Kĩ thuật kiểm tra siêu âm

Viện năng lượng nguyên tử việt nam Công ty ứng dụng và phát triển công nghệ – NEAD Tài liệu hướng dẫn Kỹ thuật kiểm tra siêu âm Level II Những nguyên lý cơ bản của kiểm tra không phá huỷ (NDT) Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing – VT) ..................................................... 2 1.1.4. Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (PT) .............................................................. 3 1.1.5. Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT) ........................................................................... 5 1.1.6. Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (ET) ............................................................. 8 1.1.7. Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (RT) ......................................................... 10 1.1.7.1. An toàn bức xạ cho nhân viên và bảo vệ chống bức xạ ................................................. 11 1.1.8. Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (UT) ..........

Công ty ứng dụng và phát triển công nghệ – NEAD

_ * * * _ * * * _ * * * _

Tài liệu hướng dẫn

Kỹ thuật kiểm tra siêu âm

Level II

Hà Nội - 2006

Chương I Kiến thức tổng quát

1.1 Những nguyên lý cơ bản của kiểm tra không phá huỷ (NDT) 1

1.1.1 Định nghĩa và tầm quan trọng của NDT 1

1.1.1.1 Định nghĩa và bản chất của NDT 1

1.1.1.2 Tầm quan trọng của NDT 1

1.1.2 Các phương pháp NDT 2

1.1.3 Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing – VT) 2

1.1.4 Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (PT) 3

1.1.5 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT) 5

1.1.6 Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (ET) 8

1.1.7 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (RT) 10

1.1.7.1 An toàn bức xạ cho nhân viên và bảo vệ chống bức xạ 11

1.1.8 Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (UT) 15

1.1.9 So sánh các phương pháp NDT khác nhau 17

1.2 Các quá trình gia công và các khuyết tật liên quan 19

1.2.1 Công nghệ đúc và rèn dập – các dạng bất liên tục 19

1.2.2 Phương pháp hàn và các loại khuyết tật liê n quan 29

1.3 Chất lượng và tiêu chuẩn hoá 50

1.3.1 Sự cần thiết của việc kiểm tra và đảm bảo chất lượng 50

1.3.2 Những định nghĩa cơ bản liên quan đến chất lượng và tiêu chuẩn hoá 51

1.3.2.1 Chất lượng 51

1.3.2.2 Kiểm soát chất lượng 52

1.3.2.3 Việc đảm bảo chất lượng 52

1.3.2.4 Quá trình khảo sát và thử nghiệm 53

1.3.2.5 Quá trình thanh tra 53

1.3.2.6 Quá trình tiêu chuẩn hoá 53

1.3.2.7 Hướng dẫn và kiến nghị thực hành 54

1.3.2.8 Các tiêu chuẩn 54

1.3.2.9 Quy phạm và các đặc điểm kỹ thuật 54

1.3.2.10.Quy trình kiểm tra 54

1.2.3.11.Kỹ thuật kiểm tra 54

9.1.7 Siêu âm Laser 16

9.1.8 Kỹ thuật âm điện tử 17

9.1.9 Chụp ảnh cắt lớp bằng siêu âm 20

9.1.10 Những ký thuật tổng hợp đặc biệt 23

9.2 Các kỹ thuật kiểm tra tự động và bán tự động 23

9.2.1 Các vấn đề cần thiết và tầm quan trọng 23

9.2.2 Các thành phần của một hệ thống kiểm tra siêu âm tự động 24

9.2.3 Hình dạng thiết kế và các chức năng của những thiết bị khác nhau 24

9.2.3.1 Các hệ thống điều khiển cho vật thể kiểm tra 24

9.2.3.2 Các đầu dò cho hệ thống kiểm tra tự động 24

9.2.3.3 Cung cấp chất tiếp âm tự động 27

9.2.3.4 Chuẩn định thiết bị kiểm tra tự động 27

9.2.3.5 Xử lý số liệu tự động 28

9.2.3.6 Điều chỉnh đầu ra và điều khiển 28

9.2.4 Một số ví dụ về quá trình kiểm tra siêu âm tự động trong công nghiệp 28

9.2.4.1 Kiểm tra đường ray và bánh xe lửa 28

9.2.4.2 Kiểm tra tấm và các tấm đệm 29

9.2.4.3 Kiểm tra ống và dạng ống 30

9.2.4.4 Kiểm tra rotor 31

9.2.4.5 Thực hiện kiểm tra tự động bình áp lực cho lò phản ứng hạt nhân 31

9.2.4.6 Các ứng dụng tổng hợp 33

9.3 Các kỹ thuật đặc biệt cho quá trình xử lý số liệu 33

9.3.1 Giới thiệu 33

9.3.2 Truyền và ghi nhận tín hiệu 34

9.3.3 Quá trình xử lý dố liệu (tín hiệu) 35

9.3.4 Số hoá dữ liệu 38

9.3.5 Biểu diễn số liệu và ghi nhận 39

9.3.6 Một số các hệ thống xử lý số liệu 43

_ *** _ *** _ *** _

1.3.2.13.Các số liệu ghi nhận 55

1.3.3 Trách nhiệm về chất lượng 55

1.3.3.1 Phòng thanh tra và thử nghiệm 55

1.3.3.2 Phòng kiểm tra chất lượng 55

Chương II Thuật ngữ, các nguyên lý vật lý và cơ sở của siêu âm 2.1 Bản chất của sóng siêu âm 57

2.1.1 Định nghĩa siêu âm 57

2.1.2 Ưu điểm của việc lựa chọn dải tần số siêu âm với âm thanh (nghe được) 57

2.1.3 Bản chất của các sóng âm 58

2.2 Đặc trưng của quá trình truyền sóng 60

2.2.1 Tần số 60

2.2.2 Biên độ 61

2.2.3 Bước sóng 61

2.2.4 Vận tốc 62

2.2.5 Âm trở 62

2.2.6 Âm áp 62

2.2.7 Âm năng 62

2.2.8 Cường độ âm 63

2.2.8.1 Thang đo theo decibel (dB) 64

2.3 Các loại sóng siêu âm và ứng dụng 64

2.3.1 Sóng dọc/ sóng nén 65

2.3.2 Sóng ngang/ sóng trượt 65

2.3.3 Sóng mặt/ sóng Rayleigh 66

2.3.4 Sóng lamb/ sóng bản mỏng 67

2.3.5 Vận tốc của các loại sóng âm 68

2.4 Biểu hiện của sóng siêu âm 69

2.4.1 Quá trình phản xạ và truyền qua khi sóng tới thẳng góc 69

2.4.1.1 Cường độ phản xạ và truyền qua 69

2.4.1.1 Âm áp phản xạ và truyền qua 71

2.4.2 Quá trình phản xạ và truyền qua khi sóng tới xiên góc 74

2.4.2.1 Sự khúc xạ và sự chuyển đổi dạng sóng 74

2.4.2.2 Định luật Snell 74

2.5 Quá trình truyền năng lượng giữa các môi trường 79

2.5.1 Quá trình phát sóng siêu âm 79

2.5.2 Quá trình mất năng lượng ở các môi trường khác nhau 79

2.6 Hiệu ứng áp điện và từ giảo trên các tinh thể 80

2.6.1 Hiệu ứng áp điện 80

2.6.2 Các loại biến tử áp điện 81

2.6.2.1 Biến tử tinh thể áp điện 81

2.6.2.2 Biến tử gốm phân cực 83

2.6.2.3 So sánh các biến tử áp điện 85

2.6.3 Hiệu ứng từ giảo và các biến tử 86

2.7 Những đặc tính của chùm tia siêu âm 87

2.7.1 Chùm tia siêu âm 87

2.7.1.1 Trường gần 89

2.7.1.2 Tính toán chiều dài trường gần 89

2.7.1.3 Trường xa 90

2.7.2 Độ phân kỳ của trường hoặc độ mở rộng của chùm tia 90

2.7.3 ảnh hưởng của vận tốc âm và kích thước biến tử 91

2.8 Sự suy giảm của chùm siêu âm 93

2.8.1 Nguyên nhân và kết quả 93

2.8.1.1 Sự tán xạ của sóng siêu âm 93

2.8.1.2 Sự hấp thụ sóng âm 94

2.8.1.3 Sự suy giảm do quá trình tiếp xúc và sự thô nhám của bề mặt 94

2.8.1.4 Sự khúc xạ 95

2.8.1.5 ảnh hưởng tổng cộng của sự suy giảm 95

2.8.2 Những nguyên lý đo độ suy giảm 97

Chương III Các kỹ thuật kiểm tra và những giới hạn 3.1 Cơ sở của phương pháp kiểm tra siêu âm 101

3.1.1 Phương pháp truyền qua 101

3.1.2 Phương pháp xung phản hồi 102

3.1.3 Phương pháp cộng hưởng 106

3.1.4 Các phương pháp tự động và bán tự động 106

3.2.1.1 Đầu dò thẳng đơn tinh thể 114

3.2.1.2 Các đầu dò thẳng hội tụ đơn tinh thể 114

3.2.1.3 Đầu dò thẳng tinh thể kép 115

3.2.1.4 Đầu dò thẳng loại nhúng 118

3.2.2 Các loại đầu dò góc (đầu dò xiên) 119

3.2.3 Các loại đầu dò đặc biệt 120

3.2.3.1 Sự cần thiết của các đầu dò đặc biệt 120

3.2.3.2 Một số loại đầu dò đặc biệt 121

3.3 Các kỹ thuật kiểm tra siêu âm 125

3.3.1 Kỹ thuật Tandem 125

3.3.2 Kỹ thuật đầu dò hội tụ 126

3.3.3 Kỹ thuật đầu dò kép (đầu dò tinh thể kép) 127

3.3.4 Các kỹ thuật đầu dò sóng mặt 128

3.3.5 Kỹ thuật kiểm tra nhúng 130

Chương IV Thiết bị siêu âm và những phụ kiện 4.1 Cấu tạo và hoạt động của máy dò khuyết tật bằng siêu âm 133

4.1.1 Chức năng của bộ phận điện tử trong một thiết bị siêu âm điển hình 134

4.1.1.1 ống tia âm cực 134

4.1.1.2 Bộ tạo thời gian quét cơ bản 135

4.1.1.3 Bộ phát sóng 137

4.1.1.4 Bộ thu sóng 138

4.1.1.5 Mạch đồng hồ/ Mạch định thời gian 139

4.1.1.6 Các cổng kiểm tra và mạch kiểm soát tín hiệu 139

4.1.2 Các loại thiết bị kiểm tra siêu âm 139

4.1.2.1 Thiết bị xách tay 139

4.1.2.2 Thiết bị phòng thí nghiệm 140

4.1.2.3 Thiết bị kỹ thuật số 140

4.1.2.4 Thiết bị đo bề dày kỹ thuật số 142

4.1.2.5 Thiết bị đo bề dày biểu diễn dạng quét A 143

4.1.2.6 Thiết bị tự động hoá 143

4.2 Các đặc trưng của thiết bị và hệ thống điều khiển 144

4.2.1.2 Tần số đáp ứng 145

4.2.2 Tương quan giữa khả năng phân giải và tần số, năng lượng truyền và độ suy giảm 145

4.2.3 Độ tuyến tính 146

4.2.4 Sự bão hoà khuyếch đại 146

4.3 Biểu diễn tín hiệu 147

4.3.1 Biên độ xung phản hồi và quá trình điều chỉnh 147

4.3.2 Các cách biểu diễn tín hiệu 148

4.3.2.1 Cách biểu diễn dạng quét A 148

4.3.2.2 Cách biểu diễn dạng quét B 149

4.3.2.3 Cách biểu diễn dạng quét C 150

4.3.3 Tương quan giữa các tín hiệu kỹ thuật số (digital) và tương tự (analog) 151

4.4 Các thiết bị ghi nhận 152

4.4.1 Màn hình tự động 152

4.4.2 Quá trình kết nối máy tính 152

4.4.3 Thiết bị tự ghi, máy đánh dấu màu 153

4.4.3.1 Thiết bị tự ghi 153

Chương V Chuẩn định hệ thống kiểm tra 5.1 Mục đích của việc chuẩn định 155

5.2 Các mẫu kiểm tra 155

5.2.1 Các mẫu chuẩn và mẫu so sánh 155

5.2.2 Mẫu chuẩn I.I.W (V1) 155

5.2.3 Mẫu chuẩn V2 157

5.2.4 Mẫu chuẩn so sánh (đối chứng) ASME 157

5.2.5 Các mẫu chuẩn biên độ - diện tích 158

5.2.6 Mẫu chuẩn biên độ - khoảng cách 160

5.2.7 Các mẫu chuẩn ASTM 161

5.3 Các đặc trưng của thiết bị 162

5.3.1 Độ tuyến tính ngang (đường thời gian quét) 162

5.3.2 Độ tuyến tính đứng (độ tuyến tính của biên độ) 162

5.3.3 Độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ (điều khiển hệ số khuyếch đại) 163

5.3.4 Độ phân giải của máy dò khuyết tật 163

5.3.6.1 Đầu dò thẳng 165

5.3.6.2 Đầu dò góc 166

5.4 Chuẩn định với đầu dò thẳng 167

5.4.1 Chuẩn thời gian quét 167

5.4.1.1 Dùng mẫu chuẩn V1 167

5.4.1.2 Dùng mẫu chuẩn V2 168

5.5 Chuẩn định với đầu dò góc 169

5.5.1 Chuẩn định dải kiểm tra 169

5.5.1.1 Dùng mẫu chuẩn V1 169

5.5.1.2 Dùng mẫu chuẩn V2 171

5.5.2 Xác định điểm ra của đầu dò 172

5.5.2.1 Dùng mẫu chuẩn V1 172

5.5.2.2 Dùng mẫu chuẩn V2 172

5.5.3 Xác định và kiểm tra góc phát của đầu dò 173

5.5.3.1 Dùng mẫu chuẩn V1 173

5.5.3.2 Dùng mẫu chuẩn V2 173

5.6 Chuẩn định với các mẫu có bề mặt cong 174

5.6.1 Độ nhạy 174

5.6.2 Hiệu chỉnh khoảng cách bước quét và độ dài quãng đường truyền chùm tia siêu âm 174

5.7 Xây dựng đường cong bổ chính biên độ khoảng cách khi sử dụng các mẫu đối chứng 176 5.8 Phương pháp giản đồ DGS 178

5.9 Chất tiếp âm 181

Chương VI Các ứng dụng đặc trưng 6.1 Các phương pháp kiểm tra 183

6.1.1 Kiểm tra siêu âm các mẫu đúc 183

6.1.1.1 Các khuyết tật co ngót 184

6.1.1.2 Các khuyết tật liên quan tới sự cản co trong quá trình kết tinh 187

6.1.1.3 Những khuyết tật do bẫy nhốt khí 187

6.1.2 Kiểm tra siêu âm các mối hàn 188

6.1.2.1 Các loại mối hàn nối 189

6.1.2.2 Quy trình chung để kiểm tra mối hàn bằng siêu âm 191

6.1.2.4 Kiểm tra thân mối hàn chữ V đơn không có đệm lót 200

6.1.2.5 Kiểm tra mối hàn nối chữ V đơn có đệm lót hoặc có nệm chèn ở đáy 203

6.1.2.6 Kiểm tra các mối hàn chữ X 205

6.1.2.7 Kiểm tra các mối hàn chữ T 206

6.1.2.8 Kiểm tra các mối hàn ống nhánh 207

6.1.2.9 Kiểm tra các mối hàn vảy cứng và hàn dán 208

6.1.3 Kiểm tra siêu âm những chi tiết và những thiết bị 210

6.1.3.1 Kiểm tra siêu âm trong ngành công nghiệp ôtô 210

6.1.3.2 Kiểm tra siêu âm trong ngành công nghiệp hàng không 210

6.1.3.3 Kiểm tra siêu âm các vật cán 212

6.1.4 Kiểm tra siêu âm các vật liệu Austenitic 218

6.1.5 Kiểm tra siêu âm các vật rèn 219

6.1.5.1 Các sản phẩm dạng thanh 220

6.1.5.2 Các sản phẩm dạng thanh dài 222

6.1.5.3 Dùng kỹ thuật nhúng cho các vật liệu dạng thỏi hoặc thanh dài 224

6.1.5.4 Kiểm tra vật rèn hỗn hợp 226

Chương VII Tiêu chuẩn về siêu âm 7.1 Các quy phạm, tiêu chuẩn, yêu cầu kỹ thuật liên quan đến kiểm tra siêu âm 227

7.1.1 Các tổ chức tiêu chuẩn hoá 227

7.1.2 Các loại tiêu chuẩn 228

7.1.2.1 Tiêu chuẩn về thuật ngữ 228

7.1.2.2 Tiêu chuẩn về thiết bị 228

7.1.2.3 Tiêu chuẩn về phương pháp kiểm tra 229

7.1.2.4 Tiêu chuẩn giảng dạy, huấn luyện và cấp chứng chỉ cho các nhân viên NDT 229

7.1.2.5 Tiêu chuẩn chấp nhận và loại bỏ 230

7.1.2.6 Tiêu chuẩn chứng nhận các phòng thí nghiệm 230

7.1.3 Quy phạm ASME về nồi hơi và bình áp lực 231

7.1.3.1 Quá trình xây dựng và đặc điểm 231

7.1.3.2 Nội dung quy phạm ASME 231

7.1.3.3 Quy phạm ASME về nồi hơi và bình áp lực chương V (1995) 232

7.1.4 So sánh các tiêu chuẩn kiểm tra siêu âm 234

7.1.4.3 Độ nhạy (Mức chuẩn đánh giá) 235

7.1.4.4 Kiểm tra sơ bộ (độ nhạy quét) 236

7.1.4.5 Độ nhạy được quy định cho mức tiêu chuẩn chấp nhận (Độ nhạy đánh giá) 236

7.1.4.6 Xây dựng đường cong DAC 236

7.1.5.7 Chất tiếp âm 237

7.1.4.8 Kiểm tra kim loại cơ bản 237

7.1.4.9 Hình dạng và kích thước của biến tử 238

7.1.4.10 Tần số của biến tử 238

7.1.4.11 Đầu dò góc 238

7.1.4.12 Khoảng cách truyền chùm sóng âm 239

7.1.4.13 Độ phân giải của đầu dò góc 239

7.1.4.14 Độ phân giải của đầu dò thẳng 240

7.1.4.15 Vùng chết 240

7.1.4.16 Độ nhạy cực đại 240

7.1.4.17 Các đặc trưng của thiết bị 241

7.2 Các quá trình kiểm tra 245

7.2.1 Lựa chọn thiết bị 246

7.2.2 Vị trí và hướng quét 247

7.2.3 Quá trình chuẩn định 247

7.3 Một số tiêu chuẩn kiểm tra siêu âm 250

7.3.1 Hiệp hội cơ khí Hoa Kỳ (ASME) 250

7.3.2 Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ 251

Chương VIII Ghi nhận và đánh giá kết quả 8.1 Tầm quan trọng và sự cần thiết trong việc phát hiện khuyết tật và đánh giá chính xác kết quả 255

8.2 Khả năng ghi nhận khuyết tật 256

8.3 Những số liệu được ghi nhận 257

8.4 Các đặc trưng của khuyết tật, theo điều 4, ASME Section V 258

8.4.1 Xác định khuyết tật 258

8.4.2 Các phương pháp xác định kích thước khuyết tật 259

8.4.2.1 Phương pháp giảm 6dB 259

8.4.2.4 Phương pháp dùng giản đồ DGS 269

8.5 Xác định bản chất của khuyết tật 272

8.5.1 Rỗ bọt đơn 273

8.5.2 Rỗ bọt khí 273

8.5.3 Ngậm xỉ 273

8.5.4 Các khuyết tật dạng mặt phẳng 274

8.5.5 Các vấn đề liên quan khác 275

8.6 Đánh giá các bất liên tục theo những yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn và quy phạm 275

8.6.1 Tiêu chuẩn cho phép của ASME Section XI cho các bình áp lực trong lò phản ứng hạt nhân 276

8.6.1.1 Mô tả đặc điểm của khuyết tật 277

8.6.1.2 Những khuyết tật bề mặt dạng mặt phẳng 277

8.6.1.3 Những khuyết tật gần bề mặt dạng mặt phẳng 278

8.6.1.4 Những khuyết tật dạng tách lớp 279

8.6.1.5 Tiêu chuẩn cho phép 279

8.6.2 Tiêu chuẩn đánh giá mối hàn theo ASME Section VIII 279

8.6.2.1 Tiêu chuẩn chấp nhận cho mối hàn 279

8.6.2.2 Báo cáo kết quả kiểm tra 280

8.6.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mối hàn của Hội hàn Hoa Kỳ AWS D1.1 281

8.6.4 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mối hàn của API – 1104 (1994) 284

8.6.4.1 Những chỉ thị dạng thường trong các mối hàn 284

8.6.4.2 Những bất liên tục trong ống và các khớp nối ống (kim loại cơ bản) 284

8.7 Ghi nhận và báo cáo kết quả kiểm tra 284

8.7.1 Biên bản báo cáo kết quả kiển tra 284

8.7.2 Những phương pháp ghi nhận khác nhau 286

Chương IX Những kỹ thuật đặc biệt 9.1 Những vấn đề trong quá trình kiểm tra đặc biệt và những kỹ thuật được sử dụng để giải quyết chúng 1

9.1.1 Quá trình kiểm tra dùng không khí làm chất tiếp âm 1

9.1.2 Kỹ thuật chụp ảnh âm giao thoa 3

9.1.3 Kỹ thuật soi ảnh bằng kính hiển vi siêu âm 4

9.1.4 Phát hiện nứt do ứng suất – rỉ mòn giữa các hạt tinh thể 8

CHƯƠNG 1 1

CHƯƠNG 1 KIẾN THỨC TỔNG QUÁT NDT

1.1 NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY (NDT) :

1.1.1 Định nghĩa và tầm quan trọng của NDT:

1.1.1.1 Định nghĩa và bản chất của NDT:

Kiểm tra không phá hủy (NDT) là sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc của các vật liệu, các sản phẩm, chi tiết máy mà không làm tổn hại đến khả năng hoạt động sau này của chúng NDT liên quan tới việc phát hiện khuyết tật trong cấu trúc của các sản phẩm được kiểm tra, tuy nhiên tự bản thân NDT không thể dự đoán những nơi nào khuyết tật sẽ hình thành và phát triển Tất cả các phương pháp NDT đều có chung những đặc điểm sau đây :

(i) Sử dụng một môi trường kiểm tra để kiểm tra sản phẩm

(ii) Sự thay đổi trong môi trường kiểm tra chứng tỏ sản phẩm được kiểm tra có khuyết tật

(iii) Là một phương tiện để phát hiện sự thay đổi trong môi trường kiểm tra

(iv) Giải đoán những thay đổi này để nhận được các thông tin về khuyết tật trong sản phẩm kiểm tra

1.1.1.2 Tầm quan trọng của NDT:

Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm NDT cũng được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tạo một sản phẩm

Nó cũng có thể được dùng để kiểm tra/giám sát chất lượng của :

(i) Các phôi dùng trong quá trình chế tạo một sản phẩm

(ii) Các quá trình gia công để chế tạo một sản phẩm

(iii) Các thành phẩm trước khi đưa vào sử dụng

Sử dụng các phương pháp NDT trong các công đoạn của quá trình sản xuất mang lại một số hiệu quả sau :

(i) Làm tăng mức độ an toàn và tin cậy của sản phẩm khi làm việc

(ii) Làm giảm giá thành sản phẩm bằng cách giảm phế liệu và bảo toàn vật liệu, công lao động và năng lượng

(iii) Nó làm tăng danh tiếng cho nhà sản xuất khi được biết đến như là một nhà sản xuất các sản phẩm có chất lượng

Tất cả những yếu tố trên không những làm tăng giá bán của một sản phẩm mà còn tạo thêm những lợi ích về kinh tế cho nhà sản xuất

NDT cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xác định thường xuyên hoặc định kỳ chất lượng của các thiết bị, máy móc và các công trình trong quá trình vận hành Điều này

CHƯƠNG 1 2

không những làm tăng độ an toàn trong quá trình làm việc, mà còn giảm thiểu được bất kỳ những trục trặc nào làm cho thiết bị ngưng hoạt động

1.1.2 Các phương pháp NDT:

Những phương pháp NDT có từ đơn giản đến phức tạp Kiểm tra bằng mắt là phương pháp đơn giản nhất trong tất cả các phương pháp Những bất liên tục trên bề mặt không nhìn thấy được bằng mắt thường có thể phát hiện được bằng phương pháp dùng chất thấm lỏng hoặc phương pháp dùng bột từ Khi cần phát hiện những khuyết tật bề mặt thực sự nghiêm trọng, thường là một điểm nhỏ thì cần tiến hành những phép kiểm tra phức tạp hơn bên trong vật thể bằng phương pháp siêu âm hoặc chụp ảnh bức xạ Những phương pháp NDT được chia thành từng nhóm theo những mục đích sử dụng khác nhau đó là: những phương pháp thông thường và những phương pháp đặc biệt Nhóm đầu tiên gồm có các phương pháp được dùng phổ biến đó là: phương pháp kiểm tra bằng mắt hoặc còn gọi là phương pháp quang học, phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng, phương pháp kiểm tra bằng bột từ, phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy, phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ và phương pháp kiểm tra bằng siêu âm Nhóm thứ hai chỉ được dùng trong những ứng dụng đặc biệt và do đó chúng bị hạn chế trong việc sử dụng Một số phương pháp trong các phương pháp đặc biệt được đề cập ở đây đơn thuần chỉ là để biết thêm, đó là các phương pháp như : chụp ảnh neutron, bức xạ âm, kiểm tra nhiệt và hồng ngoại, đo biến dạng, kỹ thuật vi sóng, kiểm tra rò rỉ, chụp ảnh giao thoa laser (Holography) Nên nhớ rằng không có một phương pháp nào trong số những phương pháp này có thể giúp ta giải quyết được tất cả các vấn đề Những nguyên lý cơ bản, ứng dụng điển hình, những ưu điểm và hạn chế của từng nhóm những phương pháp này sẽ được trình bày tóm tắt dưới đây

1.1.3 Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing-VT):

Phương pháp này thường không được chú ý tới trong danh sách liệt kê các phương pháp NDT, phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy Đối với phương pháp kie åm tra bằng mắt thì bề mặt của vật thể kiểm tra cần phải có đủ độ sáng và tầm nhìn của người kiểm tra phải thích hợp Để thực hiện có hiệu quả nhất phương pháp kiểm tra bằng mắt, cần phải chú ý đến những phẩm chất đặc biệt bởi vì trong phương pháp kiểm tra này cần phải được huấn luyện (kiến thức về sản phẩm và các quá trình gia công, dự đoán điều kiện hoạt động, các tiêu chuẩn chấp nhận, duy trì số liệu đo) và bản thân người kiểm tra cũng cần phải được trang bị một số các thiết bị và dụng cụ Trong thực tế tất cả các khuyết tật được phát hiện bởi những phương pháp NDT khác cuối cùng cũng phải được kiểm chứng lại bởi quá trình kiểm tra bằng mắt Các phương pháp NDT phổ biến như là phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT) và phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (PT) thực ra cũng là những phương pháp có tính khoa học đơn giản để làm nổi bật các chỉ thị nhằm dễ nhìn thấy hơn Các thiết bị cần thiết thì đơn giản (hình 1.1) như : một đèn xách tay, một gương có tay cầm, một kính lúp có tay cầm độ phóng đại 2x hay 4x, một thiết bị khuếch đại ánh sáng có độ phóng đại 5x hoặc 10x Để thực hi ện việc kiểm tra từ phía bên trong vật liệu, cần phải có hệ thống các thấu kính ánh sáng như

CHƯƠNG 1 3

borescope, cho phép kiểm tra được những bề mặt từ xa Những thiết bị tinh vi hơn thuộc loại này sử dụng các sợi quang học cho phép đưa vào các lỗ và khe rất nhỏ Hầu hết các hệ thống này được gắn thêm các máy ảnh cho phép ghi nhận lại các kết quả để giữ lại lâu dài

Các ứng dụng của phương pháp kiểm tra bằng mắt :

(1) Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra

(2) Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt

(3) Kiểm tra hình dạng của chi tiết

(4) Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ

(5) Kiểm tra các khuyết tật bên trong

Hình 1.1 – Những dụng cụ quang học khác nhau hổ trợ trong quá trình kiểm tra bằng mắt

A Gương có tay nắm : có thể là gương phẳng để quan sát bình thường hoặc gương lõm cho độ phóng đại giới hạn

B Kính lúp có tay cầm (có độ phóng đại thường là 2 – 3x)

C Thiết bị khuếch đại ánh sáng; trường nhìn hạn chế hơn D (hệ số phóng đại 5 – 10x)

D Kính kiểm tra, thường gắn một thang đo; mặt trước đặt tiếp xúc với vật thể kiểm tra (độ phóng đại 5 – 10x)

E Borescope hoặc intrascope có nguồn sáng lắp trong (độ phóng đại 2 – 3x)

1.1.4 Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (Liquid penetrant testing-PT):

Đây là một phương pháp được áp dụng để phát hiện những 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 không từ tính Trong phương pháp này, chất thấm lỏng được phun lên bề mặt của sả n phẩm trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm còn dư được loại bỏ khỏi bề mặt Bề mặt sau đó được làm khô và phủ chất hiện lên nó Những chất thấm nằm trong bất liên tục sẽ bị

CHƯƠNG 1 4

chất hiện hấp thụ tạo thành chỉ thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục Toàn bộ quá trình này được minh họa trong hình 1.2

Hình 1.2 – Các giai đoạn khác nhau của quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng

Làm sạch trước khi kiểm tra

Làm sạch các vết bẩn, bụi bám trên bề mặt bằng chất tẩy rữa

Phun chất thấm lỏng lên bề mặt vật liệu cần kiểm tra

Phun chất thấm lỏng lên bề mặt vật liệu cần kiểm tra và giữ yên khoảng 5 đến 10 phút

Làm sạch các chất thấm lỏng dư trên bề mặt bằng chất tẩy rữa

CHƯƠNG 1 5

Các chất thấm lỏng được sử dụng trong phương pháp này là chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được và chất thấm huỳnh quang Quá trình kiểm tra bằng chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được thì được thực hiện dưới ánh sáng trắng bình thường còn quá trình kiểm tra bằng chất thấm huỳnh quang được thực hiện dưới ánh sáng đen (tia cực tím hay tử ngoại) trong điều kiện phòng tối Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch vật thể kiểm tra Các chất thấm có thể: (i) Rửa sạch bằng nước, (ii) nhũ tương hóa được, có nghĩa là : chất nhũ tương được thêm vào chất thấm lỏng dư thừa trên bề mặt vật thể kiểm tra để tạo cho nó có thể rửa sạch bằng nước, (iii) rữa bằng dung môi hoà tan, có nghĩa là: lượng chất thấm lỏng dư thừa được hòa tan trong chất dung môi để tẩy rửa chúng khỏi bề mặt vật thể kiểm tra Để tăng độ nhạy và làm giảm được giá thành, các quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng được liệt kê như sau :

(1) Chất thấm huỳnh quang tiền nhũ tương hóa

(2) Chất thấm huỳnh quang rửa bằng dung môi hoà tan

(3) Chất thấm huỳnh quang rửa được bằng nước

(4) Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được tiền nhũ tương hóa

(5) Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng dung môi hòa tan

(6) Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa được bằng nước

Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng :

(1) Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phù hợp

(2) Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẽ tiền

(3) Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và không gây ra vấn đề rắc rối

(4) 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 :

(1) Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt

(2) Vật liệu được kiểm tra phải không xốp

(3) Quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng khá bẩn

(4) Giá thành kiểm tra tương đối cao

Trong phương pháp này các kết quả không dễ dàng giữ được lâu

1.1.5 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle testing-MT):

Phương pháp kiểm tra bằng bột từ 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 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 Khi những bột từ tính nhỏ được rắc lên bề mặt vật thể kiểm tra thì những cực từ này sẽ hút các bột từ tính để tạo thành chỉ thị nhìn thấy được gần giống như kích thước và hình dạng của khuyết tật Hình 1.3 minh họa những nguyên lý cơ bản của phương pháp này

CHƯƠNG 1 6

Hình 1.3 – Nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng bột từ

Tùy theo những ứng dụng cụ thể mà có những kỹ thuật từ hoá khác nhau Những kỹ thuật này được nhóm thành hai loại sau đây :

a Các kỹ thuật từ hoá trực tiếp bằng dòng điện : kỹ thuật này được thực hiện bằng cách cho một dòng điện chạy qua vật kiểm tra thì sẽ tạo ra một từ trường và từ trường này được dùng để phát hiện các khuyết tật Kỹ thuật này được mô tả trong hình 1.4 (a,b&c)

b Các kỹ thuật từ hoá bằng từ thông : trong những kỹ thuật này từ thông được tạo ra trong vật kiểm tra bằng cách sử dụng một nam châm vĩnh cửu hoặc một dòng điện chạy trong cuộn dây hay một thanh dẫn Những kỹ thuật này được mô tả trong hình 1.4 (d,g)

Những ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng bột từ được liệt kê dưới đây :

(1) Có thể phát hiện được các khuyết tật hở trên bề mặt cũng như các khuyết tật nằm gần bề mặt của vật thể kiểm tra

(2) Có thể được sử dụng mà không cần cạo bỏ các lớp phủ bảo vệ mỏng trên bề mặt vật thể kiểm tra

(3) Không yêu cầu nghiêm ngặt về quá trình làm sạch bề mặt trước khi kiểm tra

(4) Thực hiện nhanh

(5) Cho độ nhạy cao

Khe hở không khí

Dòng điện Vật thể kiểm tra

(a) Từ hoá dọc tiếp xúc hai đầu

(b) Từ hoá xuyên tâm tiếp xúc hai

(c) Từ hoá bằng prod

(e) Từ hoá bằng thanh dẫn trung tâm Từ thông

Dòng điện Dòng điện

Khuyết tật Từ thông

(d) Từ hoá vòng

(f) Từ hoá bằng yoke

(g) Từ hoá bằng dòng điện cảm ứng

Vật thể kiểm tra

Vật thể kiểm tra

Vật thể kiểm tra

Vật thể kiểm tra

Vật thể kiểm tra

Vật thể kiểm tra

CHƯƠNG 1 8

Hình 1.4 - Những phương pháp từ hoá khác nhau sử dụng trong phương pháp kiểm tra

bằng bột từ

Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng bột từ :

(1) Không dùng được cho các vật liệu không nhiễm từ

(2) Chỉ nhạy đối với các khuyết tật có góc nằm trong khoảng từ 450 đến 900 so với hướng của các đường sức từ

(3) Thiết bị được dùng trong phương pháp này đắt tiền hơn

1.1.6 Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (Eddy current testing-ET):

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để phát hiện các khuyết tật bề mặt, phân loại vật liệu, để đo những thành mỏng từ một mặt, để đo lớp mạ mỏng và trong một vài ứng dụng khác để đo độ sâu lớp thấm Phương pháp này chỉ áp dụng được cho những vật liệu dẫn điện Ở đây dòng điện xoáy được tạo ra trong vật thể kiểm tra b ằng cách đưa nó lại gần cuộn cảm có dòng điện xoay chiều

Hình 1.5(a) – Quá trình tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra

Vết nứt nhỏ

Đường đi của dòng điện xoáy

Đường đi của dòng điện

xoáy

Trường điện từ thứ cấp được tạo ra bởi dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra

Trường điện từ thứ cấp có chiều ngược với trường điện từ sơ cấp

CHƯƠNG 1 9

(b)

Hình 1.5(b) – Dòng điện xoáy bị méo bởi khuyết tật

Từ trường xoay chiều của cuộn cảm bị thay đổi do từ trường của dòng điện xoáy Sự thay đổi này phụ thuộc vào điều kiện của phần chi tiết nằm gần cuộn cảm, nó được biểu hiện như một điện kế hoặc sự hiện diện của ống phóng tia âm cực Hình 1.5 trình bày những nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy

Có ba loại đầu dò (hình 1.6) được sử dụng trong phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy Những đầu dò đặt bên trong thường được dùng để kiểm tra các ống trao đổi nhiệt Những đầu dò bao quanh được dùng phổ biến để kiểm tra các thanh và ống trong quá trình chế tạo Việc sử dụng những đầu dò bề mặt để xác định vị trí vết nứt, phân loại vật liệu, đo bề dày thành và bề dày lớp mạ, và đo độ sâu lớp thấm

Mẫu

Cuộn dây

Dẫn đến thiết bị

Dẫn đến thiết bị

CHƯƠNG 1 10

Hình 1.6 – Các loại đầu dò được dùng trong phương pháp kiểm tra bằng do øng điện

xoáy

Phương pháp này được dùng để :

(1) Phát hiện các khuyết tật trong các vật liệu ống

(2) Phân loại vật liệu

(3) Đo bề dày của thành mỏng chỉ từ một phía

(4) Đo bề dày lớp mạ mỏng

(5) Đo độ sâu của lớp thấm

Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy:

(1) Cho đáp ứng tức thời

(2) Dễ tự động hóa

(3) Phương pháp này đa năng

(4) Không cần tiếp xúc trực tiếp giữa đầu dò và vật thể kiểm tra

(5) Thiết bị được chế tạo dễ di chuyển

Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy :

(1) Người thực hiện cần phải có nhiều kinh nghiệm

(2) Chỉ dùng được cho các vật liệu dẫn điện

(3) Bị giới hạn về khả năng xuyên sâu

(4) Khó áp dụng trên những vật liệu sắt từ

1.1.7 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiographic testing-RT) :

Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau Một phim chụp ảnh bức xạ thích hợp được đặt phía sau vật cần kiểm tra (hình 1.7) và được chiếu bởi một chùm tia X hoặc tia  đi qua nó Cường độ của chùm tia X hoặc tia  khi đi qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bóng, được biết đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm Sau đó phim được giải đoán để có được những thông tin về khuyết tật bên trong sản phẩm Phương pháp này được dùng rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩm như vật rèn, đúc và hàn

Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ là :

(1) Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra những vật liệu có diện tích lớn chỉ trong một lần

(2) Phương pháp này hữu hiệu đối với tất cả các vật liệu

(3) Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra sự sai hỏng bên trong cấu trúc vật liệu, sự lắp ráp sai các chi tiết, sự lệch hàng

(4) Nó cho kết quả kiểm tra lưu trữ được lâu

(5) Có các thiết bị để kiểm tra chất lượng phim chụp bức xạ

(6) Quá trình giải đoán phim được thực hiện trong những điều kiện rất tiện nghi

CHƯƠNG 1 11

Những hạn chế của phương pháp này là :

(1) Chùm bức xạ tia X hoặc tia  gây nguy hiểm cho sức khỏe con người

(2) Phương pháp này không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng một cách dễ dàng

(3) Cần phải tiếp xúc được cả hai mặt của vật thể kiểm tra

(4) Bị giới hạn về bề dày kiểm tra

(5) Có một số vị trí trong một số chi tiết không thể chụp được do cấu tạo hình học (6) Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra

(7) Phương pháp này đắt tiền

(8) Phương pháp này không dễ tự động hóa

(9) Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều kinh nghiệm trong việc giải đoán ảnh chụp trên phim

Hình 1.7 – Cách bố trí cho phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ

1.1.7.1 An toàn bức xạ cho nhân viên và bảo vệ chống bức xạ :

Bức xạ hạt nhân làm tổn hại đến các tế bào sống Sự hủy diệt các tế bào mà bức xạ gây

ra càng trở nên nguy hiểm hơnï khi các giác quan của con người không có khả năng nhận biết được ngay cả những liều bức xạ gây nên chết người Liều bức xạ hấp thụ bởi cơ thể con người được biểu diễn bằng đơn vị miliSilvert - mSv (1mSv = 100 rem =1 J/kg) liều này có tính đến các hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ khác nhau như : các hạt , các tia , tia X và neutrons.v.v… Tác động đầu tiên của quá trình chiếu xạ làõ hủy diệt các tế bào mà chúng là thành phần chủ yếu của cơ thể sống Những hiệu ứng của bức xạ có

Điểm hội tụ

Màn chắn chuẩn trực Anode

Vật thể kiểm tra Khuyết tật

Phim tia X

CHƯƠNG 1 12

thể xảy ra là các loại hiệu ứng tất nhiên, ngẫu nhiên, sớm hay muộn, loại di truyền hay xô-ma

Những hiệu ứng xô-ma phụ thuộc vào ba yếu tố chính sau đây :

(a) tố đầu tiên là suất liều chiếu Các tế bào bắt đầu bị tổn thương ngay sau khi bị

chiếu xạ Cơ thể sẽ không bị tổn thương và không bị thay đổi bệnh lý khi sự chiếu

xạ xảy ra riêng lẻ không liên tục Tuy nhiên, cùng một lượng bức xạ như trên mà chiếu đồng thời trong một lần sẽ tạo ra nhiều phản ứng xấu trong cơ thể

(b) Yếu tố thứ hai là phạm vi và phần bị chiếu xạ của cơ thể Chúng ta biết rằng có những tế bào nhạy cảm với bức xạ hơn so với những tế bào khác Do đó tất cả những hiệu ứng bức xạ sẽ phụ thuộc vào phạm vi và phần bị chiếu xạ trong cơ thể (c) Yếu tố quan trọng thứ ba là tuổi của các cá nhân bị chiếu xạ, những người đang ở trong giai đoạn phát triển thì các tế bào đang trong giai đoạn sinh sôi và hầu hết các tế bào trong cơ thể đang trong quá trình phân chia vì thế nó nhạy cảm với bức xạ Vì vậy với một liều chiếu cho trước đối với những người trẻ tuổi được xem như nguy hiểm hơn so với một người lớn tuổi

Những hiệu ứng soma có thể xảy ra tức thời hoặc trễ hơn Những hiệu ứng tức thời sẽ xảy ra khi mà cơ thể bị chiếu xạ ở dải các liều chiếu khác nhau được tổng kết ở dưới đây

0 – 0,25 Sv : Không biểu lộ sự tác hại và không gây ra những ảnh hưởng cho cơ thể Đối

với liều chiếu bức xạ lên toàn bộ cơ thể vượt quá 0,15 Sv sẽ làm tăng tần

số của nhiễm sắc thể được quan sát ở ngoại biên của bạch cầu

0,5 – 1 Sv : Có một vài thay đổi thành phần trong máu chẳng hạn như sự suy giảm bạch

cầu neutrophils cùng với sự hồi phục muộn Hiệu ứng muộn có thể tồn tại trong một thời gian ngắn nhưng không gây ra triệu chứng nào cho cơ thể

1 – 2 Sv : Mức độ nhẹ của ARS (triệu chứng bức xạ cấp tính) Gây ra buồn nôn, mệt mỏi,

chóng mặt (choáng váng) 10 – 50% trường hợp người bị chiếu xạ nôn mửa trong vòng 24 giờ và nó sẽ xuất hiện 2 giờ sau khi bị chiếu hoặc trễ hơn Thời gian ủ bệnh khoảng 3 – 4 tuần Sau thời gian này, triệu chứng lâm

sàng xuất hiện dưới nhiều hình thức nhưng không gây ra sự ốm yếu tàn tật

2 – 4 Sv: Mức độ vừa phải của ARS (triệu chứng bức xạ cấp tính) Gây ra buồn nôn,

mệt mỏi, chóng mặt (choáng váng), ăn mất ngon 70 – 90% người bị chiếu xạ nôn mữa trong vòng 2 giờ Chu kỳ sau đó 2 – 3 tuần mà ở đây nạn nhân có vẽ như đỡ hơn và bình phục trở lại Chu kỳ nguy kịch tiếp theo là cùng với sự rụng tóc và lông là ăn không ngon, thường là rất yếu kèm theo sốt, chứng viêm miệng và viêm họng, bệnh tiêu chảy, chảy máu mũi Khả năng chết do sự lây nhiễm độc có thể xảy ra trong khoảng 0 – 50% các cá nhân bị chiếu nếu trong vòng 2 tháng không được điều trị thích hợp với các loại thuốc kháng sinh và thay thế các chất dịch trong cơ thể

CHƯƠNG 1 13

4 – 6 Sv: Mức độ cao của ARS (triệu chứng bức xạ cấp tính) Gây ra buồn nôn, sức khoẻ

yếu, ăn mất ngon, nôn mữa trong vòng 1 giờ với 100% những người rơi vào trường hợp này Khoảng ít hơn 10% số người bị chiếu bị tiêu chảy nhẹ và sau đó 3 – 8 giờ thì toàn bộ số người bị chiếu xạ đều bị tiêu chảy 50% số người

bị chiếu bị nhức đầu trong vòng 4 đến 24 giờ 80% trường hợp bị sốt trong vòng 1 đến 2 giờ Số lượng bạch cầu bị giảm xuống khoảng 500 trong ngày thứ hai đến ngày thứ ba Chu kỳ sau cùng 1 đến 2 tuần tiếp theo bệnh tình diển biến trầm trọng, sốt, lây nhiễm (viêm phổi), 50 đến 80% bệnh nhân bị chết trong vòng 2 tháng

> 8 Sv Mức độ gây chết người của ARS (triệu chứng bức xạ cấp tính) Gây ra

buồn nôn dữ dội, mệt mỏi, và nôn mữa trong vòng 10 phút tiếp theo là sốt và

bị tiêu chảy mà không cần quá trình chuyển tiếp Tỷ lệ sống sót rất ít và trong vòng 2 tuần thì 90 đến 100% những cá thể bị chiếu sẽ chết Đối với tất cả những người nhận một liều chiếu > 15 Sv các đặc điểm của hệ thống dây thần kinh trung ương sẽ bị hủy diệt bởi các cơ bị sự co dãn, không chủ động được theo sau đó là sự hôn mê Trong vòng hai ngày sẽ chết do máu không thể truyền lên não được và tim có thể bị vỡ

Trong trường hợp liều chiếu dài hoặc thấp, bức xạ ion hoá có thể không gây ra hậu quả tức thời nhưng sẽ có một vài hiệu ứng muộn có thể xuất hiện sau một thời gian dài sau khi bị chiếu xạ Những hiệu ứng này có thể là hiệu ứng tất nhiên muộn (gây ảnh hưởng đến sự sống) hoặc hiệu ứng ngẫu nhiên (bức xạ tạo ra các hiệu ứng gây ra ung thư hoặc

di truyền)

Hiệu ứng di truyền có thể được giải thích theo cách sau đây Trong thực tế những đặc điểm của những đứa trẻ sau này như là hình dáng, sức khoẻ, sức đề kháng bệnh tật, tính khí (khí chất).v.v…xuất phát từ cha mẹ của chúng Điều này xảy ra do mỗi cha hoặc mẹ tạo nên các gen đặc thù (gen di truyền) trong quá trình sinh sản Những gen này nằm trong những tế bào tinh trùng và trứng của cha mẹ sinh ra chúng Bức xạ có thể gây nên đột biến và làm hư hỏng các gen Tuy nhiên những hiệu ứng di truyền chưa bao giờ được tìm thấy ở những nhóm dân cư bị chiếu xạ (không người nào còn sống sót trong một cuộc chiến tranh bằng bom nguyên tử)

Theo kiến nghị của ủy ban quốc tế về an toàn và bảo vệ chống bức xạ (International Commission on Radiological Protection) (ICRP), liều giới hạn của bức xạ ion hoá theo sự hiểu biết ngày nay và sự đánh giá của những người có thẩm quyền trong ngành y tế thì đó là liều không gây ra sự tổn hại cho con người tại bất kỳ thời điểm nào trong cuộc sống và khả năng gây ra bệnh ung thư và những dị tật do di truyền là không đáng kể

(1) Đối với những nhân viên làm việc trong các ngành liên quan đến bức xạ :

Theo bảng phụ lục II của IAEA về an toàn bức xạ phát hành số.115, thì những tiêu chuẩn và liều giới hạn sau được cho phép :

II – 5 : Liều chiếu nghề nghiệp cho bất cứ người nào làm việc trong các ngành liên

quan đến bức xạ sẽ được điều chỉnh theo những giới hạn cho phép không được vượt quá :

CHƯƠNG 1 14

(a) Liều hiệu dụng 20 mSv trong một năm và lấy trung bình liên tục trong năm năm

(b) Liều hiệu dụng 50 mSv chỉ cho phép trong một năm đơn lẻ bất kỳ

(c) Liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt 150 mSv trên một năm (d) Liều tương đương đối với các cẳng chân và tay hoặc da 500 mSv trên một năm

II – 6 : Đối với những người mới vào nghề có tuổi từ 16 đến 18 nếu được huấn luyện để

làm việc trong các ngành liên quan đến bức xạ và đối với những sinh viên có tuổi từ 16 đến 18 nếu cần phải sử dụng các nguồn bức xạ trong khoá học để phục vụ cho các công việc nghiên cứu, thì liều chiếu nghề nghiệp cũng được điều chỉnh theo những giới hạn cho phép không vượt quá :

(a) Liều hiệu dụng 6 mSv trong một năm

(b) Liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt 50 mSv trong một năm (c) Liều tương đương đối với các cẳng tay và chân hoặc da là 150 mSv trong một năm

II –7 : Đối với trong những tình huống đặc biệt, những yêu cầu thay đổi tạm thời liều

chiếu giới hạn được chấp nhận theo đúng với phụ lục I :

(a) Liều chiếu trung bình trong một thời gian được đề cập trong đoạn II – 5(a) có thể được ngoại suy đến 10 năm liên tiếp khi được qui định và điều chỉnh bởi những người có thẩm quyền, và liều hiệu dụng đối với bất kỳ người nào làm việc với bức xạ không được vượt quá 20 mSv trong một năm và được tính trung bình trong 10 năm và không vượt quá 50 mSv trong bất kỳ một năm nào, những tình huống này phải được xem xét khi liều tích lũy của bất kỳ nhân viên nào làm việc với bức xạ đạt đến 100 mSv trong thời kể trên

(b) Liều giới hạn thay đổi tạm thời phải được quy định riêng bởi các nhà điều chỉnh có thẩm quyền nhưng phải không vượt quá 50 mSv trong bất kỳ một năm nào và thời gian thay đổi tạm thời phải không vượt quá 5 năm

Liều chiếu nghề nghiệp đối với liều toàn thân trong 40 năm làm việc của một cá nhân là 1 Sv Liều tích lũy tối đa đối với nhân viên làm việc với bức xạ có N tuổi được cho bởi công thức :

(N – 18) x 20 mSv Điều này có nghĩa là không một người nào dưới 18 tuổi có th ể làm các công việc liên quan đến bức xạ

Những nhân viên làm việc với bức xạ như những nhân viên chụp ảnh bức xạ tuỳ thuộc vào bức xạ ion hoá trong quá trình thực hiện công việc Lượng bức xạ nhận được phụ thuộc vào những thông số và những điều kiện khác nhau như thời gian, khoảng cách, điều kiện che chắn và quy trình làm việc Vì thế để đảm bảo an toàn cho người chụp ảnh bức xạ đó là điều quan trọng mà những người giám sát hoặc những người quản lý về an toàn và bảo vệ chống bức xạ phải liên tục theo dõi và ghi nhận lượng bức xạ mà mỗi

(2) Đối với những người không làm việc trong các ngành liên quan đến bức xạ :

Đối với những người và những thành viên không làm việc trong các ngành liên quan đến bức xạ bị chiếu bằng một liều chiếu ngoài, Liều giới hạn cho phép được đề cập ở trên nên cố gắng giảm đến mức có thể Tiêu chuẩn và liều chiếu giới hạn ở mức cho phép được đưa ra trong phần phụ lục II của IAEA về an toàn bức xạ phát hành số.15 để phân loại nhân viên được cho dưới đây :

II – 8 : Liều chiếu trung bình của dân cư phải không được vượt quá những giới hạn

sau đây :

(a) Liều hiệu dụng là 1 mSv trong một năm

(b) Trong những tình huống đặc biệt, một liều hiệu dụng 5 mSv trong một năm được chấp nhận nhưng liều chiếu trung bình trong 5 năm phải không được vượt quá 1 mSv trong một năm

(c) Liều tương đương của thủy tinh thể của mắt là 15 mSV trong một năm

(d) Liều tương đương của da là 50 mSv trong một năm

1.1.8 Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic testing-UT) :

Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy, sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra Hầu hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0,5 - 20 MHz Tần số này cao hơn rất nhiều so với vùng tần số nghe được của người là 20Hz - 20KHz Sóng siêu âm truyền qua vật liệu kèm theo sự mất mát năng lượng (sự suy giảm) bởi tính chất của vật liệu Cường độ của sóng âm hoặc được đo sau khi phản xạ (xung phản hồi) tại các mặt phân cách (khuyết tật) hoặc được đo tại bề mặt đối diện của vật thể kiểm tra (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ được phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt khuyết tật và vị trí của nó Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía đối diện với bề mặt phân cách, và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặc trưng của vật liệu đó, ví dụ như sóng siêu âm bị phản xạ hoàn toàn tại bề mặt phân cách kim loại - chất khí Phản xạ một phần tại bề mặt phân cách giữa kim loại - chất lỏng hoặc kim loại - chất rắn Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm có độ xuyên sâu lớn hơn hẳn phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ và ta có thể phát hiện được những vết nứt nằm sâu bên trong vật thể (khoảng 6 -7 m sâu bên trong khối thép) Nó cũng rất

CHƯƠNG 1 16

nhạy với những khuyết tật nhỏ và cho phép xác định chính xác vị trí và kích thước của khuyết tật Nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm đươc trình bày trong hình 1.8

CHƯƠNG 1 17

Hình 1.8 – Các thành phần cơ bản của máy dò khuyết tật bằng xung phản hồi siêu âm

Phương pháp kiểm tra vật liệu bằng siêu âm :

(1) Hầu như được sử dụng để phát hiện các khuyết tật trong vật liệu

(2) Sử dụng rộng rãi trong việc đo bề dày

(3) Được dùng để xác định các tính chất cơ học và cấu trúc hạt của vật liệu

(4) Được dùng để đánh giá quá trình biến đổi của vật liệu

Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm là :

(1) Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ

(2) Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng tới 6 -7 m sâu bên trong khối thép) cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày

(3) Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật

(4) Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động

(5) Chỉ cần tiếp xúc từ một phía của vật được kiểm tra

Những hạn chế của phương pháp siêu âm :

(1) Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra

(2) Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp

(3) Phương pháp này cần phải sử dụng chất tiếp âm

(4) Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra

(5) Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật

(6) Thiết bị rất đắt tiền

(7) Nhân viên kiểm tra cần phải có rất nhiều kinh nghiệm

1.1.9 So sánh các phương pháp NDT khác nhau :

(a) Phương pháp xung phản hồi

(a) Phương pháp truyền qua

CHƯƠNG 1 18

Thông thường việc dùng một phương pháp NDT để khẳng định kết quả của các phương pháp khác có thể là cần thiết Vì vậy các phương pháp khác nhau phải được coi là bổ sung cho nhau chứ không phải là cạnh tranh nhau, hoặc là những phương pháp thay thế không bắt buộc Mỗi một phương pháp có ưu điểm và những hạn chế riêng của nó và cần phải xem xét mọi khía cạnh khi đặt ra một chương trình kiểm tra

Bảng 1.1 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP NDT

Rẽ tiền, đơn giản, nhanh chóng, áp dụng ngay trong quá trình gia công, có thể giảm bớt yêu cầu đối với phương pháp khác

Chỉ kiểm tra trên bề mặt, khả năng phân biệt kém và biến động, mỏi mắt, có thể bị quáng, cần đủ ánh sáng

Phương pháp

kiểm tra bằng

chất thấm lỏng

(Penetrant

Testing-PT)

Kiểm tra các bất liên tục trên bề mặt : Các vết nứt, rỗ khí, vết gấp mép, chồng mép, các lỗ rò rỉ

Rẽ tiền, dễ áp dụng, có độ nhạy cao hơn phương pháp kiểm tra bằng mắt, kiểm tra nhanh, thiết bị gọn nhẹ

Chỉ kiểm tra bề mặt, không hữu dụng khi kiểm tra các bề mặt nóng, bẩn, đã sơn phủ hoặc bề mặt rất thô nhám, yêu cầu người kiểm tra phải có một ít kinh nghiệm

Giá thành thấp, kiểm tra nhanh, đối với những vết nứt mảnh phương pháp này nhạy hơn phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng, có thể phát hiện được những khuyết tật gần bề mặt, thiết bị gọn nhẹ

Vật liệu kiểm tra phải là vật liệu sắt từ, bề mặt cần phải làm sạch và có thể tiếp xúc tốt, chi tiết sau khi kiểm tra cần phải khử từ, quan trọng là cần phải có sự sắp xếp của từ trường, yêu cầu người kiểm tra phải có kinh nghiệm

Phương pháp

kiểm tra bằng

dòng điện xoáy

(Eddy Current

Testing-ET)

Kiểm tra những bất liên tục trên bề mặt và gần bề mặt : Các vết nứt, các vết gấp trên mặt, phân loại vật liệu, đo bề dày, đo sự lệch tâm, điều kiện bề mặt

Kiểm tra rất nhanh, có thể tự động hóa được, rất nhạy, không cần tiếp xúc bề mặt, kết quả ghi nhận giữ được lâu

Khả năng xuyên thấu thấp, chỉ kiểm tra được những vật liệu dẫn điện, có thể cần đến các thiết bị đặc biệt, nhạy cảm đối với thay đổi dạng hình học, đôi khi khó giải đoán

Dễ hiểu, kết quả lưu trữ được lâu, giá thành vừa phải, thiết

bị cơ động, áp dụng rộng rãi đối với các loại vật liệu

Không thể phát hiện được sự phân lớp, bức xạ rất nguy hiểm và phải tuân theo các quy định, phải tiếp xúc được cả hai phía, giá thành có thể cao, người kiểm tra phải được huấn luyện

Kiểm tra rò rỉ

(Leak

Testing-LT)

Kiểm tra sự rò rỉ trong các hệ thống và các cụm lắp ráp

Rất nhạy đối với các lỗ hoặc sự phân cách mà các phương pháp khác không phát hiện được, có thể kiểm tra nhanh, rẽ tiền

Giá thành biến đổi lớn theo từng kỹ thuật, không kiểm tra được các hệ thống hở, không xác định được loại và nguyên nhân tạo ra khuyết tật, cần vật liệu và thiết bị đặc biệt Phương pháp

kiểm tra thành

phần và phân

Kiểm tra nhanh, ngoài hiện trường, thường thực hiện không khó lắm

Cần phải có kỹ thuật cao và kinh nghiệm, thiết bị đắt tiền Các hợp kim giống nhau rất khó định danh

Kiểm tra động

Rất hữu dụng trong việc dự đoán hoặc bảo dưỡng thiết bị, xác định được những vùng hoặc các chi tiết có vấn đề, kiểm tra được trong quá trình hoạt động, thiết bị cơ động

Thiết bị rất đặc biệt, cần nhân viên có kinh nghiệm vận hành, một số hệ thống rất phức tạp

Kiểm tra động

Rất hữu dụng trong việc dự đoán hoặc bảo dưỡng thiết bị, xác định được những vùng hoặc các chi tiết có vấn đề, kiểm tra được trong quá trình hoạt động, thiết bị cơ động

Thiết bị rất đặc biệt, cần nhân viên có kinh nghiệm vận hành, một số hệ thống rất phức tạp

Phương pháp Kiểm tra các bất liên Giám sát liên tục, từ Cần phải tiếp xúc tốt

CHƯƠNG 1 20

xa, xác định được vị trí khuyết tật, kết quả ghi nhận giữ được lâu, kiểm tra được toàn bộ các bình hoặc hệ thống

với các thiết bị kiểm tra, cần nhiều điểm tiếp xúc, giải đoán phức tạp, hệ thống kiểm tra phải được tạo ứng suất, thường đắt tiền, một số thiết bị rất phức tạp Phương pháp

kiểm tra bằng

nhiệt (Thermal

Testing)

Kiểm tra các lỗ rỗng hoặc sự liên kết hoặc tính liên tục của vật liệu, đo các tiết diện dày và mỏng, đo sự cách ly, xác định các nguồn nhiệt

Phát hiện và xác định vị trí các điểm nóng và lạnh và những khuyết tật sinh ra do nhiệt, kết quả vĩnh cửu một cách định lượng, có thể kiểm tra từ xa, cơ động

Độ phân giải kém, những thiết bị chuyên dụng có thể đắt tiền, yêu cầu nhân viên kiểm tra phải được huấn luyện, cần có các tiêu chuẩn so sánh

Các phương

pháp kiểm tra

(Miscellaneous)

Đặc biệt Giải quyết những

vấn đề đặc biệt

Thiết bị sử dụng không dễ dàng, kết quả khó giải đoán

1.2 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG VÀ CÁC KHUYẾT TẬT LIÊN QUAN:

1.2.1 Công nghệ đúc và rèn dập – các dạng bất liên tục liên quan:

Đúc kim loại là rót hoặc ép kim loại nóng chảy vào trong một vật rỗng có hình dạng đặc trưng, ở đó kim loại đông đặc lại Vật rỗng hay là khuôn có hình dạng đặc thu ø sao cho khi kim loại đã đông đặc và lấy ra, có thể gia công thêm hay không cần để trở thành một chi tiết được chế tạo theo như yêu cầu thiết kế đặt ra

Các bước cơ bản trong quá trình đúc là :

(a) Chuẩn bị một mẫu đúc hay khuôn (pattern or die) để tạo dạng và kích thước hoàn thiện của một chi tiết cần đúc

(b) Chuẩn bị khuôn đúc bằng cách dùng mẫu đúc và vật liệu làm khuôn thích hợp

(c) Nung nóng và làm chảy kim loại

(d) Rót kim loại nóng chảy vào trong khuôn đúc

(e) Lấy sản phẩm ra, làm sạch và gia công thêm nếu cần thiết

Các phương pháp đúc :

Có nhiều quá trình đúc, chúng được chia thành từng nhóm : dùng khuôn không thường xuyên, tức là khuôn chỉ được dùng một lần và loại dùng khuôn vĩnh cửu có thể dùng để tiếp tục đúc lại lần sau

Một vài dạng dùng khuôn không thường xuyên như :

 Đúc khuôn cát

 Đúc khuôn vỏ mỏng

CHƯƠNG 1 21

 Đúc khuôn mẫu chảy hoặc chính xác

Công nghệ đúc với khuôn vĩnh cửu như :

 Đúc ly tâm

 Đúc trong khuôn kim loại hay đúc áp lực

Dưới đây sơ lược các nguyên lý chính của quá trình đúc nêu trên, cần lưu ý rằng các quá trình này sẽ được điều chỉnh và thay đổi nhiều, khi thiết kế cho các vật đúc đặc biệt

Hình 1.9 – Các bước trong kỹ thuật đúc

Công nghệ đúc trong khuôn cát :

Khuôn đúc dùng trong công nghệ đúc bằng khuôn cát có thể dùng loại cát xanh hay cát khô Cát Silicat thường được dùng làm vật liệu khuôn đúc do tính chịu nhiệt của nó, giá thành thấp và dễ tìm Trong khuôn đúc, cát xanh được tạo tính dẻo nhờ vào mối liên kết với đất sét có sẵn trong cát hoặc cho thêm vào Nước cũng được thêm vào vừa đủ để giữ cho các phần liên kết với nhau Trong khuôn cát khô, cát được tạo tính dẻo bằng cách tương tự, nhưng khuôn đúc được sấy khô trước khi rót kim loại vào, như vậy sẽ giảm bớt được sự tạo thành hơi nước và ngăn chặn bớt các khuyết tật đúc do sự tạo khí Khi làm khuôn thường dùng một mẫu đúc bằng gỗ đặt bên trong khung khuôn và cát làm khuôn được nhồi vào xung quanh nó Thông thường khuôn được làm thành hai phầ n, phần khuôn trên được gọi là “Cope” (nắp khuôn) và phần khuôn dưới được gọi là

“Drag” (đế khuôn)

Mẫu đúc được thiết kế sao cho nó có thể lấy ra khỏi khuôn mà không làm xáo trộn, hư hỏng cát, và cát kết dính để lại khoảng trống của mẫu đúc trong khuôn Lõi khuôn được làm bằng cát trộn với dầu được thiêu kết, rồi đặt trong khuôn rỗng đã làm trước đó, để

Vật đúc hoàn chỉnh bị dính vào hệ thống rót Khuôn rỗng với hệ thống rót

CHƯƠNG 1 22

tạo các lỗ hổng khác bên trong vật đúc Các lõi này thường bị nứt vỡ do chịu tải và sự xói mòn của kim loại nóng chảy, do vậy chúng được làm khô và thiêu kết để đạt được độ bền cần thiết Nắp khuôn (Cope) và đế khuôn (Drag) được chuẩn bị riêng rẽ Trước khi chúng được ghép với nhau làm thành khuôn đúc, người ta tạo một hệ thống đậu dẫn, và đậu rót để đưa kim loại lỏng vào khuôn

Trong hầu hết các trường hợp, người ta tạo ra trong khuôn một khoảng trống chứa kim loại dư (các đậu ngót) Kim loại dâng lên đi vào các chỗ chứa này và giúp quá trình điền đầy vật đúc khi nó đông đặc Sau khi lắp ghép khuôn lại thì rót kim loại chảy lỏng vào miệng rót hay rót trực tiếp vào trong đậu rót, kim loại đi vào hệ thống đậu dẫn, va ø cuối cùng làm đầy khoảng trống trong khuôn và các đậu ngót Sau khi kim loại đã đông đặc và đủ nguội thì phá khuôn cát và lấy vật đúc thô ra, vật đúc được làm sạch và hoàn tất theo yêu cầu

Đúc trong khuôn vỏ mỏng (Shell Molding) :

Trong kỹ thuật này, vật liệu làm khuôn được làm từ một loại cát đặc biệt được trộn với một loại nhựa nhiệt rắn (Thermosetting Plastic) dạng bột Mẫu đúc bằng kim loại dùng để đúc sản phẩm được nung nóng đến khoảng 2000C, sau đó được bao phủ bằng hỗn hợp cát và nhựa nhiệt rắn Nhiệt lượng từ mẫu đúc làm cho nhựa nhiệt rắn chảy dẻo sau đó hoá cứng lại, tạo thành một lớp vỏ mỏng, sau đó được nung nóng thêm một thời gian ngắn ở nhiệt độ cao hơn Lớp vỏ mỏng sau đó được lấy ra khỏi mẫu đúc Các hình dạng

do mẫu đúc để lại trong lớp vỏ mỏng tạo thành một nửa khuôn Một quá trình tương tự như vậy để tạo một nửa khuôn còn lại Khuôn thường được gia cường thêm bên ngoài bằng các vật liệu khác như cát xốp để tăng bền trước khi tiến hành đúc

Khuôn vỏ mỏng tạo ra sản phẩm có độ chính xác cao về kích thước và bề mặt trơn láng tốt, làm giảm nhẹ khâu gia công cơ khí hay khâu hoàn tất Tốc độ sản xuất khá cao và phù hợp cho sản xuất các sản phẩm nhỏ có độ chính xác cao

Đúc trong khuôn mẫu chảy (Investment or Precision Casting) :

Công nghệ này còn được gọi là đúc chính xác vì nó có thể đúc được các vật có độ chính xác cao và bề mặt nhẵn, với yêu cầu chỉ gia công chút ít hoặc không cần phải gia công Có nhiều quá trình đúc khuôn loại này được phát triển từ quy trình làm khuôn mẫu sáp chảy (lost – wax) và được sử dụng rộng rãi Thường dùng mẫu đúc bằng sáp hay chất dẻo để tạo khuôn Các mẫu đúc bằng sáp hay chất dẻo được chế tạo hàng loạt bằng các khuôn dập làm bằng kim loại hoặc bằng một loại thạch cao đặc biệt (Plaster of Paris) Một mẫu đúc được nhúng vào trong vữa loại vật liệu có độ bền nhiệt cao và chúng được phủ thêm bên ngoài lớp vật liệu này (vật liệu là thạch cao hoặc hỗn hợp gốm sứ chịu nhiệt) Tiếp đó, lấy đi lớp sáp của mẫu đúc khỏi khuôn đúc bằng cách nung nóng để sáp chảy ra ngoài Hình 1.10 mô tả các bước tiến hành trong quá trình đúc bằng khuôn mẫu chảy Quy trình đúc này rất lý tưởng bởi vì nó có độ chính xác chi tiết đúc cao, nên thường dùng để đúc các chi tiết phức tạp, mà không thể làm được hay khó làm khi rèn hoặc gia công cơ khí

Phương pháp này thường dùng để đúc các chi tiết nhỏ, có khối lượng dưới 1Kg, tuy nhiên đôi khi cũng có thể đúc các chi tiết lớn hơn

CHƯƠNG 1 23

Hình 1.10 – Các bước trong quá trình đúc khuôn mẫu chảy

Công nghệ đúc kim loại :

Kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp có thể đúc dưới áp lực, trong thiết bị đúc sử dụng khuôn kim loại để tạo hình Kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực hay các lực khác, được đưa cuỡng bức vào trong bộ khuôn lắp ghép sẵn trước đó Kim loại đông đặc nhanh chóng và khi bộ khuôn tách ra từng phần, chi tiết sẽ được lấy ra bằng cách tự rơi hay bị lực đẩy ra

Có thể làm nguội khuôn bằng nuớc và kỹ thuật này có thể tiến hành tự động Các công việc trên được kiểm tra kỹ càng và đúc ra các chi tiết có độ chính xác cao, dung sai nhỏ, bền chắc, độ hạt mịn Công nghệ này thường áp dụng đúc hàng loạt sản phẩm đồng dạng

Công nghệ đúc ly tâm :

Các chi tiết hình trụ rỗng có thể được đúc bằng cách rót kim loại chảy lỏng vào trong khuôn đúc hình trụ dạng vĩnh cửu, trong khi khuôn đang quay nhanh Kim loại lỏng bị ép chặt vào bề mặt trong của khuôn do tác dụng của lực ly tâm, đồng thời đông đặc lại tạo thành sản phẩm có dạng ống mỏng (Tube) hay dạng trụ rỗng (ống dày – Pipe) Bề dày thành ống tùy thuộc vào lượng kim loại rót vào nhiều hay ít Khi kim loại đã đông cứng thì khuôn ngừng quay, chi tiết hay “lớp bên trong” (inner lining) được lấ y ra

Lực ly tâm tác dụng làm gia tăng mật độ và độ bền sản phẩm Quá trình đúc này phù hợp để sản xuất các loại ống, ống mỏng, ống lót (Breshings), lớp lót (Lining).v.v…Tuy vậy có thể đúc các chi tiết có hình dạng phức tạp hơn, khi đó phải sử dụng thêm các lõi, đậu ngót, đậu dẫn.v.v…Cùng quay quanh trục của khuôn

liệu chịu nhiệt mỏng

Gia cường bẳng đế thạch cao (mẫu chảy)

Nung nóng để hóa lỏng hay bốc hơi mẫu đúc (để lấy ra) và sấy khô khuôn

CHƯƠNG 1 24

Các dạng bất liên tục khi đúc :

Các loại khuyết tật và bất liên tục vật đúc tùy thuộc vào từng loại vật liệu và p hương pháp đúc khác nhau Các dạng bất liên tục thường xảy ra được phân loại như sau :

(i) Co ngót

(ii) Do đầy khí

(iii) Do không đồng đều trong quá trình nguội

(iv) Tạp chất

(v) Sự tách lớp

(vi) Nứt nguội, chồng nguội

(vii) Do lệch lõi (thao đúc)

(viii) Do rót thiếu

Các bất liên tục do co ngót :

Là các khoảng rỗng tạo ra khi kim loại đặc lại, chất lỏng bị co rút khi hoá rắn Các khuyết tật này thường không liên quan đến các bọng khí, nhưng nếu có nhiều khí thì độ lớn của khuyết tật gia tăng Dạng này thường xảy ra ở những nơi giữ độ nóng lâu trong vật đúc, như vùng đậu ngót, đậu dẫn.v.v…Nghĩa là chúng có liên quan với các vị trí có hiện tượng lõm co

Hình 1.11 – Các dạng khuyết tật do co ngót

Dạng bất liên tục do co ngót khác như là dạng sợi chùm, dạng co ngót vùng trung tâm, bao gồm các chuỗi dài các đường chạy song song không thẳng hàng quấn chặt vào nhau như mạng lưới Mạng lưới này tạo thành dải bên trong và ở giữa chi tiết Khó có thể phân biệt co ngót dạng sợi này với các vết nứt nóng (hot tear) Co ngót tế vi hay rỗ bọt tế vi là các dạng khuyết tật nhỏ xảy ra trong vật đúc mà nguyên nhân là d o một trong hai hoặc cả hai hiện tượng co ngót hoặc bọng khí, xảy ra với một lượng các bọng trống quanh ranh giới hạt (giữa tinh thể – Interdendritic), giữa các phiến dạng nhánh cây

Co ngót vi mô

CHƯƠNG 1 25

Một dạng khuyết tật thô và cục bộ của loại co ngót “giữa tinh thể” (Intercrystalline) và giữa nhánh cây được gọi là dạng xốp (Sponginess)

Các bất liên tục do bẩy khí :

Khi chất khí được tạo ra trong quá trình rót kim loại không thể thoát ra khỏi khuôn, hoặc

ra khỏi đậu ngót hay các chỗ cần thoát khác, thì khí có thể bị chặn lại trong kim loại nóng chảy Các khí này sinh ra từ chính kim loại nóng chảy, từ khuôn “cát xanh” - tức là cát còn ướt, từ hơi nước, hoặc đơn thuần do sự khuấy động khi rót kim loại

Các lỗ khí (hoặc bọt khí) gây ra bởi không khí ở trong khuôn hoặc lõi hoặc hơi nước bị chận lại trong vật đúc, thường nằm ở trên khuôn trong quá trình đông đặc Chúng xuất hiện ở dạng bọt đơn hoặc tập trung thành cụm và có dạng nhẵn, tròn, kéo dài hoặc bầu dục với các kích thước khác nhau Thỉnh thoảng xuất hiện các bọt khí dạng dài giống như dạng rỗng do co ngót, tuy nhiên có khác là hai đầu của bọt khí thườ ng tròn và nhẵn Rỗ khí là dạng bất liên tục sinh ra từ các chất khí hoà tan trong kim loại nóng chảy, sau đó bị chận lại trong vật đúc khi đông đặc Kích thước và số lượng của chúng tùy thuộc vào lượng khí chứa trong kim loại và tốc độ đông đặc của vật đúc Rỗ khí có thể xuất hiện cùng khắp hay cục bộ trong vật đúc

Bọt khí kín là dạng bất liên tục sinh ra do sự bẩy khí trong quá trình rót Dạng bất liên tục này có thể xuất hiện trong các vật đúc đơn chiếc, dưới dạng nhiều lỗ hổng ở phía dưới và song song với bề mặt vật đúc

Nứt (Crack):

Là dạng bất liên tục do đứt gãy kim loại trong quá trình đông đặc hoặc sau khi đông đặc Các vết xé nóng (hot tears) chính là các vết nứt không liên tục có dạng gờ sắc, không nhẵn Chúng sinh ra do ứng suất gia tăng ở gần nhiệt độ đông đặc, là lúc thép có độ bền yếu nhất Các ứng suất sinh ra do co rút của kim loại khi nguội bị cản lại bởi khuôn (còn gọi là cản co) hay lõi hoặc bởi phần mỏng hơn đã hoá rắn trước Hình 1.12 mô tả các nguyên nhân và vị trí của loại nứt này

Nứt do ứng suất là một rãnh rõ ràng và gần như là một đường đứt gãy thẳng tạo thành khi kim loại đông đặc hoàn toàn Ứng suất phải đủ lớn mới có thể gây ra loại nứt như vậy Các bất liên tục loại này được phân loại tùy thuộc vào thời điểm xuất hiện nứt gãy, chẳng hạn như vết nứt ứng suất do co ngót, ứng suất dư do va đập hay do sử dụng

CHƯƠNG 1 26

Hình 1.12 – Các vết xé nóng

Tạp chất (Inclusions) :

Tạp chất là tên gọi chung để chỉ các loại vật liệu như cát, xỉ, oxit…bị kẹt lại trong vật đúc Hầu hết các khuyết tật loại này xuất hiện gần bề mặt, như là hiệu ứng bề mặt (skin effect), tuy nhiên, thỉnh thoảng chúng có thể xuất hiện ở giữa vật đúc tùy thuộc vào dòng chảy kim loại lỏng

Sự phân lớp (Segregation) :

Phân lớp là một hiện tượng phức tạp xảy ra khi một hay nhiều nguyên tố của hợp kim không khuếch tán đều mà tập trung lại ở một số vùng nào đó trong vật đúc Phân lớp có thể phân thành ba loại : Phân bố đều, cục bộ và dạng chuỗi

Phân lớp đều xảy ra khắp vật đúc và có hình dạng thay đổi, chẳng hạn như phân lớp giữa các tinh thể (intercrystalline Segregation)

Phân lớp cục bộ xảy ra ở các lỗ hỏng do co ngót (lõm co), vết xé nóng được điền đầy toàn bộ hay một phần bởi các thành phần khác có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Thuật ngữ phân lớp co ngót (Shrinkage Segregation), phân lớp xé nóng (Hot Tear Segregation) được dùng thích hợp cho hai trường hợp này

Phân lớp dạng chuỗi gặp chủ yếu khi đúc ly tâm, nhưng khi đúc khuôn tĩnh cũng có thể xảy ra Chúng có dạng các lớp xen kẽ với hợp kim thêm vào để làm cải tiến cơ tính

Sự nứt nguội (Cold Shuts) :

Đây là dạng bất liên tục sinh ra do thiếu hụt của dòng kim loại lỏng khi gặp dòng kim loại lỏng khác hay gặp kim loại rắn, chẳng hạn như tình trạng bắn tóe khi rót, gặp các vật cứng bên trong các giá đỡ Thông thường dạng này được phát hiện nhờ kiểm tra bằng mắt và trông giống như một vết nứt có đường viền cong và nhẵn Nếu nó chỉ có ở bề mặt thì được gọi là nếp ghép nguội (cold lap) – hình 1.13

Khuôn đúc

Các vết xé nóng Các tiết diện nhỏ (đông rắn và co lại nhanh hơn các tiết diện lớn

CHƯƠNG 1 27

Hình 1.13 – Nứt nguội

Dịch lõi, lệch lõi :

Các vật đúc khi đúc thường có các lỗ rỗng bên trong thân, vì thế phải đưa vào bên trong khuôn rỗng một lõi (ruột) làm bằng cát để tạo các chỗ trống Nếu lõi không được giữ chắc chắn thì nó sẽ bị dịch chuyển khi rót kim loại xung quanh nó Gây nên các khuyết tật liên quan đến dịch lõi như bề dày thành thay đổi …vv

Sự rót thiếu :

Sự rót thiếu xảy ra khi kim loại nóng chảy không điền đầy hoàn toàn khuôn đúc, tạo ra các lỗ rỗng, thành kim loại bị thủng …vv

1.2.2 Công nghệ rèn dập :

Công nghệ rèn dập được thực hiện bằng máy dập hoặc máy ép Máy dập hay ép ngang được dùng trong một số trường hợp nhất định để rèn các chi tiết nhỏ Các máy re øn dập khác là loại thẳng đứng, có khuôn dập phía dưới cố định, trong khi khuôn dập phía trên có thể di chuyển trên một con trượt thẳng đứng Trong trường hợp rèn bằng búa máy, khuôn được nâng lên bằng một hệ thống cơ và thực hiện hành trình rèn bằng sự rơi tự

do của khuôn Khi rèn bằng máy ép, việc nâng lên và hạ xuống của khuôn và kim loại được thực hiện bằng một áp lực chậm và ổn định Công nghệ rèn không chỉ dùng để chế tạo các chi tiết có hình dạng không thể cán được, mà còn dùng để chế tạo các chi tiết có hình dạng đơn giản tròn hay chữ nhật và có kích thước lớn hoặc là khi số lượng yêu cầu quá nhỏ không thể tiến hành cán được Các loại thép dụng cụ thường được rèn dập để cải thiện các cơ tính của nó Rèn dập có thể chia thành hai loại :

(a) Khi khuôn có bề mặt làm việc phẳng hoặc cong đều và quá trình rèn có các thao tác sử dụng đơn giản, loại này được gọi là “rèn khuôn hở”

(b) Khi dùng các khuôn có phần bên trong lõm và kim loại được nén ép cưỡng bức vào trong rãnh lõm của khuôn để tạo hình cần thiết, loại này được gọi là “rèn khuôn kín”

Trong loại thứ nhất : các vật rèn có mặt cắt tròn đều hoặc chữ nhật và các vật rèn có hình dạng phức tạp, quá lớn, nên việc gia công trong khuôn kín không được, hay giá

Các vết kim loại bị bắn tóe lên Nếp gấp nguội (chồng nguội hay nứt nguội) hở trên bề mặt (xuất hiện với dạng phẳng hoặc cong)

CHƯƠNG 1 28

thành quá đắt Các vật rèn nhỏ có hình dạng phức tạp có thể được rè n sơ bộ trên các khuôn đơn giản, sau đó gia công tinh, nếu số lượng yêu cầu quá nhỏ không kinh tế thì dùng khuôn kín Loại này cũng được dùng để rèn các chi tiết rỗng Đối với loại này thì lỗ rỗng có thể gia công cơ khí (khoét lỗ) hoặc được đột nóng dùng các khuôn đột thích hợp trên một máy dập Sau đó gia công chi tiết trên một giá đỡ xuyên qua lỗ rỗng được kẹp cả hai đầu để giá đỡ làm việc như một khuôn đáy

Rèn khuôn kín trên máy dập hay máy ép thì phần khuôn phía dưới có phần lõm tương ứng nửa dưới của chi tiết cần chế tạo và khuôn phía trên có phần lõm tương ứng với nửa chi tiết còn lại Đối với các hình dạng đơn giản các khuôn dập chỉ co ù một phần lõm, nhưng thông thường chúng được làm thành một loạt các khuôn có các phần lõm tương ứng với quá trình rèn từng bước cho đến khâu cuối cùng

Rèn khuôn kín được gọi là “rèn bằng búa -drop forging” Quanh các hốc khuôn có các rãnh để cho kim loại thừa điền vào, bởi vì trong thực tế phôi rèn đưa vào có lượng kim loại thường không chính xác Kim loại thừa được đẩy vào rãnh này gọi là phần “rìa” Sau khi rèn xong thì phần rìa thừa này được cắt xén bằng các khuôn thích hợp Thị trường mua bàn khuôn kín cạnh tranh nhau dựa vào đặc tính hao hụt do kim loại dư thừa này Đó là một trong những yếu tố quan trọng về kinh tế

Công nghệ rèn nóng chi tiết bu – lông, phần đầu được tạo hình bằng phương pháp “chồn nóng” (hot upset forging) hay “chồn nóng phần đầu bu-lông” (hot heading) Trong kỹ thuật này, phôi dạng thanh có tiết diện đều được đưa vào và kẹp chặt giữa khuôn lỗ hình, lực dập tác dụng hướng trục lên chi tiết qua đầu chày chồn Kim loại bị chồn ép dưới tác dụng của lực sẽ điền đầy khuôn

Các dạng bất liên tục do rèn và cán:

Các bất liên tục có thể đã có sẵn trong phôi tấm hay phôi thanh và bị biến đổi khi qua quá trình rèn, cán hoặc có thể phát sinh ngay trong lúc rèn Các dạng bất liên tục thường gặp là :

(1) Sự tách lớp

(2) Chuỗi xỉ

(3) Nếp gấp, dợn (seam)

(4) Chồng mép (lap)

(5) Các vết rỗ hoặc nứt khi rèn

Sự tách lớp (lamination):

Các bọt khí lớn, rỗ co và tạp chất không kim loại trong phôi tấm hay thanh được cán mỏng và trải rộng ra trong quá trình rèn và cán

Các bất liên tục dạng lớp này được gọi là sự tách lớp

Khuyết tật dạng vết tạp chất (Stringer):

Các tạp chất phi kim loại trong các tấm và thanh kim loại được cán dẹp và kéo dài ra theo hướng cán trong quá trình cán gọi là các khuyết tật dạng vết tạp chất

Nếp gấp, dợn (Seam):

CHƯƠNG 1 29

Các vết lõm trên bề mặt như vết nứt trên phôi tấm, hay thanh sẽ bị xé rộng và kéo dài ra trong quá trình cán được gọi là các vết gấp nếp, dợn (seam) Loại này cũng có thể do sự dồn nén kim loại do cán không đúng chế độ Các vết gấp, dợn này là các bất liên tục bề mặt trên các sản phẩm thanh và chúng có dạng kéo dài liên tục hoặc đứt quãng Trên các thanh tròn chúng có dạng đường thẳng hoặc đường xoắn ốc mảnh kéo dài liên tục hay đứt quãng

Chồng mép rèn (Forging Lap) :

Các mối chồng mép là các bất liên tục gây ra do gập ép mỏng kim loại trên bề mặt vật rèn Chúng không có đường viền nhất định (Irregular – Contour)

Các vết nứt hoặc rỗ xé (Forging Burts, Cracks) :

Các vết nứt hoặc rỗ xé là các đứt gãy do rèn ở nhiệt độ quá thấp Chúng có thể ở bên trong hay ở bề mặt chi tiết

Hình 1.14 – Các bất liên tục trong quá trình cán và rèn

Sự tách lớp

Bất liên tục dạng vết tạp chất

Các tạp chất phi kim loại

Chồng mép

Các vết nứt bên ngoài Các vết nứt bên trong (gần bề mặt)