Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sóng âm thanh (acoustic emission) trong quan trắc và kiểm định chất lượng kết cấu công trình

TRƯỜNGĐẠIHỌCTHỦYLỢI
KHOACƠNGTRÌNH


TS.LƯƠNGMINHCHÍNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG  
PHƯƠNG PHÁP SĨNG ÂM THANH  

(ACOUSTIC EMISSION) 
TRONGQUANTRẮCVÀKIỂMĐỊNH
CHẤTLƯỢNGKẾTCẤUCƠNGTRÌNH 

 

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI

1


2


 
LỜI NÓI ĐẦU

Cuốn sách “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sóng âm thanh (Acoustic
Emission) trong quan trắc và kiểm định chất lượng kết cấu cơng trình” được tác
giả giới thiệu các khái niệm, phương pháp trong kiểm định cơng trình dựa trên các
phương pháp không phá hủy (NDT) và một trong những phương pháp mới, đang
được phát triển cũng như được quan tâm nhiều tới trong thời gian qua là phương

pháp tán xạ sóng âm thanh (Acoustic Emission). Phương pháp tán xạ sóng âm thanh
(Acoustic Emission) dựa trên nghiên cứu sóng âm thanh (Acoustic Emission - AE) một loại sóng đàn hồi mất dần, được hình thành bởi hiện tượng giải phóng đột ngột
năng lượng dồn ứ trong vật liệu bởi sự quy tụ và mở rộng các hư hại siêu nhỏ trong
vật liệu. Sự mất dần của sóng do hiện tượng hấp thụ - chuyển đổi từ công năng sang
nhiệt năng của vật liệu. Vì thế việc xuất hiện các tín hiệu sóng âm thanh AE là dấu
hiệu xuống cấp của vật liệu so với lúc trước khi xuất hiện các tín hiệu đó. Hiện
tượng sóng âm thanh AE thể hiện sự hư hại của vật liệu, đồng thời thể hiện sự xuống
cấp của kết cấu làm từ vật liệu đó. Có thể nói, mỗi hiện tượng xảy ra trong vật liệu
sẽ gây ra sự thay đổi năng lượng bên trong vật liệu và hình thành tín hiệu sóng âm
thanh. Các thông tin về hư hại (nứt) và các hiện tượng khác tạo ra tín hiệu AE, đặc
biệt là vị trí tạo ra tín hiệu, hướng phát triển của hư hại đều có thể áp dụng phương
pháp sóng âm thanh.
Cuốn sách là tài liệu chuyên sâu nhằm phục vụ cho các học viên cao học, sinh
viên đại học thuộc các khối ngành kỹ thuật, các cán bộ kỹ thuật và bạn đọc có quan
tâm đến lĩnh vực kiểm tra, kiểm định cơng trình.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các cá nhân và tập thể đã đọc và góp ý cho bản
thảo cuốn sách này để cuốn sách sớm được ra mắt bạn đọc.
Sách được biên soạn lần đầu, tuy đã có nhiều cố gắng, song khó tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của các bạn
đồng nghiệp, sinh viên, học viên và bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn trong
lần xuất bản sau. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ email:
Tác giả
3


4


MỞ ĐẦU

I. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Trong lĩnh vực xây dựng cũng như cơ sở hạ tầng giao thông, đặc biệt đối với các
cơng trình cầu thì kết cấu bê tơng cốt thép là loại kết cấu phổ biến, được áp dụng
rộng rãi từ hàng chục năm nay. Cũng chính vì thế mà nhiều cơng trình đã có tuổi và
xuống cấp. Để đảm bảo an tồn khai thác các cơng trình nêu trên, hàng loạt các công
tác kiểm định, sửa chữa và gia cố cần phải được triển khai thực hiện.
Trong những năm vừa qua, được sự quan tâm của Chính phủ, hệ thống cơ sở hạ
tầng đường bộ đã từng bước được nâng cấp, các cầu yếu đã từng bước được đầu tư
xây dựng bằng các dự án riêng hoặc lồng ghép trong các dự án đầu tư nâng cấp mở
rộng đường. Tuy nhiên, do điều kiện nguồn lực hạn hẹp, đến nay vẫn còn nhiều
tuyến chưa được nâng cấp hoặc chỉ mới được nâng cấp phần tuyến, nên trên hệ
thống quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại các cầu yếu làm ảnh hưởng đến hiệu quả
khai thác của các tuyến đường, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thơng, có khả năng
ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân.
Dưới tác động liên tục thay đổi của các điều kiện khai thác, điều kiện khí hậu
thời tiết trong suốt q trình khai thác của cơng trình, các cơng trình cầu bê tơng
cốt thép ngày càng xuống cấp, do đó việc triển khai các cơng tác kiểm định và
quan trắc theo chu kỳ đối với các cơng trình cầu yếu trong q trình khai thác là
hết sức cần thiết. Một trong những hợp phần quan trọng của quan trắc theo chu kỳ
là công tác kiểm tra định kỳ thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm. Các công tác
kiểm tra phải được hỗ trợ bằng các phương pháp kiểm định không phá hủy, cho
phép đánh giá được trạng thái kết cấu của cơng trình, đặc biệt đối với những vị trí
khó tiếp cận bằng mắt thường. Việc xác định sớm và chính xác các hư hại xảy ra
bên trong kết cấu trong quá trình khai thác nhằm đưa ra các quyết định hợp lý
trong khai thác, sửa chữa và bảo trì cơng trình, cho phép khai thác cơng trình liên
tục khơng bị gián đoạn. Đối với các cơng trình cầu thì việc này càng quan trọng
hơn, vì sự phát triển của hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông phụ thuộc nhiều vào
chúng. Trong khi có nhiều cơng trình được xây dựng trong những thập niên 70 - 80
của thế kỷ trước, việc phải đóng cầu vì sự suy giảm của trạng thái cơng trình dẫn
đến nhiều thiệt hại về kinh tế. Vì thế, việc phát triển và áp dụng các giải pháp kiểm

5


định, quan trắc và bảo trì các cơng trình cầu yếu là hết sức cần thiết. Hệ thống
quan trắc loại này cần phải tập trung vào hai yếu tố:
 Sự biến đổi của tải trọng trong quá trình khai thác
 Sự tích lũy của các hư hại bên trong kết cấu.
Việc quan trắc và kiểm định hợp lý các công trình cầu sẽ hỗ trợ các cơ quan chức
năng quản lý và khai thác cơng trình hiệu quả hơn, kéo dài tuổi thọ của cơng trình,
tối ưu hóa các cơng tác duy tu bảo dưỡng và sửa chữa, sử dụng nguồn vốn bảo trì
một cách hợp lý.
II. HIỆN TRẠNG CÁC CẦU YẾU TRÊN HỆ THỐNG CÁC QUỐC LỘ
Theo số liệu quản lý và thống kê của Tổng cục Đường bộ, đến thời điểm năm
2014 trên các tuyến quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại 343 vị trí cầu yếu trong tổng
số 4239 vị trí cầu. Hầu hết các cầu được xây dựng trước năm 1975, kết cấu thượng
bộ, hạ bộ đã bị xuống cấp, rung lắc mạnh và độ võng lớn, một số cầu khơng đáp ứng
nhu cầu thốt lũ, khổ cầu hẹp. Một số cầu được đầu tư sau năm 1975, tuy nhiên có
tải trọng thiết kế thấp và bắt đầu có dấu hiệu xuống cấp hoặc khơng đảm bảo thốt lũ
do diễn biến bất thường của khí hậu. Các vị trí cầu này đều có tải trọng khai thác
không đồng bộ với tuyến. Dựa trên mật độ giao thơng, tính chất tuyến đường (độc
đạo hoặc có đường song hành), hiện trạng của từng cầu, Bộ Giao thông Vận tải phân
danh mục cầu yếu thành 2 nhóm cụ thể như sau (theo Báo cáo năm 2012):
 Nhóm ưu tiên 1: Bao gồm 79 cầu yếu nằm trên các tuyến có mật độ giao thơng
lớn, đường độc đạo, các giải pháp sửa chữa khơng khả thi.
 Nhóm ưu tiên 2: Bao gồm 264 cầu yếu nằm trên quốc lộ có mật độ giao thơng
thấp hơn hoặc có đường song hành. Trong trường hợp nguồn lực khó khăn có thể
sửa chữa để duy trì tình trạng khai thác như hiện nay.

6

Chương 1

KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CƠNG TRÌNH

1.1. KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CƠNG TRÌNH LÀ GÌ ?
Cơ sở của kiểm định chất lượng cơng trình là cơng tác kiểm tra cơng trình, được
tiến hành thực hiện bởi đội ngũ kỹ sư, chun gia có kinh nghiệm, nhằm đánh giá
chất lượng cơng trình mới, đang khai thác hoặc xuống cấp để có kế hoạch khai thác,
duy tu, bảo trì một cách hợp lý nhằm kéo dài tuổi thọ của cơng trình.
Trên cơ sở các số liệu kiểm tra (chẩn đoán kỹ thuật cơng trình) ta có thể đánh
giá được:
- Hiện trạng chất lượng cơng trình;
- Xác định khả năng chịu tải của cơng trình;
- Khả năng tiếp tục sử dụng của cơng trình;
- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ cơng trình;
- Đưa ra những chế độ thay đổi trong khai thác công trình.
Nội dung kiểm định về cơ bản gồm 4 phần: quản lý cầu, thử nghiệm cầu, sửa
chữa và tăng cường cầu.
1.1.1. Quản lý cầu
Quản lý cầu nghiên cứu nội dung và phương pháp quản lý. Nội dung quản lý bao
gồm quản lý hồ sơ cầu và quan trọng hơn là quản lý tình trạng kỹ thuật của cầu.
Người quản lý cần nắm được đầy đủ các thông tin về cầu, những hư hỏng hiện có,
nguyên nhân của các hư hỏng... từ đó đề ra chế độ khai thác (chẳng hạn quy định
khoảng cách tối thiểu giữa các xe, tốc độ tối đa của xe trên cầu,...), chế độ bảo
dưỡng, tiến hành các sửa chữa nhỏ ngay khi hư hỏng mới xuất hiện theo kinh phí
quản lý hàng năm, hoặc lập kế hoạch xin sửa chữa lớn, tăng cường cầu.
Phương pháp quản lý đề cập đến các hình thức kiểm tra để nắm được đầy đủ và
kịp thời tình trạng kỹ thuật của cầu, trên cơ sở đó tiến hành phân loại cầu và đề ra
được trình tự ưu tiên sửa chữa, tăng cường hoặc thay thế bằng cầu mới để nâng cao

hiệu quả kinh tế và đảm bảo tuổi thọ của cầu.
7


1.1.2. Thử nghiệm cầu
Thử nghiệm cầu nghiên cứu và đánh giá khả năng chịu lực của cầu bằng thực
nghiệm với các nội dung chính như sau:
- Đo ứng suất, độ võng, dao động... của các bộ phận cầu, xử lý số liệu đo và dùng
kết quả đo để đánh giá khả năng chịu lực của cầu.
- Thí nghiệm vật liệu để xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu cầu như thép,
bê tơng.
- Kiểm tốn cầu theo các đặc trưng cơ học và hình học thực của các bộ phận cầu.
Kết hợp giữa kết quả đo và kiểm toán để đánh giá khả năng chịu lực của cầu.
Trong thử nghiệm cầu cịn có một nội dung chưa đề cập đến trong tài liệu này là
nghiên cứu sự làm việc của cầu hoặc một bộ phận cầu trong phòng thí nghiệm dưới
dạng mơ hình, bạn dọc có thể tìm hiểu trong các tài liệu khác.
1.1.3. Sửa chữa cầu
Sửa chữa cầu nhằm khắc phục những hư hỏng xuất hiện trên cầu để đưa cầu trở
lại làm việc như đã được thiết kế mà không làm thay đổi chế độ làm việc chung của
tồn bộ cơng trình.
Sửa chữa cầu có thể là những công việc rất nhỏ như trám vá chỗ vỡ bê tơng,
bơm keo vào vết nứt, nhưng cũng có thể là sửa chữa lớn như thay thế một thanh,
một nút dàn.
Trong sửa chữa cầu bê tông cốt thép, vật liệu để sửa chữa có ảnh hưởng lớn đến
chất lượng và giá thành sửa chữa (ở đây có đề cập đến vật liệu như vữa êpoxy,
bê tông polyme v.v.…).
Các sửa chữa được chia thành những sửa chữa thơng thường có thể thực hiện
được ở công trường, hoặc những sửa chữa địi hỏi phải có trình độ chun mơn nhất
định như nắn cong, vênh bằng gia công nhiệt…
1.1.4. Tăng cường cầu

Tăng cường cầu không phải là sửa chữa cầu mà là những công việc được tiến
hành để nâng cao khả năng chịu tải của cầu so với hiện tại hoặc so với thiết kế ban
đầu. Tăng cường cầu có thể khơng hoặc có làm thay đổi sơ đồ làm việc của cầu, ví
dụ một dàn giản đơn khi chỉ thêm vật liệu cho các thanh dàn thì sau khi tăng cường
vẫn là dàn giản đơn, nhưng nếu thêm trụ đỡ thì tùy theo cách đặt gối trên trụ mà dàn
trở thành siêu tĩnh khi chịu hoạt tải hay khi chịu cả tĩnh tải và hoạt tải. Trên các cầu
được tăng cường có những hư hỏng, trước khi tăng cường hoặc trong lúc tăng cường
người ta thường kết hợp sửa chữa các hư hỏng đó.
8


Kiểm định cầu là cơng tác có tính thực nghiệm, ngồi việc nghiên cứu, nắm vững
lý thuyết thơng qua các tài liệu chuyên môn, người học cũng cần được tham gia thực
hành trong phịng thí nghiêm để biết sử dụng các thiết bị đo, tốt nhất là được tham
gia thử nghiệm tại hiện trường, ở đó người học cịn học tập được cách bố trí điểm
đo, cách tổ chức đo đạc lấy số liệu, thu thập số liệu và xử lý số liệu.
Cuối cùng cũng cần lưu ý rằng kiểm định cầu thực chất là “khám sức khoẻ, khám
bệnh” cho cầu nên người học chỉ nắm được đầy đủ kiến thức của cơng tác này nếu
trước đó họ đã có các kiến thức về thiết kế và thi công cầu.
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG KIỂM ĐỊNH CƠNG TRÌNH
1.2.1. Phân loại chất lượng cầu
Phân loại chất lượng cầu là một công việc rất cần thiết để phục vụ cho việc khai
thác duy tu, sửa chữa cầu. Việc phân loại cầu cịn giúp cho các cơ quan quản lý có
kế hoạch đúng đắn về sửa chữa, tăng cường hoặc xây dựng cầu mới thay thế cho cầu
cũ đã hư hỏng, nhằm đảm bảo khai thác có hiệu quả một tuyến đường hoặc cả mạng
lưới giao thơng nói chung.
Để phân loại cầu cần phải có tiêu chuẩn phân loại. Hiện nay ở nước ta chưa có
một quy định và hướng dẫn thống nhất về phân loại chất lượng cầu, ở đây xin giới
thiệu cách phân loại của ESCAP (Ủy ban Kinh tế và Xã hội Châu Á - Thái Bình
Dương). Theo tài liệu này tiêu chuẩn để phân loại cầu là:

- Biên độ biến dạng;
- Mức độ ảnh hưởng đến an toàn vận tải;
- Sự cấp thiết phải tiến hành các biện pháp để duy trì chức năng làm việc bình
thường của cơng trình.
Theo tiêu chuẩn này người ta phân cầu làm 4 loại chính như sau:
- Loại A: Bao gồm những cầu có chất lượng cịn tốt, khơng có khuyết tật hay hư
hỏng hoặc có nhưng khơng đáng kể, khơng cần sửa chữa. Các khuyết tật hay hư
hỏng nếu có chưa ảnh hưởng đến chức năng làm việc của các bộ phận kết cấu, cầu
khai thác an toàn với tải trọng thiết kế;
- Loại B: Bao gồm các cầu có hư hỏng hay khuyết tật nhưng ở mức độ nhẹ, sự
phát triển của hư hỏng hay khuyết tật chưa rõ ràng và không đáng lo ngại. Các hư
hỏng hay khuyết tật khơng ảnh hưởng đến an tồn trong khai thác nên có thể sửa
chữa hoặc khơng, nếu sửa chữa thì có thể tiến hành vào thời điểm nào tùy ý;
- Loại C: Trên các cầu thuộc loại này có những khuyết tật hay hư hỏng mà hiện tại
chưa ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng chịu lực của cầu, tuy
nhiên nếu hư hỏng, khuyết tật phát triển thì sẽ làm suy giảm khả năng chịu lực của cầu;
9


- Loại D: Cơng trình thuộc loại D là cơng trình có những hư hỏng đáng kể, đã
hoặc sẽ làm suy giảm chức năng chịu lực của cầu. Người ta còn phân loại D thành 3
loại nhỏ là D1, D2, D3:
Bảng 1.1. Phân loại cầu
Loại

Tình trạng cầu

A

Cầu cịn tốt

B

Ảnh hưởng đến
an tồn vận tải

Mức độ
hư hỏng

Thời điểm tiến
hành sửa chữa

Khơng ảnh hưởng Khơng có hư hỏng

Cầu cịn tốt, hư hỏng hay khuyết
tật nhẹ, sự phát triển của hư hỏng Hiện tại khơng có
hay khuyết tật khơng rõ ràng và
ảnh hưởng
khơng đáng lo ngại

Nhẹ

Có thể sửa
chữa hoặc
khơng

Mức độ hư hỏng và khuyết tật của
Sửa chữa vào
Hiện tại chưa ảnh
Hư hỏng và

công trình trong tương lai sẽ phát
thời điểm thích
hưởng nhưng trong
C triển, cầu trở thành loại D1, do đó
khuyết tật có thể hợp, nếu khơng
tương lai có thể
phải phịng ngừa để điều đó khơng
phát triển
cầu trở thành
ảnh hưởng
xảy ra
loại D1
Hư hỏng và khuyết tật đang
phát triển, cần thực hiện các Đe dọa đến an toàn
D1
biện pháp ngăn ngừa để
vận tải trong tương
khơng ảnh hưởng đến an tồn
lai
của cơng trình trong tương lai

Hư hỏng và
khuyết tật đang Sửa chữa vào
phát triển có thể thời điểm thích
dẫn đến suy yếu
hợp
chức năng của cầu

Đe dọa đến an toàn
Hư hỏng và khuyết tật đã ảnh

Hư hỏng, khuyết
vận tải trong tương
D
hưởng đến chức năng làm
tật và sự suy giảm Cần tiến hành
D2
lai gần, nguy hiểm
việc của cầu, khả năng chịu
chức năng của cầu sửa chữa sớm
khi có ngoại lực
tải của cầu cũng bị ảnh hưởng
đang phát triển
khơng bình thường
Hư hỏng, khuyết tật liên quan
tới chức năng chủ yếu của
D3
cơng trình, ảnh hưởng đến an
tồn của cầu

Nguy hiểm
sắp xảy ra

Nghiêm trọng
.

Cần tiến hành
sửa chữa ngay

+ Loại D1: Cơng trình thuộc loại D2 là khi cơng trình đã có những hư hỏng, tuy
nhiên hiện tại cơng trình khơng có vấn đề về an tồn nhưng chức năng làm việc của

chúng có thể bị ảnh hưởng bất lợi trong tương lai, vì vậy phải tiến hành sửa chữa các
hư hỏng ở thời điểm thích hợp, chẳng hạn sửa chữa mố, trụ vào mùa khơ...;
+ Loại D2: Cơng trình thuộc loại D2 khi trên cơng trình có những hư hỏng, hiện
tại cơng trình chưa có vấn đề về an tồn nhưng chức năng làm việc của chúng đã bắt
đầu bị ảnh hưởng, do đó cần tiến hành sửa chữa sớm.
10


+ Loại D3: Thuộc loại này là các cơng trình có hư hỏng lớn, khơng cịn khả năng
khai thác bình thường, phải tiến hành sửa chữa hay tăng cường ngay lập tức, khi
chưa sửa chữa kịp phải giảm tải trọng khai thác của cầu.
Việc phân loại cầu như đã trình bày ở trên được tóm tắt trên bảng 1.1.
 Kiểm tra cơng trình là việc xem xét bằng trực quan hoặc bằng thiết bị chuyên
dụng để đánh giá hiện trạng cơng trình nhằm phát hiện các dấu hiệu hư hỏng của
cơng trình. Cơng tác kiểm tra cơng trình nhằm mục đích đánh giá hiện trạng của
cơng trình đang được khai thác. Trên cơ sở đó xây dựng các khuyến cáo (đề nghị) về
việc tiếp tục sử dụng và khai thác cơng trình.
 Bảo trì cơng trình là tập hợp các hoạt động nhằm duy trì hoạt động bình thường
và đảm bảo an tồn sử dụng cơng trình. Cơng tác bảo trì đường bộ bao gồm cơng tác
bảo dưỡng thường xun; sửa chữa định kỳ và sửa chữa đột xuất.
 Bảo dưỡng thường xuyên là các thao tác kỹ thuật được tiến hành thường xuyên
nhằm phòng ngừa và khắc phục kịp thời những hư hỏng nhỏ của các bộ phận cơng
trình và thiết bị. Bảo dưỡng thường xuyên để hạn chế tối đa sự phát triển từ hư hỏng
nhỏ trở thành hư hỏng lớn. Các công việc này được thực hiện thường xuyên liên tục
để đảm bảo giao thông vận tải được an tồn, thơng suốt và êm thuận. Cơng tác bảo
dưỡng thường xuyên bao gồm việc phòng ngừa và sửa chữa nhỏ.
 Sửa chữa nhỏ là khắc phục những hư hỏng nhỏ của các bộ phận cơng trình và
thiết bị.
 Sửa chữa định kỳ là khắc phục những hư hỏng cơng trình theo thời hạn quy
định, kết hợp khắc phục một số khuyết tật của cơng trình xuất hiện trong q trình

khai thác, nhằm khơi phục tình trạng kỹ thuật ban đầu và cải thiện điều kiện khai
thác của công trình (nếu cần thiết). Cơng tác sửa chữa định kỳ bao gồm công tác sửa
chữa vừa và công tác sửa chữa lớn.
 Sửa chữa vừa là sửa chữa những hư hỏng, khắc phục những biểu hiện xuống
cấp của bộ phận, kết cấu cơng trình có thể ảnh hưởng đến chất lượng khai thác và
gây mất an toàn khai thác.
 Sửa chữa lớn là công việc sửa chữa tiến hành khi có hư hỏng hoặc xuống cấp ở
nhiều bộ phận cơng trình nhằm khơi phục chất lượng ban đầu của cơng trình.
 Sửa chữa đột xuất là cơng việc sửa chữa cơng trình chịu các tác động đột xuất
như gió bão, lũ lụt, động đất, va đập, cháy hoặc những tác động đột xuất khác đã dẫn
tới những hư hỏng, xuống cấp cần được sửa chữa kịp thời để đảm bảo giao thông
liên tục.
11


 Quan trắc cơng trình là sự quan sát, đo đạc các thơng số kỹ thuật của cơng
trình theo u cầu của thiết kế trong quá trình sử dụng.
Tất cả các cơng trình nói chung đều khác nhau về: sơ đồ kết cấu, sơ đồ nhịp, vật
liệu, điều kiện cụ thể như thời tiết, khí hậu..., thời gian thi cơng, chế độ khai thác, sự
tồn tại các loại hư hỏng... Các dạng tồn tại này phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố
khác nhau.
Để thuận tiện cho việc quản lý và khai thác, xu thế chung của tất cả các nước trên
thế giới hiện nay (đặc biệt là các nước đang phát triển) là xây dựng hoàn chỉnh một
hệ thống tiêu chuẩn để phân loại chất lượng kỹ thuật của cơng trình, nhằm quản lý
và đánh giá cơng trình một cách thống nhất.
Đánh giá phân loại chất lượng kỹ thuật cơng trình theo tiêu chuẩn Mỹ:
Tùy theo mức độ hư hỏng và tình trạng suy giảm các chức năng làm việc của
cơng trình mà chất lượng kỹ thuật cơng trình được sắp xếp vào một trong các loại cơ
bản như sau:
- Loại A: Các cơng trình bị ảnh hưởng bất lợi do những hư hỏng, khuyết tật gây ra:

- Loại C: Các cơng trình khơng bị suy yếu về chức năng làm việc nhưng có các
hư hại nhẹ;
- Loại B: Các cơng trình có các hư hỏng và khuyết tật mà mức độ suy giảm chức
năng của nó nằm giữa A và C;
- Loại S: Các cơng trình thuộc loại S nói chung khơng có hư hỏng hoặc khuyết
tật, khơng làm ảnh hưởng tới chức năng làm việc của kết cấu. Mức độ hư hỏng và
khuyết tật không đáng kể.
Vấn đề quan trọng đặt ra là phải phân loại những cơng trình thuộc loại A. Cơng
trình loại này chia thành 3 loại: AA, Al, A2 nhằm xem xét kỹ sự suy yếu chức năng
làm việc và thời điểm tiến hành biện pháp sửa chữa của kết cấu một cách phù hợp.
+ AA: Cơng trình khơng có khả năng sử dụng bình thường và phải lập tức tiến
hành các biện pháp sửa chữa hoặc tăng cường.
+ A1: Là cơng trình hiện tại chưa có vấn đề gì về an tồn nhưng đòi hỏi một số
biện pháp nhất định thực hiện sửa chữa sớm.
+ A2: Là cơng trình hiện tại khơng có vấn đề gì về an tồn, nó có thể bị ảnh
hưởng nhưng chưa cấp thiết, chức năng an toàn vận tải có thể bị ảnh hưởng trong
tương lai. Địi hỏi phải lập kế hoạch, chuẩn bị các biện pháp sửa chữa ở những
thời điểm thích hợp.
Về cơ bản thì cách phân loại cơng trình của Mỹ khá tương đồng với cách phân
loại cơng trình của ESCAP.
12


1.2.2. Phân loại công tác kiểm tra
Công tác kiểm tra cơng trình được chia thành 3 loại:
- Cơng tác kiểm tra tổng quát (kiểm tra định kỳ): Đề cập đến tồn bộ cơng trình,
thường tiến hành khoảng 2 năm một lần;
- Công tác kiểm tra chi tiết (không định kỳ): Được tiến hành khi có những dấu
hiệu khơng bình thường hoặc tùy theo điều kiện thực tế của cơng trình;
- Cơng tác kiểm tra tồn diện: Xem xét cả cơng trình và mơi trường xung quanh.

Bảng 1.2. Mục đích và loại kiểm tra
Mục đích kiểm tra

Loại kiểm tra Tổng
quát

1. Để xác định các cơng trình thuộc loại A bằng những chẩn đoán kết
cấu sơ bộ.

Chi
tiết

X

X

2. Thực hiện việc chẩn đoán cơng trình một cách chi tiết với độ chính
xác cao hơn

X

3. Đc chọn lựa về phương pháp, thời gian tiến hành sửa chữa

X

4. Đổ điều tra nhằm phát hiện những thay đổi chủ yếu từ nền đất và để
xác nhận cơng trình thuộc loại A.

X

5. Đc điều tra nhằm phát hiện những điều kiện môi trường chù yếu
bàng việc khảo sát trên khơng và để xác nhận cơng trình thuộc loại A.

X

6. Hợp tác với những tổ chức bên ngoài

Toàn
diện

X
X

X
X

1.3. TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP SÓNG ÂM THANH
Ở VIỆT NAM
Trong lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng, ngồi kết cấu bê tơng cốt thép thì kết cấu
thép cũng là loại kết cấu phổ biến, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ
hàng chục năm nay. So với các kết cấu BTCT có tuổi thọ về cơ bản lớn hơn, các loại
kết cấu thép dễ bị ảnh hưởng nhiều hơn từ sự biến đổi môi trường xung quanh, đặc
biệt trong điều kiện thời tiết nóng ẩm của Việt Nam. Trong thời gian qua, nhiều
cơng trình đã có tuổi thọ khai thác cao và xuống cấp. Để đảm bảo an tồn khai thác
các cơng trình nêu trên, hàng loạt các công tác kiểm định, sửa chữa và gia cố cần
phải được triển khai thực hiện. Hiện nay trên thế giới có nhiều giải pháp nhằm kiểm
định chất lượng kết cấu thép một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng đến kết cấu,
đến điều kiện làm việc của kết cấu đó là sử dụng phương pháp khơng phá hủy. Một
trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất chính là phương pháp sóng âm
thanh hay cịn gọi là phương pháp phát xạ âm thanh (Acoustic Emission). Khác với

13


phương pháp siêu âm, trong đó nguồn âm thanh là do một thiết bị tạo ra, sau đó tín
hiệu âm thanh sẽ đi qua môi trường vật liệu và các hư hại trong vật liệu sẽ làm thay
đổi tín hiệu âm thanh đó. Trong phương pháp sóng âm thanh thì khơng có nguồn tín
hiệu âm thanh nhân tạo nào được tạo ra, mà nguồn âm thanh chính là những hư hại
hoặc những biến đổi trong vật liệu cấu thành dưới tác động của các tổ hợp tải trọng
khai thác tác động lên cơng trình. Phương pháp này khơng phải là mới, nó được phát
triển từ những năm 80 của thế kỷ XX, nhưng khi đó cơng nghệ thơng tin cũng như sự
phát triển của máy tính chưa đáp ứng được nhu cầu của phương pháp, khi mà nguồn
âm thanh trong kết cấu tạo ra là rất nhỏ, cần phải có những biện pháp đo đạc và phân
tích hữu hiệu. Ngày nay, trong một vài thập niên vừa qua, cùng với sự phát triển của
công nghệ thông tin, phương pháp này trở lại thành một cơng cụ rất hữu ích. Nó có thể
được áp dụng như một biện pháp kiểm tra định kỳ hoặc quan trắc liên tục trong thời
gian thực của kết cấu, tùy thuộc vào nhu cầu và tính chất của cơng trình.
Trong những năm vừa qua, được sự quan tâm của Chính phủ, hệ thống cơ sở hạ
tầng đường bộ đã từng bước được nâng cấp, các cầu yếu đã từng bước được đầu tư
xây dựng bằng các dự án riêng hoặc lồng ghép trong các dự án đầu tư nâng cấp mở
rộng đường. Tuy nhiên, do điều kiện nguồn lực hạn hẹp, đến nay vẫn còn nhiều
tuyến chưa được nâng cấp hoặc chỉ mới được nâng cấp phần tuyến nên trên hệ thống
quốc lộ trong cả nước vẫn tồn tại các cầu yếu làm ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác
của các tuyến đường, tiềm ẩn nguy cơ mất an tồn giao thơng, có khả năng ảnh
hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân.
Để giảm thiểu các nguy cơ nêu trên, nhiều phương pháp không phá hủy hiện đang
được áp dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam, mỗi phương pháp đều có ưu nhược
điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau. Trong phần này cũng sẽ giới thiệu về ứng
dụng của phương pháp kiểm tra bằng sóng âm thanh đang được áp dụng hiện nay
trên thế giới. Đồng thời qua đó xây dựng đề xuất giải pháp và các bước triển khai
thực hiện công tác kiểm định và quan trắc kết cấu công trình bằng phương pháp

sóng âm thanh (acoustic emission). Để thực hiện được các nội dung này cần thiết
phải có một hệ thống kiểm định khách quan kết cấu thép áp dụng phương pháp sóng
âm thanh AE, cho phép đánh giá mức độ hư hại (xuống cấp) của từng cấu kiện cũng
như toàn bộ kết cấu. Hệ thống này sẽ được dựa trên cơ sở phân tích, xác định và
phát hiện các hiện tượng hư hại cùng với việc xuất hiện các tín hiệu sóng âm thanh.
Điều này cho phép giám sát và quan trắc các quá trình hình thành và diễn biến của
hư hại trong toàn kết cấu dưới tác động của tổ hợp tải trọng khai thác mà không cần
đến việc phân tích đánh giá các trạng thái ứng suất và biến dạng hay tác động liên
hoàn của các hư hại dưới sự ảnh hưởng của yếu tố môi trường xung quanh lên toàn
14


kết cấu như: tải trọng khai thác, tải trọng khác từ sự biến đổi của nhiệt độ, độ ẩm,
gió hay các yếu tố môi trường khác.
Hệ thống này sẽ bao gồm các hợp phần sau: phương pháp đo đạc sử dụng sóng
âm thanh cùng với việc phân tích số liệu, cơ sở dữ liệu cho phép xác định và phân
loại các hiện tượng hư hại cùng với quy trình thực hiện cho phép xác định các hư hại
đang xảy ra trong kết cấu. Việc lựa chọn phương pháp không phá hủy sử dụng sóng
âm thanh được dựa trên các ưu điểm vượt trội của giải pháp này, bao gồm:
- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định vị trí các hư hại mang tính
“động” khó có thể phát hiện bằng các phương pháp truyền thống;
- Phương pháp sóng âm thanh AE thu nhận các tín hiệu hư hại dưới tác động của
nhiều yếu tố trong quá trình khai thác thực tế, đòi hỏi phải quan trắc lâu dài mới phát
hiện được;
- Công tác đo đạc và quan trắc có thể thực hiện trong nhiều điều kiện khác nhau.
Đặc biệt có thể áp dụng trong q trình khai thác của cơng trình, thử tải cơng trình
và kết quả nhận được trực tiếp ngay trong quá trình thực hiện;
- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định nhiều dạng hư hại khác nhau
với nhiều loại kết cấu với vật liệu khác nhau, trong khi các phương pháp truyền
thống chỉ tập trung vào một vài dạng hư hại;

- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép theo dõi và đánh giá mức độ phát
triển của hư hại nhằm đưa ra các quyết định kịp thời và hợp lý với cơng tác duy tu
bảo trì cơng trình để khai thác cơng trình một cách hiệu quả;
- Phương pháp sóng âm thanh AE cho phép xác định nguồn gốc của các tín hiệu
âm thanh do đâu gây ra.

15


Chương 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH KHÔNG PHÁ HỦY

Kiểm tra không phá hủy hoặc kiểm tra không tổn hại (tiếng Anh: Non-Destructive
Testing - NDT), hay còn gọi là đánh giá không phá hủy (Non-Destructive Evaluation
- NDE), kiểm định không phá hủy (Non-Destructive Inspection - NDI), hoặc dò
khuyết tật... là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết
tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng
của chúng. Trong kỹ thuật sửa chữa cơ khí, có một số phương pháp kiểm tra khơng
phá hủy nhằm tìm ra các khuyết tật hoặc tiềm năng hư hỏng của chi tiết máy hoặc
thiết bị, mắt thường nhiều khi không thấy được mà không ảnh hưởng đến chi tiết,
thiết bị.

Hình 2.1. Kiểm tra chất lượng mối hàn kết cấu
bằng phương pháp kiểm tra siêu âm (UT)

Khái niệm kiểm tra khơng phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác. NDT theo đúng
nghĩa đen là kiểm tra một vật mà khơng phá hủy nó. Nói theo cách khác, chúng ta có
thể tìm thấy các khuyết tật trong nhiều vật bằng kim loại bằng cách sử dụng dịng
điện xốy mà không bao giờ làm hư hại đến vật mà chúng ta đang kiểm tra. Điều

này rất quan trọng vì nếu chúng ta phá hủy vật mà chúng ta đang kiểm tra, nó sẽ
khơng cịn tình trạng tốt để có thể kiểm tra ở cùng một vị trí. NDT rất quan trọng bởi
hầu hết các khuyết tật mà chúng ta tìm khơng thể nhìn thấy bằng mắt thường vì nó bị
16


bao bọc bởi lớp sơn hoặc một lớp mạ kim loại. Hoặc cũng có thể khuyết tật đó q
nhỏ khơng thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc bất cứ phương pháp kiểm tra bằng
quan sát nào khác. Vì vậy, các phương pháp kiểm tra như phương pháp kiểm tra
bằng dòng điện xoáy đã được phát triển để theo dõi khuyết tật.
Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như vết nứt, rỗ khí,
ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu trong các mối hàn, kiểm tra ăn mòn của
kim loại, tách lớp của vật liệu composit, đo độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm
của bê tơng, đo bề dày vật liệu, xác định kích thước và định vị cốt thép trong bê
tơng v.v...
Mục đích của việc dị khuyết tật đối với cơng trình, thiết bị nhằm đánh giá tính
chất vật liệu trước khi chúng bị hư hỏng, dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật quy định
được công nhận hoặc biến dạng suy biến xác định qua nhiều năm, để bảo đảm đúng
chất lượng sản phẩm và tính năng làm việc của cơng trình, thiết bị và cũng nhằm
khai thác hết khả năng của các kết cấu kỹ thuật. Hạn chế rủi ro hoặc các khuyết tật
nhằm tăng cường tính tồn vẹn trong khai thác và tính an tồn trong xây lắp, tiết
kiệm chi phí.

Hình 2.2. Một số các phương pháp kiểm tra không phá hủy

Kiểm tra không phá hủy gồm rất nhiều phương pháp khác nhau và thường được
chia thành hai nhóm chính theo khả năng phát hiện khuyết tật của chúng, đó là:
- Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong (và cả
trên bề mặt) của đối tượng kiểm tra:
+ Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT);

+ Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT);
+ Phương pháp sóng âm thanh (Acoustic Emission Testing - AE).
17


- Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt (và gần bề mặt)
[30, 33].
+ Phương pháp kiểm tra trực quan (Visual testing - VT);
+ Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing - PT);
+ Phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing - MT);
+ Phương pháp kiểm tra dịng xốy (Eddy Current Testing - ET);
+ Kiểm tra rò rỉ (Leak Testing - LT)...
Ưu điểm của các phương pháp không phá hủy
Ưu điểm của phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) này so với các phương
pháp phá hủy (DT) đó là NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của vật
kiểm sau này. Ngồi ra, phương pháp NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm, trong khi
đó phương pháp DT chỉ có thể kiểm tra xác suất. Phương pháp NDT có thể kiểm tra
ngay khi vật kiểm nằm trên dây chuyền sản xuất mà không phải ngưng dây chuyền
sản xuất lại. Ưu điểm của các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) so với
các phương pháp phá hủy (DT):
- NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của vật kiểm sau này.
- NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm, và đảm bảo 100% sản phẩm xuất xưởng
đạt chất lượng.
Trong khi đó các phương pháp phá hủy lại có ưu điểm là cho kết quả trực tiếp,
còn NDT chỉ cho được các kết quả gián tiếp (thông qua so sánh với mẫu chuẩn) mà
thôi. Trong chế tạo, khi áp dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dễ dàng phát hiện
những khuyết tật, từ đó có thể loại bỏ các bán sản phẩm, tiết kiệm chi phí, sửa chữa
khắc phục sai sót.

Hình 2.3a. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy chủ yếu

18


Trong các phương pháp NDT đã nêu trên, mỗi phương pháp đều có ưu điểm
riêng, khơng phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào. Ứng với mỗi
trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp. Khi áp
dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dễ dàng phát hiện những khuyết tật, từ đó
sửa chữa khắc phục sai sót. Do đó, cơng trình khi hồn thành sẽ có các chi tiết sai
hỏng thấp nhất.
Ứng dụng của các phương pháp không phá hủy
Kiểm tra không phá hủy cũng được sử dụng rộng rãi để đánh giá độ toàn vẹn của
các sản phẩm, cơng trình cơng nghiệp đang hoạt động. Nhờ sớm phát hiện được các
hỏng hóc, kịp thời thay thế khắc phục, nên ta có tiết kiệm được chi phí sửa chữa,
tránh được các thảm họa có thể xảy ra. NDT cịn là công cụ quan trọng trong nghiên
cứa chế tạo vật liệu mới, tối ưu hóa các quy trình sản xuất, quy trình hàn thơng qua
các thử nghiệm, phát hiện các sai sót trong thiết kế, vật liệu, sảm phẩm. NDT là
công cụ quan trọng để giảm giá thành, nâng cao sức cạnh tranh của các doanh
nghiệp chế tạo, sản xuất.

Hình 2.3b. Ứng phương pháp kiểm tra không phá hủy để kiểm tra cơng trình cầu

Kiểm tra khơng phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ, xỉ, tách
lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn..., Kiểm tra độ cứng của vật liệu,
kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường
hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép
(trong các cơng trình xây dựng...), v.v... Ví dụ: trong nhà máy lọc dầu, hóa chất,
nhiệt điện, các kỹ thuật kiểm tra khơng phá hủy được sử dụng trong chương trình
bảo dưỡng phòng ngừa cho các thiết bị tĩnh như bồn bể, tháp phản ứng, nồi hơi, trao
đổi nhiệt v.v... (hình 2.4).

19


Hình 2.4. Ứng dụng các kỹ thuật kiểm tra NDT cho việc kiểm tra các thiết bị trao đổi nhiệt,
ống tube nồi hơi, lò phản ứng, tháp bồn bể và đường ống.
(Ghi chú: SM - Strain Measurement; Sump - Replica Method;
EVA - Extreame Value Analysis)

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BỀ MẶT
2.1.1. Phương pháp kiểm tra trực quan (Visual testing - VT)
Phương pháp kiểm tra trực quan hay còn gọi là kiểm tra bằng thị giác và quang
học (VT) liên quan đến việc sử dụng đôi mắt của nhân viên kiểm tra để tìm khuyết
tật. Nhân viên kiểm tra cũng có thể sử dụng các cơng cụ đặc biệt như kính lúp,
gương, hoặc borescopes (dụng cụ quang học có đèn dùng để kiểm tra bên trong ống)
để tiếp cận gần hơn điểm kiểm tra (hình 2.5).

Hình 2.5. Ống ngắm nội soi “Borescope” sử dụng trong kiểm tra trực quan (VT)

Kiểm tra bằng thị giác có thể kiểm tra mức độ từ đơn giản đến rất phức tạp theo
các quy trình khác nhau:
20


- Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra;
- Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt;
- Kiểm tra hình dạng của chi tiết;
- Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ;
- Kiểm tra các khuyết tật ở những nơi con người không thể tiếp cận được (chẳng
hạn những nơi có mức độ phóng xạ cao, bề mặt bên trong các đường ống…).

Hình 2.6. Thiết bị nội soi có gắn màn hình kỹ thuật số

Hình 2.7. Ví dụ sử dụng ơng ngắm nội soi “Borescope” trong kiểm tra trực quan (VT)

Dụng cụ sử dụng trong phương pháp kiểm tra trực quan gồm có:
- Nội soi, kính lúp, kính khuếch đại ánh sáng;
- Thiết bị ghi nhận hình ảnh có độ phóng đại cho phép kiểm tra các bình áp lực và
bồn lớn…;
- Thiết bị dạng robot cho phép quan sát được những nơi nguy hiểm và những
vùng hẹp không tiếp cận được, như là các ống dẫn dầu và khí, lị phản ứng hạt nhân;
21


Hình 2.8. Một số thiết bị được sử dụng trong kiểm tra trực quan (Visual testing - VT)

Hình 2.9. Thiết bị soi ghi nhận, xử lý và lưu hình ảnh độ nét cao
sử dụng máy vi tính có gắn camera chống phóng xạ, và hình ảnh
ghi nhận được từ camera ở đáy lò phản ứng hạt nhân.

2.1.2. Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing- PT)
Một trong những phương pháp hay sử dụng nhất để phát hiện các vết nứt trên bề
mặt kim loại, mối hàn sau khi gia công, đặc biệt là các vật liệu không nhiễm từ như
thép không gỉ. Trong phương pháp này người ta phun một chất lỏng có khả năng
thẩm thấu cao và có màu sắc dễ phân biệt (thường là màu đỏ) lên bề mặt vật cần
kiểm tra. Nếu trên bề mặt có các vết nứt dù là rất nhỏ, chất thẩm thấu sẽ ngấm vào
và đọng lại ở các khe nứt. Sau khi chờ cho quá trình ngấm kết thúc, người ta loại bỏ
hết phần chất thẩm thấu thừa trên bề mặt và tiếp tục phun lên bề mặt kiểm tra một
chất khác gọi là “chất hiện màu” làm cho phần chất thẩm thấu đã ngấm vào các vết
nứt nổi rõ lên cho phép ghi nhận các vết nứt rất nhỏ, mắt thường khơng phát hiện
được. Tuy nhiên, để có thể áp dụng phương pháp này, bề mặt vật kiểm tra phải rất

sạch và khơ, vì vậy nó khơng thích hợp với các bề mặt bị bám bẩn và có độ nhám
22


cao. Mặt khác, mặc dù khơng địi hỏi phải đầu tư thiết bị, việc kiểm tra PT đòi hỏi
người kiểm tra phải thực sự có kinh nghiệm và được đào tạo đầy đủ.
Phương pháp thẩm thấu chất lỏng được dựa trên hiện tượng mao dẫn. Đây là một
phương pháp được áp dụng để phát hiện những vị trí bất liên tục hở ra trên bề mặt
vật liệu, của bất cứ sản phẩm công nghiệp nào được chế tạo từ những vật liệu không
xốp. Phương pháp này được sử dụng phổ biến để kiểm tra những vật liệu khơng từ
tính. Trong phương pháp này, chất thấm lỏng được phun lên bề mặt của sản phẩm
trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm cịn dư được loại bỏ khỏi bề
mặt. Bề mặt sau đó được làm khơ và phủ chất hiện lên nó. Những chất thấm nằm
trong vị trí bất liên tục sẽ bị chất hiện hấp thụ tạo thành chỉ thị kiểm tra, phản ánh vị
trí và bản chất của vị trí bất liên tục. Triển khai phương pháp này gồm các bước:
- Làm sạch bề mặt vật kiểm, khi đó các chất bẩn sẽ được loại bỏ và không che lấp
những khuyết tật hở ra bề mặt;
- Xịt một lớp chất thẩm thấu lên bề mặt, lớp chất thẩm thấu này sẽ đi vào và nằm
trong các khuyết tật hở bề mặt. Có hai loại chất thẩm thấu, đó là chất thẩm thấu khả
kiến (có màu nhìn thấy được dưới ánh sáng thường) và chất thẩm thấu huỳnh quang
(chỉ nhìn thấy khi chiếu ánh sáng đen);
- Chờ một thời gian để chất thẩm thấu đi sâu vào khuyết tật;
- Làm sạch chất thấm dư trên bề mặt bằng chất tẩy rửa. Trong bước này không
được xịt trực tiếp chất tẩy rửa lên bề mặt vật kiểm tránh trường hợp chất thẩm thấu
trong khuyết tật cũng bị lau sạch;
- Áp dụng chất hiện lên bề mặt vật kiểm. Chất hiện có tác dụng hút chất thẩm
thấu đọng lại ở trong khuyết tật lên bề mặt vật kiểm nhờ hiện tượng mao dẫn ngược;
- Dựa trên các hiển thị (nhuộm màu, hay dưới ánh sáng cực tím) thì người ta có
thể phát hiện và đánh giá khuyết tật;
- Sau khi đánh giá khuyết tật, ta sử dụng chất tẩy rửa làm sạch vật kiểm.

Hình 2.10. Thiết bị và hóa chất sử dụng trong quá trình kiểm tra thẩm thấu chất lỏng.

23


Phương pháp thẩm thấu lỏng chỉ có thể áp dụng để kiểm tra những khuyết tật
thông ra bề mặt. Phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại vật liệu trừ vật liệu
xốp. Đây là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy đơn giản, rẻ tiền
và hiệu quả.

Hình 2.11. Các bước cơ bản trong quá trình thực hiện kiểm tra thẩm thấu chất lỏng.

 Ưu điểm của phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng:

- Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phù hợp;
- Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẻ tiền;
- Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và khơng gây ra vấn đề rắc rối;
- Hình dạng của chi tiết kiểm tra không là vấn đề quan trọng.
 Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng:

- Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt;
- Vật liệu được kiểm tra phải không xốp;
- Quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng khá bẩn;
- Giá thành kiểm tra tương đối cao;
- Trong phương pháp này các kết quả không dễ dàng giữ được lâu.
2.1.3. Phương pháp kiểm tra bằng bột từ tính (Magnetic Particle Testing - MT)
Phương pháp kiểm tra bằng bột từ tính được dùng để kiểm tra các vật liệu dễ
nhiễm từ. Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết tật hở ra trên bề
24

mặt và ngay sát dưới bề mặt. Trong phương pháp này, vật thể kiểm tra trước hết
được cho nhiễm từ bằng cách dùng một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện,
hoặc cho dòng điện đi qua trực tiếp, hoặc chạy xung quanh vật thể kiểm tra. Từ
trường cảm ứng vào trong vật thể kiểm tra gồm có các đường sức từ. Nơi nào có
khuyết tật sẽ làm rối loạn đường sức, một vài đường sức này phải đi ra và quay vào
vật thể. Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái ngược nhau.
Phương pháp kiểm tra bằng từ tính (kiểm tra bột từ) được áp dụng cho các vật
liệu từ tính có thể phát hiện các rạn nứt bề mặt dù rất nhỏ, các khuyết tật ở dưới bề
mặt. Các khuyết tật có thể phát hiện bao gồm: rạn nứt bề mặt ở mối hàn và vùng ảnh
hưởng nhiệt, sự nóng chảy khơng đủ, các rạn nứt phía dưới bề mặt, rỗ xốp lẫn xỉ và
độ ngấu mối hàn khơng đầy đủ.

Hình 2.12. Nguyên tắc làm việc của phương pháp kiểm tra bằng từ tính.

Mặc dù khơng sử dụng được với các vật liệu không nhiễm từ như thép không gỉ,
MT là phương pháp có độ tin cậy và độ nhạy cao, khơng đòi hỏi bề mặt kiểm tra
phải quá sạch và nhẵn như khi kiểm tra thẩm thấu. MT được áp dụng phổ biến trong
việc kiểm tra định kỳ các nồi hơi và bình áp lực có nguy cơ nứt cao sau một thời
gian sử dụng như bồn chứa NH3 hóa lỏng, các nắp nồi hấp, bình khử khí, bao hơi và
bao bùn của nồi hơi nhà máy nhiệt điện, bề mặt ống lò của nồi hơi ống lò, ống lửa
v.v... Mặt khác, phương pháp này cũng thường áp dụng như biện pháp kiểm tra bổ
sung đối với các mối hàn, chi tiết gia công sau khi xử lý nhiệt. Trong phương pháp
này, vùng cần kiểm tra sẽ được từ hoá bằng cách cho tiếp xúc với một nam châm
điện đặc biệt được gọi là “gơng từ”. Sau khi từ hóa, bề mặt vùng cần kiểm tra sẽ
được phun lên một lớp bột sắt từ (thường có màu đen). Nếu trên vùng kiểm tra
khơng có các khuyết tật hay vết nứt, các hạt sắt từ này sẽ phân bố một cách đều đặn
dọc theo các đường sức từ trường. Nếu có các vết nứt hay khuyết tật, các đường từ
trường bị gián đoạn sẽ làm cho các hạt sắt từ tập trung cục bộ tại vùng có khuyết tật.

Bằng việc xem xét kỹ sự phân bố của các hạt sắt từ trên vùng kiểm tra, người ta dễ
25