Đồ án tốt nghiệp kiểm tra mối hàn cầu bằng phương pháp siêu âm xung phản hồi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
................................................................................................................3
................................................................................................................4
DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................................... 5
DANH MỤC THUẬT NGỮ .........................................................................................6
Ụ
Ư

NH ............................................................................................. 7

G :

S

LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM ..................................................11

G

ể

......................................11
.......................................................................11

21

n s n

22Đ

tr n

23

p

Ư

G

2 ........................................................................................... 12
qu tr n tru n s n

2 .........................................................14

ơn p p kiểm tra siêu âm [2] ........................................................... 19

:

Ể

G

Ể

S

Ằ G

Ư

G

G

.......................................................................21
ể

ằ

...................................................................................................................................21
ể

II. Các thiết b
2 1 Đầu

ằ

.......................... 22

..............................................................................................................22

22

si u m ....................................................................................................26

23

t tiếp m .....................................................................................................27

2.4 Nêm .................................................................................................................27
25
Ư

ối
G

u n .......................................................................................................28
ỰC NGHIỆM VÀ KẾT QU ......................................................29

I. Tiêu chuẩn áp dụng – ASME [3] ........................................................................30
II.Thông số về đố

ợng kiểm tra: [4] ..................................................................33

III. Lựa chọn thiết b sử dụng ................................................................................36
3.1 Thiết bị kiểm tra siêu âm .................................................................................36
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.2 Lựa chọn đầu dò và ch t tiếp âm .....................................................................38
3.3 Mẫu chu n .......................................................................................................38
IV

b ớc tiến hành .............................................................................................. 43

4.1 Chu n đầu dò 00............................................................................................... 43
42

u n đầu

............................................................................................ 44

4.3 Tiến hành dò quét và kết quả t u đ ợc ........................................................... 48
KẾT LUẬN ...................................................................................................................81
I LIỆ

H

H

............................................................................................. 82

PHỤ LỤC ......................................................................................................................83

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

L i đầu ti n m in tr n trọng cảm ơn
run

m Đ n Gi

n

H

Đ n

ị

Em xin gửi l i cảm ơn đến Th
i r

nhi u trong quá trình hoàn thiện báo
Em ũn
Và Vật Lý

in
i r

nt n

n đ ot o

(NDE) đã t o mọi đi u kiện thuận lợi v

vật ch t và kiến thức giúp em trong th i gian thực tập v

Thuật H t Nhân Và Vật Lý

u Hồn –

sĩ L ơn Hữu
n l

ơ sở

o n t n đồ án tốt nghiệp.
ớc, giảng viên Bộ Môn Kỹ

iản vi n

ớng dẫn đã iúp đỡ em r t

o đồ án tốt nghiệp.

ảm ơn

t ầy cô trong Bộ Môn Kỹ Thuật H t Nhân

ng, Viện Vật Lý Kỹ Thuật, Tr

n Đ i Học Bách Khoa Hà Nội

đã tận tình truy n đ t kiến thức trong suốt nhữn năm m ọ đ i ọ
Cuối cùng em xin kính chúc các thầy cô trong Bộ Môn Kỹ Thuật H t Nhân Và
Vật Lý

i r

ng, Tr

n Đ i Học Bách Khoa Hà Nội dồi dào sức khỏe và thành

công trong sự nghiệp cao quý c a mình.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2018
Sinh viên thực hiện

L Văn Đ ợ

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hiện n

n ớ t đ n tron

i i đo n công nghiệp hóa, hiện đ i hóa. Bên c nh

việc sản xu t t o ra các sản ph m thì việc kiểm tr
việc làm r t cần thiết tr ớ k i đ

đ n

ởng sản ph m đ v sẽ k

ch t l ợng c a nhi u sản ph m t
đ n

i

un

n

r ớ đ

i ta sử dụn p

việ đ n

ơn p p p

n đ ợc sử dụng l i nữ để đ n

i

i ta phá h y một l ợng sản ph m n o đ rồi

o to n bộ những sản ph m còn l i Đi u này làm tổn h i khá lớn v

m t kinh tế và không thể đ n

i đ ợc toàn bộ ch t l ợng c a sản ph m

pháp NDT – Kiểm tra không phá h
n

t l ợng sản ph m là

v o sử dụng và xu t kh u

giá ch t l ợng một sản ph m trong công nghiệp n
h y (DT) làm ản

i

r đ in

ơn

l lẽ t t yếu để khắc phục những

ợ điểm đ
Việc kiểm tra không phá h y mẫu này có nhi u p

x si u m

ơn p p:

ụp ảnh phóng

n điện xoáy, th m th u … đ ợc ứng dụng r t phổ biến và rộn rãi đ c

trong nhi u lĩn vự k

n

tế và công nghiệp

xung phản hồi đ ợc ứng dụng r t rộng rãi để đo

ron đ

p

ơn p p si u m

i u dày vật liệu đ n

i ăn m n

phát hiện tách lớp và phát hiện khuyết tật trong mối hàn và các kết c u kim lo i và
omposit đ n
u điểm n

i

n độ bê tông, khuyết tật (lỗ rỗng, vết nứt trong bê tông). Nh

nhanh, chính xác, thiết bị t ơn đối rẻ, và có thể cho ta biết cả chi u sâu

c a khuyết tật.
Trong qu tr n l m đồ án t i

run t m Đ n

m đã lựa chọn đ t i:” Xây dựng quy trình kiể
mối hàn c a dầm ngang cầ
G
tả khuyết tật

Vă

y – NDE” Mụ đí

i

n p á h y (NDE)

đ

y

ụ - H i Phòng, tại Trung Tâm
đồ án này là minh họa và mô

n điển hình và thảo luận v cách chúng có thể đ ợc phát hiện bằng

si u m đồng th i l m rõ ơn n ữn

u điểm nhanh, rẻ độ tin cậy tốt c

p

ơn

pháp xung phản hồi này.

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC VIẾT TẮT
Ký hi u

Tiếng anh

Tiếng vi t

NDT

Non Destructive Testing

Kiểm tra không phá h y

NDE

Non Destructive Evaluation

Đ n

RT

Radiographic Testing

ơn p p
dùng film

UT

Ultrasonic Testing

ơn p p kiểm tra siêu âm

MT

Magnetic Particle Testing

ơn p p kiểm tra bột từ

ET

Eddy Current Testing

ơn p p kiểm tra dòng xoáy

ASME

ASTM
DAC

ISO

American Society of
Mechanical Engineers

i k

n p

y

ụp ảnh phóng x

Hiệp Hội Kỹ S

ơ

í Ho

American Society for Testing

Hiệp Hội Thử Nghiệm và Vật

and Materials

Liệu Hoa Kỳ

Distance Amplitude Curve

Đ

International Organization for
Standardization

n on su
oản

iảm bi n độ –

Tổ Chức Tiêu Chu n Quốc Tế

IIW

International Institution of
Welding

Viện Hàn Quốc Tế

HSD

Half Skip

Nử b ớ qu t

FSD

Full Skip

ột b ớ qu t

BPL

Beam Path Length

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

ỳ

i u iđ
siêu âm

n đi

m

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC THUẬT NGỮ
Kỹ thuật: Là một p

ơn p p ụ thể tron đ sử dụng một p

ơn p p NDT

đ c thù. Mỗi kỹ thuật kiểm tr đ ợc nhận d ng bởi ít nh t một tham số thay đổi quan
trọn đ c biệt từ một kỹ thuật khác trong ph m vi c

p

ơn p p đ

(Ví dụ:

ơn p p kiểm tra siêu âm Mản đi u pha có các kỹ thuật đầu dò kép, kỹ thuật
n ún …)
Quy trình: Trong kiểm tra không phá h y, quy trình kiểm tra là một dãy thứ tự
các quy tắc ho

ớng dẫn đ ợc trình bày một cách chi tiết, ở đ u n

ở b ớc nào thì một p

ơn p p ND n n đ ợc áp dụng vào một quá trình sản xu t.

Tiêu chuẩn: Là các tài liệu qu địn v

t ế nào và

ớng dẫn các cách thực hiện khác

nhau diễn ra trong quá trình chế t o một sản ph m công nghiệp. Những tiêu chu n mô
tả những yêu cầu kỹ thuật đối với một vật liệu, quá trình gia công, sản ph m, hệ thống
ho c dịch vụ
kiểm tr để

ún

ũn

ỉ ra nhữn qu tr n

p

ơn p p t iết bị ho c quá trình

định rằng những yêu cầu đ đã đ ợc thỏa mãn.

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ụ HÌNH NH
v n n nv

Hình 1. 1

ãn

n kẽ n u ọ t o p

H n 1 2 iểu iễn m p ỏn

ơn tru n s n .................12

một s n n n .....................................................13

Hình 1. 3 Lan truy n sóng ở b m t kim lo i tiếp xúc với không khí ........................... 13
Hình 1. 4 Giản đồ m

n

ơ bản c a sóng Lamb .......................................................14

Hình 1. 5 Quá trình phản x và truy n qua c a sóng siêu âm khi góc tới xiên góc ......18
H n 1 6 N u n lý

p

ơn p p tru n qu ........................................................19

H n 1 7 N u n lý

p

ơn p p un p ản ồi ..................................................20

H n 2 1 N u n lý

p

ơn p p un p ản ồi ..................................................21

Hn 2 2

uỗi un p ản ồi tron p

Hn 2 3

ut o

H n 2 4 Đầu
Hn 2 5

un

đầu

ơn p p un p ản ồi .............................. 22

..............................................................................22

tiếp ú t n

.............................................................................24

một đầu

..........................................................................25

ut o

H n 2 6 N u n lý ơ bản c

đầu

đ biến tử sử dụng trong PAUT.....................26

Hình 2. 7 Hiển thị A-Scan, B-Scan và S-Scan (từ trái qua phải) ..................................27
Hình 3. 1 Vị trí c đối t ợng kiểm tra – Dầm ngang m t cầu (a) Hình vẽ phối cảnh
c a công trình (b) Bản vẽ thiết kế c a các thanh dầm kiểm tra (c) Hình ảnh thực tế c a
dầm ................................................................................................................................ 34
Hình 3. 2 Thiết bị dò khuyết tật bằng siêu âm Mastercan D70 .....................................36
Hình 3. 3 Khối chu n mối hàn không phải ống (NON – PIPING CALIBRATATION
BLOCKS) ......................................................................................................................39
Hn 3 4

ẫu

u nII

Hn 3 5

ẫu

u n ơ bản S E (

Hn 3 6

ẫu II

Hn 3 7

m điểm r

Hn 3 8

in

V1 (rãn

................................................................ 45

ọn đ ợ ................................................................ 45

o n t t ứ 2 v l u i trị v o m

Hình 3. 11 Nhữn vị trí đ t đầu
H n 3 12 L

điểm

un

H n 3 13 Đ

n D

đã ựn

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

) ..................................................................42

đầu

o n t đầu ti n

H n 3 14 N ữn k oản

v t n ........41

.................................................................................45

t ự

ọn un

u n địn t iết bị với đầu

on ) ...............................................................................44

đầu

ọ tm

H n 3 9 un
H n 3 10

(V1) để

.......................................46

tr n mẫu.................................................................46
o n t un - điểm t i vị trí 1 ...................................47

60◦ ...........................................47

on với đầu
b ớ qu t v

i u

iđ

n tru n

m ti si u
7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

m đối với một đầu
H n 3 15

............................................................................................ 48

ơn p p iảm 6dB ...............................................................................49

Hình 3. 16 C u hình mối

n V đơn..............................................................................50

Hình 3. 17 Chỉ thị c a tách lớp khi dò quét tách lớp .....................................................51
Hình 3. 18 Dò quét chân mối

n V đơn .......................................................................51

Hình 3. 19 Dò quét mép mối hàn ..................................................................................52
Hình 3. 20 Ph m vi dò quét thân mồi
H n 3 21 Vị trí

t

n V đơn .......................................................... 53

lớp tron lớp t n ơ bản mẫu PL15217 ............................... 54

Hình 3. 22 B t liên tục số 2 t i chân mối hàn phát hiện cả hai bên c a mối hàn mẫu
15217 ............................................................................................................................. 54
Hình 3. 23 B t liên tục số 3 t i mép mối hàn phát hiện cả hai bên c a mối hàn mẫu
PL15217.........................................................................................................................55
Hình 3. 24 Chỉ thị c a tách lớp khi dò quét tách lớp .....................................................57
Hình 3. 25 Dò quét chân mối

n V đ i ........................................................................58

Hình 3. 26 Dò quét mép mối

n V đ i ........................................................................58

Hình 3. 27 Ph m vi dò quét thân mồi

n V đ i ........................................................... 59

Hình 3. 28 B t liên tục số 1 t i chân mối hàn mẫu PL15222 ........................................60
Hình 3. 29 B t liên tục số 2 t i chân mối hàn mẫu PL15222 ........................................61
Hình 3. 30 B t liên tục số 3 t i thân mối hàn mẫu PL15222.........................................62
Hình 3. 31 B t liên tục số 1 t i chân mối hàn mẫu PL15225 ........................................63
Hình 3. 32 B t liên tục số 2 t i chân mối hàn mẫu PL15225 ........................................63
Hình 3. 33 B t liên tục số 3 t i mép mối hàn PL15225 ................................................64
Hình 3. 34 Dò quét tách lớp trên t m bụng mẫu T- 9080 .............................................66
Hình 3. 35 Chỉ thị c a tách lớp khi dò quét tách lớp .....................................................67
Hình 3. 36 Dò quét chân mối hàn T-9080 .....................................................................67
Hình 3. 37 Dò quét mép mối hàn mẫu T-9080 .............................................................. 68
Hình 3. 38 Ph m vi dò quét thân mồi hàn mẫu T-9080 ................................................69
H n 3 39

t iện b t li n tụ k i

qu t t

lớp t m bụng mẫu T-9080..............70

H n 3 40

t li n tụ số 1 mẫu T-9080 ......................................................................70

H n 3 41

t li n tụ số 2 mẫu T-9080 ......................................................................71

H n 3 42

t li n tụ số 3 mẫu T-9080 ......................................................................72

Hình 3. 43 Dò quét tách lớp trên t m bụng mẫu T-9081 ..............................................74
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3. 44 Chỉ thị c a tách lớp khi dò quét tách lớp .....................................................75
Hình 3. 45 Dò quét chân mối hàn mẫu T-9081 ............................................................. 75
Hình 3. 46 Dò quét mép mối hàn mẫu T-9081 .............................................................. 76
Hình 3. 47 Ph m vi dò quét thân mồi hàn mẫu T-9081 ................................................77
H n 3 48

t li n tụ số 1 mẫu T-9081 ......................................................................78

H n 3 49

t li n tụ số 2 mẫu T-9081 ......................................................................79

L1 1 Nứt tron li n kết

n ........................................................................................83

L1 2 H n

nứt .....................................................................................84

n

un

PL1. 3 Biểu hiện dịch chuyển ngang màn hình khi xê dị
L1 4 Lỗ ơi tron mối
L1 5 H n

n

un

L1 6 i n độ

L1 9

n .........................................................................................86

un bọt k í k i
n

un

n

vị trí ..........84

bọt, rỗ k í..........................................................................86

L1 7 Lẫn ỉ tron mối
L1 8 H n

đầu dò tới

ị

đầu

....................................................87

n .......................................................................................... 87
n ậm ỉ .............................................................................88

u ết tật hàn không ng u tron mối

L1 10

ối

n bị l p

L1 11

ối

n bị

L1 12

ốt số

n.........................................88

n .........................................................................................89

ả loang .....................................................................................89

u ết tật v hình dáng liên kết hàn ...................................................90

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ụ B NG BIỂU
Bản 1 1
Bản 2 1

ối l ợn ri n

vận tố s n

mv

m trở

vật liệu t

n

ụn ..16

ột số vật liệu biến tử p điện ......................................................................23

Bảng 3. 1 Nội dung quy ph m ASME liên quan kiểm tra không phá h y ....................31
Bảng 3. 2 Tiêu chu n ASME trong kiểm tra siêu âm....................................................32
Bảng 3. 3 Các thông số c a khối chu n mối hàn không phải ống (NON – PIPING
CALIBRATATION BLOCKS).....................................................................................40
Bảng 3. 4

p ần tử p ản

u n địn ...................................................................42

Bảng 3. 6 Các thông tin v những khuyết tật phát hiện đ ợc mẫu PL15217 ................56
Bảng 3. 8 Các thông tin v khuyết tật đã p t iện t i mẫu PL15222 .......................... 62
Bảng 3. 9 Các thông tin v khuyết tật đã p t iện t i mẫu PL15225 .......................... 65
Bản 3 11 ết quả

3 b t li n tụ đã p t iện t i mẫu T-9080 ............................. 73

Bảng 3. 13 Các thông tin v khuyết tật đã p t iện trên mẫu T- 9081 ........................80

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ư

G I:

I G

S

LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM

ể

[1]

Kiểm tra không phá h y (Non-Destructive Testing-NDT), hay còn gọi l đ n
giá không phá h y (Non-Destructive Evaluation-NDE), kiểm định không phá h y
(Non -Destructive Inspection-NDI), ho c dò khuyết tật là việc sử dụn
p ơn
pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong ho c ở b m t vật kiểm mà
không làm tổn h i đến khả năn sử dụng c a chúng.
ơn p p n
n để phát hiện các khuyết tật n vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ,
tách lớp, không ng u, không th u trong các mối hàn, kiểm tr ăn mòn c a kim lo i,
tách lớp c a vật liệu omposit đo độ cứng c a vật liệu, kiểm tr độ m
b t n
đo b dày vật liệu
địn kí t ớ v định vị cốt thép trong bê tông v.v.
Mụ đí
a việc dò khuyết tật đối với công trình, thiết bị nhằm đ n i tín

ch t vật liệu tr ớc khi chúng bị
ỏng, dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật qu địn đ ợc
công nhận ho c biến d ng suy biến
định qua nhi u năm để bảo đảm đún
t
l ợng sản ph m v tín năn l m việc c a công trình, thiết bị v ũn n ằm khai thác
hết khả năn
a các kết c u kỹ thuật. H n chế r i ro ho c các khuyết tật nhằm tăn
ng tính toàn v n trong kinh doanh và tính an toàn trong xây lắp và tiết kiệm chi
phí.
p

ơn p p kiểm tr k

n p

+

ơn p p kiểm tr si u m ( ltr soni

+

ơn p p

ụp ản p n

+

ơn p p

ụp ản p n

+

ơn p p kiểm tr t m t u

+

ơn p p kiểm tr bột từ (

+

ơn p p kiểm tr

n

+ iểm tr bằn mắt (Visu l

:
stin - UT).

n film (Radiographic Testing- RT)
kỹ t uật số (Digital Radiographic Testing- DR)
t lỏn (Liqui
n ti

rti l

n tr nt

stin - PT)

stin - MT)

oáy (Eddy Current Testing- ET)
stin – VT)

ron đ p ơn p p si u m (sử dụng chùm sóng siêu âm chiếu vào vật liệu
cần kiểm tra) là một tron n ữn p ơn p p đ ợc ứng dụng rộng rãi để đo i u
dày vật liệu đ n i ăn m n p t iện tách lớp và phát hiện khuyết tật trong mối hàn
và các kết c u kim lo i. Ưu điểm nổi bật c p ơn p p l n n chính xác, thiết bị
t ơn đối rẻ và có thể cho ta biết cả chi u sâu c a khuyết tật.
II
S n si u m tru n qu vật liệu k m t o sự su iảm năn l ợn bởi tín
t vật lí
vật liệu
n độ
s n m o đ ợ đo s u k i p ản
( un
p ản ồi) t i
m tp n
(k u ết tật) o đ ợ đo t i b m t đối iện
vật
kiểm tr ( un tru n qu )
m s n m p ản đ ợ p t iện v p n tí để
địn sự m t
k u ết tật v vị trí
n
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Ư đ ểm c
+

ả năn

+

độ

:

u nt u
ín

o

tron việ p t iện vị trí v kí

+ ần p t iện một p í
+

ớ

k u ết tật

vật đ ợ kiểm tr

o p p kiểm tr n n v tự độn


+

t

ợ đ ểm c
kiểm tr

vật liệu

+ ần p ải sử ụn
+ H ớn

:
t tiếp m

k u ết tật

+ N n vi n kiểm tr p ải

ạ
S

u t o b n tron p ứ t p
ản

ởn đến k ả năn p t iện k u ết tật
n i u kin n

iệm

[2]
ọ

Sóng dọc là một lo i s n ơ ọc mà nó t o ra các vùng nén và dãn xen kẽ
nhau, có p ơn
o động trùng với p ơn tru n sóng. Sóng dọc truy n trong t t cả
m i tr ng rắn, lỏng, khí, do lo i sóng siêu âm này có thể phát và thu nhận dễ
dàng nên đ ợc dùng phổ biến nh t trong kiểm tra siêu âm.

Hình 1. 1

2.1.2 S
S n n n đ ợ đ
với p ơn tru n sóng.

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

ợt
tr n bởi sự

o động c a các h t

ớng vuông góc

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1. 2

ự tế s n n n
ỉ
t ể tru n tron
t rắn n u n n n l o
tron
t lỏn v
t k í k oản
iữ
p n tử
n u n tử ũn n
quãn đ n tự o trun b n l qu lớn n n lự út iữ
ún k n đ để o p p
một t l m u ển độn một t k
n i u ơn một p ần
u ển độn
ín n v o vậ s n tắt ần n n
n
S

ề

Sóng b m t hay còn gọi là sóng Rayleigh: các h t có quỹ đ o chuyển động
hình êlíp và truy n qua b m t c a vật liệu, chi u sâu chỉ khoảng một b ớc sóng.

Hình 1. 3 Lan truy n sóng ở b mặt kim loại tiếp xúc với không khí

Lo i s n n
ỉ
t ể tru n ọ t o một b m t li n kết một p í bởi
lự đ n ồi m n
vật rắn v v p í n ợ l i o
lự đ n ồi ần n k n
tồn t i iữ
p n tử k í. C ún
t ể đi v n qu
n ođ đ ợ
n
để kiểm tr
i tiết
n
n p ứ t p t t n i n hỉ
t ể p t iện đ ợ
vết nứt ở b m t o
ần b m t
S
i tru n s n v o một vật liệu
độ
bằn
s n t đ ợ s n bản mỏn Vật liệu bắt đầu o độn n
tr n n ập to n bộ b
vật liệu
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

o n ỏ ơn b lần b ớ

một bản mỏn tứ l s n

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1. 4 Giả đồ

ì

ề

bản c a sóng Lamb

[2]

2.2.1 Tần số
ần số l số o độn
số o độn
n u n tử
iệu l f đơn vị H t v o b

n u n tử tron 1 i
tần số
s n ũn l tần
m i tr n m tron đ s n tru n qu t
n kí
vật liệu m t lự
ọn ải tần số p

ợp.

2.2.2 Chu kỳ
Chu kỳ là th i i n để s n

m đi đ ợ 1 b ớc sóng. í iệu T đơn vị s (giây).

c sóng
ớ s n l quãn đ n s n m đi đ ợc trong 1 chu kỳ tron m i tr
mà nó truy n qua. Kí hiệu λ, giữa chu kỳ và vận tốc có liên hệ.
λ = /f

(m)

ng

[1]

ron đ : λ - b ớc sóng (m)
v - vận tốc âm (m/s)
f - tần số Hz

Sứ ản
một vật liệu với sự tru n s n m đ ợ ọi l m trở í iệu l Z
v đ ợ
địn l tí số
mật độ vật liệu  v vận tố v
s n si u m tru n
tron vật liệu:
Z = .v

đ

m trở ỉ p ụ t uộ v o tín
tín v tần số
s n

m p l t uật n ữ
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

ỉ bi n độ

[2]
t vật lí

sứ

ún v k

n p ụ t uộ v o

ăn biến đổi tuần o n tron vật liệu
14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

do tru n s n
sau:

m

m p P li n ệ với m trở Z v bi n độ
P = Z.a

ron đ :

o độn

t

n

[3]

- m p
Z - m trở
a - i n độ

o độn

t

N vật
i trị n ỏ n t n n vẫn ần một k oản t i i n n t địn
để
địn năn l ợn si u m từ một lớp n qu lớp kế tiếp n n p
o độn
mỗi lớp l k
n u
n ỏ n n vẫn l một l ợn

địn Do vậ năn l ợn m
ần p ải t i i n để t ể tru n từ n uồn đến nơi i n ận ( ản 1 1)
đ
L sự tru n năn l ợn
vu n
với p ơn tru n
t ứ :

ơ ọ o
s n si u m qu một đơn vị iện tí
s n kí iệu: I li n ệ với m p v m trở t o biểu

I=
ron đ : I -

[4]

n độ

P- m p
Z - m trở
a - i n độ

o độn

t

N vậy, dù có giá trị nhỏ nh t n n vẫn cần một th i i n
địn để năn
l ợng siêu âm truy n từ một lớp này qua lớp kế tiếp n n p

o động c a mỗi lớp là
khác nhau dù nhỏ n n vần là một đ i l ợn
địn Do đ năn l ợng âm cần
phải có th i i n để có thể truy n từ nguồn đến nơi i n ận.
7

ă

t ởn t ợng có một đĩ tr n o độn v p t r s n m đồng th i vật liệu
đ ợc truy n âm chia thành vô số lớp mỏn
i đĩ nguồn o độn đầu tiên sẽ đ y
các lớp gần nó nh t t o ớng truy n. Dần dần các lớp kế tiếp bị dịch chuyển một
cách tuần tự và dịch chuyển này cứ tiếp tụ
o đến lớp cuối cùng – nơi đ t thiết bị ghi
nhận.
Đ
ín l năn l ợng c
o động ho c các sóng chứ không phải h t
trong vật liệu dịch chuyển từ nguồn p t đến nơi i n ận. Bản thân các h t chỉ dao
động xung quanh vị trí trung bình c a chúng với bi n độ r t nhỏ, thực tế chỉ cỡ bằng
một phần nhỏ c a mm.

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ậ đ

(kg/m3)

Vận tốc
sóng ngang
(Vt) (m/s)

Vận tốc
sóng dọc
(Vl) (m/s)

Zx103kg.m-2.s-1

Không khí
Nhôm
Oxide nhôm
Titanate barium
Đồn t u
Gang
Bê tông
Đồng
Th y tinh
Glycerine
Sắt xám
Chì
Magnesium
Dầu nhớt
Nickel
Nylon
Dầu olive
Teflon

Th y tinh hữu ơ
Polyamine (nylon)
Polyethylene
Polystyrol
Poly vinyl chroride
Th ch anh
Th y tinh th ch anh
o su l u
B c
Thép (hợp kim th p)
Thép (d ng khối chu n định)
Thép (nguyên ch t)
Titanium

1.3
2700
3600
5400
8100
6900
2000
8900
3600
1300
7200
11400
1700
870
8800
1140

900
2200
1180
1100
940
1060
1400
2650
2600
1200
10500
7850
7850
7800
4500

-3130
5500
-2120
2200
-2260
2560
-2650
700
3050
-2960
--550
1430
1080
925

1150
1060
-3515
-1590
3250
3250
3130
3120

330
6320
9000
5000
4430
5300
4600
4700
4260
1920
4600
2600
5770
1740
5630
2700
1400
1350
2730
2620
2340

2380
2395
5760
5570
2300
3600
5940
5920
5740
5990

430
17064
32400
27000
35883
24150
9200
41830
15330
2496
33120
24624
9809
1514
49544
3000
1300
3000
3221

2882
2200
2523
3353
15264
24482
2800
37800
46620
46472
44800
27000

Tungsten
Tungsten avaldite
Uranium
N ớc

19300
10500
18700
1000

2880
-2020
--

5170
2060
3370

1480

00000
21650
63000
1480

Vậ

Bảng 1. 1
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

ở

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ạ

2.2.8

ề


i s n si u m tới t n
với m t p n
trở k
n u t một p ần s n sẽ bị p ản

v một
iới n
m t t i đ ả r sự p n
ọi l m t p
s n bị p ản
v tru n qu p ụ t uộ v o sự k
tr n Nếu sự k
biệt n lớn t p ần năn l ợn
p ần n ỏ năn l ợn tru n qu r n iới

iữ
i m i tr n
m
p ần s n sẽ tru n qu r n
n
ần năn l ợn
biệt iữ m trở
im i
sẽ p ản
trở l i v
ỉ một

N ợ l i nếu sự k
biệt m trở l n ỏ t p ần lớn năn l ợn si u m sẽ tru n
qu r n iới v một p ần n ỏ p ản trở l i
ần năn l ợn si u m bị p ản k i
s n tới t n
với m t phân c
đ ợ đ r n s u:

Hệ số p ản

=

̀
̣

̀

=(

)

Z1 - m trở

m i tr

n 1

Z2 - m trở

m i tr

n 2

R=
ron đ :

N

vậ

[5]

[6]

- Hệ số p ản

Ir -

n độ s n si u m p ản

Ii -

n độ s n si u m tới

ệ số tru n qu

t ể

T=1–R
ron đ :

́
̣

địn t o biểu t ứ :
[7]

- Hệ số tru n qu

R - Hệ số p ản

i sử ụn
i trị o tron bản 1 1
t ể tín ệ số p ản
v tru n
qu
o
vật liệu k
n u
i tru n s n m qu
i vật liệu rắn n o i trừ
tr n ợp
b m t
ún l p n tu ệt đối t o qu n điểm qu n ọ
n sự
tiếp ú
ỉ ả r ở một v i nơi v t ự tế
một lớp
t mỏn p n
iữ
ún Nếu lớp
t đ l lớp
t lỏn
đ tín m trở k n qu
đ ợ lo i bỏ
từ n ữn vật rắn n v b
n n ỏ ơn n i u so với b ớ s n t
i trị
ệ số tru n l iốn n u n

i
t rắn đ ợ tiếp ú o n ảo N ợ l i nếu l
tk ít
ệ số tru n ầu n
iảm đến 0

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ạ

2.2.9

ề


i
tới i n sẽ ả r iện t ợn
u ển đổi n s n (tứ l một sự t
đổi v bản
t
o độn s n ) H n 1.5 biểu iễn đi u ả r k i o s n ọ
tới i n
với r n iới iữ
i m i tr n S n ọ tới k i đ ợ
i t n

i
t n p ần:
ột p ần l s n ọ
phần s n ọ v s n n n
v s n n n tron m i tr
v k ú
nếu m i tr n 1

v một p ần l s n n n
ý iệu L1 v S1 l t n
tron m i tr n 1 v L2 v S2 l t n p ần s n ọ
n 2 t tn i nk n
t n p ần n n p ản
o m i tr n 2 k n p ải l m i tr n rắn

Hình 1. 5 Quá trình phản xạ và truy n qua c a sóng siêu âm khi góc tới xiên góc

ron đ :

αL - Góc tới c a sóng dọc
αT - Góc phản x c a sóng ngang
βL - Góc khúc x c a sóng dọc
βT - Góc khúc x c a sóng ngang

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



–

Năn l ợng âm trong tần số si u m
tín địn
ớng cao và chùm tia sử
dụn để phát hiện khuyết tật đ ợ
định rõ ràng. ron
tr ng hợp sóng âm
phản x ở m t phân cách, góc tới bằng góc phản x . Chùm tia tới vuông góc với b
m t sẽ phản x th ng góc trở l i. Còn chùm tia tới b m t ới một góc thì sẽ phản x
ũng bằn
đ
Năn l ợn m tru n từ vật liệu n s n vật liệu k
sẽ đổi ớn t o địn
luật k ú
Sn ll
m l i ti tru n t n sẽ tiếp tụ tru n t n n n k i tới
m tp n
ới một
t sẽ lệ
ớn t o n t ứ :
[8]
ron đ :
ế
ặ

i: là góc ữ tia sáng đ

ặ
ẳ
r:
ẳ
n1, n2 là

ữ

ừ

ờ 1 ớ
ờ .

đ ừ ặ
ờ .
ế

ất

ờ

ặ

ẳ
ờ

phân cách và pháp
2

ế

1,2.

ểm tra siêu âm [2]
ề
ron p ơn p p n
sử ụn
i đầu
(một đầu
p t v một đầu
thu). Đầu dò phát v đầu dò thu đ t trên hai p í đối diện c đối t ợng kiểm tra. Sự
iện iện
k u ết tật t ể iện qu sự su iảm
bi n độ tín iệu tr n m n n
nếu k u ết tật lớn
t ế m t lu n tín iệu N ợ điểm lớn n t
p ơn
p p l ần p ải tiếp ú
i đầu
vật ần kiểm tr

Hình 1. 6

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đ l p ơn p p kiểm tr si u m p ổ biến n t đầu
p tv t uđ t
n một p í
mẫu sự iện iện
k u ết tật đ ợ
ỉ t ị bằn sự n ận đ ợ
un p ản ồi tr ớ un p ản ồi đ

ả

Hình 1. 7

ồ

Đi u kiện cộn
ởng tồn t i khi nào b dày c a vật liệu bằng một nửa ho c
bằng số b ớc sóng c a sóng âm. Đi u ỉn sự t
đổi b ớ s n kiểm tr bằn
t
đổi tần số iết tần số ơ bản
tần số ộn
ởn f v vận tố
s n si u
m tron mẫu t b
t”
vật kiểm tr
t ể tín t o n t ứ :
t=

[9]

ơn p p ộn
ởng siêu âm r t đ ợ
chuộng trong sử dụn đo b dày
các mẫu mỏn n
ống nhiên liệu c a lò phản ứng h t nhân.
ự đ ng và bán tự đ ng
ơn p p kiểm tra siêu âm bán tự động và những hệ thốn đi u khiển kiểm
tra siêu âm từ
đ ng phát triển nhanh chóng, ngày nay nó bao trùm trên t t cả các
ngành công nghiệp với nhi u ứng dụng r t đ
ng và phong phú. Mụ đí sử dụng:
- H n chế đ ợc các thao tác chuyển đổi nên h n chế đ ợc những lỗi do con n
ra trong quá trình kiểm tra.
- Vận hành thiết bị bằng tay g p k
- Tiết kiệm đ ợc sứ n

k ăn o c không thể thực hiện đ ợc.

i ho c giảm đ ợc th i gian làm việ

- Ghi l i chính xác kết quả và khả năn
- Tự độn p n tí

v đ n

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

i gây

o tăn tố độ kiểm tra.

ử lý số liệu.

i kết quả nh hệ thốn đ ợ đi u khiển bằng máy tính.

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ư

G II:

Ể

S

Ằ G
G
ể

I.

Ư

G

G

Ể
ằ

[2]

Đ l p ơn p p kiểm tr si u m p ổ biến n t đầu
p tv t uđ t
n một p í
mẫu sự iện iện
k u ết tật đ ợ
ỉ t ị bằn sự n ận đ ợ
un p ản ồi tr ớ un p ản ồi đ
n n
t i i n đến
k u ết tật t ế

đ ợ
u n để biểu iễn đ ợ t
biệt v k oản
iữ
un p ản ồi k u ết tật v un p ản ồi đ
o đ tọ độ
địn một
ín

Hình 2. 1

)

n

ả

ồ

k u ết tật

b)

ẫu

k u ết tật n ỏ

)

ẫu

k u ết tật lớn

ột vật kiểm tr
b m t son son với n u ( n 2 1)
n n ữn
o t một un p ản ồi đ m
n o t n i u un p ản ồi li n tiếp
đ u
n u t o r một ải đ lớn tr n m n n để qu n s t ( n 2 2) Sở ĩ ún t n ận
đ ợ một uỗi un p ản ồi từ đ bởi v un đầu ti n p ản
từ đ trở v đầu
đ t t i m t tr ớ

ỉ tru n một p ần n ỏ năn l ợn
m si u m đến đầu
p ần n l i tiếp tụ p ản
n ợ uốn đ với p ần năn l ợn
nl it p
ơn v ứ tiếp tụ qu tr n n vậ t t o r một uỗi un p ản ồi từ đ Độ o
un p ản ồi n
iảm uốn một p ần o năn l ợn
o tổn tron đầu
p ần k
s n m bị su iảm tron vật liệu o sự tru n
m s n si u m
t o luật p n t n
m ti n iễu
…
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ả

Hình 2. 2

ồ

ả

ồ

ron p ơn p p un p ản hồi
i
để truy n sóng siêu âm vào vật
thể kiểm tra là: Kỹ thuật chùm tia th ng và kỹ thuật chùm tia xiên góc.
ơn p p un phản hồi dùng những xung siêu âm ngắn thay vì những sóng
liên tục. Một chuỗi s n đ ợc tập hợp thành nhóm sóng ngắn tr ớc ho c sau nó
k n
s n v n i un t
n đ ợ oi n l một xung.
II. Các thiết b

ể

ằ

i [2]

2.1 ầ
2

ạ

đầ

uật n ũ bộ ảm biến tron kiểm tr si u m đ ợ sử ụn để n i v t iết bị
tru n v t u s n si u m
ún
n

đ ợ ọi l đầu
biến tử ột đầu
si u m (H n 2 3) b o ồm:
i)

ột tin t ể p điện

ii)

ột vật liệu iảm

biến tử.
n

iii) ột bộ p ận n ằm
ợp trở k n
điện
biến p điện với trở k n
p
ẫn để tru n năn l ợn từ p n i u n t
v o biến tử v n ợ l i.
iv) Vỏ bọ - lớp bảo vệ.

Hình 2. 3 ấ ạ

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

đầ

ò

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ế

ử

đ

iến tử l một t iết bị u ển đổi một n năn l ợn n s n
n năn
l ợn k
iến tử si u m biến đổi năn l ợn điện t n năn l ợn si u m v
n ợ l i bằn
p ụn một iện t ợn ọi l iệu ứn p điện
vật liệu
đ tín tr n ọi l vật liệu p điện biến tử p điện đ ợc làm từ vật liệu áp điện.
ron iệu ứn p điện t uận k i một vật liệu p điện ịu một lự n n ơ ọ
sẽ u t iện một iệu điện t ế tron n
ron iệu ứn p điện n ợ biến n ơ
ọ
o độn tron vật liệu p điện đ ợ t o r k i đ t một điện p l n ún
Hiệu ứn p điện t uận n để t u v iệu ứn p điện n ợ
n để p t s ng siêu
âm.

Thạch anh

-

độ b n cao

- Không tan
tron n ớc
Ư
để

- Làm việc
đ ợc ở nhiệt độ
cao

ợ
để

độ ổn định
ơ v điện cao

Lithium Sulfate
( Li2SO4)

BARIUM
TITANATE
(BaTiO3)

LEAD
ZIRCONATE
TITANATE

(PbZrO3.PbTiO3)
- Điểm Curie cao,
3500°C

- Có hiệu su t
t u năn l ợng
cao nh t

- Có hiệu su t
phát siêu âm
cao

- Âm trở nhỏ

- Làm việc ở
điện áp th p

- Không tan trong
n ớc

- Độ nh y cao

- Cứng b n

- Không bị lão
hoá
- Không bị ảnh
ởng bởi sự
chuyển đổi d ng
sóng

- Độ phân giải tốt

- Không bị lão hóa
- Dễ dập

o động

Đ ợc sử dụng phổ
biến trong phần lớn
đầu dò siêu âm

- Đắt ti n

- Dễ vỡ

- Đ c tính áp
điện giảm theo
tuổi

- Hiệu su t phát
siêu âm th p

- Bị hoà tan
tron n ớc

- Chịu ảnh
ởng bởi sự
chuyển đổi d ng
sóng

- Làm việc ở
nhiệt độ < 75°C

- Điểm Curie
không cao
(1200°C )

Bảng 2. 1

bế

- Cần điện áp
cao khi làm việc

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

đ

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Vậ
Vật liệu iảm
n tron đầu
- Độ n
v Độ p n iải

n để đi u k iển

Độ p n iải
một đầu
l k ả năn
i k u ết tật nằm s t n u tron vật kiểm tr
Độ n
k u ết tật n ỏ

đầu

l k ả năn đầu

iđ

tín

n p n biệt
p t iện

đầu

un p ản ồi từ
un p ản ồi từ

Để đầu
độ p n iải o t
o độn
biến tử đầu
n n

n tốt để t o un n ắn N n để
đầu
độ n
n
n
ậm n tốt H i đi u n m u t uẫn với n u v o đ
un
ề

ơ bản

p ải tắt ần n
o t sự tắt ần
ần p ải ọn một

ọ

ron
n tr n biểu iễn
t n p ần
ếu
đầu
si u m đ t tron một vỏ
bọ bằn kim lo i b m t đ ợ bảo vệ
vỏ b o
m t bảo vệ k n
ỉ bảo vệ
biến tử n
k i tiếp ú với b m t vật kiểm tr m
n ải t iện qu tr n tiếp m

với vật kiểm tr
ạ đầ

2
ầ

ế

đầu dò tiếp xúc trực tiếp đ ợc sử dụn để tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết
cần kiểm tr Năn l ợng âm truy n vuông góc với b m t v t
ng sử dụng để phát
hiện các lỗ rỗng, rỗ khí, và các vết nứt ho c tách lớp song song với b m t ngoài c a
chi tiết ũn n để đo i u dày.

Hình 2. 4 ầ

LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

ò ế

ẳ

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ầ
ron
đầu

sự k ú
v sự
tru n s n si u m v o vật t ể kiểm tr t o
t ự tế
đầu
lo i tiếp ú ( n 2 5).

u ển đổi n s n đ ợ
k
n u với b m t

n để
u trú

ột đầu
tru n s n ọ qu một k ối l m trễ bằn t
tin ữu ơ
đến b m t vật t ể kiểm tr t o một
tới
địn G tới đ ợ
ọn lớn ơn
tới n t ứ n t s o o ỉ
s n n n đ ợ tru n v o mẫu
ần s n ọ bị
p ản
trở v o tron đầu
v bị su iảm bởi k ối iảm
n ( p t ụ o độn )
n n triệt ti u đ ợ
s n

n iễu o s n ọ
r G k ú
o kiểm tr
t p v điểm r
a
m ti ọi l điểm r
đầu

Hình 2. 5 ấ ạ

đầ

ò

ột đầu
t iết kế o t p n
o vật liệu k
t ần tín đến sự t
đổi
k ú
n t
n đầu dò góc kết hợp với nêm để t o ra sóng ngang ở
⸰
⸰
⸰
45 , 60 và 70 Đầu
t
n đ ợc sử dụn để kiểm tra mối n v t
ng
đ ợ đ cập r t rõ ràng trong các tiêu chu n kiểm tra.

ầu dò kép
Đầu dò kép sử dụng biến tử thu và phát riêng rẽ trong một vỏ chung. Chúng
t
n đ ợc sử dụng trong các ứng dụn li n qu n đến các b m t kiểm tra thô ráp,
vật liệu có c u trúc h t thô, phát hiện rỗ khí ho c rỗ th n v
ún ũn
thể sử
dụn đ ợc ở đi u kiện nhiệt độ cao. M
độ chính xác c đầu dò kép t
ng
k n đ ợ n đầu
đơn tin thể n n tr ng hợp b m t tiếp xúc kém chúng
t
ng mang l i kết quả chính xác trong các ứng dụng khảo s t ăn m n o đ c tính
nh y với
ăn m n ng các lỗ nhỏ (pitting) hay khả năn iúp tăn độ phân giải gần
b m t.
LÊ VĂN ĐƯỢC - 20130971

25