
rộng cao.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

6


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

9.1.4. Phát hiện nứt do ứng xuất – rỉ mòn giữa các hạt tinh thể :
Nhiều hợp kim có cường độ cao, không may bị mắc phải vết nứt do ứng suất – rỉ mòn. Nứt
do ứng suất – rỉ mòn có thể xảy ra tạ các mức ứng suất xa nằm dưới cường độ nhỏ nhất của
vật liệu và có thể tiếp diễn ở một tốc độ thứ tự tăng nhanh hơn so với tốc tộ thông thường
của quá trình rỉ mòn trong đó không có ứng suất cơ học. Nứt do ứng suất - rỉ mòn giữa các
hạt tinh thể xuất hiện điển hình ở gần các mối hàn hoặc trong vùng ảnh hưởng nhiệt của
chúng. Các ảnh hưởng này gây ra các dạng vết nứt phân nhánh, mãnh, không đồng đều. Các
vết nứt này thường là các mặt làm phản xạ chùm sóng âm kém và có thể khó phát hiện. Một
phần lý do đối với trường hợp này là các tín hiệu xung phản hồi từ các vết nứt khó tách biệt
với các tín hiệu mối hàn. Vì thế sóng âm có thể bị biến dạng méo để cho một xung phải hồi
nhìn thấy giống như xung phản hồi vết nứt nhưng đó không phải. Ngoài ra, môi trường có
thể gây khó khăn cho công việc, đặc biệt trong trường hợp, kiểm tra các bình áp suất lò
phản ứng hạt nhân và chủ yếu là ống mà trong đó thông thường có trường bức xạ cao, độ
ẩm cao, nhiệt độ cao và áp suất cao.
Cả hai phương pháp kiểm tra siêu âm thủ công và tự động được dùng để phát hiện các vết
nứt do ứng suất – rỉ mòn giữa các hạt tinh thể. Dùng phương pháp thủ công và qua việc
kiểm tra kim loại cơ bản, một nhân viên kiểm tra dùng loại đầu dò góc 45 0 hoạt động trong
dải tần số 0,5MHz đến 5MHz và xem xét các xung phản hồi dạng quét A – Scan trên màn
hình. Các chất tiếp âm phải đảm bảo chứa đựng toàn bộ sulfur và halogen theo với ASTM D
– 129 – 64 và D – 808 – 63. Mẫu chuẩn phải được mô phỏng càng gần giống với hình kích
thước hình học và cấu trúc vi mô của chi tiết được kiểm tra càng tốt. Nó phải được tìm thấy
mà có thể có khả năng phát hiện và giải đoán đúng các tín hiệu vết nứt theo từng bậc 70 đến
80% cho phương pháp kiểm tra thủ công. Một ưu điểm của hệ thống máy tính là có thể dùng

được bao gồm cả kiểm tra thủ công.
Kỹ thuật tự động có thể cải tiến khả năng lặp lại các kết quả kiểm tra siêu âm trong khi đó
làm giảm được sự chiếu xạ trong trường hợp kiểm tra các bình áp lực hạt nhân để phát hiện
vết nứt do ứng suất – rỉ mòn. Trong một hệ thống bán tự động, quá trình quét được thực
hiện bằng tay. Một máy tính được dùng để xem xét, đặt và để phân tích và biểu diễn số liệu
siêu âm. Trong một hệ thống hoàn toàn tự động, quá trình quét cũng được điều khiển bằng
máy tính. Một hệ thống bán tự động nhỏ hớn và có thể được dùng trong phạm vi rất nhỏ cho
hệ thống hoàn toàn tự động. Tất cả các hệ thống tự động cho quá trình hiển thị dạng quét A
và đặt đầu dò tích hợp với biên độ cực đại để cho phép hiển thị dạng quét B và dạng quét C.
Các hình ảnh màu hoặc gam màu xám của một vết dị thường được biểu diễn trong một số hệ
thống tín hiệu tần số radio có thể được lưu trử trong bộ nhớ. Các màn hình theo ba kích
thước có thể cũng như trung bình hoá tín hiệu thời gian, Nhận dạng đặc điểm, chụp ảnh ba
chiều siêu âm, tập trung các khe hở nhân tạo, sự nhận biết giả tạo. Tuy nhiên, nhìn chung
hiệu quả của mọi hệ thống tự động phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng và sự thiết kế đầu dò
(cũng xem phần 9.2.4.5).
Các vết nứt do ứng suất – rỉ mòn phát hiện được, điều quan trọng là phải tìm ra các đặc
trưng của chúng như kích thước, độ sâu, và hướng. Các phương pháp cổ điển 6dB và 20dB
không phát hiện được thoả mãn và do đó ta thường dùng phương pháp xung phản hồi vết
nứt chính xác hơn. Một quy trình gồm bốn bước cho quá trình xác định kích thước khuyết
tật được trình bày như sau : Bước đầu tiên là để thiết lập trong bất cứ trường hợp nào vết nứt
lớn hơn 50% bề dày thành. Kỹ thuật góc sóng dọc lớn và cả kỹ thuật góc phản xạ đường
truyền sóng âm toàn chữ V được dùng cho trường hợp này. Nếu hai kỹ thuật đó hiển thị
được độ sâu vết nứt, thì Sử dụng kỹ thuật tín hiệu nhiễu từ vết nứt và kỹ thuật nửa quãng
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

7

TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

đường truyền chùm sóng âm hình chữ V. Một phương pháp chuổi dạng sóng mà trong đó cả
bắt đầu và dạng chuyển đổi sóng dọc và sóng trượt được sử dụng đối với bất liên tục rất nhỏ
thì phải sử dụng các kết quả kiểm tra lại. Những độ sâu phải được xác định tại một vài nơi
dọc theo chiều dài vết nứt. Phương pháp xác định kích thước khuyết tật bằng đầu dò phát
sóng góc lớn cao là hữu dụng cho các bất liên tục nằm sâu (lớn hơn 50% bề dày thành).
Phương pháp này dựa vào góc phản xạ sóng dọc lớn từ tín hiệu của bất liên tục hoặc từ
những thành phần nằm sâu bên dưới của bất liên tục. Thời gian truyền được dùng để tính
những hệ số liên quan còn lại. Quá trình chuẩn cho mỗi đầu dò được dùng cho phương pháp
kiểm tra loại này là rất nghiêm ngặt vì quá trình đo thoả mãn phụ thuộc vào việc sử dụng
các đầu dò được thiết kế phù hợp và các đặc tính của đầu dò.
Sự hiện diện của sóng trượt tại khoảng 300 thì không có sự phản xạ ở bên trong thành, để
phân tích đặc điểm xung phản hồi phức tạp. Trong phương pháp đường truyền sóng âm đầy
đủ hình chữ V, một xung phản hồi được dò tìm đối với tại toàn bộ đường truyền chùm sóng
âm đầy đủ hình chữ V (nếu vết nứt nằm gần bề dày thành thì một xung phản hồi trên toàn
bộ đường truyền sóng âm hình chữ V phải là rõ ràng.
Trong phương pháp khúc xạ tín hiệu vết nứt thì sự phản xạ của biên độ thấp từ đầu mút của
bất liên tục là phát hiện được. Bằng cách so sánh thời gian đến của tín hiệu khúc xạ ở đầu
mút và sự phản xạ ở phía góc thì độ sâu của bất liên tục có thể được đánh giá. Sự khó khăn
của phương pháp này đó là tín hiệu ở đầu mút của vết nứt có thể rất dể nhầm lẫn do biên độ
của chúng thấp.
Vì quá trình xảy ra nứt do ứng suất – rỉ mòn bị giới hạn tại bề mặt của kim loại thì tất nhiên
là áp dụng phương pháp sóng mặt để phát hiện. Trong thực tế, quá trình hiệu chỉnh đầu tiên
giữa các vết nứt và tốc độ suy giảm của sóng mặt có thể được cải tiến. Sau đó các vết nứt có
thể phát hiện được bằng phương pháp xung phản hồi.
9.1.5. Kiểm tra trong quá trình hoạt động :
Kiểm tra không phá hủy là kết quả của một quá trình cố gắng nghiên cứu và phát triển sau

những năm 1960 và trước những năm 1970 được tập trung vào thiết bị điều khiển từ xa
bằng cơ học và các phương pháp kiểm tra cổ điển, siêu âm phần lớn được dùng cho quá
trình kiểm tra trong quá trình hoạt động. Siêu âm đã trở thành một công cụ sử dụng rộng rãi
không những cho quá trình phát hiện các bất liên tục mà còn mô tả được đặc điểm và đánh
giá loại và kích thước của bất liên tục. Sự thay đổi này theo một tầm quan trọng từ quá trình
phát hiện đến việc mô tả các đặc điểm gần như nhau do sự mong muốn để đánh giá thời
gian hoạt động còn lại của hệ thống hoặc các chi tiết. Sự thay đổi song song với sự phát
triển của các rạn nứt cơ học và sự quản lý chặt chẻ trong thời gian hoạt động khác và cần
đến một số thông tin về các bất liên tục nguy hiểm. Lý do chủ yếu đối với các quá trình
kiểm tra trong quá trình hoạt động của một hệ thống hoặc chi tiết là nhằm làm tăng độ tin
cậy, sự lợi ích và mức độ an toàn. Lý do điều chỉnh cho việc kiểm tra trong quá trình hoạt
động là nhằm đảm bảo chắc chắn rằng các hệ thống và các chi tiết giữ vững được sự an toàn
trong quá trình hoạt động. Các chi tiết được kiểm tra và nếu như không có khuyết tật thì
phải được đưa trở lại để hoạt động. Việc đưa trở lại hoạt động trong một khoảng thời gian là
phải được xác định bằng cách tính toán kích thước tới hạn của các vết rạn nứt cơ học cũng
như tốc độ phát triển của các vết nứt. Nếu các vết nứt nhỏ hơn ngưỡng phát hiện thì chi tiết
phải được đưa trở lại hoạt động. Quy trình này được lặp lại cho đến khi một vết nứt tới hạn
hoặc kích thước lớn hơn được phát hiện tại thời điểm mà chi tiết không sử dụng được nữa.
Khi một khuyết tật được phát hiện bằng phương pháp kiểm tra không phá hủy thì nó trở
thành một vấn đề quan trọng để đánh giá theo mối quan hệ đối với cường độ vật liệu cùng
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

8


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

với các khuyết tật được phát hiện. Việc đánh giá này có thể được thực hiện bằng cách dùng
phương pháp phân tích các vết rạn cơ học. Điều này cũng có thể giúp cho việc quyết định
khoảng thời gian khác nhau giữa quá trình hoạt động cũng như thời gian duy trì hoạt động.
Đối với loại kiểm tra trong quá trình chế tạo và cả loại kiểm tra trong quá trình hoạt động,
thì cần thực hiện dò quét bằng cơ học các chi tiết ứng suất cao. Tuy nhiên, trong hầu hết các
trường hợp ta không thể sử dụng các kết quả của quá trình kiểm tra trong quá trình chế tạo
để làm cơ sở cho việc kiểm tra quá trình hoạt động sau này do đó thì cần áp dụng tiêu chuẩn
khác và cũng do thiết bị dò quét được thiết kế đặc biệt cho sử dụng trên công trường, ví dụ
có khả năng đặt cố định. Do đó, việc kiểm tra trước khi hoạt động phải được thực hiện trên
một mẫu gần giống như điều kiện sử dụng, nghĩa là tại khoảng thời gian mà khi mẫu sau khi
đã được chấp nhận dựa trên cớ sở của quá trình kiểm tra trong quá trình chế tạo chưa được
đưa vào hoạt động. Việc kiểm tra trước khi hoạt động cũng được gọi là quá trình kiểm tra
dấu điểm chỉ, dạng làm nền tảng cho các quá trình kiểm tra trong quá trình hoạt động sau
này từ đó ta có thể đánh giá được toàn bộ hệ thống bằng cách so sánh với nó.
Việc sử dụng phương pháp siêu âm kiểm tra trong quá trình hoạt động cũng được đưa vào
để phát hiện các vết nứt do ứng suất rỉ mòn giữa các tinh thể trong các ống (phần 9.1.4); đối
với quá trình phát hiện từng phần trong các đường ống hơi nước, các ống nhiệt và các chi
tiết của turbine; quá trình đo sự huỷ hoại hydrogen được tạo ra trong thép nằm trong môi
trường có lượng hydrogen cao ở những nhiệt độ cao; quá trình kiểm tra các vật hình trụ dài,
hẹp như là các bu-lông, đinh tán, các ống van hoặc các trục máy bơm; việc kiểm tra các vết
nứt do ứng suất – rỉ mòn các bánh quay turbine dạng đĩa; quá trình kiểm tra các vết nứt do
ứng suất rỉ mòn và các vết nứt mỏi của rãnh nêm; việc kiểm tra các vết nứt tế vi trong lớp
bọc trục xe; kiểm tra sự giản nở của ống xếp; đo bề dày dưới nước; phát hiện sự sai hỏng
các chất đốt trong lò phản ứng hạt nhân kết hợp với chất đốt và kiểm ra các cấu trúc
composite trong ngành hàng không.
Do yêu cầu về sự an toàn rất cao đối với các nhà máy năng lượng hạt nhân, toàn bộ các chi
tiết của cấu thành một mạch chủ yếu bao gồm bình áp lực lò, máy phát hơi nước, máy điều
chỉnh áp suất và các hệ thống ống nối phải qua giai đoạn kiểm tra tỉ mỉ với một vài phương
pháp kiểm tra siêu âm. Trước khi nhà máy đi vào hoạt động vì thế còn được gọi là quá trình

thực hiện kiểm tra từ điểm 0 hoặc quá trình kiểm tra tại điểm bắt đầu. Quá trình kiểm tra bắt
đầu tại điểm 0 hoặc gia đoạn kiểm tra cơ bản cung cấp đầy đủ các dử liệu trong trạng thái
đầu tiên của nhà máy trước khi đi vào hoạt động. Các quá trình kiểm tra sau đó được so
sánh với các kết quả đầu tiên này để phát hiện sự thay đổi gây ra bởi các điều kiện hoạt độ
phù hợp. Trong quá trình kiểm tra hoạt động thường được thực hiện dưới những điều kiện
như thế được gọi là những điều kiện nóng trong một môi trường có những mức cường độ
bưc xạ sao cho chúng phải cho các quá trình thực hiện kiểm tra điều khiển được từ xa và cơ
học nhanh. Thời gian kiểm tra ngắn cũng có thể được mong muốn thường liên hệ đến việc
xem xét giá thành và quá trình kiểm tra hoạt động do đó với nhà máy ngừng hoạt động cho
các hoạt động khác như sự thay đổi chất đốt. Bình áp lực là quan trọng nhất trong các chi
tiết được yêu cầu nghiêm ngặt của lò phản ứng. Các bề mặt bên trong được bao phủ với một
lớp bề dày khoảng vài milimet thép không rỉ austenitic như là để bảo vệ sự rỉ mòn. Hình 9.5
mô tả hai loại bình áp lực điển hình cho hai loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau trong khi
đó hình 9.6 mô tả sự điều chỉnh đặc biệt cho quá trình kiểm tra bên trong trong các lò phản
ứng hạt nhân như thế.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

9


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Ống nhánh, hàn ở trên

Ống nhánh, hàn ở dưới

Yêu cầu kiểm tra đặc biệt trong khi hoạt động
Yêu cầu kiểm tra thông thường trong khi hoạt động

Hình 9.5 – Các bình áp lực cho lò phản ứng hạt nhân nước nén (DWR) và lò phản ứng hạt
nhân nước sôi (SWR) có công suất bằng (600MW), sơ đồ thiết củ. Các vùng
thực hiện kiểm tra nghiêm ngặt.

Hình 4.9 : Sơ đồ biểu diễn quá trình thực hiện kiểm tra bên trong các lò phản ứng hạt nhân,
(thiết kế MAN-Kraukramer) : 1 - Cần trục tời ray đơn, 2 - Bảng điều khiển, 3 – Bi đỡ, 4 –
Sàn bảo trì, 5 – Cần trục xoay, 6- Các vùng cột – , 7 - Bảng điện tử, 8 - Cầu ngang, 9 - Cầu
thực hiện kiểm tra, 10 – Vòng đỡ hình nhện, 11 – Ống viễn vọng, 12 – Tay quay, 13 –Hệ
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

10


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

thống đầu dò cho đáy hình bán cầu, 14 –Hệ thống đầu dò cho vách hình trụ và các ống
nhánh.
Quá trình kiểm tra sự lõm co trong các mối hàn, van điều khiển áp suất, bộ biến đổi nhiệt
cũng được thực hiện kiểm tra bằng cơ học. Đối với việc kiểm tra các bề mặt bên trong của
những ống này cũng có thể áp dụng phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy, ví dụ như
trong đầu dò kết hợp. Đối với kỹ thuật sóng trượt để phát hiện các khuyết tật gần bề mặt
cũng được sử dụng. Để giảm sự chiếu xạ cho các nhân viên kiểm tra, xây dựng một hàng

rào cố định cũng được đặt trong các chi tiết của một hệ thống chủ yếu.
Một hệ thống đặc biệt đã được phát triển để đưa vào kiểm tra sự rò rỉ chất đốt sao cho chất
đốt được đổ đầy nước có thể được loại bỏ hoặc được thay thế. Một đầu dò kép chứa các tinh
thể thu và nhận được phân chia trên ống quét và nếu ống được đổ đầy nước tín hiệu truyền
qua giảm xuống rất nhiều. Mỗi đầu dò tần số 10MHz có bề dày chỉ 1,5mm, để đặt khớp
đúng ngay giữa ống. Chiều dài quét được thực hiện cơ học cũng như chuyển đổi từ ống này
đến ống tiếp theo.
9.1.6. Mô tả đặc điểm tính chất vật liệu :
Trong khi một cấu trúc có thể không có các bất liên tục có thể xác định được rõ ràng thì nó
vẫn chịu một sai hỏng do thiếu hoặc sút giảm các tính chất cơ học. Điều này có thể xảy ra
từ sự sai sót trong quá trình gia công vật liệu, sự quá già, sự suy thoái dưới sự tác động của
các môi trường hoạt động hoặc từ nhiều nhân tố khác (xem phần 1.3 và 1.4). Do cấu trúc tế
vi và hình thái học kém thì một vật rắn có thể bị thiếu độ bền, độ dai hoặc có thể biểu hiện
độ bền bị suy thoái do sự va đập, sự nứt mỏi, sự rạn nứt. Đối với những lý do này, điều quan
trọng để có kiểm tra các phương pháp kiểm tra không phá hủy nhằm xác định các đặc điểm
các khuyết tật cục bộ hoặc toàn bộ trong cấu trúc tế vi hoặc hình thái học và sự kết hợp của
chúng với sự thiếu hụt tính chất cơ học. Điều tốt nhất là để đảm bảo độ tin cậy kết hợp giữa
quá trình xác đặc điểm của bất liên tục không phá huỷ với quá trình xác định đặc điểm của
những môi trường vật liệu mà trong đó có các bất liên tục trú ngụ. Việc đánh giá cấu trúc
toàn bộ và khoảng thời gian hoạt động có thể là được cải tiến bằng cách cho nhiều thông tin
đầy đủ cho việc phân tích các vết nứt gãy và dự báo trước thời gian hoạt động. Điều này dẫn
đến sự cần thiết để đánh giá tin cây về cấu trúc và khoảng thời gian hoạt động còn lại của
các chi tiết được chế tạo từ các vật liệu được đặt trước trong các hệ thống mà yêu cầu thực
hiện đầy đủ dưới những điều kiện hoạt động đặc biệt.
Đối với cấu trúc vi mô của vật liệu có modul đàn hồi và các mức độ khác nhau, các điều
kiện hình thái học và các tính chất cơ học tập trung có thể xác định được đặc điểm bằng siêu
âm. Modul đàn hồi được xác định bằng cách đo vận tốc. Xác định đặc điểm cấu trúc vi mô
vật liệu đo sự suy giảm và vận tốc. Việc đánh giá các tính chất cơ học (độ bền hoặc độ dai)
bằng siêu âm là gián tiếp và phụ thuộc vào lý thuyết suy luận hoặc liên quan đến kinh
nghiệm.

Bốn phương pháp xác định các đặc điểm vật liệu bằng siêu âm bao gồm : (1) Đo để xác
định hằng số đàn hồi như là sức kéo, modul toàn phần và modul trượt; (2) Những hệ số cấu
trúc vi mô và hình thái học như là kích thước hạt, sự phân bố hạt, tỷ số hình dáng hạt và cấu
trúc định hướng; (3) sự khuếch tán mật độ bất liên tục như là lỗ xốp tế vi hoặc vết nứt tế vi
và (4) các tính chất cơ học như là độ bền, độ cứng và độ dai. Các tính chất cơ học ảnh
hưởng từ bên ngoài và phụ thuộc vào các tính chất đàn hồi và cấu trúc vi mô và hình thái
học của vật liệu. Số lượng được đo trực tiếp là vận tốc âm và hệ số suy giảm.
Phương pháp kiểm tra cộng hưởng động lực nhằm đánh giá các tính chất vật lý và cơ học
của các vật liệu nhất định bằng cách đánh giá tần số dao động cộng hưởng. Nếu được kích
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

11


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

thích phù hợp, hầu hết các vật rắn biểu hiện sự cộng hưởng âm , điển hình nằm trong dải tần
số nhỏ hơn 20KHz. Modul đàn hồi có thể tính được nếu biết trước kích thước, mật độ và tần
số cộng hưởng. Có một kinh nghiệm trực tiếp liên hệ giữa sức kéo và dải tần số cộng hưởng
của cấu trúc các chi tiết. Ta có thể khẳng định lại nhanh chóng các tính chất cơ học của vật
liệu kiểm tra bằng cách so sánh nó với một mẫu chuẩn so sánh được biết trước có cùng hình
dạng và kích thước. Sự liên hệ bên dưới đó là tần số cộng hưởng là tích số của hệ số hình
dạng và hệ số vật lý. Hệ số hình dạng là sự kết hợp giữa các modul, mật độ và tỷ suất
poisson.
Trong khi có sự cộng hưởng động lực sử dụng kích thích dao động liên tục, đo sự suy giảm
sử dụng sự suy giảm tự do của quá trình dao động. Vật liệu kiểm tra được triệt tiêu các lực

bên trong sau đó thực hiện kích thích và hai đại lượng đo được : (1) năng suất suy giảm đặc
biệt hoặc sự ma sát bên trong của vật liệu hoặc (2) so sánh hệ số suy giảm cấu trúc của các
chi tiết trong thực tế. Hệ số suy giảm cấu trúc không nhạy như cộng hưởng động lực đối với
kích thước, hình dạng và các hệ số hình học khác. Mặc dù có các giá trị suy giảm ngoại lệ
định hướng nhỏ trong hầu hết các vật liệu kỹ thuật. Quá trình đo sự suy giảm thường nhạy
đối với các bất liên tục và sự hư hại, với điều kiện là sự suy giảm khác thường từ bộ đở và
bộ kẹp được cực tiểu hoá. Với phương pháp kích thích đơn (điểm không phát xung) thì một
vài dạng dao động đồng thời cùng một lúc có thể bị kích thích. Điều này có thể được phân
tích riêng biệt bằng máy tính cho tất cả các chi tiết và các dạng thông thường.
Quá trình đo hệ số suy giảm và tần số cộng hưởng có thể được dùng để kiểm tra sự đảo pha,
sự biến dạng dẻo, độ cứng, sự biến dạng nguội và sự ảnh hưởng các hợp kim phức tạp.
Dùng các phương pháp động lực âm và suy giảm để đánh giá các lỗ rổng và mật độ trong
các vật liệu ceramic, tỷ số sợi thớ trên chất chế tạo nhựa tổng hợp trong các vật liệu
composite, cường độ liên kết trong các vật cán mỏng, độ cầu hoá và cấu trúc định hướng
trong các vật liệu kim loại và sự bền cứng bởi thể phân tán trong hợp kim. Theo dạng cơ
bản của nó, sự cộng hưởng động lực có khả năng kiểm tra nhanh và chuẩn để xác định cho
dù vật kiểm tra có các tính chất cơ học thích hợp hoặc qua giai đoạn mất mát hệ số đàn hồi
hoặc cường độ kéo. Modul đàn hồi và hằng số động lực của cấu trúc vật liệu có thể được
đánh giá để dự báo đặc trưng động lực.
Phương pháp bức xạ âm có thể sử dụng khi vật liệu đi qua giai đoạn chuyển hoá kim loại
(song tinh) hoặc sự dịch chuyển lệch hướng, sự chảy dẻo hoặc nứt tế vi. Mục tiêu của
phương pháp kiểm tra bức xạ âm là phát hiện và xác định vị trí của các bất liên tục mới hình
thành. Sóng nén tự phát mà được xem là bức xạ âm có thể được phân tích để nhận được các
thông tin liên quan đến các đặc điểm, vị trí, số lượng và sự phân bố của các bất liên tục
trong quá trình chịu tải hoặc bằng chứng quá trình kiểm tra cấu trúc. Phương pháp bức xạ
âm cũng được áp dụng mà đó là một điều quan trọng để xem xét sự hiện diện và sự nguy
hiểm của các vết nứt đang lớn dần, quá trình biến dạng dẻo hoặc sự phân lớp. Kỹ thuật bức
xạ âm cũng có đủ khả năng xem xét toàn bộ cấu trúc và các đặc trưng động lực và cho việc
giải đoán điều kiện hiện tại ở bên trong hặoc trạng thái của sự suy thoái cấu trúc các chi tiết.
Ví dụ : Kiểm tra vật liệu trong quá trình gia công có thể sử dụng theo các tài liệu, đặc biệt là

cho quá trình kết rắn như là quá trình hàn điểm và quá trình hàn tiết diện lớn.
Kỹ thuật xung phản hồi siêu âm là một phương pháp then chốt nhằm xác định các đặc điểm
của các vật liệu. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho quá trình đo chính xác vận tốc
âm và hệ số suy giảm. Hai cách đo này là cơ sở nhằm đánh giá chính xác modul đàn hồi,
xác định được đặc điểm cấu trúc tế vi và để đánh giá các tính chất cơ học.
Quá trình tán xạ ngược sóng âm được gây ra bởi các bất liên tục theo mật độ và vận tốc, đó
là bởi sự thay đổi đột ngột âm trở được tương tác tại pha và biên giới hạt trong kim loại
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

12


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

hoặc các mặt phân giới chất nền sợi trong các vật liệu composite. Ứng dụng thông thường
của quá trình quá trình đo tán xạ ngược là nhằm xác định kích thước hạt không phá hủy.
Tán xạ ngược cũng cho ta những lợi ích nhằm để đo tính không đồng nhất toàn phần như là
sự tách lớp và các tạp chất trong kim loại và ceramic. Ngoài ra, quá trình đo tán xạ ngược
cũng có thể áp dụng được để xác định tương đối của các bề mặt và chất nền, để đo độ sâu
của lớp vỏ cứng, để phân loại chất lượng nối dán và để kiểm tra cấu trúc định hướng và các
lỗ rỗng trong kim loại và các vật liệu composite.
Sử dụng phương pháp truyền qua bằng cách dùng các đầu dò đặt thẳng tốt với nhau (phần
3.1.1) thường được dùng để thực hiện so sánh tính chất các quá trình đo với quá trình đo
thời gian truyền vật tốc và đo hệ số suy giảm tương đối. Truyền đơn, truyền qua được sử
dụng nếu có tín hiệu suy giảm lớn do bề dày của vật thể. Phương pháp này thường được
dùng theo máy so sánh hình dạng trong đó thời gian truyền trể của vật thể kiểm tra được so

sánh với thời gian truyền trể theo tiêu chuẩn so sánh, như ta đo những sự thay đổi tương đối
theo modul đàn hồi.
Phương pháp đầu dò kép phát và ghi nhận sử dụng một cặp đầu dò được thay thế từ mỗi
phần tương ứng khác bằng cách đặt một khoảng cách cố định phù hợp, trên cùng một phía
hoặc hai phía đối diện nhau của vật kiểm tra. Mục tiêu thông thường với kỹ thuật phát và
ghi nhận là xác định vị trí và các đặc điểm của bất liên tục. Phương pháp này cũng có thể
xác định được các tính chất đặc trưng vật liệu. Trong trường hợp, các vị trí đặt đầu dò được
tính toán để tìm ra các tín hiệu riêng biệt mà có thể vuông góc với đường truyền chùm tia
được xác định tốt dọc theo bề mặt hoặc theo khối. Các đường truyền thường bao gồm những
quá trình phản xạ đơn giản từ mặt đáy hoặc sóng mặt mà bị ngăn cản bởi bộ phận được đặt
trong đầu dò ghi nhận. Phương pháp phát và nhận thường sử dụng sóng mặt và sóng chuyển
đổi như là sóng Rayleigh và sóng bản mỏng tương ứng. Sóng Lamb và sóng Lamb rò được
dùng để đánh giá sự liên kết và các mặt phân giới bằng cách sử dụng phương pháp kiểm tra
nhúng sử dụng đầu dò góc. Sự khác nhau trong quá trình liên kết được xem xét qua sự khác
nhau theo khoảng cách các vùng không có giá trị trong một dải tần số.
Kỹ thuật siêu âm laser bao gồm quá trình kích thích chùm laser vào và ra và quá trình phát
hiện không cần phải tiếp xúc hoặc nhúng trong môi trường tiếp âm (phần 9.1.7). Phương
pháp này cho phép dò quét với tốc độ cao và theo các vật thể có các rãnh khía chuẩn. Kỹ
thuật siêu âm laser cho quá trình đo vận tốc và hệ số suy giảm tốt để xác định đặc trưng của
các vật liệu.
Phổ siêu âm được thực hiện với các cấu hình đầu dò đơn hoặc kép. Mục tiêu là để phân tích
sự điều biến sóng âm tạo ra bởi sự dao động theo cấu trúc vi mô và hình thái học. Việc phân
tích phổ tín hiệu đưa ra một cách tốt nhất nhằm so sánh sự phát hiện khó và thường cho các
ý nghĩa khác nhau trong cấu trúc vi mô của vật liệu. Các phương pháp chuyển đổi Fourier
kỹ thuật số nhanh cần nhận được các kết quả theo tính chất định lượng. Việc phân tích phổ
siêu âm thường được dùng theo phương pháp xung phản hồi, siêu âm ở tần số thấp và các
phương pháp kiểm tra liên quan. Các quy trình phân tích thích hợp bao gồm phân tích phổ,
sự phân chia phổ, phân tích hồi quy và phương pháp dịch chuyển. Sau cùng sử dụng các
thông số thống kê để mô tả phổ tín hiệu. Kỹ thuật xử lý số liệu bổ sung bao gồm quá trình
nhận dạng đặc điểm và hệ thống lý thuyết hiểu biết thích hợp. Phổ siêu âm là quá trình so

sánh và dựa vào sự biểu diễn phổ tín hiệu cho một dải rộng của các vật liệu và các điều kiện
đường biên giới. Phổ siêu âm đã được sử dụng rộng rãi để xác định các đặc trưng định
lượng và chất lượng cấu trúc vi mô . Phổ suy giảm cung cấp cho ta một cách có đầy đủ khả
năng để đánh giá kích thước hạt trung bình trong các vật rắn đa tinh thể. Ngoài ra, các lỗ
rỗng và các hệ số hình thái học khác có thể được đánh giá với phổ siêu âm. Việc phân tích
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

13


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

các đặc điểm phổ siêu âm có thể cho các tính chất định lượng liên quan với các tính chất vật
liệu mà bị ảnh hưởng bởi cấu trúc vi mô. Sự liên hệ này bao gồm giới hạn bền khi đứt và
giới hạn bền khi giữa các hạt có sự phân tách của các vật liệu cán composite và độ dai trong
các kim loại.
So ảnh bằng kính hiển vi âm phát hiện được mật độ, cấu trúc định hướng, cấu trúc hạt, lỗ
rỗng, sự phá huỷ do nứt mỏi, trạng thái đông rắn trong các mối hàn nối, chất lượng mặt
phân giới lớp nền dạng sợi và sự khác nhau độ đàn hồi tế vi trong các kim loại, các vật liệu
ceramic và các vật liệu composite (phần 9.1.3). Quá trình dò quét với nhiều thông số vượt ra
khỏi quá trình tạo ra các hình ảnh của cấu trúc vi mô vật liệu và các miền có độ đàn hồi tế
vi. Mục đích là để chọn lọc tập hợp theo từng loại số liệu siên âm chưa xử lý và phân tích
chúng để cho giá trị bằng số đối với một dải lớn chứa các thông số.
Các thông số được tập hợp lựa chọn mà có thể vẽ ra được một bản đồ màu trùng khớp với
hình ảnh của vật thể kiểm tra bao gồm pha và một nhóm các giá trị vận tốc, hệ số suy giảm
tại dải tần số được chọn, các hệ số phản xạ bề mặt và bên trong và hệ số đàn hồi và các giá

trị ứng suất. Chuổi các thông số cũng bao gồm quá trình đo sự tương tác giữa sóng âm với
các dạng năng lượng khác (nhiệt hoặc từ).
9.1.7. Siêu âm laser :
Siêu âm laser bao gồm các phương pháp quang học của quá trình phát và ghi nhận tín hiệu
siêu âm. Khi bức xạ ánh sáng bị hấp thụ bởi phần được chiếu xạ của vật thể kiểm tra, kết
quả gây ra sự giản nở nhiệt, tạo ra chùm sóng siêu âm đàn hồi. Một phần khác cũng có thể
đến từ sự lan truyền xung lượng của ánh sáng phản xạ nhưng so với sự tập trung với quá
trình hấp thu ánh sáng thì áp suất phát xạ này ảnh hưởng cực kỳ nhỏ. Khi ta tăng cường độ
quang học của chùm tia tới lên thì nhiệt độ sẽ tăng lên tại bề mặt của vật thể có thể là rất lớn
mà có thể xảy ra sự bay hơi vật liệu. Xung lượng lan truyền của vật liệu được loại bỏ rời
khỏi bề mặt gây ra một lực vuông góc với bề mặt mà cũng cho sóng đàn hồi tăng lên.
Để phát sóng âm theo các dạng như thế thì phải sử dụng xung laser. Nhiều báo cáo nghiên
cứu đã được thực hiện với một khối phát laser rắn công tắc Q (ruby hoặc Nd – YAG) với
chiều dài xung nằm trong dải từ 5 đến 30ns. Cũng có thể sử dụng máy phát laser xung khí.
Các phương pháp quang học cho quá trình phát hiện sóng siêu âm có thể được chia thành
hai loại. Loại đầu tiên của các phương pháp này là cho phép phát hiện tại thời gian thực của
sự nhiễu loạn sóng âm tại một điểm đơn hoặc vượt quá một vùng đơn trên bề mặt của vật
kiểm tra. Loại thứ hai bao gồm các phương pháp trường toàn phần mà cho những biểu đồ
của quá trình phân bố năng lượng âm trên toàn bộ trường xem xét tại một thời gian ngắn.
Một kỹ thuật được gọi là sự tạo phách quang học hoặc quá trình phát hiện bằng dụng cụ
giao thoa đơn giản dùng chùm sóng tán xạ bởi bề mặt để giao thoa với sóng so sánh phát ra
trực tiếp từ máy phát laser. Phương pháp phát hiện thứ hai thì được gọi là đo sự giao thoa
hoặc đo thời gian trể giao thoa được dựa vào độ lệch tần số Doppler được tạo ra bởi sự dao
động bề mặt và sự giải điều biến của nó bằng một máy đo nhiễu có bộ lọc tương ứng.
Đầu dò quang học cho quá trình phát hiện sóng âm có thể được dùng để vẽ ra biểu đồ
trường sóng âm tại bề mặt của vật thể kiểm tra hoặc tại bề mặt của các biến tử siêu âm . Các
đầu dò dựa vào quá trình tạo phách quang học thích hợp hơn cho mục đích này do chúng có
thể chuẩn được dể dàng và cho phép đo giá trị tuyệt đối của quá trình dịch chuyển sóng âm.
Mặc dù chưa được sử dụng rộng rãi. Sự xuất hiện của các đầu dò quang học là các thiết bị
kiểm tra hữu hiệu nhằm phát hiện các chức năng sai lệch của các biến tử siêu âm do từ quá

trình chế tạo không phù hợp hoặc sự già hoá. Các đầu dò quang học cũng được sử dụng để
lọc các trường sóng âm phức tạp trên bề mặt của vật thể kiểm tra.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

14


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Do máy laser phát ra cùng một lúc cả hai dạng sóng dọc và sóng trượt, vận tốc của chúng bị
giảm xuống tính từ quá trình đo của hai lần truyền. Giả sử có một dạng phù hợp để kết nối
các vận tốc và hằng số đàn hồi, những hằng số này cũng xác định được. Quá trình đo vận
tốc sóng siêu âm cũng được dùng để kiểm tra pha của các tạp chất.
Các ứng dụng của kỹ thuật này là để xác định hằng số đàn hồi đã được đưa ra cho các vật
liệu khác nhau, bao gồm các kim loại (nhôm và thép), ceramic và kim loại ceramic
composite ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ cao hơn. Những thí nghiệm này được thực hiện
bởi quá trình phát sóng siêu âm với chùm tia laser xung ngắn (phát ra bởi máy laser Q –
switched Nd – YAG) trên một phía của vật thể kiểm tra. Quá trình phát hiện được thực hiện
với một đầu dò phát hiện điểm dựa vào bộ tạo phách quang học trên phía đối diện.
Mặc dù siêu âm laser không bao giờ thay thế được kỹ thuật truyền thống (do độ nhạy, giá
thành, và phức tạp), nó có riêng một phạm vi ứng dụng, có thể để bao gồm cả việc đo lường,
các phòng thí nghiệm nghiên cứu hoặc chuyên dụng kiểm tra các sản phẩm nóng và phức
tạp. Không có môi trường tiếp âm để cho phép phát và ghi nhận trong việc sử dụng phương
pháp kiểm tra siêu âm laser trong khoảng không gian bên ngoài và nó có thể tích lũy được
những ứng dụng sẽ khuếch đại với quá trình tăng theo hoạt động của trọng lực thấp (xem

phần 9.1.2 và 9.1.3).
9.1.8. Kỹ thuật âm điện từ :
Kỹ thuật âm điện từ (EMAT), cũng đôi lúc được nói đến như là các phương pháp từ giảo,
chúng dựa trên sự kích thích và ghi nhận sóng âm theo vật liệu từ tính hoặc dẫn điện qua
việc sử dụng lực Lorentz. Nguyên lý vật lý của quá trình hoạt động EMAT được mô tả
trong hình 9.7. Giả sử rằng một dây dẫn được đặt kề sát với bề mặt kim loại và chạy qua bởi
một dòng điện tại tần số siêu âm được trình bày. Dòng điện xoáy J ω được tạo ra trong kim
loại và nếu thế hiệu từ tính dịch chuyển cảm ứng B0 cũng được biểu diễn, dòng điện xoáy
tạo ra lực Lorentz FL biến thiên tuần hoàn được cho bởi :
F L = Jω × B0
(9.1)

Hình 9.6 – Tinh thể đơn của một đầu dò siêu âm điện từ, trình bày được áp dụng dòng điện
I, để tạo ra một dòng điện xoáy J ω, quá trình tạo ra thế hiệu dịch từ tính B 0 và
lực Lorentz FL.
Lực Lorentz tạo ra trong dòng điện xoáy được truyền qua vật rắn bởi sự va chạm với sự tạo
thành mắt lưới hoặc cách khác là xử lý bằng kính hiển vi. Những lực này trong vật rắn thay
đổi theo tần số của dòng điện được truyền qua và hoạt động như là một nguồn phát sóng
siêu âm. Theo nhiều cách xử lý thì tương tự như quá trình tạo ra sự dao động trong một
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

15


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

motor điện. Những dao động cơ hoạc quan hệ với nhau cũng tồn tại do đó sóng có thể phát
hiện được thì quy trình tương tự như hoạt động của một máy phát điện. Nếu vật liệu là sắt
từ, thì được tìm thấy sự cộng thêm của tiếp xúc cơ học. Sự tương tác trực tiếp xảy ra giữa
quá trình từ hoá vật liệu và từ trường động lực được kết hợp với dòng điện xoáy. Quá trình
tạo ra hiện tượng từ giảo có thể cho sự nhầm lẫn với sự thay đổi chiều dài vật liệu khi nó
được từ hoá. Quá trình này cũng đóng một vai trò chính trong việc phát sóng âm. Lặp lại sự
tồn tại các quy trình tương hổ lẫn nhau do đó những cơ chế này có thể xuất hiện để phát
hiện được. Trong thự tế những đầu dò điện từ bao gồm nhiều hơn một dây dẫn đơn. Điều
này thường cần thiết để tạo ra một cuộn dây và được thiết kế với cấu trúc nam châm điện
thế dịch sao cho lực phân bố liên kết với dạng sóng đặc biệt. Do đó có những đầu dò tiếp
xúc với (1) chùm sóng trượt phân cực xuyên tâm, (2) sóng dọc hoặc (3) sóng phân cực mặt
phẳng trượt được phát ra vuông góc với bề mặt và (4) sóng dọc hoặc sóng trượt phân cực
dọc hoặc (5) chùm sóng trượt ngang phân cực ngang được phát ra tại một góc xiên. Đầu dò
siêu âm có cuộn dây điện từ có thể cũng kích thích phát sóng Rayleigh trên bề mặt và dạng
sóng lamb trong các tấm phẳng.
Hướng chính của việc sử dụng các đầu dò âm điện từ là chúng có khả năng hoạt động mà
không cần chất tiếp âm hoặc tiếp xúc. Các kết quả quan trọng của việc sử dụng này bao gồm
quá trình hoạt động trên việc dịch chuyển vật thể, theo quá trình xác định vị trí từ xa hoặc
các vị trí nguy hiểm, tại nhiệt độ cao, trong chân không và trong môi trường có dầu mỡ hoặc
các bề mặt thô nhám. Ngoài ra, các vấn đề về sắp xếp gây ra sự suy giảm nhiều do quá trình
định hướng mà ở đó sóng âm được phát ra và được xác định đầu tiên bởi sự định hướng của
bề mặt vật thể kiểm tra khá hơn đầu dò. Cuối cùng, các đầu dò âm điện từ có khả năng kích
thích chùm sóng trượt phân cực ngang rất thuận tiện hoặc các dạng sóng đặc biệt khác mà
cho những thuận lợi trong quá trình kiểm tra trong những ứng dụng nhất định. Ta cần phải
lưu ý rằng giá thành của việc thực hiện để đem lại những lợi ích này là tương đối thấp quá
trình hoạt động đầy đủ. Đây là cách khắc phục bằng cách sử dụng các dòng điện truyền cao,
các bộ ghi nhận nhiễu thấp và kết nối điện phải cần thận. Trong những vật liệu sắt từ quá
trình từ hoá hoặc cơ chế thực hiện hiện tượng từ giảo của quá trình tiếp xúc có thể thường
được dùng để làm tăng các mức tín hiệu.
Những ứng dụng khác nhau của EMAT sẽ được trình bày tóm tắt sau đây. Kỹ thuật siêu âm

được sử dụng rộng rãi để đo bề dày và các đầu dò âm điện từ có thể mở rộng phạm vi các
ứng dụng. Do EMAT có khả năng hoạt động tại nhiệt độ cao thì quá trình đo bề dày phù
hợp nhất cho quá trình đo trên dây chuyền sản xuất trong quá trình gia công vật liệu. Với
những đầu dò này, nó cũng đặc biệt phát ra sóng trượt dể dàng. Điều này có những ưu điểm
khi đo các vật liệu mỏng do vận tốc sóng trượt gần bằng với một nửa vận tốc sóng dọc. Đối
với một bề dày được cho trước thì xung phản hồi xuất hiện sau cùng là được phân giải dể
dàng hơn từ các dòng điện rò và sự thay đổi theo thời gian truyền đến trên sự thay đổi đơn
vị bề dày là lớn hơn.
Việc kiểm tra các mối hàn austenitic trong các vật liệu phủ có thể bị ảnh hưởng lớn bởi vận
tốc sóng trong kim loại hàn. Do tính không đẳng hướng đàn hồi lớn của các kim loại hàn thì
sẽ dẫn đến sự khác nhau đối với quá trình phản xạ và khúc xạ của sóng âm tại bề mặt phân
giới. Những hiện tượng này đã được nghiên cứu kỹ cho sóng trượt phân cực ngang và sóng
dọc, hầu hết các công việc đều tập trung vào quá trình lan truyền sóng âm trong kim loại
hàn austenitic. EMAT có thể được sữ dụng thực hiện công việc kiểm tra đầy đủ những mối
hàn như thế. Cũng nói đến quá trình phản xạ và quá trình truyền sóng âm tại mặt phân giới
của kim loại cơ bản là ferrite và lớp bao phủ austenitic đã được nghiên cứu như các ví dụ

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

16


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

được cho thêm sau đây của quá trình tương tác của sóng trượt ngang tại mặt phân giới giữa
một môi trường dị hướng và môi trường đẳng hướng.

Các đầu dò âm điện từ phù hợp tốt nhất đối với quá trình đo ở nhiệt độ cao do nó không cần
chất tiếp âm lỏng. Thông thường, có ba cách chọn lựa có thể dùng để thiết kế các đầu dò
này cho những môi trường làm việc ở nhiệt độ cao : (1) Làm mát cuộn dây phát tần số radio
và nam châm, (2) chỉ làm mát nam châm hoặc (3) làm mát hoặc là nam châm hoặc là cuộn
dây phát tần số radio. Trong thực tế, toàn bộ ba cách đưa ra này đã được sử dụng thành
công. Nhiệt độ cao liên kết với quá trình hoạt động của các đầu dò âm điện từ theo nhiều
cách. Sự quy định riêng biệt trong tiêu chuẩn dây nam châm bằng đồng cuộn trong motor
điện là ít khi vượt quá mức 2200C (4300F). Hầu hết các vật liệu thép từ không thể dùng như
các vật liệu nam châm phân cực vượt quá 550 0C (10000F) nhưng một số hợp kim cobalt có
chức năng như là các nam châm phân cực lên đến 820 0C (15000F). Hầu hết các vật liệu nam
châm vĩnh cữu không thể được sử dụng vượt quá 120 0C (2500F) và một số vật liệu từ trường
cao làm giảm nhanh vượt quá 1000C (2120F). Do đó, những nam châm này cần phải thực
hiện một vài cách làm lạnh để hoạt động gần bề mặt như là các vật liệu nhôm hoặc thép
nóng và chúng cần phải đặt trong một nhiệt động chịu đựng đặc biệt được quy định riêng
biệt. Một trong những ứng dụng quan trọng của các đầu dò âm điện từ hoạt động ở nhiệt độ
cao là cho quá trình kiểm tra các sản phẩm kim loại tại nhà máy sản xuất. Các đầu dò không
những phải được chế tạo bằng các vật liệu chịu đựng được ở những nhiệt độ cao mà còn tác
động mạnh đủ đối với toàn bộ các kim loại có độ suy giảm cao nằm gần điểm nóng chảy
của chúng.
Để thực hiện tiếp xúc điện từ, chỉ cần một cuộn dây và một nam châm đặt sát với bề mặt
kim loại. Người kiểm tra không cần điều chỉnh đầu dò đồng trục với bề mặt kiểm tra hoặc
lớp bề dày chất lỏng tiếp xúc âm tối ưu. Điều này cho phép ta kiểm tra được đường ống
đang hoạt động của một đường ống dẫn gas ngầm mà không cần ngắt dòng truyền gas.
Trong những ứng dụng như vậy, không cần dùng chất lỏng tiếp âm và thiết bị kiểm tra phải
di chuyển tự động qua nhiều kilometres của một ống có đường kính trung bình với vận tốc
trung bình khoảng 6,7m/s. Một ứng dụng quan trọng khác của việc dịch chuyển các đầu dò
âm điện từ được tìm ra trong những ứng dụng cán thép và dựa vào chùm sóng siêu âm dạng
mặt (sóng Rayleigh) mà được kích phát dễ dàng bởi đầu dò âm điện từ bằng cách sử dụng
cuộn dây uốn khúc. Bằng cách phát trực tiếp sóng này xung quanh chu vi đường tròn của
các sản phẩm dạng ống, các bất liên tục thông thường như là các vết gấp, các vết nứt tế vi

và các hố lõm có thể phát hiện được. Điều quan trọng hơn là kỹ thuật xử lý tín hiệu đơn giản
có thể được sử dụng để nhận số đo theo định lượng về độ sâu của các vết gấp và các vết nứt
tế vi ở dây chuyền sản xuất nhanh sao cho nhà sản xuất có thể tách riêng các vật liệu đó
ngay lập tức theo số lượng cần phải gia công lại đúng chất lượng được yêu cầu.
EMAT có thể được dùng để kiểm tra các chi tiết được sản xuất ở những tốc độ cao có thể
nói là 1 trên 1giây. Hầu như trong thực tế quá trình đo cấu trúc định hướng và ứng suất bằng
siêu âm được thực hiện bằng cách sử dụng EMAT.
Trong số những ưu điểm của EMAT là kiểm tra được các sản phẩm ở nhiệt độ cao; kiểm tra
được trong chân không; tốc độ kiểm tra cao, đồng trục, quá trình hoạt động pha dãy, và quá
trình kích thích sóng trượt phân cực ngang cho quá trình đo ứng suất hoặc kiểm tra tính
không đẳng hướng của cấu trúc hàn. Nhược điểm chính là hiệu suất làm việc của nó thấp
hơn so với các đầu dò áp điện. Cần phải cẩn thận trong việc tạo mẫu đôi khi được yêu cầu
thiết kế một thiết bị kiểm tra EMAT siêu âm tối ưu. Tuy nhiên, một lượng lớn kiến thức về
các nguyên lý và các đặc trưng kỹ thuật của những thiết bị này có thể sử dụng được để đưa
vào một số lượng lớn các ứng dụng mới.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

17


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

9.1.9. Chụp ảnh cắt lớp bằng siêu âm :
Hình ảnh cắt lớp bằng máy tính là được xây dựng lại bằng máy tính của hình ảnh cắt lớp
hoặc một lát cắt của vật thể kiểm tra. Vì thế quá trình tạo ảnh được thực hiện bằng cách sử
dụng nhiều dạng năng lượng khác nhau bao gồm sóng siêu âm, tia X, electron, các hạt

alpha, laser và radar. Để định nghĩa thì hình ảnh cắt lớp của một vật thể là một sự nhìn thấy
hai kích thước của một lát cắt ngang rất mỏng qua vật thể (sự tịnh tiến từng bước dịch của
tomo – là lát cắt). Lát cắt ngang đúng này là sự xây dựng lại hai kích thước của nhiều quá
trình quét dạng A (A – Scan) một kích thước thực hiện từ nhiều hướng. Phương pháp lát cắt
ngang loại trừ được các đặc điểm chồng chập lên nhau mà xảy ra khi một vật thể có ba kích
thước được hiển thị hình ảnh định dạng hai kích thước. Sự chồng chập lên nhau đôi khi
được gọi là cấu trúc nhiễu cho quá trình phát hiện và xác định đặc điểm các bất liên tục khó
hơn do sự tổng hợp các vật phản xạ từ phía ngoài của lát cắt quan tâm. Quá trình tạo ảnh cắt
lớp phải có nhiều chi tiết hơn.
Ngoài ra, việc sử dụng các máy tính để xây dựng lại hình ảnh cũng cung cấp thêm các thuật
toán tạo ảnh. Chụp ảnh cắt lớp có thể phân chia thành hai loại với những ứng dụng khác
nhau. Chụp ảnh cắt lớp dạng phản xạ và chụp ảnh cắt lớp dạng truyền qua (hình 9.8). Chụp
ảnh cắt lớp bằng sóng siêu âm phản xạ được sử dụng để xác định vị trí và kích thước của bất
liên tục, sự ăn mòn và sự rỉ mòn của kim loại và có thể được sử dụng xác định đặc điểm của
các lỗ hỏng và các tạp chất. Chụp ảnh cắt lớp bằng sóng siêu âm truyền qua có thể được sử
dụng để xác định phân biệt được mật độ của vật liệu, thành phần hoặc ứng suất dư.
CHỤP ẢNH CẮT LỚP
BẰNG SIÊU ÂM

CHỤP ẢNH CẮT LỚP
BẰNG SÓNG SIÊU
ÂMPHẢN XẠ

ĐO THỜI GIAN
TRUYỀN

CHỤP ẢNH CẮT LỚP
BẰNG SÓNG SIÊU
ÂMTRUYỀN QUA

ĐO HỆ SỐ HẤP
THỤ SÓNG ÂM

ĐO VẬN TỐC
SÓNG ÂM

Hình 9.8 – Các thông số xác định trong chụp ảnh cắt lớp siêu âm.
Chụp ảnh cắt lớp bằng siêu âm khó hơn chụp ảnh cắt lớp bằng tia X do chùm sóng âm có
thể bị phản xạ hoàn toàn tại các vùng biên giới đặc bên trong vật thể kiểm tra. Tại các vùng
biên giới loãng thì chùm sóng âm có thể truyền qua và phản xạ. Do đó, có hai dạng chụp
ảnh cắt lớp bằng siêu âm , mỗi loại có mỗi thông số riêng (hình 9.8). Chùm ảnh cắt lớp bằng
phản xạ là giống với kỹ thuật xung phản hồi và chụp ảnh cắt lớp truyền qua giống với quá
trình kiểm tra loại truyền qua điển hình. Chụp ảnh cắt lớp bằng sóng siêu âm truyền qua có
thể được chia ra thành hai loại nhỏ phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu kiểm tra. Nếu
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

18


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

vận tốc của sóng âm truyền qua vật liệu là không đổi thì hệ số suy giảm tại mỗi ảnh điểm là
thông số được tính toán như trong trường hợp chụp ảnh cắt lớp bằng tia X. Nếu hệ số suy
giảm của sóng âm còn lại nhỏ khi nó đi qua một khối mà ta quan tâm thì vận tốc của mổi
ảnh điểm được tính toán. Lượng đo được trong trường hợp đầu tiên tại các vị trí khác nhau
trên đường biên giới ngoài của vật thể kiểm tra là quá trình hấp thụ sóng âm toàn phần trong

trường hợp đầu tiên và vận tốc toàn phần trong trường hợp thứ hai. Cả hai phía của vật thể
kiểm tra phải có thể tiếp xúc được và sự phân giải dọc theo song song với trục vật thể kiểm
tra bị giới hạn bởi sự phân giải dọc theo song song với trục vật thể kiểm tra của cặp đầu dò
phát và thu.
Chụp ảnh cắt lớp bằng sóng siêu âm phản xạ là một quá trình phát triển mở rộng của kỹ
thuật truyền qua và được thiết kế để cho lượng hình ảnh hiển thị một thông số âm riêng biệt
của vật liệu kiểm tra. Kích thước và vị trí của bất liên tục được phát hiện hoặc mặt phân giới
của vật liệu có thể được đánh giá gần đúng bằng biên độ và thời gian truyền của tín hiệu
phản xạ. Hình dạng hiện ra của bất liên tục và mặt phân giới vật liệu có thể được đánh giá
bởi quá trình quét liên tục xung quanh đường biên giới phía ngoài của bất liên tục. Tuy
nhiên, do hầu hết năng lượng sóng âm bị tán xạ theo hướng tiến về phía trước thì các đầu dò
thu phải có độ nhạy cao và cần các mạch điện để đo các tín hiệu tán xạ ngược tại tỷ số tín
hiệu cao/nhiễu.
Quá trình này giải thích tại sao chụp ảnh cắt lớp bằng sóng siêu âm cần đến nhiều phần
cứng và phần mềm máy tính hơn các kỹ thuật siêu âm cổ điển. Phần cứng có ba thành phần
cơ bản: (1) Bộ phận ghi nhận dữ liệu, (2) Bộ phận lưu trữ dữ liệu và các hệ thống xử lý (3)
Màn hình hiển thị hình ảnh của các dữ liệu đã được xử lý. Hệ thống ghi nhận dữ liệu bao
gồm đầu dò đơn hay đầu dò dãy tạo pha đặt trong một bồn nhúng và có thể đặt vuông góc
hoặc xiên góc với bề mặt vật liệu. Trong quá trình quét thì đầu dò được dịch chuyển qua
mặt cắt ngang của vật thể kiểm tra. Sự dịch chuyển này có thể với một vài độ ngoại trừ theo
các đường viền các chi tiết có hình dạng không đồng nhất. Bộ lưu trữ và hệ thống xử lý lưu
trử dữ liệu được quét chưa xử lý và sau đó quá trình tính toán được thực hiện trên số liệu để
tạo ra một bức ảnh lát cắt ngang. Hình ảnh có thể vẽ theo hai kích thước được xây dựng bởi
quá trình so sánh nhiều mặt cắt ngang nằm sát nhau. Phần mềm được yêu cầu là phải thực
hiện quá trình xử lý này. Một hình ảnh cắt lớp được tạo ra trong một vài phúc để xây dựng
do số lần quét được yêu cầu và quá trình xử lý một lượng lớn số liệu.
Quá trình tạo ảnh cắt lớp siêu âm bằng máy tính có một số ứng dụng trong việc kiểm tra
không phá hủy , bao gồm quá trình kiểm tra phức tạp, các vật thể có ba kích cở và các chi
tiết đã được lắp ráp hoàn toàn, phát hiện các bất liên tục dạng đường và dạng phẳng, xác
định chi tiết các đặc tính của bất liên tục như là kích thước và vị trí của bất liên tục theo hai

dạng phẳng và khối. Tính khả thi của hệ thống chụp ảnh cắt lớp dạng sóng siêu âm truyền
qua đã được giải thích cho sơ đồ những nơi tập trung ứng suất trong thép bằng cách sử dụng
số liệu thời gian truyền và kỹ thuật xây dựng lại ảnh đại số. Kỹ thuật này là một phương
pháp xây dựng lặp lại mà xuất phát từ một giá trị cho các giá trị vận tốc mà các phương
trình phù hợp tốt nhất. Việc cải tiến hình ảnh với mỗi bước lặp và giải đồng quy theo
hướng bình phương nhỏ nhất. Dưới ứng suất nén thì vận tốc giảm xuống và dưới ứng suất
giãn thì vận tốc tăng lên. Sự tăng lên và giảm xuống là khoảng 3%.
Chụp ảnh cắt lớp bằng siêu âm có một vài ưu điểm cho quá trình kiểm tra không phá hủy
(1) Khoảng không gian phân giải được tăng lên bởi sự giới hạn của cường độ bởi chiều dài
của xung siêu âm (2) vết lốm đốm trên hình ảnh siêu âm được làm giảm xuống do sự tăng
lên từ các bức ảnh khác nhau trung bình trên một số hướng (3) sai số quá trình tạo ảnh được
giảm xuống và (4) dải động lực rộng. Những ưu điểm khác là thực tế rằng những hình ảnh
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

19


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

chụp cắt lớp được xử lý bằng máy tính có thể có khả năng bày tỏ những thông tin về định
lượng cũng như chất lượng. Sự xuất hiện chủ yếu này là do số liệu không đo được hoàn toàn
mà xuất phát từ tính toán. Những ưu điểm được liên hệ với nhau đó là những hình ảnh kỹ
thuật số, sao cho sử dụng được các thuật toán làm nổi bật được bức ảnh. Nhà kỹ thuật có thể
điều chỉnh các thông số biểu diễn để điều chỉnh độ tương phản và bề rộng cho việc quan sát
tối ưu.
9.1.10. Những kỹ thuật tổng hợp đặc biệt :

Các kỹ thuật kiểm tra siêu âm mà có thể không được thẻo luận trong các phần trước sẽ được
trình bày tóm tắt ở đây :
Trong thực tế, nếu chúng ta suy nghĩ kỹ, mỗi vật thể kiểm tra mà có hình kích thước hình
học, hình dạng và vật liệu khác nhau sẽ cần đến một kỹ thuật đặc biệt cho việc kiểm tra
chúng. Đối với những loại này sẽ là các vật rèn thép lớn, các vật liệu được gia công hổn hợp
và các vật liệu bán thành phẩm, các trục đường ray, đường ray và các vật liệu khác; kiểm tra
tấm và vòng lót; các loại đinh tán và các lỗ đinh tán, các mối nối tấm được chế tạo bởi quá
trình hàn vảy, quá trình nối tán, quá trình mạ điện và với các chất dính; quá trình cán, các
hợp chất, và các hợp chất composite; các ổ trục; sự lắp ghép nóng; các bình áp lực và nhiều
chi tiết khác trong ngành năng lượng hạt nhân cũng như các lò phản ứng tái sinh nhanh; các
dạng khác nhau của các vật liệu kim loại và các vật liệu phi kim loại.v.v… Việc giải quyết
một số vấn đề trong quá trình kiểm tra liên quan đến những lĩnh vực này có thể tham khảo
từ các kỹ thuật siêu âm được trình bày trong chương 3 và 6 và trong các phần trước của
chương này. Đối với các vấn đề khác bạn đọc có thể cần tìm kiếm từ một loạt những tài liệu
tham khảo khác nhau nằm trong mục lục sách tham khảo.
9.2. Các kỹ thuật kiểm tra tự động và bán tự động :
9.2.1. Các vấn đề cần thiết và tầm quan trọng :
Việc kiểm tra tự động bằng siêu âm và hệ thống điều khiển từ xa đang phát triển nhanh và
hiện nay được dùng trong một phạm vi rất rộng trong các ngành công nghiệp và trong nhiều
ứng dụng khác nhau. Có nhiều lý do tại sao việc kiểm tra tự động là ưa chuộng hơn đối với
quá trình kiểm tra bằng tay. Việc kiểm tra tự động là làm giảm được nhiều thao tác thực
hiện và những sai số do nhân viên kiểm tra gây ra bởi quá trình kiểm tra bằng tay. Số liệu
nhận được chính xác hơn và tin cậy hơn. Trong nhiều vị trí kiểm tra bằng tay khó thực hiện
như là do không tiếp xúc được đến vùng kiểm tra hoặc do sự tác động của môi trường như
là nhiệt độ cao, mức phóng xạ cao. Trong các vị trí như vậy thì quá trình kiểm tra bằng tay
là khó và đôi khi ngay cả không thể thực hiện được. Việc kiểm tra tự động có thể thực hiện
rất nhanh do đó tiết kiệm được thời gian thực hiện và giá thành nhân công. Phương pháp
này có thể cho kiểm tra qua một số lượng lớn các chi tiết do đó giữ được nhịp độ với quá
trình chế tạo với tốc độ cao. Việc phân tích và đánh giá các kết quả có thể được thực hiện
qua một hệ thống máy tính do đó làm tăng hiệu quả cũng như độ tin cậy của quá trình xử lý.

9.2.2. Các thành phần của một hệ thống kiểm tra siêu âm tự động :
Có rất nhiều những ứng dụng có thể thực hiện quá trình kiểm tra siêu âm tự động và phương
pháp được sử dụng phụ thuộc vào những vật liệu được kiểm tra, các điều kiện môi trường,
giá thành, các kỹ thuật và số liệu được yêu cầu; mỗi hệ thống có một đặc trưng riêng của nó
do vị trí cần thiết thực hiện kiểm tra tự động. Mặc dù đơn giản, để thuận tiên trong việc xem
xét hệ thống kiểm tra tự động bao gồm những thiết bị phụ sau đây :
(i)
Quá trình điều khiển và quá trình dẫn vật thể kiểm tra.
(ii)
Thiết bị máy móc và thao tác điều khiển từ xa của một đầu dò hoặc nhiều đầu dò.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

20


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

(iii)
(iv)
(v)

Cung cấp chất tiếp âm tự động.
Điều khiển hệ số khuếch đại tự động.
Quá trình điều chỉnh tự động của thiết bị khuếch đại để quy định độ nhạy kiểm tra
riêng biệt (hiệu chỉnh tự động biên độ khoảng cách).
(vi)

Tự kiểm tra và hệ thống đánh giá (xem xét).
(vii)
Hệ thống xử lý số liệu siêu âm.
(viii)
Các ứng dụng của B – Scope, C – Scope, gần như ba kích thước,v.v…
(ix)
Diều chỉnh đầu ra và các hoạt động hiệu chỉnh.
9.2.3. Hình dạng thiết kế và các chức năng của những thiết bị khác nhau :
9.2.3.1. Các hệ thống điều khiển cho vật thể kiểm tra :
Những hệ thống điều khiển vật thể kiểm tra có thể thay đổi lớn phụ thuộc vào hình dạng và
hình kích thước hình học của vật thể kiểm tra, trọng lượng và kích thước của chúng, các
trạng thái vật lý và hoá học của nó. Hầu hết trong những cách bố trí chúng trở nên rõ ràng
hơn khi có các ứng dụng riêng biệt được trình bày trong phần 9.2.4. Do vậy việc thiết lập
điều khiển vật thể kiểm tra sẽ được thực hiện liên quan đến việc điều khiển và căn chỉnh các
đầu dò. Thông thường các cách bố trí này có thể gồm có các cần trục, các đường ray, các
con lăn (băng tải) đặc biệt, việc có thể điều chỉnh được hoặc dẫn cố định, các motor và các
bộ gá để lật nghiêng hoặc quay vật thể kiểm tra, những dây đai và băng tải di chuyển, những
kích thước khác nhau của hệ thống được đặt trong bồn nhúng cho việc căn chỉnh các vật thể
kiểm tra.v.v…
9.2.3.2. Các đầu dò cho hệ thống kiểm tra tự động :
Có nhiều dạng thiết kế rất đa dạng và phong phú các đầu dò siêu âm mà dùng trong quá
trình kiểm tra tự động. Thông thường đầu dò phải được giữ tiếp xúc với bề mặt vật thể kiểm
tra bằng cách sử dụng một lực áp thích hợp, chính xác hơn là giữ tại một khoảng cách riêng
biệt tính từ bề mặt kiểm tra (phương pháp nhúng). Việc dò quét dao động, các đầu dò dịch
chuyển ngang, sự dao động góc, và kỹ thuật thu và phát.v.v… được thực hiện tự động trong
theo cách phẳng như quá trình thao tác bằng tay. Kiểm tra 100% vùng kiểm tra riêng biệt
được yêu cầu. Vị trí đặt đầu dò và hướng của chùm sóng âm phải được kiểm tra và ghi nhận
chính xác. Quá trình thiết lập, việc đặt lại và quá trình chuẩn bị phải được thực hiện dễ
dàng. Trong hình ảnh của tầm quan trọng và những điều cần thiết của quá trình kiểm tra cơ
học và tự động trong ngành công nghiệp, nhiều kết quả của một quá trình nổ lực đã được

định hướng phát triển các đầu dò đặc biệt cần thiết cho mục đích này. Những kết quả cố
gắng này được tập trung chính vào, đầu tiên là sự phát triển để ứng dụng các vật liệu áp điện
mới để cải tiến những hiệu quả cao hơn của quá trình chuyển đổi năng lượng cơ học và
năng lượng điện, sự ổn định năng lượng âm phát ra, thứ hai là sự phát triển các loại đầu dò
mới để giải quyết những kỹ thuật và các yếu tố mới. Những kết quả của sự nổ lực này được
tổng hợp sau đây :
Những đầu dò có độ phân giải cao :
Khoảng cách phân giải thường phụ thuộc vào bước xung kế tiếp nhau, Q của mạch điện, sự
suy giảm của đầu dò, các đặc trưng tần số của bộ khuếch đại, dải động lực của bộ khuếch
đại và màn hình hiện sóng. Các biến tử áp điện ceramic với thời gian dao động nhỏ hơn và
hiệu suất của bộ giảm chấn được kết hợp với sự suy giảm vật liệu cao hơn và bộ hấp thụ
sóng âm nằm trong đầu dò là cần thiết để nhận được độ phân giải cao hơn. Gần đây những
đầu dò có độ phân giải cao được phát triển mà có sự suy giảm cao với dải tần số rộng được
sử dụng và được gọi là “đầu dò loại sóng xung kích”. Những đầu dò này có thể phân giải
được một chuổi các xung phản hồi đáy từ thép tấm có bề dày 0,15mm đến 0,25mm (0,006
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

21


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

đến 0,10 inch). Những ứng dụng của loại đầu dò này mở rộng cho các ngành hàng không và
một số ngành công nghiệp năng lượng nguyên tử. Các vấn đề đặt ra cho loại đầu dò này là
tại thời điểm này, độ nhạy thấp hơn và độ tuyến tính biên độ kém.
Các đầu dò hội tụ :

Các khái niệm khác nhau cho việc thực hiện hiệu ứng hội tụ trong đầu dò được mô tả trong
hình 9.9.

(a)
Tinh thể cầu lõm

(b)
Loại phản xạ

(c)
Loại thấu kính âm

Hình 9.9 – Các cách khác nhau của quá trình chế tạo các đầu dò hội tụ.

Những ưu điểm của đầu dò hội tụ tinh thể cầu lõm đó là đuờng truyền sóng âm đơn giản và
ngắn theo cạnh và kích thước nhỏ hơn có thể sử dụng được. Nhược điểm của đầu dò này là
khó chế tạo tinh thể lõm theo đúng mặt cầu.
Ưu điểm của đầu dò hội tụ loại phản xạ là dễ chế tạo tinh thể mặt phẳng và mép ngoài
cong, nhưng nó có nhược điểm là đường truyền chùm sóng âm dài hơn theo mép và kích
thước của đầu dò lớn hơn.
Đầu dò hội tụ với việc sử dụng thấu kính âm có thể có khả năng sử dụng theo kích thước
nhỏ hơn. Tinh thể có bề mặt phẳng và khoảng cách hội tụ dài hơn là thuận tiện trong việc sử
dụng. Mặt phân giới giữa thấu kính âm và cạnh phản xạ của sóng âm. Vật liệu của thấu kính
và quá trình chế tạo thấu kính lõm là đắt tiền.
Các đầu dò cải tiến tỷ số tính hiệu/nhiễu (signal to noise) (SN) :
Đối với quá trình kiểm tra vật liệu thép không rỉ austenitic và các mối hàn và vật đúc của
nó. Ta cần phải cải tiến tỷ số SN. Việc đưa ra quá trình cải tiến tỷ số SN được thực hiện
bằng cách chế tạo các đầu dò hội tụ để làm giảm độ mở rộng của chùm tia, bằng cách sử
dụng các đầu dò sóng dọc, bằng cách sử dụng các đầu dò tinh thể kép (đầu dò thu và phát)
có điểm hội tụ tại hầu hết các khoảng cách thích hợp và bằng cách bố trí một dảy đầu dò có

tần số khác nhau hướng đến tâm các vòng tròn.
Các đầu dò nhiệt độ cao :
Những đầu dò này đã được thiết kế để làm việc tại những vùng có nhiệt độ cao. Trong số
các đầu dò này chúng có thể làm việc trong một khoảng thời gian ngắn tại 400 đến 600 0C.
Trong khi đó các đầu dò khác có thể làm việc liên tục tại 200 – 2500C.
Đầu dò âm điện từ (EMAT) :
Những đầu dò này đã được phát triển. Trong những đầu dò này sóng siêu âm được phát ra
bởi lực điện từ tại bề mặt kim loại cùng với việc sử dụng các nam châm và các cuộn dây
điện, tạo ra lực Lorenz. Những đầu dò này sử dụng không cần sự tiếp xúc với bề mặt của
các vật thể kiểm tra và không cần sử dụng các chất tiếp âm (xem phần 9.1.8).
Đầu dò nhúng dạng bánh xe :
Đầu dò được đặt trong bánh xe xung quanh được đổ đầy chất tiếp âm và bánh xe được quay
trên bề mặt vật thể kiểm tra. Góc của chùm tia được điều khiển từ xa (hình 9.10).

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

22


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

1

2
4
3

Hình 9.10 – Đầu dò nhúng dạng bánh xe : 1. Hệ thống điều khiển từ xa, 2. Chất lỏng được
nén, 3. Tinh thể, 4. Bánh xe bằng cao su.
Đầu dò dạng phun nước :
Nước phu ra được áp dụng để kiểm tra bề mặt từ một nhánh nằm trong đầu dò phải giữ một
khoảng cách rất chính xác từ đầu dò đến bề mặt kiểm tra (hình 9.11)
1
2
3
φ8

4

5
6

Hình 9.11 – Đầu dò dạng phun nước : 1. Đầu dò, 2. Nước, 3. Bộ chỉnh lưu, 4. Nhánh,
Nước, 6. Làm nguội nước.

5.

9.2.3.3. Cung cấp chất tiếp âm tự động :
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

23


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Trong mọi trường hợp của quá trình kiểm tra siêu âm tự động thì cần thiết phải cung cấp
chất tiếp âm tự động. Có nhiều phương pháp được tìm thấy trong quá trình cung cấp chất
tiếp âm tự động. Ví dụ như : phun nước, quay tròn trong bồn chứa, cung cấp chất tiếp âm
bằng cách quét tự động và nhiều phương pháp khác nữa. Khi toàn bộ vật liệu kiểm tra có thể
cũng được nhúng trong nước. Cần phải tiếp xúc đầy đủ để đánh giá. Xung phản hồi đáy đầu
tiên nếu dùng được thì được sử dụng trong mọi trường hợp nhằm đánh giá (kiểm tra) quá
trình tiếp xúc âm. Chiều cao tín hiệu biên độ xung phản hồi đáy được xem xét bằng một hệ
thống xử lý số liệu được nối với thiết bị. Một thệ thống kiểm tra điển hình có thể gồm có
các đầu dò thẳng hoặc các đầu dò góc trên một mép. Khi quá trình tiếp xúc không thoả mãn,
hệ thống cảnh báo, hệ thống ghi nhận hoặc tạm dừng quá trình kiểm tra các thao tác tự
động.
9.2.3.4. Chuẩn định thiết bị kiểm tra tự động :
Quá trình chuẩn độ nhạy và hiệu chỉnh biên độ – khoảng cách đều được thực hiện tự động
cùng với việc sử dụng các mẫu chuẩn so sánh như được quy định cho quá trình kiểm tra siêu
âm bằng tay. Trong đó xem như số lượng các đầu dò làm việc cùng một thời điểm, độ nhạy
của tất cả các đầu dò được chuẩn bằng điện tại một thời điểm trùng khớp với quá trình
chuẩn định thiết bị.
9.2.3.5. Xử lý số liệu tự động :
Toàn bộ số liệu và tín hiệu được xử lý tự động bằng hệ thống xử lý số liệu (phần 9.3) gồm
có quá trình ghi nhận tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu thành dạng số bằng cách sử dụng bộ
chuyển đổi analog thành kỹ thuật số và sau đó ghi nhận tín hiệu này được đưa ra trên một
bộ ghi nhận biểu đồ hoặc được biển diễn trên màn hình CRT bằng cách sử dụng các phương
pháp tạo ảnh khác nhau như là quét dạng B (B – Scan), quét dạng C (C – Scan) hoặc chụp
ảnh giao thoa âm.v.v… Toàn bộ các bước này được điều khiển tự động bằng một máy tính.
9.2.3.6. Điều chỉnh đầu ra và điều khiển :
Mọi công việc kiểm tra tự động được thực hiện kiểm tra các sản phẩm trên dây chuyền sản
xuất. Trong nhiều trường hợp như vậy ta mong muốn rằng khi phát hiện được các khuyết tật

có thể loại bỏ thì phần có khuyết tật được xác định cho những mục đích phân loại và có thể
sửa chữa. Tại cùng một thời điểm sự điều khiển đầu ra phải được cho trước để thực hiện
những thao tác cần thiết cho quá trình thay đổi và điều khiển. Quá trình xác định được thực
hiện với sự giúp đở của các vòi phun nước mà nó phun vào một số chất nhuộm màu lên
phần có khuyết tật ngay lập tức tín hiệu chỉ thị khuyết tật được ghi nhận. Quá trình điều
khiển đầu ra cũng được cho theo dạng tín hiệu được ghi nhận mà có cơ chế tương ứng với
quá trình điều khiển xử lý các thông số bắt đầu và cần có thao tác hiệu chỉnh để đưa ra.
9.2.4. Một số ví dụ về quá trình kiểm tra siêu âm tự động trong công nghiệp :
9.2.4.1. Kiểm tra đường ray và bánh xe lửa :
Các khuyết tật xuất hiện trong các đường ray xe lửa phụ thuộc vào nguồn góc của vật liệu
thép từ các thỏi đúc được cán đi hết các khuyết tật, và những vật liệu này từ quá trình đúc
liên tục chứa một quá trình lan truyền nhỏ của các tạp chất phi kim loại. Các khuyết tật
thường xuất hiện trong vùng chuyển đổi ở dưới đầu đường ray và trong phần trên của thân.
Ngoài ra, các vết nứt ngang có thể xuất hiện ở đầu và đúng các khuyết tật cán là các nếp gấp
trong vùng nằm dưới thân. Hình 9.12 chỉ ra tất cả các vị trí thích hợp cho quá trình dùng các
đầu dò để phát hiện hầu hết các vết nứt này.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

24


TRUNG TÂM KỸ THUẬT HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN UT CẤP II

Các vết nứt trong quá trình hoạt động và các tạp chất có thể hoạt động như là nguồn góc của
các vết nứt ngang nằm vuông góc với đầu của đường ray. Chúng đặc biệt nguy hiểm do
chúng có thể xuất hiện theo nhóm trên các khoảng cách ngắn và do đó có thể gây ra đường

ray bị gãy thành các mãnh ngắn. Tương tự các vết nứt dạng sao tại những vùng cháy của
bánh xe, trong đó bánh xe di chuyển trong quá trình khởi động. Ví dụ như đằng trước của
các tín hiệu, dẫn đến nứt cục bộ do nhiệt như một kết quả của sự quá nhiệt.
Quá trình kiểm tra tự động các đường ray được thực hiện nhờ sự giúp đở của một tàu lửa
gồm ba khoang mà trong đó khoang ở giữa chứa thiết bị kiểm tra. Hai khoang ngoài chứa
động cơ diesel và bố trí nơi ở kiểm tra cho nhân viên. Ở dưới khoang giữa có một băng
trượt được đặt lơ lững ở trên, chứa một cặp đầu dò góc 35 0 và 700 và đầu dò thẳng TR, một
đầu dò được đặt cho mỗi đường ray. Các đầu dò này có thể được nâng lên hoặc hạ xuống
nhờ sức nước được đặt phân tách hoặc đặc cùng nhau trên băng tải trượt kiểm tra. Đối với
mỗi đường ray hai đầu dò siêu âm được bố trí thêm trực tiếp không khí đi vào chùm sóng
âm biến đổi giữa chân và thân để phát hiện đáy của mối hàn.

Hình 9.12 – Những vị trí điển hình để đặt đầu dò cho quá trình kiểm tra đường ray.
Các đầu dò góc 350 được đặt song song nhau sao cho mỗi quá trình ghi nhận xung phát từ
một đầu dò khác sau khi phản xạ tại bề mặt đáy và các xung phản hồi thêm vào từ các lỗ ốc
vít để bắt tấm nối, các vết nứt xiên từ các lỗ và các vết nứt ngang theo từ đáy đi đến bên
dưới thân. Bề mặt tiếp xúc được chế tạo bằng plastic và chỉ thay đổi sau vài ngàn kilometre.
Cần đến một vài mét khối nước tiếp âm cho việc hàng ngày kiểm tra khoảng cách 200Km
được đựng trong bồn.
9.2.4.2. Kiểm tra tấm và các tấm đệm :
Quá trình kiểm tra tấm để phát hiện các khuyết tật do chế tạo là rất đa dạng bao phủ trên
một phạm vi bề dày từ 1mm đến hơn 100mm. Quá trình phân loại theo môi trường và tấm
lớn cho bề dày trên khoảng 4,5m và lá và tấm đệm cho bề dày nhỏ hơn bề dày này, dường
như trong thực tế giải quyết các vấn đề khác nhau.
Hầu hết các quá trình kiểm tra được thực hiện tự động. Một số phương pháp khác nhau
được xây dựng chi tiết đã được sử dụng nhiều năm nay nhưng chúng là các phương pháp
kiểm tra không giống nhau, chương trình dò quét và đánh giá số liệu. Trước tiên, đã có
phương pháp truyền qua với quá trình tiếp âm bằng các vòi phun nước tự do, sau đó là đến
phương pháp xung phản hồi với đầu dò TR và tiếp âm bằng khoảng cách nước. Quá trình
thiết lập kiểm tra một số tấm lớn được xây dựng để kiểm tra các tấm cắt tách biệt tại cuối

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

CHƯƠNG 9

25