CHƯƠNG 5 KỸ THUẬT GIÁ SÁT KHUYẾT TẬT VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY 5 1 MỞ ĐẦU Để giám sát các khuyết tật bên trong và trên bề mặt của một số chi tiết máy mà không phá hủy chúng, người ta dùng nhiều phương.
Trang 1CHƯƠNG 5 KỸ THUẬT GIÁ SÁT KHUYẾT TẬT
VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY 5.1 MỞ ĐẦU
Để giám sát các khuyết tật bên trong và trên bề mặt của một số chi tiết máy mà không phá hủy chúng, người ta dùng nhiều phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT – Non Destructive Testing) khác nhau như: phương pháp kiểm tra bằng dòng Eddy, kiểm tra bằng siêu âm, kiểm tra bằng tia X…
5.1.1 Mục đích
Giám sát khuyết tật và kiểm tra không phá hủy nhằm:
a) Cải tiến công nghệ sản xuất
Phương pháp NDT thường được dùng để kiểm tra chất lượng của sản phẩm Trong quá trình sản xuất, nếu nhiều sản phẩm bị khuyết tật thì phải kiểm tra
và cải tiens công nghệ sản xuất hiện tại để nâng cao chất lượng thành phần cũng như hạn chế các bậc khuyết tật của sản phẩm
b) Giảm chi phí sản xuất
Cần đầu tư chi phí khi áp dụng phương pháp NDT Nhưng chi phí cho phương pháp này ít hơn nhiều so với chi phí cho việc sử chữa những hư hỏng mà nguyên nhân gây ra là do phôi của các khâu không được giám sát, kiểm tra trước khi đưa vào gia công
c) Tăng độ tin cậy
Áp dụng phương pháp NDT vào sản xuất để kiểm tra chất lượng sản phẩm sẽ cải thiện chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm vì phương pháp này giúp phát hiện các khuyết tật của phôi và sản phẩm
5.1.2 Phân loại và mức độ gây hại của các khuyết tật
a) Phân loại khuyết tật
- Rãnh và sự tập trung ứng suất
* Rãnh là nơi mà hình dạng bề mặt vật liệu bị thay đổi đột ngột Khi vật liệu
có rãnh bị tác động bởi ngoại lực thì ứng suất tại đáy rãnh lớn hơn rất nhiều so với giá trị ứng suất được tính khi vật liệu không có rãnh Hiện tượng này gọi là sự tập trung ứng suất hay còn gọi là hiệu ứng rãnh
Trang 2* Tỷ lệ giữa ứng suất tại đáy rãnh và ứng suất danh nghĩa được gọi là hệ số tập trung ứng suất Hệ số tập trung ứng suất chỉ liên quan đến hình dạng của rãnh, không liên quan đến loại vật liệu và kích cỡ của rãnh
Khi hình dạng của rãnh nhon giống như vết nứt thì hệ số tập trung ứng suất tăng rất nhanh và khả năng phá hủy vật vật liệu cao
* Áp dụng phương pháp NDT để phát hiện sự tồn tại của rãnh
- Khuyết tật mối hàn
Thường là các vết nứt, tạp chất xỉ, rỗ khí… có thể được phát hiện bằng phương pháp NDT
* Vết nứt:
+ Vết nứt mối hàn là một khuyết tật nghiêm trọng nhất trong số các khuyết tật mối hàn Dựa vào nhiệt độ, người ta chia vết nứt ra làm hai loại: vết nứt nóng và vết nứt lạnh
+ Ở nhiệt độ cao, kim loại chỗ mối hàn hay chỗ bị ảnh hưởng của hơi nóng chưa đông đặc được Ở khoảng nhiệt độ này kim loại có độ dẻo thấp nên có thể xuất hiện các vết nứt và các vết nứt này được gọi là các “vết nứt nóng”
+ Khi nhiệt độ tại mối hàn giảm xuống dưới 300oC thì xuất hiện các “ vết nứt lạnh” Các “ vết nứt lạnh” xuất hiện do: khí H2 sinh ra ở mối hàn, hiện tượng co rút, tập trung ứng suất tại rãnh và hiện tượng biến cứng của kim loại tại vị trí hàn hoặc khu vực bị ảnh hưởng của nhiệt gây ra Để phát hiện các “vết nứt lạnh”của mối hàn phải tiến hành kiểm tra bằng phương pháp NDT chậm nhất là 24 giờ sau khi hàn
* Tạp chất xỉ:
Khi hàn có thể có một phần xỉ hàn còn tồn tại bên trong mối hàn mà không nổi lên Tạp chất xỉ thường nhỏ và phân bố đều
* Rỗ khí xảy ra do kim loại hàn đông đặc trước khi khí CO2 hoặc H2 bay hơi
b) Mức độ gây hại của các khuyết tật
Các khuyết tật trong sản phẩm có thể làm thay đổi các tính năng của sản phẩm như khả năng chịu tải, độ bền, tuổi thọ…
Độ bền giảm
Trang 3Độ bền của chi tiết có khuyết tật phụ thuộc vào hình dạng và hướng của khuyết tật Khuyết tật có hình tròn là giảm độ bền của kết cấu theo tỉ lệ giảm diện tích bề mặt cắt Khuyết tật dài và mảnh làm giảm độ bền theo mức độ tập trung ứng suất
Khuyết tật bề mặt nguy hiểm hơn khuyết tật bên trong nếu như chúng thuộc cùng loại và cùng kích cỡ
Nếu vật liệu có khuyết tật có kim loại hàn thừa ở bền mặt thì tập trung ứng suất sẽ xảy ra tại những điểm này Vì thế nên làm sạch kim loại hàn thừa trong các mối hàn là điều quan trọng
Vật liệu bị phá hủy
- Mỏi kim loại
*Vật liệu thường bị phá hủy ngay bởi ứng suất lớn Nhưng khi một ứng suất nhỏ hơn tải trọng tĩnh tác động nhiều lần đến vật liệu thì sẽ xuất hiện các vết nứt Vết nứt này cứ lớn dần và cuối cùng vật liệu bị phá hủy Đó là hiện tượng mỏi của kim loại Nghiên cứu hiện tượng này rất quan trọng đối với thiết bị quay, thiết bị rung…
*Trường hợp hư hỏng do kim loại bị pháhuyr vì mỏi gây ra lớn hơn nhiều so với hư hỏng do tải trọng tĩnh gây ra
- Gãy mòn và gãy dẻo
* Khi vật liệu bị tác động bởi ứng suất hơn ứng suất đàn hồi thì biến dạng dẻo xảy ra và vật liệu không thể trở về trạng thái ban đầu của nó Sau đó, vết nứt xuất hiện và kim loại bị phá hủy Hiện tượng phá hủy vật liệu được chia ra làm hai loại: gãy mòn và gãy dẻo
Gãy mòn: là hiện tượng vật liệu bị phá hủy do lực bên ngoài tác động khi
không có biến dạng dẻo và không có co thắt tại vị trí gãy Hiện tượng này rất dễ xảy ra đối với vật liệu cứng như gang
Gãy dẻo: là một hiện tượng phá hủy xảy ra sau biến dạng dẻo Hiện tượng này
thường xảy ra với các vật liệu dẻo như thép
5.2 KIỂM TRA BẰNG TỪ TÍNH
5.2.1 Ứng dụng của phương pháp từ tính trong bảo trì
Trang 4Hình 5.1: Vị trí vết nứt đã được phát triển
Các hạt từ tập hợp tại vết nứt
Từ tính là tính chất của một vài kim loại, chủ yếu là sắt, thép và các hợp kim của chúng Các vật liệu này có khả năng hút hoặc đẩy các mảnh sắt thép khác
Trong mẫu kiểm tra đã được từ hóa, nếu có vết nứt hoặc khuyết tật trên bền
mặt hay dưới bề mặt thì những đươcf từ thông sẽ bị biến dạng và xuất hiện sự rò rỉ
từ thông Nhờ tính chất này của các từ thông mà các phương pháp kiểm tra bằng hạt từ được áp dụng rộng rãi trong các công tác bảo trì Phương pháp này được sử dụng để phát hiện các vết nứt hoặc các khuyết tật ở trên bề mặt hay gần bề mặt của các chi tiết khác như: sắt, thép và cả những mối hàn Độ nhạy của phương pháp này rất cao, có thể phát hiện được các vết nứt nhỏ ở bề mặt Kích thức nhỏ nhất của các vết nứt có thể phát hiện là: dài 1mm và sâu 0,025mm
Phương pháp từ tính được áp dụng để kiểm tra các chi tiết được làm bằng vật liệu có khả năng từ hóa như: cần trục, cơ cấu nang dạng tấm, búa, đục pit tông, thanh giằng, chân cánh quạt trong các tuabin hơi…
5.2.2 Các yêu cầu và trình tự cơ bản để kiểm tra
1 Các yêu cầu cơ bản khi tiến hành kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp hạt
từ là:
- Những chi tiết hay mẫu cần kiểm tra phải có khả năng từ hóa
- Bề mặt cần kiểm tra cần phải được làm sạch
- Cường độ từ trường phải thích hợp
Trang 5- Những chi tiết sau khi kiểm tra cần phải được khử từ.
2 Qui trình kiểm tra gồm các bước sau đây:
- Làm sạch bề mặt cần kiểm tra
- Quyết định có nên sử dụng mực hay không
- Sơn lên bề mặt chi tiết một lớp sơn nền màu trắng neus dùng mực từ không
có huỳnh quang Nếu dùng mực từ có huynhg quang thì không cần màu nền tương phản nhưng cần sử dùng tia cực tím
- Từ hóa nhưnghx chi tiết haymaaux cần kiểm tra
- Quan sát và đánh dấu
- Làm sạch, sau đó quay chi tiết một góc 90o và thử lại
- Quan sát vết nứt và phân tích
- Khử từ
- Lập kế hoạch bảo trì
Ngay sau khi hoàn thành công việc kiểm tra, những chi tiết hay mẫu kiểm tra cần phải được khử từ Đối với một số chi tiết được đem đi gia công sau khi kiểm tra, nếu không được khử từ thì các kim loại sẽ tập trung lại và phá hủy dụng cụ cắt cũng như bề mặt của chi tiết
5.3 KIỂM TRA BẰNG CHẤT THẤM MÀU
Nguyên lý của phương pháp kiểm tra này là cho chất thấm màu xâm nhập vào các vết nứt trên bề mặt của chi tiết Sau đó, phun chất tạo màu lên chi tiết kiểm tra
và các vết nứt sẽ hiện ra dưới màu tương ứng
5.3.1 Sử dụng dầu và bột phấn
Dầu nóng và phấn thường được dùng để kiểm tra sơ bộ các sản phẩm đúc Chi tiết kiểm tra được nhúng vào dung dịch dầu nóng khoảng 10 – 15 phútddeer dầu thấm vào các khe nứt hay những lỗ xốp của bề mặt cần kiểm tra Sau đó các bề mặt phải được lau chùi sạch sẽ băbgf bột giặt hay mạt cưa trước khi phủ nên một màng phấn Dầu thấm trong khe nứt sẽ bănts đầu với màng phấn làm hiện ra vết nứt
Nhược điểm của phương pháp này là không phát hiện được các vết nứt nhỏ nên chỉ dùng để kiểm tra phôi hay các chi tiết không quan trọng
Trang 6Hình 5.2: Bôi chất thấm lên bề mặt chi tiết
5.3.2 Sử dụng các chất thấm màu
Chất thấm dạng thuốc nhuộm màu đỏ được các nhà sản xuất cung cấp dưới dạng hộp Mỗi hộp có bốn lọ gồm: thuốc tẩy gỉ, chất thấm, thuốc tẩy thấm và chất tạo màu Để kiểm tra vết nứt bằng chất màu cần thực hiện theo trình tự sau:
Vệ sinh bề mặt: bề mặt kiểm tra phải được tẩy rửa sạch, phải đảm bảo đã
loại bỏ hoàn toàn các chất dầu, mỡ và các chất gỉ sét Trước khi bôi chất thấm, cần phải xịt chất tẩy gỉ lên bề mặt các chi tiết, sau đó chùi bằng vải sạch cho đến khi bề mặt hoàn toàn sạch và khô
Bôi trơn chất thấm: sau khi lau sạch, người ta xịt chất thấm khắp bề mặt, để
yên khoảng 15 đến 30 phút chất thấm đivaof các khe nứt Chú ý răng: nhiệt độ của
bề mặt chi tiết kiêm tra phải thấp nếu không chát thấm sẽ khô ngay và việc kiểm tra
sẽ không thành công
Làm sạch chất thấm dư: phun thuốc tẩy chất thấm lên bề mặt, sau đó chùi
bằng vải khô, phải chùi thật nhiều lần đến khi không còn chất bẩn trên tấm vải
Bôi chất tạo màu chất thấm: Đến lúc này, người ta phun một lớp rất mỏng
chất cầm màu lên bề mặt của chi tiết Khoảng 15 phút sau, hình dạng nứt, rỗ bề mặt
sẽ hiện ra màu đỏ
Trang 7Hình 5.3: Vết nứt được phát hiện
5.3.3 Sử dụng chất thấm phát quang
Khi sử dụng các chất phát quang thì sự tương phản giữa các khuyết tật và vật liệu nên cần kiêm tra được thể hiện rõ nét hơn Để sử dụng chất thấm phát quang thì bề mặt chi tiết cần kiểm tra phải được làm sạch bằng clo –êtylen Trong ngành hàng không, chất thấm phát quang thường được sử dụng để kiêm tra các chi tiết vì
đa số chi tiết trong ngành này được chế tạo từ các vật liệu không có từ tính Phương pháp này được dùng để kiểm tra các chi tiết như: thanh truyền, cánh tuabin, van, sản phẩm đúc, các mối hàn…
Ưu điểm của phương pháp:
- Có thể kiểm tra ngay tại chỗ
- Có thể kiểm tra các vết nứt đo mỏi có thể được phát hiện mà không cần tháo rời các bộ phận cần kiểm tra
- Không cần sử dụng chất tạo màu
Các chất thấm thường là những chất độc, dễ cháy và dễ bay hơi nên phải có những qui định chặt chẽ khi bảo quản và sử dụng chất thấm
5.4 KIỂM TRA BẰNG DÒNG EDDY
Kiểm tra bằng dòng Eddy ngày càng được phổ biến trong công nghiệp vì khả nang đáp ứng nhanh và nhạy Phương pháp này được dùng để kieme tra các khuyết
Trang 8Hình 5.4: Nguyên lý máy đo dòng Eddy
tật của các chi tiết dạng ống, dạng tấm và những chi tiết quay ở tốc độ cao Sau đây
là ưu nhược điểm của phương pháp này:
Ưu điểm:
- Có thời gian đáp ứng nhanh
- Có độ nhạy cao
- Thích nghi với các quá trình tự động hóa
- Tương thích với máy tính
- Không cần tiếp xúc với mẫu kiêm tra
- Gọn nhẹ
- Nhược điểm:
- Chỉ áp dụng với các vật liệu dẫn điện
- Không đáp ứng tốt với các bề mặt gồ ghề
- Có kết quả kiểm tra thay đổi theo khả năng lọc nhiều của ngươì thực hiện
- Bị giới hạn bởi diện tích bề mặt kiểm tra
5.4.1 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra bằng dòng điện Eddy dựa trên nguyên lý cảm ứng từ
Trang 9Hình 5.5: Khuyết tật được phát hiện
Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây kích thích của máy kiểm tra làm phát sinh một từ trường cảm ứng Từ trường này sẽ tạo ra dòng điện trong bất kỳ khối vật liệu dẫn điện nào đặt cạnh nó Dòng điện này được gọi là dòng Eddy
Khi gắn cuộn dây lên mẫu kiểm tra, sẽ có dòng điện Eddy phát sinh trong mẫu Cường độ dòng điện Eddy khác nhau tương ứng với mỗi loại vật liệu khác nhau Trong quá trình di chuyển đầu dò trên bề mặt của vật cần kiêm tra, nếu có vết nứt hay một khuyết tật nào đó thì cường độ dòng Eddy sẽ giảm và tỷ lệ với chiều sâu của vết nứt Sự thay đổi này giúp xác định vị trí của các vết nứt hay khuyết tật
Phương pháp dùng dòng Eddy thường được sử dụng trong bảo trì máy bay, ngành năng lượng hạt nhân và một số ngành công nghiệp khác
Kỹ thuật này có thể được dùng cho cả vật liệu sắt từ lẫn không sắt từ, nhưng đối với mỗi loại vật liệu khác nhau, cần dùng nhưng đầu dò khác nhau Khi kiêm ttra một loại vật liệu mới nên hiệu chỉnh dụng cụ
Ngoài ra, phương pháp dùng dòng điệ n Eddy còn sử dụng để phát hiện những khuyết tật của vật liêuj trên các chi tiết dạng hình ống Bộ chuyển đổi dịch chuyển trong ống sẽ chỉ ra khuyết tật của vật liệu, nếu có
5.4.2 Kiểm tra đường ống
Phương pháp dùng dòng điện Eddy được sử dụng một cách hiệu quả để kiểm tra các đường ống , các máy trao đổi nhiệt hay tụ điện của một bôbin Ngoài ưu
Trang 10điểm về thiết bị đơn giản hơn so với các thiết bị khác trong cùng một hoạt động kiêm tra, phương pháp này còn được đặc biệt ưa chuộng do không đòi hỏi nhiều về tính an toàn trong khi thực hiện như trường hợp của tia γ hay tia X Kiểm tra bằng dòng Eddy cũng không cần chuẩn bị bề mặt ngoài chu đáo như làm sạch, tẩy sơn hay mài láng giống như trường hợp kiểm tra bằng chất thấm màu