KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY (NON-DESTRUCTIVE TEST)

a Định nghĩa Kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụn

- ˜ - & -

™ -GIÁO TRÌNH:

KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY (NON-DESTRUCTIVE TEST)

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG

PHÁ HỦY

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ VÀ KỸ THUẬT KIỂM TRA

2.3 Kiểm tra bằng dòng điện xoáy (Eddy Current Testing) 28

2.5 Phương pháp kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing) 44

PHỤ LỤC 1:

ON-STREAM INSPECTION - PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH THIẾT

BỊ TRONG TÌNH TRẠNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐÓ VẪN ĐANG

VẬN HÀNH

52

PHỤ LỤC 2:

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SIÊU ÂM TỰ ĐỘNG THAY CHO CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG KIỂM TRA MỐI HÀN

55

PHỤ LỤC 3:

PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH DỰA TRÊN HỆ SỐ RỦI RO RBI 67

1 MỤC ĐÍCH

Giáo trình này sẽ giúp các kỹ sư cơ khí nắm được tổng quan về các phương pháp kiểm tra không phá hủy ở nhà máy công nghiệp

2 PHẠM VI ÁP DỤNG

Giáo trình này để tham khảo cho các kỹ sư cơ khí làm công tác bảo dưỡng thiết

bị trong nhà máy công nghiệp như dầu khí, điện lực, hóa chất, v.v…

3 TÀI LIỆU THAM KHẢO

§ Handbook Of Nondestructive Evaluation, Chuck Hellier

§ Practical Non-Destructive Testing, B Raj, T Jayakumar And M Thavasimuthu

§ Ultrasonic Transducers For Nondestructive Testing, Silk, M.G

§ Nondestructive Testing, Cartz, L

phương pháp NDT chủ yếu và các kỹ thuật kiểm tra để các bạn tham khảo

a) Định nghĩa

Kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại đến khả năng

sử dụng của chúng Viết tắt từ chữ tiếng Anh "Non - destructive Testing", hay mở rộng hơn là " Non - Destrictive Evaluation" (NDE - thiên về định lượng, kiểm tra) hay "Non

- Destructive inspection" - NDI

Từ kiểm tra không phá hủy tự nó nó đã giải nghĩa chính xác NDT theo đúng nghĩa đen là kiểm tra một vật mà không 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 dòng điện xoáy

mà không bao giờ làm hư hại đến vật mà chúng ta đang kiểm tra Điều này rất quan trong vì nếu chúng ta phá hủy vật mà chúng ta đang kiểm tra, nó sẽ không còn tình trạng tốt để có thể kiểm tra ở cùng một vị trí NDT rất quan trọng bổi vì thường các khuyết tật mà chúng ta tìm không thể nhìn thấy bằng mắt vì nó bị bao bọc bởi lớp sơn hoặc một lớp mạ kim loại Hoặc cũng có thể khuyết tật đó quá nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt hoặc bất cứ phương pháp kiểm tra bằng mắt 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

Ảnh 1: Kiểm tra mối hàn đường ống bằng phương pháp kiểm tra siêu âm (UT)

b) Các phương pháp kiểm tra NDT

Kiểm tra không phá hủy có rất nhiều phương pháp, có hai nhóm phương pháp đó là:

Hình: phân loại các phương pháp kiểm tra không phá hủy Phương pháp kiểm tra chủ yếu:

1 Kiểm tra bằng thị giác và quang học (Visual Test - VT)

2 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu hay thấm màu (Penetrant test - PT)

3 Kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle test – MT)

4 Dòng xoáy điện (Eddy Current Test - ET)

5 Chụp ảnh bức xạ hay còn gọi là chụp phim (Radiographic test – RT)

6 Siêu âm kiểm tra (Ultrasonic test – UT)

7 Kiểm tra bằng truyền âm (Acoustic Emission Testing - AE)

8 Kiểm tra rò rỉ (Leak Testing - LT)

Trong đó các biện pháp số 5 và 6 (UT và RT) được sử dụng để phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong chiều dày kết cấu, còn biện pháp số 1, 2, 3 và 4 (VT, PT, MT và ET) sử dụng khi cần kiểm tra các khuyết tật nằm trên bề mặt hay lớp dưới bề mặt Ngoài ra có nhóm phương pháp đặc biệt như là

* Phương pháp chụp ảnh nơtron

* Kỹ thuật vi sóng, bức xạ âm v.v

c) Đặc điểm

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 Ngoài 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

Trong các phương pháp NDT đã nêu trên, mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp

Khi áp dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dể dàng phát hiện những khuyết tật, từ

đó sửa chữa khắc phục sai sót Do đó, công trình khi hòan thành sẽ có các chi tiết sai hỏng thấp nhất

Hình các phương pháp kiểm tra chủ yếu

d) Ứng dụng

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ, xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn , kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép (trong các công trình xây dựng ),v.v

Trong nhà máy lọc dầu, hóa chất, nhiệt điện, các kỹ thuật kiểm tra không 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…

Bảng : 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 Giới thiệu các phương pháp

- Kiểm tra bằng thị giác và quang học (VT)

Kiểm tra bằng thị giác liên quan đến việc sử dụng đôi mắt của một nhân viên kiểm tra

để tìm khuyết tật Nhân viên kiểm tra cũng có thể sử dụng các công 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 Kiểm tra bằng thị giác có thể kiểm tra mức độ từ đơn giản đến rất phức tạp theo các qui trình

Borescopes có gắn máy ảnh

Sử dụng sborescope kiểm tra

Video borescopes sử dụng kiểm tra bên trong tuabin

- Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic test)

Là một trong những phương pháp dễ áp dụng và chi phí thấp nhất Người ta phát vào bên trong kim loại các chùm tia siêu âm và ghi nhận lại các tia siêu âm phản xạ từ bề mặt kim loại cũng như từ các khuyết tật bên trong kim loại Trên

cơ sở phân tích các tia phản xạ này, người ta có thể xác định được chiều dày kim loại cũng như độ lớn và vị trí các khuyết tật bên trong kim loại

- Chụp phim (RT):

Giống như tên gọi của nó, trong phương pháp này người ta dùng các chùm tia X hoặc tia phóng xạ gamma để chụp ảnh vật cần kiểm tra Trong khi việc chụp ảnh thông thường chỉ cho hình ảnh về bề mặt vật chụp, chụp ảnh bức xạ cho phép ghi nhận cả hình ảnh bên trong vật chụp do các chùm tia X, tia gamma có khả năng xuyên thấu Nếu phương pháp siêu âm đòi hỏi phải xử lý số liệu ngay trong quá trình kiểm tra thì phương pháp chụp phim cho phép lưu lại phim chụp

để đọc vào bất kỳ lúc nào Tuy nhiên chụp phim là công việc đòi hỏi nghiêm ngặt về an toàn do liên quan đến việc sử dụng các nguồn phát tia phóng xạ

- Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (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 rỉ 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 không phát hiện được Tuy nhiên để có thể áp dụng phương pháp này bề mặt vật kiểm tra phải rất sạch và khô vì vậy nó không thích hợp với các bề mặt bị bám bẩn và có độ nhám cao Mặt khác mặc dù không đòi 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

- Kiểm tra bằng bột từ (MT):

Mặc dù không sử dụng được với các vật liệu không nhiễm từ như thép không rỉ,

MT là phương pháp có độ tin cậy và độ nhạy cao hơn, không 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 nhịêt điện, bề mặt ống lò của nồi hơi ống lò ống lửa v.v Mặt khác chúng tôi cũng thường áp dụng MT 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 “gông từ” Sau khi từ hóa, người ta phun lên bề mặt vùng cần kiểm tra một lớp bột sắt từ (thường có màu đen) Nếu trên vùng kiểm tra không 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 sức 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 dàng phát hiện ra các vị trí bị nứt hay có các khuyết tật bề mặt Trong thực tế để dễ phân biệt vị trí có khuyết tật, người ta thường phun lên bề mặt vùng kiểm một lớp dung môi màu trắng có tác dụng làm nổi bật màu đen của các hạt sắt từ hoặc sử dụng đèn huỳnh quang tia cực tím trong những trường hợp đòi hỏi độ nhạy cao

Bộ kit kiểm tra bằng bột từ

- Kiểm tra bằng truyền âm (AE)

Khi một vật liệu rắn được nhấn mạnh, không hoàn hảo trong vật liệu nổ phát ra năng lượng âm thanh ngắn gọi là "khí thải." Như trong kiểm tra siêu âm, âm lượng phát thải có thể được phát hiện bởi máy thu đặc biệt nguồn phát thải có thể được đánh giá thông qua việc học của cường độ, tốc độ của họ, và vị trí

- Kiểm tra rò rỉ (LT)

Nhiều kỹ thuật được sử dụng để phát hiện và xác định vị trí rò rỉ ở các bộ phận bình áp lực, bình áp lực và các kết cấu Rò rỉ có thể được phát hiện bằng cách

sử dụng các thiết bị nghe điện tử, đồng hồ đo áp suất, các kỹ thuật thẩm thấu lỏng và khí hoặc một cách kiểm tra đơn giản bằng bong bóng xà phòng

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ VÀ KỸ THUẬT KIỂM TRA 2.1 Kiểm tra thẩm thấu màu (Penetrant test - PT)

Nguyên lý:

Là phương pháp thẩm thấu lỏng: Dùng ứng dụng của hiện tượng mao dẫn:

- Trước tiên, ta phải 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

- Sau đó người ta sẽ xịt một lớp chất thẩm thấu, 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

- Sau đó, ta làm sạch chất thấm dư trên bề mặt bằng chất tẩy rửa Cần lưu ý trong quá trình loại bỏ chất thấm dư trên bề mặt, 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

- Sau đó, người ta áp 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

- Lúc này nhờ tính chất nhìn thấy (nhuộm màu, hay nhìn thấy dưới ánh sáng cực tím) thì người ta có thể phát hiện và đánh giá khuyết tật

- Cuối cùng, sau khi đánh giá khuyết tật, ta sử dụng chất tẩy rửa làm sạch vật kiểm

Kiểm tra thẩm thấu màu là một phương pháp kiểm tra không phá hủy dung để phát hiện các khuyết tật mở trên bề mặt, chẳng hạn như nứt, chống mối hoặc rỗ khí mà không thế phát hiện được bằng mắt thường Chất lỏng thẩm thấu được phủ lên trên bề mặt và ngấm vào các khuyết tật Sau một thời gian, nó được lau đi Một chất hiện hình khác được xịt lên bề mặt và những khuyết tật, tại đó chất nhuộm màu ngấm vào sẽ hiện ra Những vết này gọi là các chỉ thị Tiêu chí chấp nhận được định nghĩa là mức

độ lớn, nhỏ nào của chỉ thị thì được chấp nhận

nhằm tăng cường tính toàn vẹn trong kinh doanh và tính an toàn trong xây lắp và tiết kiệm chi phí

Các kỹ thuật kiểm tra

Các ví dụ:

- Mối hàn

- Bulong

Giới thiệu thiết bị trên thị trường:

Model DA-400S

Thiết bị kiểm tra bột từ xách tay

Nhà sản xuất : PARKER RESEARCH CORP (Mỹ)

Máy sinh từ thuộc loại cầm tay được thiết kế để kiểm tra khuyết tật trên bề mặt hoặc dưới bề mặt vật liệu sắt từ

Thiết bị nhẹ, đa năng, hiệu suất cao

Có thể chuyển đổi dòng AC và DC nhờ một công tắc để phát hiện các khuyết tật bề mặt hay dưới bề mặt

Có thể áp dụng phương pháp từ trường liên tục hoặc từ dư và có thể dùng để khử từ

Sử dụng bột từ khô, ướt, phát quang hoặc khả kiến

Vỏ thiết bị được đúc chắc chắn

Phụ kiện:

Bộ thanh thử sức nâng máy sinh từ

Bóng cao su phun bột từ khô

Đồng hồ đo từ trường dư

Chỉ thị từ trường

Mẫu chuẩn thép dạng xuyến kèm chứng chỉ

Bột từ khả kiến màu đỏ

Bột từ khả kiến màu đen

Sơn nền tăng độ tương phản

2.2 Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing)

Nguyên lý

Kỹ thuật Xung phản hồi

Kỹ thuật Beam bình thường

Kỹ thuật góc beam

Quá trình kiểm tra siêu âm là việc truyền sóng âm bước sóng ngắn, tần số cao vào trong vật liệu nhằm xác định khuyết tật hoặc/và đo bề dày vật liệu, cũng như phát hiện

ăn mòn

Thiết bị kiểm tra siêu âm truyền thống làm việc trên nguyên lý là gởi một luồng xung siêu âm cao từ một máy biến năng có tay cầm được đặt trên vật cần kiểm tra Sóng được truyền đi và một phần bị phản hồi lại khi gặp các khuyết tật hoặc khi chạm đến thành bên kia của vật cần siêu âm Việc ghi nhận và phân tích sóng phản hồi thể hiện lên trên màn hình dưới dạng biên độ xung và thời gian phản hồi sẽ có được các thông tin hữu ích được Bằng cách đo sóng này, người vận hành nhiều kinh nghiệm có thể nhận diện vị trí và hướng của các khuyết tật cũng như bề dày vật liệu một cách tương ứng Tiêu chí chấp nhận được định nghĩa là mức độ lớn, nhỏ nào của chỉ thị thì được chấp nhận

Đặc biệt hơn đối với đường ống, cách kiểm tra được yêu cầu hay đề nghị, cân đối giữa chụp ảnh phóng xạ và siêu âm, đã và đang được thay đổi là nên dùng siêu âm trong vài năm gần đây

Xem xét khuyết điểm của kiểm tra siêu âm bằng tay, SGS kết hợp chặt chẽ

Krautkrämer, nhà cung cấp thiết bị siêu âm, đưa ra một máy scan mối hàn bằng siêu

âm tự động và đồng giữ bằng sáng chế duy nhất cho công nghệ kiểm tra đường ống này Hệ thống MIPA, gọi là hệ thống nhiều đầu dò chìm, được thiết kế để kiểm tra và đánh giá tự động các mối hàn Tín hiệu siêu âm được thu thập và diễn giải để phát hiện các khuyết tật mối hàn như rò, nứt, ngậm xỉ và ăn mòn của những mối hàn vòng quanh đường ống Một hệ thống kiểm tra bằng máy tính hoàn thiện sẽ thu thập, lưu giữ và phân tích dữ liệu chất lượng mối hàn thông qua việc scan vòng tròn Việc đánh giá được thực hiện sau khi scan hoàn thành Tín hiệu được thể hiện dưới dạng mã màu trực tuyến trên màn hình, và lưu file để có thể truy xuất cho bất kỳ lúc nào cần điều tra