CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY (NDT)

Để thực hiện có hiệu quả nhất phương pháp kiểm tra bằng mắt, cần phải chú ý đếnnhững phẩm chất đặc biệt bởi vì trong phương pháp kiểm tra này cần phải được huấn luyệnkiến thức về sản phẩ

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 khuyếttật

(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 sảnphẩm 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 trachất lượng sản phẩm NDT cũng được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chếtạo 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 sốhiệu 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 vậtliệu, công lao động và năng lượng

(iii) Nó làm tăng danh tiếng cho nhà sản xuất khi được biết đến như là một nhàsản 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 thêmnhững 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 lượngcủa các thiết bị, máy móc và các công trình trong quá trình vận hành Điều này không nhữnglàm tăng độ an toàn trong quá trình làm việc, mà còn giảm thiểu được bất kỳ những trục trặcnào 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 phápđơn giản nhất trong tất cả các phương pháp Những bất liên tục trên bề mặt không nhìn thấyđược bằng mắt thường có thể phát hiện được bằng phương pháp dùng chất thấm lỏng hoặcphương 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 thểbằng phương pháp siêu âm hoặc chụp ảnh bức xạ Những phương pháp NDT được chia thànhtừng 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 phápkiểm tra bằng chất thấm lỏng, phương pháp kiểm tra bằng bột từ, phương pháp kiểm tra bằngdòng điện xoáy, phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ và phương pháp kiểm tra bằngsiêu âm Nhóm thứ hai chỉ được dùng trong những ứng dụng đặc biệt và do đó chúng bị hạnchế trong việc sử dụng Một số phương pháp trong các phương pháp đặc biệt được đề cập ởđây 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 giaothoa laser (Holography) Nên nhớ rằng không có một phương pháp nào trong số nhữngphương 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 sẽđược 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 phápNDT, phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương pháp phổ biến nhất và hiệuquả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy Đối với phương pháp kiểm tra bằng mắt thì bềmặt của vật thể kiểm tra cần phải có đủ độ sáng và tầm nhìn của người kiểm tra phải thíchhợp Để thực hiện có hiệu quả nhất phương pháp kiểm tra bằng mắt, cần phải chú ý đếnnhững 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 chuẩnchấp nhận, duy trì số liệu đo) và bản thân người kiểm tra cũng cần phải được trang bị một sốcác thiết bị và dụng cụ Trong thực tế tất cả các khuyết tật được phát hiện bởi những phươngpháp 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 phươngpháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (PT) thực ra cũng là những phương pháp có tính khoa họcđơn 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 phóngđại 2x hay 4x, một thiết bị khuếch đại ánh sáng có độ phóng đại 5x hoặc 10x Để thực hiệnviệc kiểm tra từ phía bên trong vật liệu, cần phải có hệ thống các thấu kính ánh sáng nhưborescope, cho phép kiểm tra được những bề mặt từ xa Những thiết bị tinh vi hơn thuộc loạinày sử dụng các sợi quang học cho phép đưa vào các lỗ và khe rất nhỏ Hầu hết các hệ thốngnày 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 dùng trong quá trình kiểm tra bằng mắt.

A Gương có tay nắm : có thể là gương phẳng để quan sát bình thường hoặc gương lõmcho 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 (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 (độphóng đại 5 – 10x)

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

1.1.4 Phương pháp kiểm tra thẩm thấu 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 vậtliệu, của bất cứ sản phẩm công nghiệp nào được chế tạo từ những vật liệu không xốp Phươngpháp này được sử dụng phổ biến để kiểm tra những vật liệu không từ tính Trong phươngpháp này, chất thấm lỏng được phun lên bề mặt của sản 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 phủchất hiện lên nó Những chất thấm nằm trong bất liên tục sẽ bị chất hiện hấp thụ tạo thành chỉthị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục Toàn bộ quá trình này được minh họatrong hình 1.2

Các chất thấm lỏng được sử dụng trong phương pháp này là chất thấm nhuộm màu nhìn thấyđược và chất thấm huỳnh quang Quá trình kiểm tra bằng chất thấm nhuộm màu nhìn thấyđược thì được thực hiện dưới ánh sáng trắng bình thường còn quá trình kiểm tra bằng chấtthấm huỳnh quang được thực hiện dưới ánh sáng đen (tia cực tím hay tử ngoại) trong điềukiện phòng tối Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch vậtthể 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 tạocho nó có thể rửa sạch bằng nước, (iii) rữa bằng dung môi hoà tan, có nghĩa là: lượng chấtthấm lỏng dư thừa được hòa tan trong chất dung môi để tẩy rửa chúng khỏi bề mặt vật thểkiểm tra Để tăng độ nhạy và làm giảm được giá thành, các quá trình kiểm tra bằng chất thấmlỏng 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

Phương pháp này các kết quả khó giữ được lâu.

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 chất thấm lỏng Làm sạch chất thấm lỏng

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

Hình 1.2 – Các giai đoạn của quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng.

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

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

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 Phươngpháp 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 mộtnam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, hoặc cho dòng điện đi qua trực tiếp hoặc chạy xungquanh 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 quayvào vật thể Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái ngược nhau Khinhững 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 khuyếttật Hình 1.3 minh họa những nguyên lý cơ bản của phương pháp này

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 nàyđược nhóm thành hai loại sau đây :

Hình 1.4 - Những cách từ hoá khác nhau sử dụng trong phương pháp kiểm tra bằng bột từ.

Cực từ Khuyết tật

Từ thông Dòng điện (a) Từ hoá dọc tiếp xúc hai đầu

(b) Từ hoá xuyên tâm tiếp xúc hai đầu Cực từ

Dòng điện (c) Từ hoá bằng prod

(e) Từ hoá bằng thanh dẫn trung tâm

Dòng điện

Nam châm điện

Khuyết tật

Từ thông (d) Từ hoá vòng

a Các kỹ thuật từ hoá trực tiếp bằng dòng điện : kỹ thuật này được thực hiện bằng cách chomột 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 trongvật kiểm tra bằng cách sử dụng một nam châm vĩnh cửu hoặc một dòng điện chạy tongcuộn 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 vậtthể 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

(6) Quá trình xử lý ít hơn vì thế khả năng gây ra sai số do người thực hiện kiểm tra thấp.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 hướngcủa 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 vậtliệu, để đo những thành mỏng từ một mặt, để đo lớp mạ mỏng và trong một vài ứng dụngkhác 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 bằng cách đưa nó lại gần cuộn cảm

có dòng điện xoay chiều

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

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

(b)

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

Phương pháp này được dùng để :

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

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

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 dễ di chuyển

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.

Cuộn dây

Trường điện từ sơ cấp

Vật thể kiểm tra

(a)

Hình 1.6 – Các loại đầu dò được dùng trong phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy.

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 củanhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau Một phim chụp ảnh bức xạ thích hợp được đặt

Mẫu kiểm tra

Cuộn dây

Dẫn đến thiết bị

phía sau vật cần kiểm tra (hình 1.7) và được chiếu bởi một chùm tia X hoặc tia γ đi qua nó.Cường độ của chùm tia X hoặc tia γ khi đi qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trongcủa vật thể và như vậy sau khi rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bóng, được biết đó là ảnhchụp bức xạ của sản phẩm Sau đó phim được giải đoán để có được những thông tin về khuyếttật bên trong sản phẩm Phương pháp này được dùng rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩmnhư 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 chỉtrong 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

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

Những hạn chế của phương pháp này là :

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

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

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

(4) Bị giới hạn về bề dày kiểm tra

Điểm hội tụ

Màn chắn chuẩn trực Anode

Vật thể kiểm tra Khuyết tật

Phim tia X

(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 ảnhchụp trên phim

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 racàng trở nên nguy hiểm hơn khi các giác quan của con người không có khả năng nhận biếtđược ngay cả những liều bức xạ gây nên chết người Liều bức xạ hấp thụ bởi cơ thể con ngườiđược biểu diễn bằng đơn vị miliSilvert - mSv (1mSv = 100 rem =1 J/kg) liều này có tính đếncác hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ khác nhau như : các hạt α, các tia γ, tia X vàneutrons.v.v… Tác động đầu tiên của quá trình chiếu xạ là hủy diệt các tế bào mà chúng làthành phần chủ yếu của cơ thể sống Những hiệu ứng của bức xạ có thể xảy ra là các loại hiệuứng 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 chiếuđồng 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 cónhững tế bào nhạy cảm với bức xạ hơn so với những tế bào khác Do đó tất cả nhữnghiệu 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 ngườiđang ở trong giai đoạn phát triển thì các tế bào đang trong giai đoạn sinh sôi và hầu hếtcác 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 nguyhiểm 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 rakhi 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 trongmột 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 trongvòng 24 giờ và nó sẽ xuất hiện 2 giờ sau khi bị chiếu hoặc trễ hơn Thời gian ủbệnh 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 mữatrong 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 ratrong khoảng 0 – 50% các cá nhân bị chiếu nếu trong vòng 2 tháng không đượcđiều trị thích hợp với các loại thuốc kháng sinh và thay thế các chất dịch trong cơthể

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 trườnghợp này Khoảng ít hơn 10% số người bị chiếu bị tiêu chảy nhẹ và sau đó 3 – 8giờ thì toàn bộ số người bị chiếu xạ đều bị tiêu chảy 50% số người bị chiếu bịnhức 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, lâynhiễm (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 mộtliều chiếu > 15 Sv các đặc điểm của hệ thống dây thần kinh trung ương sẽ bị hủydiệt 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 tứcthời nhưng sẽ có một vài hiệu ứng muộn có thể xuất hiện sau một thời gian dài sau khi bịchiếu 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 điểmcủa những đứa trẻ sau này như là hình dáng, sức khoẻ, sức đề kháng bệnh tật, tính khí (khíchất).v.v…xuất phát từ cha mẹ của chúng Điều này xảy ra do mỗi cha hoặc mẹ tạo nên cácgen đặc thù (gen di truyền) trong quá trình sinh sản Những gen này nằm trong những tế bàotinh trùng và trứng của cha mẹ sinh ra chúng Bức xạ có thể gây nên đột biến và làm hư hỏngcác 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 nguyêntử)

Theo kiến nghị của ủy ban quốc tế về an toàn và bảo vệ chống bức xạ (InternationalCommission on Radiological Protection) (ICRP), liều giới hạn của bức xạ ion hoá theo sựhiểu biết ngày nay và sự đánh giá của những người có thẩm quyền trong ngành y tế thì đó làliều không gây ra sự tổn hại cho con người tại bất kỳ thời điểm nào trong cuộc sống và khảnăng 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 vàliều 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 :(d) Liều hiệu dụng 20 mSv trong một năm và lấy trung bình liên tục trong nămnăm

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

(f) Liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt 150 mSv trên một năm

(g) Liều tương đương đối với các cẳng chân và tay hoặc da 500 mSv trên mộtnăm.

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 16đến 18 nếu cần phải sử dụng các nguồn bức xạ trong khoá học để phục vụ cho cáccông việc nghiên cứu, thì liều chiếu nghề nghiệp cũng được điều chỉnh theo nhữnggiới 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 mộtnăm

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 bởinhững người có thẩm quyền, và liều hiệu dụng đối với bất kỳ người nào làm việc vớibức xạ không được vượt quá 20 mSv trong một năm và được tính trung bình trong 10năm và không vượt quá 50 mSv trong bất kỳ một năm nào, những tình huống này phảiđược xem xét khi liều tích lũy của bất kỳ nhân viên nào làm việc với bức xạ đạt đến 100mSv trong thời kể trên

(b) Liều giới hạn thay đổi tạm thời phải được quy định riêng bởi các nhàđiều chỉnh có thẩm quyền nhưng phải không vượt quá 50 mSv trong bất kỳ một nămnào 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 thể làm cáccông việc liên quan đến bức xạ

Những nhân viên làm việc với bức xạ như những nhân viên chụp ảnh bức xạ tuỳ thuộc vàobức xạ ion hoá trong quá trình thực hiện công việc Lượng bức xạ nhận được phụ thuộc vàonhững 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 quantrọng mà những người giám sát hoặc những người quản lý về an toàn và bảo vệ chống bức xạphải liên tục theo dõi và ghi nhận lượng bức xạ mà mỗi nhân viên chụp ảnh bức xạ nhậnđược Những hoạt động như vậy được gọi là giám sát nhân viên

Thông thường, mục đích chính trong việc giám sát nhân viên là để tin chắc rằng không vượtquá liều giới hạn cho phép, để liều chiếu giới hạn cho phép phân chia cho mỗi nhân viên chụpảnh bức xạ, nhằm giúp cho các nhân viên y tế thực hiện phân tích trong trường hợp chiếu bấtngờ, nhằm cung cấp những thông tin về công việc thực hiện và liều tích luỹ của nhân viên.Một cách giám sát khác là vùng giám sát là môi trường xung quanh nhân viên chụp ảnh đượcgiám sát Điều này bao gồm kiểm tra thiết bị chứa các nguồn bức xạ và sửa đổi các quy trìnhchiếu Những thiết bị giám sát bao gồm các dấu liều kế bằng phim, máy đo liều bỏ túi, cácliều kế nhiệt phát quang (TLD), còn vùng giám sát được đo bằng máy đo liều

(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 gắnggiảm 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 chodưới 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 chấpnhận nhưng liều chiếu trung bình trong 5 năm phải không được vượt quá 1 mSv trongmột 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 phápkiểm 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 liệukèm 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) hoặcđược đo tại bề mặt đối diện của vật thể kiểm tra (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạđược phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt khuyết tật và vị trí của nó Mức độ phản xạphụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía đối diện với bề mặt phân cách, và ởphạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặc trưng của vật liệu đó, ví dụ như sóng siêu âm bịphản xạ hoàn toàn tại bề mặt phân cách kim loại - chất khí Phản xạ một phần tại bề mặt phâncách giữa kim loại - chất lỏng hoặc kim loại - chất rắn Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm có độxuyên sâu lớn hơn hẳn phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ và ta có thể phát hiệnđược những vết nứt nằm sâu bên trong vật thể (khoảng 6 -7 m sâu bên trong khối thép) Nócũng rất nhạy với những khuyết tật nhỏ và cho phép xác định chính xác vị trí và kích thướccủa khuyết tật Nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng siêu âm đươc trình bàytrong hình 1.8

Bộ phát xung Bộ thu

Bộ phát xung Bộ thu

Đầu dò

Đầu dò

(a) Phương pháp xung phản hồi

(a) Phương pháp truyền qua

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 :

(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 phépkiểm 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

rỗ khí, xỉ, sự lệchhàng, sự congvênh, sai về kíchthước và số lượng

Rẽ tiền, đơn giản,nhanh chóng, áp dụngngay trong quá trình giacông, có thể giảm bớtyêu cầu đối với phươngpháp khác

Chỉ kiểm tra trên bề mặt,khả năng phân biệt kém vàbiến động, mỏi mắt, có thể

Các vết nứt, rỗ khí,vết gấp mép,

Rẽ tiền, dễ áp dụng, có

độ nhạy cao hơnphương pháp kiểm trabằng mắt, kiểm tranhanh, thiết bị gọn nhẹ

Chỉ kiểm tra bề mặt, khônghữu dụng khi kiểm tra các

bề mặt nóng, bẩn, đã sơnphủ hoặc bề mặt rất thônhám, yêu cầu người kiểm

Giá thành thấp, kiểm tranhanh, đối với nhữngvết nứt mảnh phươngpháp này nhạy hơnphương pháp kiểm trabằng chất thấm lỏng, cóthể phát hiện đượcnhững khuyết tật gần bềmặt, thiết bị gọn nhẹ

Vật liệu kiểm tra phải làvật liệu sắt từ, bề mặt cầnphải làm sạch và có thểtiếp xúc tốt, chi tiết sau khikiểm tra cần phải khử từ,quan trọng là cần phải có

sự sắp xếp của từ trường,yêu cầu người kiểm traphải có kinh nghiệm Phương pháp

sự lệch tâm, điềukiện bề mặt

Kiểm tra rất nhanh, cóthể tự động hóa được,rất nhạy, không cần tiếpxúc bề mặt, kết quả ghinhận giữ được lâu

Khả năng xuyên thấu thấp,chỉ kiểm tra được nhữngvật liệu dẫn điện, có thểcần đến các thiết bị đặcbiệt, nhạy cảm đối với thayđổi dạng hình học, đôi khikhó giải đoán

Dễ hiểu, kết quả lưu trữđược lâu, giá thành vừaphải, thiết bị cơ động,

áp dụng rộng rãi đối vớicác loại vật liệu

Không thể phát hiện được

sự phân lớp, bức xạ rấtnguy hiểm và phải tuântheo các quy định, phải tiếpxúc được cả hai phía, giáthành có thể cao, ngườikiểm tra phải được huấnluyện

Kiểm tra rò rỉ

(Leak

Testing-LT)

Kiểm tra sự rò rỉtrong các hệ thống

và các cụm lắp ráp

Rất nhạy đối với các lỗhoặc sự phân cách màcác phương pháp kháckhông phát hiện được,

có thể kiểm tra nhanh,

rẽ tiền

Giá thành biến đổi lớn theotừng kỹ thuật, không kiểmtra được các hệ thống hở,không xác định được loại

và nguyên nhân tạo rakhuyết tật, cần vật liệu vàthiết bị đặc biệt

mạ và đo bề dày

Kiểm tra nhanh, ngoàihiện trường, thườngthực hiện không khólắm

Cần phải có kỹ thuật cao

và kinh nghiệm, thiết bị đắttiền Các hợp kim giốngnhau rất khó định danh

Rất hữu dụng trong việc

dự đoán hoặc bảodưỡng thiết bị, xác địnhđược những vùng hoặccác chi tiết có vấn đề,kiểm tra được trong quátrình hoạt động, thiết bị

cơ động

Thiết bị rất đặc biệt, cầnnhân viên có kinh nghiệmvận hành, một số hệ thốngrất phức tạp

Rất hữu dụng trong việc

dự đoán hoặc bảodưỡng thiết bị, xác địnhđược những vùng hoặccác chi tiết có vấn đề,kiểm tra được trong quátrình hoạt động, thiết bị

cơ động

Thiết bị rất đặc biệt, cầnnhân viên có kinh nghiệmvận hành, một số hệ thốngrất phức tạp

Giám sát liên tục, từ xa,xác định được vị tríkhuyết tật, kết quả ghinhận giữ được lâu, kiểmtra được toàn bộ cácbình hoặc hệ thống

Cần phải tiếp xúc tốt vớicác thiết bị kiểm tra, cầnnhiều điểm tiếp xúc, giảiđoán phức tạp, hệ thốngkiểm tra phải được tạo ứngsuất, thường đắt tiền, một

số thiết bị rất phức tạp.Phương pháp

kiểm tra bằng

nhiệt (Thermal

Testing)

Kiểm tra các lỗrỗng hoặc sự liênkết hoặc tính liêntục của vật liệu, đocác tiết diện dày vàmỏng, đo sự cách

ly, xác định cácnguồn nhiệt

Phát hiện và xác định vịtrí các điểm nóng vàlạnh và những khuyếttật sinh ra do nhiệt, kếtquả vĩnh cửu một cáchđịnh lượng, có thể kiểmtra từ xa, cơ động

Độ phân giải kém, nhữngthiết bị chuyên dụng có thểđắt tiền, yêu cầu nhân viênkiểm tra phải được huấnluyện, cần có các tiêuchuẩn so sánh

Các phương

pháp kiểm tra

(Miscellaneous)

Đặc biệt Giải quyết những vấn

đề đặc biệt Thiết bị sử dụng không dễdàng, 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 đặctrưng, ở đó kim loại đông đặc lại Vật rỗng hay là khuôn có hình dạng đặc thù sao cho khi kimloại đã đông đặc và lấy ra, có thể gia công thêm hay không cần để trở thành một chi tiết đượcchế 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 thướchoàn 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 đúclại lần sau

Một vài dạng dùng khuôn không thường xuyên như :

 Đúc khuôn cát

 Đúc khuôn vỏ mỏng

 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 trìnhnày sẽ được điều chỉnh và thay đổi nhiều, khi thiết kế cho các vật đúc đặc biệt

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 cósẵn trong cát hoặc cho thêm vào Nước cũng được thêm vào vừa đủ để giữ cho các phần liênkết với nhau Trong khuôn cát khô, cát được tạo tính dẻo bằng cách tương tự, nhưng khuônđúc 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 đúcbằng gỗ đặt bên trong khung khuôn và cát làm khuôn được nhồi vào xung quanh nó Thôngthường khuôn được làm thành hai phần, phần khuôn trên được gọi là “Cope” (nắp khuôn) vàphần khuôn dưới được gọi là “Drag” (đế khuôn)

Hình 1.9 – Các bước trong kỹ thuật đúc.

Mẫu đúc được thiết kế sao cho nó có thể lấy ra khỏi khuôn mà không làm xáo trộn, hư hỏngcát, và cát kết dính để lại khoảng trống của mẫu đúc trong khuôn Lõi khuôn được làm bằngcát trộn với dầu được thiêu kết, rồi đặt trong khuôn rỗng đã làm trước đó, để tạo các lỗ hổngkhác bên trong vật đúc Các lõi này thường bị nứt vỡ do chịu tải và sự xói mòn của kim loạinóng 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 làmthành khuôn đúc, người ta tạo một hệ thống đậu dẫn, và đậu rót để đưa kim loại lỏng vàokhuôn

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 đúckhi nó đông đặc Sau khi lắp ghép khuôn lại thì rót kim loại chảy lỏng vào miệng rót hay róttrực tiếp vào trong đậu rót, kim loại đi vào hệ thống đậu dẫn, và cuối cùng làm đầy khoảngtrống trong khuôn và các đậu ngót Sau khi kim loại đã đông đặc và đủ nguội thì phá khuôncát 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 mộtloại nhựa nhiệt rắn (Thermosetting Plastic) dạng bột Mẫu đúc bằng kim loại dùng để đúc sảnphẩm được nung nóng đến khoảng 2000C, sau đó được bao phủ bằng hỗn hợp cát và nhựanhiệt rắn Nhiệt lượng từ mẫu đúc làm cho nhựa nhiệt rắn chảy dẻo sau đó hoá cứng lại, tạothành 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

Vật đúc hoàn chỉnh bị dính vào

hệ thống rót Khuôn rỗng với hệ thống rót

mỏng tạo thành một nửa khuôn Một quá trình tương tự như vậy để tạo một nửa khuôn cònlại Khuôn thường được gia cường thêm bên ngoài bằng các vật liệu khác như cát xốp để tăngbền 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 hợpcho 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 xáccao và bề mặt nhẵn, với yêu cầu chỉ gia công chút ít hoặc không cần phải gia công Có nhiềuquá 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 kimloại hoặc bằng một loại thạch cao đặc biệt (Plaster of Paris) Một mẫu đúc được nhúng vàotrong 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 đúckhỏi 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 đúcnày rất lý tưởng bởi vì nó có độ chính xác chi tiết đúc cao, nên thường dùng để đúc các chitiết 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 đôikhi cũng có thể đúc các chi tiết lớn hơn

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 sửdụng 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 nhanhchóng và khi bộ khuôn tách ra từng phần, chi tiết sẽ được lấy ra bằng cách tự rơi hay bị lựcđẩy ra

Có thể làm nguội khuôn bằng nuớc và kỹ thuật này có thể tiến hành tự động Các công việctrên 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 khuônđúc 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 thuộcvào lượng kim loại rót vào nhiều hay ít Khi kim loại đã đông cứng thì khuôn ngừng quay, chitiết hay “lớp bên trong” (inner lining) được lấy ra

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

(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 tậtnày thường không liên quan đến các bọng khí, nhưng nếu có nhiều khí thì độ lớn của khuyếttật gia tăng Dạng này thường xảy ra ở những nơi giữ độ nóng lâu trong vật đúc, như vùngđậu ngót, đậu dẫn.v.v…Nghĩa là chúng có liên quan với các vị trí có hiện tượng lõm co.Dạng bất liên tục do co ngót khác như là dạng sợi chùm, dạng co ngót vùng trung tâm, baogồm các chuỗi dài các đường chạy song song không thẳng hàng quấn chặt vào nhau như mạnglưới Mạng lưới này tạo thành dải bên trong và ở giữa chi tiết Khó có thể phân biệt co ngótdạng sợi này với các vết nứt nóng (hot tear) Co ngót tế vi hay rỗ bọt tế vi là các dạng khuyếttật nhỏ xảy ra trong vật đúc mà nguyên nhân là do một trong hai hoặc cả hai hiện tượng congót 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 Một dạng khuyết tật thô và cục bộ của loại congót “giữa tinh thể” (Intercrystalline) và giữa nhánh cây được gọi là dạng xốp (Sponginess)

Hình 1.11 – Các dạng khuyết tật do co ngót.

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 rakhỏi 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, từhơi 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 chậnlại trong vật đúc, thường nằm ở trên khuôn trong quá trình đông đặc Chúng xuất hiện ở dạngbọt đơn hoặc tập trung thành cụm và có dạng nhẵn, tròn, kéo dài hoặc bầu dục với các kíchthước khác nhau Thỉnh thoảng xuất hiện các bọt khí dạng dài giống như dạng rỗng do congót, tuy nhiên có khác là hai đầu của bọt khí thường 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 bịchận lại trong vật đúc khi đông đặc Kích thước và số lượng của chúng tùy thuộc vào lượngkhí chứa trong kim loại và tốc độ đông đặc của vật đúc Rỗ khí có thể xuất hiện cùng khắphay 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 songsong 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 Cácvết xé nóng (hot tears) chính là các vết nứt không liên tục có dạng gờ sắc, không nhẵn Chúngsinh ra do ứng suất gia tăng ở gần nhiệt độ đông đặc, là lúc thép có độ bền yếu nhất Các ứngsuất sinh ra do co rút của kim loại khi nguội bị cản lại bởi khuôn (còn gọi là cản co) hay lõihoặc bởi phần mỏng hơn đã hoá rắn trước Hình 1.12 mô tả các nguyên nhân và vị trí của loạinứt này

Dưới đầu nhánh Ở gần đầu rót

Co ngót vi mô

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

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 kimloại lỏng

Sự thiên tích (Segregation) :

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

Thiên tích đều xảy ra khắp vật đúc và có hình dạng thay đổi, chẳng hạn như thiên tích giữacác tinh thể (intercrystalline Segregation)

Thiên tích cục bộ xảy ra ở các lỗ hỏng do co ngót (lõm co), vết xé nóng được điền đầy toàn bộhay một phần bởi các thành phần khác có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Thuật ngữ thiên tích

co ngót (Shrinkage Segregation), thiên tích xé nóng (Hot Tear Segregation) được dùng thíchhợp cho hai trường hợp này

Thiên tích 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 loạilỏng khác hay gặp kim loại rắn, chẳng hạn như tình trạng bắn tóe khi rót, gặp các vật cứngbên trong các giá đỡ Thông thường dạng này được phát hiện nhờ kiểm tra bằng mắt và trônggiống như một vết nứt có đường viền cong và nhẵn Nếu nó chỉ có ở bề mặt thì được gọi lànếp ghép nguội (cold lap) – hình 1.13

Khuôn đúc

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

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 trongkhuôn rỗng một lõi (ruột) làm bằng cát để tạo các chỗ trống Nếu lõi không được giữ chắcchắn thì nó sẽ bị dịch chuyển khi rót kim loại xung quanh nó Gây nên các khuyết tật liênquan đến dịch lõi như bề dày thành thay đổi …vv

có kích thước lớn hoặc là khi số lượng yêu cầu quá nhỏ không thể tiến hành cán được Cácloại thép dụng cụ thường được rèn dập để cải thiện các cơ tính của nó Rèn dập có thể chiathành 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 vàotrong 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 dạngphức tạp, quá lớn, nên việc gia công trong khuôn kín không được, hay giá thành quá đắt Cácvật rèn nhỏ có hình dạng phức tạp có thể được rèn sơ bộ trên các khuôn đơn giản, sau đó giacông tinh, nếu số lượng yêu cầu quá nhỏ không kinh tế thì dùng khuôn kín Loại này cũngđược dùng để rèn các chi tiết rỗng Đối với loại này thì lỗ rỗng có thể gia công cơ khí (khoétlỗ) hoặc được đột nóng dùng các khuôn đột thích hợp trên một máy dập Sau đó gia công chi

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)

tiết trên một giá đỡ xuyên qua lỗ rỗng được kẹp cả hai đầu để giá đỡ làm việc như một khuônđáy.

Rèn khuôn kín trên máy dập hay máy ép thì phần khuôn phía dưới có phần lõm tương ứngnửa dưới của chi tiết cần chế tạo và khuôn phía trên có phần lõm tương ứng với nửa chi tiếtcòn lại Đối với các hình dạng đơn giản các khuôn dập chỉ có một phần lõm, nhưng thôngthường chúng được làm thành một loạt các khuôn có các phần lõm tương ứng với quá trìnhrèn 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 đểcho kim loại thừa điền vào, bởi vì trong thực tế phôi rèn đưa vào có lượng kim loại thườngkhông chính xác Kim loại thừa được đẩy vào rãnh này gọi là phần “rìa” Sau khi rèn xong thìphần rìa thừa này được cắt xén bằng các khuôn thích hợp Thị trường mua bàn khuôn kín cạnhtranh nhau dựa vào đặc tính hao hụt do kim loại dư thừa này Đó là một trong những yếu tốquan trọng về kinh tế

Công nghệ rèn nóng chi tiết bu – lông, phần đầu được tạo hình bằng phương pháp “chồnnóng” (hot upset forging) hay “chồn nóng phần đầu bu-lông” (hot heading) Trong kỹ thuậtnày, phôi dạng thanh có tiết diện đều được đưa vào và kẹp chặt giữa khuôn lỗ hình, lực dậptác 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 quátrình rèn, cán hoặc có thể phát sinh ngay trong lúc rèn Các dạng bất liên tục thường gặp là :(1) Sự tách lớp

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 tronghay ở bề mặt chi tiết

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

1.2.3 Các phương pháp hàn và các loại khuyết tật liên quan:

Bất liên tục dạng vết tạp chất

Sự tách lớp

Các vết nứt bên trong (gần bề mặt)

Các vết nứt bên ngoài