Nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm tra mối hàn giáp mối ống sử dụng phương pháp siêu âm tổ hợp pha tại việt nam

entrapment, lack of gobbling, porosity, cracks and construction processes combined ultrasonic testing phase for butt weld pipe.. Two processes have been proposed in the past to test the

entrapment, lack of gobbling, porosity, cracks and construction processes combined ultrasonic testing phase for butt weld pipe Two processes have been proposed in the past to test the detailed fabrication and testing prototype ultrasonic method combined phase Test results for better results and meet the technical requirements

of the application process allows fabrication technology more samples, ultrasonic processes on a large scale phase combination to provide training facilities NDT inspection techniques

M C L C

Trang tựa

TRANG Quy tăđ nhăgiaoăđ tài Xác nh n c a cán b h ng d n LÝ L CH KHOA H C i

L IăCAMăĐOAN ii

L I C Mă N iii

TÓM T T v

SUMMARY vi

M C L C vii

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T xv

DANH SÁCH CÁC B NG xvi

DANH SÁCH CÁC HÌNH xvii

Ch ng 1 1

GI I THI U 1

1.1 Tính c p thi t c aăđ tài 1

1.2ăụănghĩaăkhoaăh c và thực ti n c aăđ tài 1

1.3 M c tiêu nghiên c u c aăđ tài 2

1.3.1 M c tiêu t ng quát 2

1.3.2 M c tiêu c th 3

1.4ăĐ iăt ng và ph m vi nghiên c u 3

1.4.1ăĐ iăt ng nghiên c u 3

1.4.2 Ph m vi nghiên c u 3

1.5ăPh ngăphápănghiênăc u 3

1.6 K t c u c a lu năvĕn 4

Ch ng 2 5

T NG QUAN 5

2.1 ngăthépătrònăđen 5

2.2 Các lo i m i hàn ng 5

2.2.1 M i hàn d c ng (m i hàn d c tr c) 6

2.2.2 M i hàn vòng ng (m iăhƠnăh ng kính) 6

2.2.3 M i hàn xo n ng 7

2.3 Khuy t t t m i hàn 7

2.3.1ăĐ nhănghĩa 7

2.3.2 Phân lo i khuy t t t m i hàn 7

2.3.2.1 N t 7

2.3.2.2 Rỗ khí 8

2.3.2.3 L n x 9

2.3.2.4 Không ng u 9

2.4 Gi i thi u chung v siêu âm 10

2.5 L ch s phát tri n c a siêu âm t h p pha 11

2.6 ng d ng h th ng dãy t h p pha 14

2.7 Các nghiên c uăliênăquanăđ năđ tài 14

2.7.1ăNgoƠiăn c 14

2.7.2ăTrongăn c 15

2.8 Các v năđ khoa h c còn t n t i c n nghiên c uăđ gi i quy t hi n nay 16

Ch ng 3 17

C S LÝ THUY T 17

3.1 Lý thuy t v siêu âm t h p pha 17

3.1.1 Khái ni m 17

3.1.2 Các thành ph năc ăb n c a h th ng siêu âm t h p pha 17

3.1.3ăPh ngăphápăki m tra siêu âm t h p pha 18

3.1.4ă uăđi m c a siêu âm t h p pha so v iăsiêuăơmăthôngăth ng 19

3.2 Thi t b siêu âm t h p pha 19

3.2.1 Máy siêu âm OmniScan MX2 19

3.2.2 Bi uăđ d ng kh c a thi t b 20

3.2.3 Kh i quét 21

3.2.4 M u chu n 22

3.2.5 Đ u dò siêu âm t h p pha 23

3.2.5.1 Các lo iăđ u dò siêu âm t h p pha 23

3.2.5.2 Nguyên lý ho tăđ ng c aăđ u dò t h p pha 23

3.2.6ăNêmăđ u dò siêu âm t h p pha 24

3.2.7 B chia kênh 25

3.2.8 Nguyên lý siêu âm t h p pha 25

3.3 Lý thuy t v cácăph ngăphápăhƠn 27

3.3.1ăPh ngăphápăhƠnăh quang tay 27

3.3.2ăăHƠnăđi n cực không nóng ch yătrongămôiătr ng khí b o v lƠăkhíătr 29

3.3.3ăăPh ngăphápăhƠnăDơyăhƠnălõiăthu c 30

3.3.4ăăPh ngăphápăhƠnăH quangăd i l p thu c 31

Ch ng 4 32

XÂY D NG QUY TRÌNH KI M TRA M I HÀN GIÁP M I NG S D NG PH NG PHÁP SIểU ỂM T H P PHA 32

4.1ăQUYăTRỊNHăĐÀOăT O K THU T VIÊN 32

4.1.1 Theo tiêu chu n BINDT 33

4.1.2 Theo tiêu chu n IAEA TECDOC 470 34

4.2 QUY TRÌNH MUA S M V TăT ,ăTHI T B SIÊU ÂM 35

4.2.1 M căđích 35

4.2.2 Ph m vi áp d ng 35

4.2.3 Tài li u tam chi u 35

4.2.4ăĐ nhănghĩa 35

4.2.5 N i dung mua s măchoăđ tài dự án 35

4.2.5.1 Phân giao trách nhi m 35

4.2.5.2ăC ăs 36

4.2.5.3ăL căđ 36

4.2.5.4 N i dung các h ng m c 36

4.2.6ăL uătr 39

4.2.7 Ph l c 39

4.3 QUY TRÌNH KI M TRA M I HÀN GIÁP M I NG S D NGăPH NGă PHÁP SIÊU ÂM T H P PHA 40

4.3.1 Ph m vi áp d ng 40

4.3.2 Tiêu chu n áp d ng 40

4.3.3 Nhân sự ki m tra siêu âm t h p pha 40

4.3.4 Chu n b b mặt 40

4.3.5 Chu n b ch t ti p âm 41

4.3.6 Chu n b thi t b 41

4.3.6.1 Máy ki m tra xung d i 41

4.3.6.2 B quét ki m tra siêu âm t h p pha 41

4.3.6.3 M u chu n 43

4.3.6.4 Máy tính cá nhân 43

4.3.6.5 D ng c phù tr 43

4.3.7 Hi u chu n thi t b 43

4.3.7.1 Hi u chu n v n t c 43

4.3.7.2 Hi u chu năđ tr nêm 49

4.3.7.3 Hi u chu năđ nh y 56

4.3.7.4 Hi u chu năđ ng cong TCG 62

4.3.7.5 Hi u chu n b mã hóa v trí quét 62

4.3.8 K thu t ki m tra siêu âm t h p pha 62

4.3.8.1 Ph m vi ki m tra (vùng ki m tra) 62

4.3.8.2 T căđ quét 63

4.3.8.3 Ki m tra v iăđ u dò t h p pha 63

4.3.8.4 Thi t l p máy 63

4.3.8.5 Quy trình quét 64

4.3.8.6 K thu t di chuy năđ u dò 65

4.3.8.7ăĐánhăgiáăcácăch th 66

4.3.9 Tiêu chu n ch p nh n 66

4.3.10 Ki m tra ph n m i hàn sau khi s a ch a 66

4.3.11 Báo cáo 66

4.4 QUY TRÌNH B O TRÌ THI T B SIÊU ÂM 68

4.4.1 M căđích: 68

4.4.2 Ph m vi áp d ng: 68

4.4.3 Tài li u liên quan: 68

4.4.4ăĐ nhănghĩa/ăVi t t t: 68

4.4.4.1ăĐ nhănghĩa: 68

4.4.4.2 Vi t t t 68

4.4.5ăL uăđ quy trình thực hi n: 68

4.4.5.1ăL uăđ 68

4.4.5.2 Gi iăthíchăl uăđ b o trì: 69

4.4.6ăH ng d n b o trì thi t b OmniScan MX2 71

4.4.7ăH ng d n b o trì thi t b Cobra Scanner 71

4.4.8ăH ng d n b o trì thi t b WeldROVER 71

4.4.9 PH L C 71

4.5 QUY TRÌNH S A CH A THI T B SIÊU ÂM 72

4.5.1 M căđích: 72

4.5.2 Ph m vi áp d ng: 72

4.5.3 Tài li u liên quan: 72

4.5.4ăĐ nhănghĩa/ăVi t t t: 72

4.5.4.1ăĐ nhănghĩa: 72

4.5.4.2 Vi t t t 72

4.5.5ăL uăđ quy trình ki m tra chung: 72

4.5.5.1ăL uăđ 72

4.5.5.2 Gi iăthíchăl uăđ s ch a: 73

4.5.6 Ph l c b o trì, s a ch a thi t b 76

Ch ng 5 77

CH T O M I HÀN NG Đ C THÙ CÓ KHUY T T T CHU N 77

5.1 Ch n thi t b và d ng c hàn 77

5.2 Thi t k m i ghép (ki m m i n i) 77

5.3 V t li u ch t o chi ti t m u 78

5.4 Trình tự ch t o khuy t t tăhƠnăđặc thù 79

5.4.1 Khuy t t t n t 79

5.4.2 Khuy t t t ng m x 80

5.4.3 Khuy t t t thi u ng u c nh 81

5.4.4 Ch t o chi ti t m u có khuy t t t rỗ khí 82

5.5 Ch t o thực nghi m m u khuy t t t s 01 84

5.5.1 B n v chi ti t m i ghép 84

5.5.2 Ch n v t li u ch t o m u 84

5.5.3 T o khuy t t t rỗ khí, không ng u c nh, ng m x và n t 85

5.5.3.1 Thi t k m i ghép (ki u m i n i) 85

5.5.3.2ăHƠnăđínhăphôi 85

5.5.3.3 Hàn l p th nh t 86

5.5.3.4 Hàn các l păđ p ch t o khuy t t t rỗ khí 86

5.5.3.5 Hàn các l păđ p ch t o khuy t t t không ng u c nh 87

5.5.3.6 Hàn các l păđ p ch t o khuy t t t ng m x 89

5.5.3.7 Hàn các l păđ p ch t o khuy t t t n t 90

5.5.3.8 Hàn các l păđ p t i các v trí không có khuy t t t 92

5.5.3.9 Hàn l p ph cho c m i ghép 92

5.5.4 K t qu siêu âm m u s 01 b ngăph ngăphápăPA 93

5.5.5 Nh n xét 94

5.6 Ch t o thực nghi m m u khuy t t t s 02 95

5.6.1 B n v m i ghép 95

5.6.2 Ch n v t li u ch t o m u 95

5.6.3 T o khuy t t t rỗ khí và n t 96

5.6.3.1 Thi t k m i ghép (ki u m i n i) 96

5.6.3.2 Ch t o khuy t t t 96

5.6.4 K t qu siêu âm m u s 02 b ngăph ngăphápăPA 96

5.6.5 Nh n xét 96

5.7 Ch t o thực nghi m m u khuy t t t s 03 97

5.7.1 B n v m i ghép 97

5.7.2 Ch n v t li u ch t o m u 98

5.7.3 T o khuy t t t rỗ ng m x 98

5.7.3.1 Thi t k m i ghép (ki u m i n i) 98

5.7.3.2 Ch t o khuy t t t 98

5.7.4 K t qu siêu âm m u s 03 b ngăph ngăphápăPA 98

5.7.5 Nh n xét 99

5.8 Ch t o thực nghi m m u khuy t t t s 04 100

5.8.1 B n v m i ghép 100

5.8.2 Ch n v t li u ch t o m u 100

5.8.3 T o khuy t t t rỗ Rỗ khí và Không ng u 101

5.8.3.1 Thi t k m i ghép (ki u m i n i) 101

5.8.3.2 Ch t o khuy t t t 101

5.8.4 K t qu siêu âm m u s 04 b ngăph ngăphápăPA 101

5.8.5 Nh n xét 102

5.9 Ch t o thực nghi m m u khuy t t t s 05 103

5.9.1 B n v m i ghép 103

5.9.2 Ch n v t li u ch t o m u 103

5.9.3 T o khuy t t t ng m x và n t 104

5.9.3.1 Thi t k m i ghép (ki u m i n i) 104

5.9.3.2 Ch t o khuy t t t 104

5.9.4 K t qu siêu âm m u s 05 b ngăph ngăphápăPA 104

5.9.5 Nh n xét 105

Ch ngă6 106

K T LU N VÀ KI N NGH 106

6.1 K t lu n 106

6.2 Ki n ngh 107

TÀI LI U THAM KH O 108

PH L C I 111

K T QU KI M TRA CHI TI T M U B NGăPH NGăPHÁPăSIểUăỂMăT H P PHA 111

SDH Synchronous Digital Hierarchy

NDT Non Destructive Testing

API American Petroleum Institute

AWS American Weld Society

DNV Det Norske Veritas

DAC Distance Amplitude Correction

TVG Time Varied Gain

ECA Electronic Components Association

TCG Time Corrected Gain

TOFD Time Of Flight Diffraction

PA UT Phased Array Utrasonic Testing

ASME American Society of Mechanical Engineers

ASTM American Society for Testing and Materials

IAEA International Atomic Energy Agency

BINDT The British Institute of Non Destructive Testing

TECDOC Technical document

SMAW Shielded Metal Arc Welding

GTAW Gas Metal Arc Welding

SAW Submerged Arc Welding

FCAW Flux Core Arc Welding

DANH SÁCH CÁC B NG

B ng 4.1: Thông s k thu tăvƠăkíchăth c các lo iăđ u dò [27] 42

B ng 4.2: Thông s k thu t vƠăkíchăth c các lo iănêmăđ u dò [27] 42

B ng 5.1: Thông tin v t li uăc ăb n [12] 78

B ng 5.2: Thành ph n hóa h c c a thép ASTM A106 Grade B [12] 78

B ng 5.3: Thông tin v t li u tiêu hao [12] 79

B ng 5.4: Ch đ hàn cho l păđ p 86

B ng 5.5: Ch đ hàn cho l păđ p 87

B ng 5.6: Ch đ hàn ch t o khuy t t t và các v trí còn l i 90

B ng 5.7: Ch đ hàn cho l păđ p 91

B ng 5.8: K t qu siêu âm PA m u khuy t t t s 01 93

B ng 5.9: K t qu siêu âm PA m u khuy t t t s 02 96

B ng 5.10: K t qu siêu âm PA m u khuy t t t s 03 98

B ng 5.11: K t qu siêu âm PA m u khuy t t t s 04 101

B ng 5.12: K t qu siêu âm PA m u khuy t t t s 05 104

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG Hình 2.1: Các lo i ngăthépătrònăđen 5

Hình 2.2: M i hàn d c tr c 6

Hình 2.3: M iăhƠnăh ng kính 6

Hình 2.4: M i hàn xo n ng 7

Hình 2.5: Các ki u n t trong m i hàn 8

Hình 2.6: V trí khuy t t t rỗ khí 9

Hình 2.7: Khuy t t t l n x 9

Hình 2.8: Khuy t t t hàn không ng u 10

Hình 2.9: Hình d ng vân giao thoa c a hai ngu n phát sóng 12

Hình 2.10: Hình nh siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha trong y t 13

Hìnhă3.1:ăS ăđ kh i c a thi t b ki m tra siêu âm t h p pha 17

Hình 3.2: Hình nh d ngăquétăđ uădòăsiêuăơmăthôngăth ngăvƠăđ u dò t h p pha 18

Hìnhă3.3:ăĐi u khi n góc phát chùm âm 18

Hình 3.4: Máy siêu âm OmniScan MX2 19

Hìnhă3.5:ăB ăphátăxungăt ăh păpha 20

Hình 3.6: B nh n xung t h p pha 21

Hình 3.7: Kh i quét WeldROVER, Cobra Scanner c a hãng Olympus 22

Hình 3.8: M u chu n V1 22

Hình 3.9: M u chu n Navships 22

Hìnhă3.11:ăĐ uădòăsiêuăơmăt ăh păpha 23

Hìnhă3.12:ăNêmăđ uădò 25

Hìnhă2.13:ăB ăchiaăkênhăy-spliterăc aăhƣngăOlympus 25

Hình 3.14: Nguyên lý siêu âm t h p pha 26

Hình 3.15: Ch th hình nh hi n th B-Scan 27

Hình 3.16: Máy hàn SMAW và các ph ki n liên quan 28

Hình 3.17: Nguyên lý hình thành m i hàn 29

Hình 3.18: Thi t b hàn TIG 30

Hình 3.19: Nguyên lý hình thành m i hàn trong hàn FCAW 30

Hình 3.20: Nguyên lý hình thành m i hàn 31

Hìnhă4.3:ăL căđ quy trình mua s m tài s n, trang thi t b 36

Hìnhă4.4:ăS ăđ quy trình ki m tra m i hàn giáp m i ng s d ng PA UT 40

Hìnhă4.5:ăBaătr ng h p hi u ch nh v n t c 44

Hình 4.6: Hi u chu n kh i v iăđ cong 44

Hình 4.7: Ví d v tín hi u hi n th 45

Hình 4.8: Thi t l p các c ng trên các tín hi uăđ u tiên 45

Hình 4.9: Thi t l p các c ng trên các tín hi u th hai 46

Hình 4.10: Hi u chu n kh i v i khuy t t t chu n 47

Hình 4.11: Hi u chu n kh i v iăhaiăđ dày 48

Hìnhă4.12:ăBaătr ng h p hi u chu năđ tr nêm 50

Hình 4.13: Hi u chu n kh i v iăđ cong 51

Hình 4.14: Hi u chu năđ tr nêm v i khuy t t t có sẵn trên kh i chu n 52

Hình 4.15: Thi t l p c ngăAăđ sâu A c a wizard hi u chu năđ tr nêm 53

Hình 4.16: Xây dựng l p ph tín hi u cho hi u chu năđ tr nêm 54

Hìnhă4.17:ăĐ tr nêm ki m tra b ng các bán kính 54

Hình 4.18: Hi u chu năđ dày kh i 55

Hình 4.19: Hi u chu n kh i b ng m t khuy t t t chu n 56

Hình 4.20: Thi t l p c ng A dựa vào ti ng v ng A c aăb c hi u chu n wizard 57

Hình 4.21: Xây dựng l p ph tín hi u cho cân ch nhăđ nh y 58

Hình 4.22: Hi u ch nhăđ nh y trong dung sai cho phép 58

Hình 4.23: Hi u chu n kh i b ng m t khuy t t t chu n 59

Hình 4.24: Xây dựng l p ph tín hi u cho hi u chu năđ nh y 60

Hình 4.25: Hi u ch nhăđ nh y trong dung sai cho phép 61

Hình 4.26: Hi u ch nhăđ nh y trong dung sai cho phép 61

Hình 4.27: Các tín hi u hi u chu năchoăđ nh y 62

Hình 5.1: Thi t k m iăghépăVăđ n 77

Hình 5.2: Thi t k m i ghép hàn góc 78

Hình 5.3: Thi t k m iăghépăch ăXăđ n 78

Hình 5.4: K thu t t o khuy t t t n t 79

Hình 5.5: K thu t t o khuy t t t ng m x 80

Hình 5.6: K thu t t o khuy t t t thi u ng u chân 81

Hình 5.7: K thu t t o khuy t t t rỗ khí 82

Hình 5.8: M u khuy t t t m i hàn giáp m i ng s 01 84

Hình 5.9: Thi t k m i ghép ki uăVăđ năvƠăv trí khuy t t t dự ki n m u s 01 85

Hình 5.10: V tríăhƠnăđínhăc a m i hàn giáp m i vòng ng s 01 85

Hình 5.11: Hàn l p th nh t 86

Hình 5.12: Hàn các l p ch t o khuy t t t rỗ khí 87

Hình 5.13: Hàn các l păđ p t o khuy t t t không ng u c nh 88

Hình 5.14:ăGócăđ đu c hàn khi hàn GTAW b t c u 88

Hình 5.15: Hàn các l păđ p t o khuy t t t ng m x 89

Hìnhă5.16:ăGócăđ que hàn khi hàn SMAW 90

Hình 5.17: Hàn ch t o khuy t t t n t 91

Hình 5.18: Hàn l păđ păb ngăSMAW 92

Hình 5.19: Hàn các l p ph 93

Hình 5.20: B n khuy t t t trên màn hình siêu âm t h p pha m u s 01 94

Hình 5.21: M u khuy t t t m i hàn giáp m i ng s 02 95

Hình 5.22: Thi t k m i ghép ki uăVăđ năvƠăv trí khuy t t t dự ki n m u s 02 96

Hình 5.23: Hai khuy t t t trên màn hình siêu âm t h p pha m u s 02 97

Hình 5.24: M u khuy t t t m i hàn góc ng s 03 97

Hình 5.25 Thi t k m i ghép và v trí khuy t t t dự ki n m u s 03 98

Hình 5.26: Khuy t t t trên màn hình siêu âm t h p pha m u s 03 99

Hình 5.27: M u khuy t t t m i hàn góc ng s 04 100

Hình 5.28 Thi t k m i ghép và v trí khuy t t t dự ki n m u s 04 101

Hình 5.29: Hai khuy t t t trên màn hình siêu âm t h p pha m u s 04 102

Hình 5.30: M u khuy t t t m i hàn góc ng s 05 103

Hình 5.31 Thi t k m i ghép và v trí khuy t t t dự ki n m u s 05 104

Hình 5.32: Hai khuy t t t trên màn hình siêu âm t h p pha m u s 05 105

đ c păbáchăđ c nhi u nhà khoa h c quan tâm nghiên c u Đ ki mătraăđánhăgiáăch t

l ng m i hàn ng, ph ngăphápăki m tra h t t th ngăđ c s d ng,ănh ngăph ngăpháp này ch h n ch đ phát hi n các khuy t t t b mặt.ăPh ngăphápăch p X-quang cũngăv y, r t t n kém th i gian và đ c h i

Trongăph ngăphápăsiêuăơm,ăph ngăphápăsiêuăơmăt h p pha s d ng thi t b OmniScan MX2,ămáyăquétătayăvƠăđ u dòăđaăbi n t cung c p nhi uă uăđi m: k t qu chính xác nh t, hình nh rõ nét nh t, ki m tra nhanh nh t,ăanătoƠnăvƠăđặc bi t cho phép xácăđ nh v tríăvƠăkíchăth c khuy t t t theo ba chi u trong không gian nh ngăph ngăphápănƠyăch aăđ c áp d ng r ng rãi n c ta

V iăph ngăphápăsiêuăơmăt h p pha ngoài vi c ph iăđ uăt ăthi t b , các doanh nghi păđƠoăt o và nghiên c u ph iăđ uăt ăchiăti t m u có khuy t t t hàn, các chi ti t

m u có khuy t t t hàn này có giá thành r t cao Nghiên c u ch t o m u chi ti t hàn trongăn c nh m góp ph n gi măchiăphíăđ uăt ăchoăvi căđƠoăt o k thu t viên ki m tra khuy t t t m i hàn thực sự là m t yêu c u c p thi tăđ i v iăn c ta hi n nay

Đ gi i quy t ph n nào v năđ trên,ăđ tài, “Nghiên cứu xây dựng quy trình

ki ểm tra mối hàn giáp mối ống sử dụng phương pháp siêu âm tổ hợp pha tại Việt Nam’’ do h c viên lựa ch n có tính c p thi t và kh nĕngă ng d ng cao t i Vi t Nam

1.2 ụ nghĩa khoa h c và th c ti n c a đ tài

Hi n nay n c ta, các công trình xây dựngănhƠămáyăđi n, nhà máy l c d u, các ngành công nghi păđóngătƠu ă, s l ng các dự ánăđ uăt ngƠyăcƠngătĕng.ăĐ đápă ng

đ c ch tăl ng s n ph m và ti năđ côngătrình,ăcácăph ngăphápăki m tra không phá

h yăđangăđ c áp d ng r ngărƣiăvƠăđ c ch ng minh là r t hi u qu

V ý nghĩa th c ti n:ăđ tài gi i quy t bài toán nghiên c u, đƠoăt o k thu t

viên v ki m tra khuy t t t m i hàn giáp m i ng b ngăph ngăphápăsiêuăơm t h p pha, làm ch công ngh ch t o chi ti t m u có khuy t t t hàn

V ý nghĩa khoa h c: ph ngăphápăsiêuăơmătruy n th ngăđ c s d ngăđ ki m

tra m i hàn giáp m i ng trong nhi u th p k qua.ăTuyănhiên,ăph ngăphápănƠyăcóăcácă

h n ch c ăb n c v khía c nh k thu t l n ng d ngănh :

- Hình d ng c a v t ki m tra có th gơyăkhóăkhĕnăchoăcôngăvi c ki m tra

- Khó ki m tra các v t li u có c u t o bên trong ph c t p

- Ph ngăphápănƠyăc n s d ng ch t ti p âm là m

- Đ u dò ph i ti p xúc h p lý v i b mặt m u trong quá trình ki m tra

- H ng c a khuy t t t có nhăh ngăđ n kh nĕngăphátăhi n khuy t t t

- Nhân viên ki m tra ph i có r t nhi u kinh nghi m

Vì v y nghiên c u s d ngăph ngăpháp siêu âm t h p pha vào ki m tra ch t

l ng m i hàn giáp m i ng nh măđ kh c ph căcácănh căđi m c a ph ngăpháp siêu âm truy n th ng cóăýănghĩaăkhoaăh c h t s c quan tr ng và c n thi tăđ nâng cao nĕngăsu t, ch tăl ng m i hàn

Mặt khác đ tài còn nghiên c u xây dựng qui trình ki m tra theo tiêu chu n ASME, ch t o chi ti t m u có khuy t t t hàn theo tiêu chu n AWS,ăđây là hai tiêu chu n khá ph bi n và d hi u, có th ng d ng trong vi c nghiên c u và gi ng d y t i cácăđ năv đƠoăt o k thu t viên, th hƠnătrongăvƠăngoƠiăn c

NgoƠiăraăđ tƠiăđƣănghiênăc u các Nguyên nhân t o ra các khuy t t t trong m i hàn giáp m i ng, giúp các k s ăcóăth thi t k m t quy trình có th phòng tránh các khuy t t t nh m t o ra m iăhƠnăđ t ch tăl ng cao m t cách d dàng Các m u chi ti t hàn b khuy t t tăđ c ch t o có các khuy t t tăt ngătự nh ăcácăkhuy t t t gặp ph i trong quá trình s n xu t tự nhiên,ădoăđó,ăngoƠiăvi c ph c v trongăđƠoăt o, quy trình

ki m tra, các m u chi ti t hàn b khuy t t t có th đ c ph c v trongălĩnhăvực nghiên

c u và phát tri n các k thu t ki m tra khuy t t t m i hàn m i

1.3 M c tiêu nghiên c u c a đ tài

1.3.1 M c tiêu t ng quát

Hoàn thi năvƠăđ aăvƠoă ng d ng quy trình ki m tra m i hàn giáp m i ng b ng

k thu t siêu âm t h p pha choăcácălĩnhăvựcăc ăkhí,ăd u khí, xây dựng,ăđóngătàuầt i

Vi t Nam

1.3.2 M c tiêu c th

- Tìm hi u quy trình, tiêu chu n cácăn c trên th gi i v siêu âm t h p pha

- Kh o sát hi n tr ng t i Vi t Nam v ki m tra siêu siêu âm t h p pha

- Xây dựng quy trình ki m tra siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha

- Nghiên c u khuy t t tăhƠnăth ng gặp ph i trong thực ti n ch t o k t c u hàn

- Nghiên c u ph ngăpháp ch t o chi ti t m u có khuy t t t hàn

- Ch t o th nghi m chi ti t m u có khuy t t t hàn ph c v trongăđƠoăt o ki m tra khuy t t t m i hàn b ngăph ngăphápăsiêuăơm t h p pha

- B n lo i khuy t t tăc ăb n: n t, rỗ khí, l n x , không ng u

- Thi t b Omniscan MX2 s d ngăđ u dò t h p pha c a hãng Olympus

- Kh i quét WeldROVER c a hãng Olympus

- Kh i quét Cobra Scanner c a hãng Olympus

- Máy hàn SMAW, máy hàn TIG, MIG

- Quy trình ki m tra m i hàn giáp m i ng s d ngăph ngăphápăsiêuăơmăt h p pha

- Ch t o th nghi m chi ti t m u có các khuy t t t hàn ng m x , thi u ng u, rỗ khí và n t

1.5 Ph ng pháp nghiên c u

Ph ngă phápă nghiênă c u là sự k t h p gi a nghiên c u lý thuy t và thực nghi m

- V mặt lý thuy t, ti n hành nghiên c uăc ăs khoa h c, nguyên lý ho tăđ ng,

ph m vi áp d ng, các tiêu chu n liên quan, các báo cáo khoa h căđƣăcôngăb trên các

t păchíătrongăn c và qu c t v lĩnhăvực ki m tra siêu âm t h p pha

- V mặt thực nghi m, tinh toán, thi t k m i hàn giáp m i ng và ch t o các khuy t t t: ng m x , thi u ng u, rỗ khí và n t Ki mătraăđánhăgiáăcácăchiăti tăđƣăch t o

b ngăph ngăphápăsiêuăơm t h p pha

1.6 K t cấu c a lu n văn

Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 6 chương:

- Ch ngă1:ăGi i thi u

- Ch ngă2:ăT ng quan

- Ch ngă3:ăC ăs lý thuy t

- Ch ngă4:ăXây dựng quy trình ki m tra m i hàn giáp m i ng d n s

d ngăph ngăphápăsiêuăơmăt h p pha

- Ch ngă5: Ch t o m i hàn ng đặc thù có khuy t t t hàn chu n

- Ch ngă6: K t lu n và ki n ngh

Đ i v i m i hàn ng trong công nghi păth ng có ba lo iăc ăb năđóălƠ:ăm i hàn

d c ng, m i hàn vòng ng và m i hàn xo n ng Trong ph m vi nghiên c u c aăđ tài

ta ch đ c păđ n m i hàn d c và vòng ng, m i hàn xo n ch trình bày mang tính ch t tham kh oănh ăsau:

2.2.1 M i hàn d c ng (m i hàn d c tr c)

V trí

m i hàn

d c ng

2.2.3 M i hàn xo n ng

V trí

m i hàn

- Theo nhi t đ v t n t xuất hi n ta phân ra hai lo i:

+ N ứt nóng: xu t hi n trong quá trình k t tinh c a liên k t hàn khi nhi tăđ khá

caoă(ătrênă1000ăđ C)

+ N ứt nguội: xu t hi n sau khi k t thúc quá trình hàn nhi tăđ d iă1000ăđ C

- Theo kích th c v t n t:

+ V ết nứt thô cực đại: có th gây phá h y k t c u ngay khi làm vi c

+ N ứt tế vi: V t n t này s phát tri n r ng d n ra t o thành các v t n tăthôăđ i

- Theo hình d ng:

+ N ứt dọc: do s d ng v t li uăhƠnăch aăđúng,ăt n t i ng su tăd ătrongăliênăk t,

t căđ ngu i cao, liên k t hàn không phù h p, b trí m iăhƠnăch aăh p lý

+ N ứt ngang: do s d ng v t li uăch aăđúng,ăt căđ ngu i cao, m i hàn quá nh

so v i liên k t

+ Nứt ở vùng kết thúc hồ quang: do v trí k t thúc h quang b lõm ch a nhi u

t p ch t, h quangăkhôngăđ c b o v t t

a) Liên kết hàn giáp mối b) Liên kết hàn góc

1 V ết nứt hố; 2 Vết nứt mặt trên; 3 Vết nứt ở vùng ảnh hưởng nhiệt; 4 Vết tách lớp

ở vật liệu thép cơ bản (ở sát mối hàn); 5 Vết nứt dọc đường hàn; 6 Vết nứt ở gốc mối hàn; 7 Vết nứt bề mặt đáy mối hàn; 8.Vết nứt ăn sâu; 9 Vết nứt chân mối hàn;

10 V ết nứt ngang mối hàn; 11 Vết nứt dưới mối hàn; 12 Vết nứt ở bề mặt giáp ranh

gi ữa mối hàn và thép cơ bản; 13 Vết nứt ở phần kim loại mối hàn

Hình 2.5: Các ki u n t trong m i hàn [1]

2.3.2.2 R khí

Rỗ khí sinh ra do hi năt ng khí trong kim lo i không k păthoátăraăngoƠiătr c khi kim lo iăđôngăđặc Rỗ khí có th sinh ra bên trong hoặc b mặt m i hàn hoặc có

th n m ranh gi i gi a kim lo iăc ăb n và kim lo iăđ p

Nguyên nhân chínhădoăhƠmăl ng cacbon trong kim lo iăc ăb n hoặc trong v t

li u hàn quá cao, v t li u hàn b m, b mặt chi ti t hàn b b n,ădínhăs n,ăd u m , g ,

h iăn c, chi u dài c t h quang l n, t căđ hàn quá cao

1 Bên trong mối hàn; 2 Bề mặt mối hàn; 3 Ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim

lo ại đắp; 4 Phân bố tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn

Hình 2.6: V trí khuy t t t rỗ khí [1]

2.3.2.3 L n x

Trong quá trình hàn x hàn và t p ch t có th t n t i trong m iăhƠn,ăcũngăcóăth

n m trên b mặt m i hàn, có th n m giáp ranh gi a kim lo i m i hàn và ph n kim lo i

c ăb n, hoặc gi aăcácăl t hàn Sự l n x làm nhăh ng l năđ năc ătínhăc a m i hàn

nh ăđ dẻo, tính ch uăvaăđ p, gi m kh nĕngălƠmăvi c c a m i hàn Mặt khác sự t o x trong m i hàn là do dòngăđi n hàn quá nh ,ăkhôngăđ nhi tăl ngăđ cung c p cho kim

lo i nóng ch y và x khó thoát lên kh iăvũngăhƠn,ămépăhƠnăch aăđ c làm s ch hoặc khiăhƠnăđínhăhayăhƠnănhi u l păch aăgõăs ch x ,ăgócăđ hƠnăch aăh p lý và t căđ hàn quá l n, làm ngu i m i hàn quá nhanh [1]

1 X ỉ hàn và tạp chất có thể tồn tại trong mối hàn; 2 Nằm trên bề mặt mối hàn;

3 Chỗ giáp ranh giữa kim loại mối hàn và phần kim loại cơ bản;

4 Gi ữa các lượt hàn

Hình 2.7: Khuy t t t l n x

2.3.2.4 Không ng ấu

Hàn không ng u là m t d ng khuy t t t nghiêm tr ng vì nó s gây ra ng su tăd ă

t iăđi măđóăvƠăs phá h y m i hàn Hàn không ng u sinh ra góc m i hàn, mép hàn

hoặc gi a các l p hàn

Nguyên nhân c a khuy t t t này là do mép hàn chu n b ch aăh p lý, góc vát quá

nh ,ădòngăđi n hàn quá nh hoặc t căđ hƠnăquáănhanh,ăgócăđ đi n cực hàn (que hàn) vƠăcáchăđ aăđi n cực không h p lý, chi u dài c t h quang không quá l n,ăđi n cực hàn chuy năđ ngăkhôngăđúngătheoătr c m i hàn [1]

2.4 Gi i thi u chung v siêu âm

Các thi t b ki m tra siêuăơmăđƣăđ c ng d ng trong công nghi păh nă60ănĕmă

nay T nh ngănĕmă1940,ăquáătrìnhătruy n sóng âm t n s cao qua v t li u r n tuân theo các quy lu t v tălýăđƣăđ c s d ngăđ phát hi n các khuy t t t n t, lỗ rỗng, rỗ khí và các b t liên t c bên trong kim lo i, h p ch t, nhựa và g m;ăcũngănh ăđoăchi u dày và phân tích tính ch t v t li u Ki mătraăsiêuăơmălƠăph ngăphápăhoƠnătoƠnăanătoƠnă

và không phá h y,ănóăcònălƠăph ngăphápă ki m tra đ c ng d ng t t trong nhi u ngành công nghi pănh ăs n xu t, ch t o và d ch v ,ăđặc bi t là ng d ng c a nó liên quan t i m i hàn và k t c u kim lo i [27]

Ph ngă phápă ki m tra siêu âm phát tri n m nh cùng v i sự tĕngă tr ng c a ngƠnhăđi n t vƠăsauăđó là máy tính Thực nghi măđ uătiênăđ c thực hi n t i Châu Âu

và M t nh ngănĕmă1930ăđƣăch ng minh r ng sóng âm t n s cao có th ph n x t khuy t t t bên trong hay vùng ranh gi i c a v t li uătheoăcácăđ ng vuông góc và t o

ra các d ng xung phân bi t mà có th th hi năđ c trên màn hình hi n sóng Vi c phát tri n h th ngăđ nh v b ngăsiêuăơmătrongăgiaiăđo n Th chi n th IIăđƣăt o s c ép cho

vi c nghiên c u siêu âm m nhăh năn a.ăVƠoănĕmă1945,ănhƠănghiênăc uăng i M là Floydă Firestoneă đƣă sángă ch ra thi t b dò khuy t t t b ng siêu âm (Supersonic Reflectoscope)ănóăđ căxemănh ăthi t b phát hi n khuy t t t b ngăsiêuăơmăđ u tiên

đ c s d ng trên th tr ng, thi t b này s d ng k thu t xung d iăthôngăth ngănh ă

hi nănayăđangăs d ng.ăĐi u này m đ ng cho vi c r t nhi u thi t b siêu âm khuy t

t tăth ngăm iăđ c gi i thi u trong nh ngănĕmăti p theo Trong s các Công ty hàng

đ u v lĩnhăvực phát tri n thi t b siêu âm khuy t t t, thi t b đoăsiêuăơmăvƠăđ u dò trong th p niêm 1960 và 1970 là Panametrics, Staveley và Harissonic, t t c các công

ty này hi n nay trực thu c Olympus NDT

Vào cu i th p niên 1940, nhà nghiên c uăng i Nh tăđƣăđiătiênăphongătrongă

vi c s d ng ki mătraăsiêuăơmăđ chu năđoánăb nh dùng thi t b B-scan cung c p hình

nh hai chi u các l p mô Vào th p niên 1960, nh ng phiên b năđ u tiên c a máy quét

y t đƣăđ c s d ngăđ phát hi n và phác h a hình nh các kh i u, s i m t và nh ng tình tr ngăt ngătự Vào nh ngănĕmă1970,ăvi căđ aăvƠoăs d ng thi t b đoăchi u dày chính xác b ng siêu ơmăđƣăgiúpăchoăph ngăphápăki m tra siêu âm ng d ngăđ c trong nhi uălĩnhăvực s n xu t khác nhau, khi có yêu c uăđoăchi u dày các chi ti t trong tr ng thái làm vi c nh ng v trí ch ti păxúcăđ c t m t bên và các thi t b đoăĕnămònăđ căđ aăvƠoăs d ng r ng rãi trong vi căđoăchi u dày thành còn l i c a ng

và b n ch a b ng kim lo i [27]

Nh ng thi t b siêu âm tiên ti n nh t hi n nay ho tăđ ng dựa trên k thu t x lý tín hi u s hóa và các b vi x lý rẻ ti n mà hi năđƣăcóăt nh ngănĕmă1980.ăNh ng

d ng các k thu t m i trên d năđ n vi căchoăraăđ i nh ng thi t b siêu âm xách tay,

nh g n,ăđ tinăt ng cao và các h th ng ki măđ nh liên t căđ phát hi n khuy t t t, đoăchi u dày và t o hình nh âm thanh

2.5 L ch s phát tri n c a siêu âm t h p pha

Trong vài th păniênăđ u tiên, các thi t b siêuăơmăth ngăm i dựa hoàn toàn vào

đ u dò tinh th đ năs d ng m t tinh th ápăđi năđ phát và nh n sóng âm hoặcăđ u dò tinh th kép s d ng hai tinh th truy n và nh n sóng âm riêng r và h th ng phát/nh n hay truy năquaăđ c dùng thành cặp tinh th đ nănh ătrongăk thu t cặpăđôi.ăCác k thu t này v năđ c dùng ch y u trong thi t k ch t oămáyăsiêuăơmăth ngă

m iăngƠyănayăđ phát hi n khuy t t tăvƠăđoăchi u dày, tuy nhiên các thi t b dùngăđ u

dò t h p phaăđangăd n tr nên quan tr ngătrongălĩnhăvực ki m tra không phá h y b ng siêu âm [27]

Nguyên t cătácăđ ng hình thành và phá v c aăsóngăđ c ch ng minh b i nhà khoa h căng iăAnhăThomasăYoungăvƠoănĕmă1801ăb ng th nghi măđángăchúăýăs

d ngăhaiăđi m phátăsángăđ t o hình d ng vân giao thoa Các sóng cùng pha k t h p lƠmătĕngăc ngăđ , trong khi sự k t h p c a các sóng ngh ch pha s tri t tiêu nhau

Hình 2.9: Hình d ng vân giao thoa c a hai ngu n phát sóng

Sự d ch chuy n pha l năl t lan truy n ra phíaătr c theo hình d ng, th i gian

d ch chuy n ph thu c vào sự tácăđ ng qua l i c a hai hay nhi u ngu n phát sóng ban

đ u Sự d ch chuy n pha có th đ cădùngăđ u n cong, d năh ng hay h i t nĕngă

l ngăsóngăphíaătr c Vào nh ngănĕmă1960,ăcácănhƠănghiên c uăđƣăb tăđ u ng d ng

h th ng siêu âm đ u dò t h p pha s d ngăđ u dò nhi uăđi măphát,ăđ u t oăxungăđ

h ng chùm tia sóng âm theo hình d ng vân giao thoa có ki mă soát.ă VƠoă đ u c a

nh ngănĕmă1970,ăh th ng đ u dò t h p pha th ngăm i dùng chu năđoánătrong y t đƣăđ c s d ng l năđ u tiên, b ng cách s d ngăchùmătiaăđ căđi u khi năđ t o hình

nh c t l păc ăth ng i [27]

Hình 2.10: Hình nh siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha trong y t

Banăđ u, vi c s d ng h th ng siêu âm đ u dò t h p pha đƣăgi i h n ph n l n trongălĩnhăvực y t ,ăđ c hỗ tr b i thực ch t là k t c u và b ph nătrongăc ăth ng i

có th dự đoánăđ c làm cho vi c thi t k thi t b và minh gi i hình nhăt ngăđ i d

Vi c ng d ng trong công nghi p thì khác hẳn, có nhi uăkhóăkhĕnăl năh nădoăđặc tính

âm c a kim lo i, composite, g m, nhựa và s i th y tinh là khác nhau nhi u, thêm vào đóăsự thayăđ i v chi u dày và hình d ng r t l n gặp ph i khi thực hi n ki m tra trong công nghi p H th ng đ u dò t h p pha dùng trong công nghi păđ u tiên vào nh ng nĕmă1980ălƠăcực l n và các thông tin yêu c u truy năsangămáyătínhăđ x lý và minh

gi i hình nh Các h th ng này ch y uăđ c s d ng trong vi c ki măđ nh nhà máy

đi nătrongăgiaiăđo n v n hành Ph n l n, k thu tănƠyăđangăđ căđ y m nh vào th

tr ng nguyên t , đóăvi căđánhăgiáăt i h n l năh nănhi u cho phép s d ng k thu t góc c tăđ c i t o kh nĕngăphátăhi n Nh ng ng d ng banăđ u khác liên quan t i các

tr c rèn l n và các turbine áp lực th p

Các đ u dò t h p pha s d ng pin, xách tay dùng trong công nghi p xu t hi n vào nh ngănĕmă1990.ăThi t b d ngăanalogăđòiăh i ngu năđi n và kho ngăkhôngăđ t o

c uăhìnhăđaăkênhăc n thi tăđ đi u khi năchùmătiaănh ngăvi c truy năthôngătinăd i

d ng s hóa và vi c phát tri n m nh c a thi t b vi x lý cho phép các đ u dò t h p pha th h sauănƠyăđ căraăđ i hàng lo t.ăH năn a, sự có mặt c a các linh ki năđi n t ítătiêuăhaoănĕngăl ng, các k t c u ti t ki măđi năh năvƠăvi c s d ng r ng lo i thi t k

b ng g n các linh ki năđi n t này trên b mặt làm cho các thi t b s d ng công ngh

hi năđ iăsauănƠyăcóăkíchăth c nh g năh n.ăNh đi u này mà các đ u dò t h p pha cho phép thi t b càiăđặt, x lý thông tin, trình bày thông tin trên màn hình và phân tích thông tin b ngăđi n t t c thực hi n trên thi t b xáchătayăvƠănóăđƣăm c a cho vi c s

d ng k thu t này trong nhi u ngành công nghi păkhácănhau.ăĐi uănƠyăcũngăd n t i

kh nĕngăcóănh ng lo iăđ u dò t h p pha tiêu chu n riêng cho t ng ng d ng

2.6 ng d ng h th ng dãy t h p pha

H th ng dãy t h p pha hoàn toàn có th s d ng trong h u h t các công vi c

ki m tra mà thi t b dò khuy t t tăsiêuăơmăđƣăt ng s d ng ng d ng quan tr ng nh t

là ki m tra và phát hi n v t n t c a m i hàn, công vi c ki mătraăđóăđ c thực hi n

r t nhi u ngành công nghi păkhácănhauănh ăhƠngăkhông,ănĕngăl ng, d u khí, các nhà cung c p phôi kim lo i thanh và ng, xây dựng và b oăd ngăđ ng ng, các k t c u kim lo i, và trong s n xu t nói chung Công ngh t h păphaăcònăđ c s d ng hi u

qu trongăxácă đ nh hình d ng chi u dày còn l i trong các ng d ng ki m tra sự ĕnămòn

2.7 Các nghiên c u liên quan đ n đ tài

2.7 1 NgoƠi n c

Các hi p h i trên th gi i:

- Hi p h i các k s ăc ăkhíăM (ASME) ch p nh năph ngăphápăsiêuăơmăPAăt

h nă10ănĕmănayăvƠăcũngăđ c H i này ch p nh n có th thay th ch p nh phóng x

b ng m t chu n riêng ASME Code Case 2335-9

- Vi n d u khí M (API)ă cũngă ch p nh nă cácă ph ngă phápă ki m tra tự đ ng, trongăđóăcóăsiêuăơmăPAăchoăki mătraăcácăđ ng ng, b n b dùng trong d u khí

- Hi p h i ki m tra v t li u M (ASTM)ăcũngăv a ra tiêu chu n ch p nh n siêu

âm PA cho ki m tra m i hàn

- Các Hi p h i và các t ch c qu c t khácănh :ăVi n Hàn Lâm M (AWS),

- ĐĕngăKi măNaăUyă(DNV)ăcũngăđƣăcôngănh n siêu âm PA cho ki m tra m i hàn

và các k t c u kim lo i

Các công trình nghiên c u:

- ắA contribution of phased array ultrasonic technology (PA UT) to detection and

sizingăstressăcorrosionăcracksẰ,ăPeter Ciorau, Chris Chartier, Ken Mair, Ontario Power Generation-P63, Pickering, Canada, 8/2008 Công trình nghiên c u c a nhóm tác gi i đƣătrìnhăbƠyăv kh nĕngăphátăhi năkíchăth c v t n tăĕnămònă ng su tăd ăcóăchi u cao

t 3mmăđ n 15mm s d ngăph ngăpháp ki m tra siêu âm phased array

- ắNDTă Adaptsă toă Phasedă ArrayẰ,ă Edwardă Ginzel,ă 2/2009.ă K t qu c a công trình nghiên c u này khẳngăđ nhătínhă uăvi t c a siêu âm PA thay th đ căph ngăpháp ch p nh phóng x (RT)

2.7.2 Trong n c

Các h i th o:

- H i th oăắSiêuăơmăPhasedăArrayătrongăki m tra ch tăl ng m iăhƠnẰ,ăVISCO,ă

Hà N i, 11/2007 T i h i th o các chuyên gia c aăOlympusăNDTăđƣăthuy t trình v các công ngh ki m tra khuy t t t các thi t b trong ngành công nghi p bao g m: Các thi t b NDT và RVI (n i soi) th h m i, c p nh t các mã v ki m tra siêu âm tự

đ ng, thay th ch p nh phóng x b ng AUT, thi t b ki m tra m i hàn n i tự đ ng công ngh Phased Array th h m i, thi t b ki m tra ngăđaăcôngăngh

- H i th oăắ ng d ng k thu t siêu âm Phased Array trong ki m tra ch tăl ng

m iăhƠnẰ,ăQuatest3,ăVũngăT u, 7/2010 H i th o có sự tham dự c a g nă50ăđ i bi u

đ n t các t păđoƠn,ăcácănhƠăs n xu t,ăkinhădoanhăquanătơmăđ n công ngh Phased arrayănh ăHƠăN i, TP.HCM, C năTh ,ăVũngăTƠuăvƠăm t s t nh l n c n.ăCácăđ i bi u đƣăcóăc ăh i chia sẻ thông tin và kinh nghi mătrongăcôngătácăgiámăđ nh, ki m tra ch t

l ng m iăhƠnăcũngănh ăvi c ng d ng k thu t Phased array trong th i gian t i

Các đ tài:

- Đ tƠiăắăNghiênăc u ng d ngăph ngăphápăki m tra siêu âm (PA UT) s d ng thi t b t h p pha thay th ph ngăphápăki m tra ch p nh phóng x (RT) trong ki m tra không phá hu (NDT) cho các công trình d uăkhíẰ,ăTrungătơmăNghiênăc u-Phát tri n An toàn D uăkhíăvƠămôiătr ng, 5/2010

- Tô Thanh Tu năắNghiênăc u so sánhăph ngăphápăki m tra siêu âm s d ng

đ uădòăđaăbi n t v iăph ngăphápăch p nh phóng x trong ki mătraăđánhăgiáăch t

l ng m iăhƠnẰ.ăĐ tài lu năvĕnăth căsĩ,ăGVHD:ăTS.ăLêăChíăC ng,ăthángă4/2011

- Đ tài nghiên c u khoa h c c p b ắCông ngh v ki m tra siêu âm phased array thay th ph ngăphápăch p nh phóng x trong ki m tra ch tăl ng m iăhƠnẰ,ăCông ty Gi i pháp ki măđ nh Vi t Nam VISCO, 10/2011

Các nghiên c u khác:

- Trung tâm K thu t 3, T ng c c Tiêu chu n- Đoăl ng- Ch tăl ng,ăđ năv điă

đ u trong nghiên c u ng d ngăcácăph ngăphápăNDT,ăđƣănghiênă c u so sánh kh nĕngăphátăhi n khuy t t t m i hàn gi a PA UT và RT Các k t qu b căđ uăthuăđ c

đ u khẳngăđ nh PA UT có th phát hi n các khuy t t t mà RT không phát hi năđ c,

kh nĕngăphátăhi n c aăPAăUTănhanhăh n,ăanătoƠnăvƠăkinhăt h năRT

- G năđơyăCôngătyăAlphaăNDT,ăm t công ty cung c p dich v NDTăhƠngăđ u c a

Vi tăNamăđƣăb tăđ u s d ng k thu t PA UT trong m t s công trình d u khí khu

vực Bà R a-VũngăTƠu.ă

Nhi u t ch căđƣămuaăs m thi t b PAăUTănh ngăh u h t v năđangătrongătìnhă

tr ng mày mò nghiên c u và s d ng M t s c ăs đƣăg iăng iăđiăđƠoăt o v k thu t PAăUT.ăXongăchoăđ nănayăcácăc ăs này v năch aăphátăhuyăđ c các ki n th căđƣăh c

đ c

2.8 Các vấn đ khoa h c còn t n t i c n nghiên c u đ gi i quy t hi n nay

Ph ngăphápăki m tra siêu âm t h păphaălƠăph ngăphápăm i nên vi c tri n khai

và ng d ngă ph ngă phápănƠyă Vi t Nam còn r t h n ch M t trong các nguyên nhân chính khi n k thu t công ngh caoănƠyăch aăđ c ng d ng r ngărƣiăvìăch aăcóă

đ căcácăh ng d n v k thu t chi ti tăvƠăđ yăđ ,ăch aăcóăquyătrìnhăki m tra siêu âm

t h p pha t ngăquát,ăch aăcóăch ngătrìnhăđánhăgiáăcácăquyătrìnhăki mătra,ăch aăcóă

đ iăngũăcácăk thu tăviênăđ căđƠoăt o bài b n v k thu t này, doăđóăk thu t siêu âm

t h pă phaă ch aă đ c các t ch că đĕngă ki m, nhà th u qu c t và Vi t Nam ch p

nh n

ph ngăphápăNDTăđ c ch p nh n và s d ng r ng rãi cácăn c phát tri n

3.1.2 Các thành ph n c b n c a h th ng siêu âm t h p pha

Hình 3.1:ăS ăđ kh i c a thi t b ki m tra siêu âm t h p pha

T t c các công vi c ki m tra phát hi n khuy t t t s d ngăph ngăphápăsiêuăơmă

t h păphaăđ c thực hi n theo m t chu trình thu th p, phân tích, báo cáo gi li u m t cách tự đ ng và khép kín

Chi ti t ki m tra

Thi t b Omniscan MX2

Đ u dò t h p

B đi u khi n

V trí Máy tính

Máy in

Ngu n cung cấp

3.1.3 Ph ng pháp ki m tra siêu âm t h p pha

Hình 3.2: Hình nh d ngăquétăđ uădòăsiêuăơmăthôngăth ngăvƠăđ u dò t h p pha Trongăph ngăphápăki m tra siêu âm t h p pha thay vì s d ng m tăđ u dò có

m t bi n t , góc và hình d ngăchùmăsiêuăơmăphátăraăđ căxácăđ nh b ng các nêm c

đ nh,ăng i ta s d ng m tăđ u dò có t iăhƠngătrĕmăbi n t nh s p x p theo m t dãy (array), các bi n t này phát ra các chùm siêu âm v iăcácăđ tr (phased) theo m t

ch ngătrìnhăđ căđ nhătr c, các chùm siêu âm t các bi n t giao thoa và t o nên chùm siêu âm có các góc phát, tâm h i t , hình dáng, ki u quét theo ý mu n

Hình 3.3:ăĐi u khi n góc phát chùm âm

Nh ăv y trong ki m tra siêu âm t h p pha, chùm siêuăơmăđ căđi u khi m b ng

đi n t ch không ph i b ngăcácănêmănh ă ph ngăphápăsiêuăơmă thôngăth ng K thu t này s d ngăđ u dò g m nhi u ph n t nh đ c l p v iănhauăđƣămangăl i cu c cách m ng trong ch năđoánăsiêuăơmă3ăchi u, 4 chi u trong y t và gi đơyăđ c s

d ng r ng rãi trong ki m tra m iăhƠnăvƠăđánhăgiáăĕnămòn.ăK thu t siêu âm t h p pha cũngăđangăđ c coi là lựa ch n t tăđ thay th choăph ngăphápăch p nh phóng x ,

nh kh c ph că đ c các h n ch c aă ph ngă phápă ch p nh phóng x và siêu âm truy n th ng Kh nĕngăch s d ng m tăđ u dò có th t o nên các chùm siêu âm có nhi u góc quét khác nhau, có tâm h i t theo ý mu n, v i nhi u ki u quét, t oăđ c hình nh 3 chi u c a khuy t t t v iăđ yăđ các thông tin v v trí,ăkíchăth c khuy t

t t, hình nh và s li u v khuy t t t có th l uăvƠăki m tra l iăđ călƠăcácăđặc tính n i

tr i c a siêu âm t h p pha [27]

3.1.4 u đi m c a siêu âm t h p pha so v i siêu ơm thông th ng

uăđi m c a k thu t siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha so v iăph ngăpháp UT thôngăth ng là kh nĕngăs d ng nhi u bi n t đi u khi n, h i t và quét chùm tia v i

h th ngăđ uădòăđ n,ăg măcácă uăđi m n i b t sau:

- Kh nĕngăphátăhi n các khuy t t t t tăh n,ăđặc bi tăđ i các v t n t và không

ng u

- Kh nĕngăxácăđ nhăđ c chi u sâu và b dày c a khuy t t t

- K t qu có th l uătr và ki m ch ng l i

- Phép ki m tra có th tuỳ bi n theo t ng lo i m i hàn và khuy t t t, có th s

d ngăđaăcôngăngh ki mătra,ăđaănhi m trên m t d u dò và tự đ ng hóa d dàng

- Không gây nhăh ngăđ n ti năđ công vi c

- Tuy tăđ iăanătoƠnăchoăconăng iăvƠămôiătr ng

Nh ngănh căđi m c a các h th ng siêu âm s d ngăđ u dò t h p pha là chi phíăđ uăt ăthi t b caoăh năvƠăđòiăh iăng i v n hành ph iăquaăđƠoăt o, tuy nhiên các chiăphíănƠyăđ căth ng xuyênăbùăđ p b i kh nĕngălinhăđ ng c a đ u dò t h p pha

và gi m b t th i gian yêu c uăđ thực hi n công vi c ki m tra nh tăđ nh

3.2 Thi t b siêu âm t h p pha

3.2.1 Máy siêu âm OmniScan MX2

Hình 3.4: Máy siêu âm OmniScan MX2 [27]

- Máyă siêuă ơmă OmniScană MX2ă đ c thi t k đ có th ho tă đ ng trong môi

tr ng kh c nghi t nh t V đ c làm b ng polycarbonate-based c ng và các b ph n

ch ngă vaă đ p,ă tr tă đƣă t o ra m t thi t b ch c ch n, ch uă đ că r iă vƠă vaă ch m OmniScan MX2 r n ch c và nhẹ (ch có 4,6kg) nên có th mangăđi,ăc m tay d dàng OmniScan MX2 có th ho tăđ ng 6 gi v i 2 pin

- MƠnăhìnhă8,4ăinch,ăđ nét cao, t căđ c p nh t 60Hz v iăđ phân gi i SVGA

800 x 600 cho phép nhìn khuy t t tăvƠăđặcăđi m m tăcáchărõărƠngăd i m iăđi u ki n ánh sáng Núm cu n và các phím ch cănĕngăgiúpăd dƠngăxemăl t và lựa ch n các

ch cănĕng.ăChu tăvƠăbƠnăphímăcũngăcóăth đ c k t n i cho nh ngăng i s d ng

v iăđ u dò 16 tinh th t i nh ng h th ng tiên ti n có ph n m m minh gi i hi năđ i và

có kh nĕngăho tăđ ng nhi u kênh v iăđ u dò lên t i 256 tinh th

3.2.2 Bi u đ d ng kh c a thi t b

Hìnhă3.5:ăB ăphátăxungăt ăh păpha

Hình 3.6: B nh n xung t h p pha

Yêu c uăc ăb n trong các thi t b siêu âm t h p pha là ph i có kh nĕngăđ nh ra nhóm các tinh th xácăđ nhăđ c l p trình th i gian tr phát xung và nh n xung thông

th ngăt ngă ng v i quy lu t h i t Hình nh c a các d ng thi t b đ c t o ra b i

sự tácăđ ng l năl t các quy lu t h i t v i th i gian tr phát và nh n xung khác nhau ngang qua cùng kh uăđ , hoặc sự k t h p theo cùng quy lu t t ngăb c trên t ng kh u

đ [27]

Trong khi phát xung, kích ho tăđi năđ c chuy n t i b phát xung v i th i gian

tr l năl t yêu c uăđ cóăđ c d ng chùm tia mong mu n Trong quá trình nh n xung, các xung tín hi uăđ c s hóa và t o tr phù h p v i quy lu t h i t vƠăđ c t ng h p

l iăđ t oăxungăRFăđ n.ăD ngăsóngănƠyăsauăđóăđ c khu căđ i, l cănh ăyêuăc u, s hóa, x lýă vƠăl uăl i Khi trình tự các quá trình h i t đ c hoàn t t, hình nh mô

ph ng hóa d căđ c k t h p v i d ng quét A-scan và các giá tr đo.ăTrongăquétăd ng

đ ng, nhóm các tinh th t ngăb căđ cătácăđ ng qua b tr năkênhăđ gi m chi phí

và gi măđ ph c t păđi n [27]

3.2.3 Kh i quét

Ta s d ng kh i quét WeldROVER, Cobra Scanner c aăhƣngăOlympusăđ ki m

tra m i hàn giáp m i vòng và d c ng [27]

a) Khối quét WeldROVER b) Khối quét Cobra

Hình 3.7: Kh i quét WeldROVER, Cobra Scanner c a hãng Olympus

Hình 3.10:ăTh căđoăkíchăth cădƠiă

3.2.5 Đ u dò siêu âm t h p pha

3.2.5.1 Các lo i đ u dò siêu âm t h p pha

a) Nhóm đầu dò thẳng và có nêm tạo

góc loại nhỏ và vừa

b) Nhóm đầu dò quét diện rộng dạng nhúng hay dùng khối trễ

Hình 3.11:ăĐ uădòăsiêuăơmăt ăh păpha

Đ u dò t h p pha là d ngăđ uădòăđ năgi n có ch a m t s tinh th riêng r n m trong cùng m tăđ u dò và pha liên quan t i vi călƠmăsaoăđ cho các tinh th đóăl năl t phát xung H th ngăđ u dò t h p pha là h th ng dựaătrênăđ uădòăsiêuăơmăđặc bi t có nhi u tinh th riêngă(thôngăth ng t 16 t i 256 tinh th ), các tinh th này phát xung riêng r theo cáchăđƣăđ c l pătrìnhătr c.ăCácăđ u dò này có th đ c dùng v i nhi u

lo i nêm khác nhau, thu c mô hình ki m tra ti p xúc hoặc ki m tra nhúng Nh ngăđ u

dò này có th có hình d ng hình vuông, hình ch nh tăhayăhìnhătrònăvƠăthôngăth ng

có t n s n m trong kho ng 1 t i 10 MHz [27]

3.2.5.2 Nguyên lý ho t đ ng c a đ u dò t h p pha

H th ngăđ u dò t h p pha phát xung và nh n xung t c m nhi u tinh th d i

d ng chùm tia Các tinh th này b kích ho t t o xung theo cách sao cho các tia k t h p

v i nhau và t oăsóngăđ nălanătruy n v phíaătr cătheoăh ng mong mu n.ăT ngătự,

ch cănĕngănh n xung là sự k t h p tín hi u nh năđ c t nhi u tinh th khác nhau t o thành m t tín hi u duy nh t trên màn hình

B i vì k thu t truy năphaăchoăphépăđi u khi n hình d ng và h ngăđiăc a chùm tia b ngăđi n t , nên nó có th t o ra r t nhi u d ng chùm tia siêu âm khác nhau, t

đ uădòăđ năk t h p nhau và vi c d ch chuy n c a chùm tia này có th đ c l p trình

t o thành d ngăquétăđi n t :

Đi u nƠy cho phép đ u dò có kh năng th c hi n các vi c sau:

- Ph n m măđi u khi n góc chùm tia, kho ng cách h i t vƠăkíchăth căđ u phát chùm tia

- Nh ng thông s này có th đ căđi u ch nh t i mỗi v trí quét ki mătraăđ nh n

đ c góc t i và tín hi u xung nhi u mong mu n ng v i mỗi d ng hình h c c a t ng chi ti t

- Ki m tra b ng nhi u góc có th đ c thực hi n v iăđ uădòăđ n,ănh ,ăđaătinhă

th và ch c n m tănêmăđ u dò, b ngăcácăgócăđ uădòăđ năc đ nh hoặc quét qua d i các góc khác nhau

- Kh nĕngănƠyălƠmătĕngăm căđ nĕngăđ ng trong vi c ki m tra các chi ti t hình

d ng ph c t p và ki m tra nh ng chi ti t khó ti p c n (do không gian h n ch )

Vi c phát và nh n tín hi u t nhi uăđ u dò khác nhau cho phép không c n d ch chuy năđ u dò nhi uănh ătrongădùngăđ uădòăđ nătinhăth Có nhi uăđ ng quét chùm tia có th đ c thực hi n t m t v tríăđ u dò ng v i nhi uăgócăđ u dò khác nhau

3.2.6 Nêm đ u dò siêu âm t h p pha

Bên c nh b chuy năđ i m ng,ăđ u dò t h p pha còn có thêm m t cái nêm dẻo Nêmăđ c s d ngăđ hỗ tr vi c t o sóng trong thép, c sóng ngang và các ng d ng sóng theo chi u d c, bao g m c quét chùm tia thẳng tuy n tính Các nêm thực hi n v

c ăb n các ch cănĕngăt ngătự trong h th ng t h păpha,ăthôngăth ngădùngăđ phát

hi n các thành ph n lỗ h ng, là kh p n iănĕngăl ng âm thanh t đ u dò t h p pha và

có ch đ chuy nă đ i hoặc khúc x m t góc mong mu nă theoă quyă đ nh c a lu t Snell Trong khi h th ng t h p pha s d ngăláiăchùmătiaăđ t o ra chùm tia nhi u gócăđ t m tăđ u dò duy nh t, hi u ng khúc x cũngălƠăm t ph n c a quá trình t o ra chùm tia Nêm sóng ngang trông r t gi ng v iăđ uădòăthôngăth ng, m t s nêmăđi n hìnhăđ cătrìnhăbƠyăd iăđơy

Hình 3.12: Nêmăđ uădò Nêmă khôngă đ v c ă b n phẳng kh i nhựaă đ c s d ngă choă nĕngă l ng âm thanh kh p n iă(vƠăđ b o v mặtătr căđ u dò không b tr yăx c, mài mòn) quét

thẳng tuy nătínhăvƠăcũngăchoăsóngătheoăchi u d c quét góc c nhăgócăđ th p Nêm cũngăcóăth đ c tùy ch nhăboătrònăđ ch a các hình h c ph n ph c t p Có m t s kíchăth c nêm ngoài góc t iăđ c s d ng trong quét m ng l p trình theo t ng giai

đo n,ăđ đ m b o kho ng cách thích h p và hi u chu n chi uăsơuăcũngănh ăthíchăh p khúc x góc Các tham s này s đ c li t kê trong tài li u nêm c a nhà s n xu t và

c năđ c ghi l iăđ tham kh o

3.2.7 B chia kênh

B chiaăkênhădùngăđ k t n haiăđ u dò t h p pha v i thi t b OmniScan MX2

S ăđ b trí k t n i ki uă1ăđ uăraăvƠă2ăđ u vào [27]

Hình 2.13: B ăchiaăkênhăy-spliterăc aăhƣngăOlympus

3.2.8 Nguyên lý siêu âm t h p pha

Trong ph n l n các ng d ng phát hi n khuy t t tăvƠăđoăchi u dày, s li u ki m tra siêu âm s dựa trên thông tin v th iăgianăvƠăbiênăđ thu nh năđ c qua x lý sóng

d ng RF D ng sóng và thông tin t chúng s đ c hi n th b ng m t trong b n d ng:

A-scans, B-scans, C-scans, hoặc S-scans Ph n này s gi i thi u các hình nh hi n th

đ sâu Chùm tia quét theo hàng lo t góc t o thành hình nh mặt c t hình nón

C-Scan: Hình nh hai chi u c aăbiênăđ hay d li u th iăgian/đ sơuăđ c hi n

th nh ăhìnhăchi u b ng c a v t ki m tra

B-Scan: là hình nh mặt c tăđ ng c a chi ti t, hi n th chi u sâu c a mặt ph n

x và v trí theo chi u d c c a nó Hi n th B-scan yêu c u chùm tia quét d c theo tr c đƣăch n c a chi ti t.ăTrongătr ng h păd iăđơyăB-scan hi n th hai mặt ph n x sâu

và m t mặt ph n x nôngăh năt ngă ng v i v trí các lỗ khoan trong chi ti t V i thi t

b siêuăơmăthôngăth ng,ăđ u dò ph i di chuy n d c theo chi ti t [27]