CHƯƠNG 7 KỸ THUẬT CHỤP ẢNH BỨC XẠ

Đối với các mối hàn dạng này thì người ta thường dùng kỹ thuật chụp ảnh bức xạ màtrong đó phim được đặt nằm song song sát với một bề mặt nào đó của mối hàn và nguồn phátbức xạ được đặt ở

(a) Phải sử dụng đúng phim, đúng màn tăng cường và năng lượng bức xạ.

(b) Phải hiểu rõ và kiểm soát được bức xạ tán xạ

(c) Phải biết rõ những yếu tố gây ảnh hưởng đến độ tương phản và độ xác định của ảnhchụp bức xạ và sử dụng những quy trình kiểm tra để đạt được ảnh chụp bức xạ có độnhạy tối ưu Thông thường, phim được đặt càng sát với mẫu vật kiểm tra càng tốt vàphải sử dụng tỷ số d/t thích hợp

Trước khi xác định một quy trình hay kỹ thuật kiểm tra có phù hợp hay không ?, thìphải chú ý từng yếu tố sau đây :

(i) Tuân thủ bất kỳ những yêu cầu kỹ thuật nào

(ii) Các thông tin về cách sử dụng chi tiết sau cùng, thí dụ như các yêu cầu về hoạtđộng, những vùng chịu ứng suất, chịu tải, số lượng và vị trí gia công hoặc quá trình giacông tinh, các tiêu chuẩn về an toàn

(iii) Lựa chọn chính xác hướng chùm tia bức xạ phát ra, xác định vùng nào trên mẫuvật được kiểm tra và xác định vị trí đặt phim

(iv) Số lần chiếu chụp cần thiết ít nhất mà đưa ra được những đánh giá đầy đủ vàchính xác về mẫu vật được kiểm tra theo những yêu cầu đã đặt ra cho chúng

(v) Xác định những điều kiện chiếu chụp cho mỗi lần chụp, chú ý đến việc sử dụngđúng loại phim, màn tăng cường và các bộ lọc

Kỹ thuật được sử dụng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và cấu tạo của mẫu vật.Đối với việc kiểm tra một vật đúc lớn hơn và càng phức tạp hơn thì kỹ thuật chụp ảnh bức xạcũng trở nên phức tạp hơn Kỹ thuật sử dụng cũng có thể bị ảnh hưởng nếu tồn tại một loạikhuyết tật đặc biệt trong mẫu vật kiểm tra Ví dụ sẽ có một sự khác biệt khi xác định vị trí củaloại khuyết tật dạng phân bố như bọt khí so với kỹ thuật dùng để xác định vị trí của một vếtnứt hoặc vết xé nóng Kích thước hình học và thành phần cấu tạo của mẫu vật cũng là yếu tốquyết định đến lượng bức xạ tán xạ vào phim Do đó kỹ thuật sử dụng cần phải được điềuchỉnh sao cho làm giảm được những hiệu ứng tán xạ đến mức nhỏ nhất

7.1.1 Lựa chọn phim, màn tăng cường và năng lượng bức xạ

Những hướng dẫn để lựa chọn phim chụp ảnh bức xạ dùng trong công nghiệp của bốnhãng sản xuất chính được trình bày trong các bảng 7.1 đến 7.4 Trong các hướng dẫn nàycũng cung cấp một số thông tin : (i) về năng lượng bức xạ được sử dụng (ii) phim có dùnghay không dùng màn tăng cường bằng chì hoặc có màn tăng cường huỳnh quang

BẢNG 7.1 HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN PHIM CHỤP ẢNH BỨC XẠ DÙNG TRONG

CÔNG NGHIỆP CỦA HÃNG PHIM AGFA GEVAERT

Hướng dẫn cách sử dụng phim Structurix với bức xạ tia X (Hãng Agfa)

Vật liệu và bề dày của

vật liệu (inch) 50–80KV 80–120KVDải năng lượng bức xạ và loại phim đề nghị sử dụng120–150KV 150–250KV 250–400KV

Hướng dẫn cách sử dụng phim Structurix với bức xạ gamma ( Hãng Agfa)

Bề dày vật liệu (inch) Nguồn (1Curie) và loại phim được đề nghị sử dụng

Iridium - 192 Caesium – 137 Cobalt - 60 Magnesium 1/2 - 1 1 - 2 D2 – D4D4

BẢNG 7.2 HƯỚNG DẪN CHỌN PHIM CHỤP ẢNH BỨC XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP

CỦA HÃNG KODAK (UK)

120 đến 150KV

150 đến 250KV

Thép 0–

2-4 KNF AX

CX

AX CX

AX CX

MX = Industrex MX, AX = Industrex AX, CX = Industrex CX, KNF = Kodak No Screen Film.

Lưu ý : Tất cả những phim trên được sử dụng có hay không có màn tăng cường bằng chì.

BẢNG 7.3 HƯỚNG DẪN CHỌN PHIM CHỤP ẢNH BỨC XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP

CỦA HÃNG PHIM KODAK (USA)

120 đến 150KV

150 đến 250KV

Ir 192 250

đến 400KV

1MeV Co 60 2MeV Ra 6

đến 31MeV

Thép

0–1/4 KNF KNF AX,AA R,M,

TMX,T ¼- 1/2 KBBF KNF AX,AA AX,AA R,M,

R,M, TMX,T

AX, AA

R,M, TMX,T

AA

AX, AA

AX, AA

KNF R,M, TMX,T

¼ -1/2 AX,

AA

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

½ -1 AX,

AA

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T 1-2 KNF AX,AA AX,AA R,M,

TMX,T TMX,TR,M, TMX,TR,M,2-4 KBBF KNF AX,AA AX,AA R,M,

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

AX, AA

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T 1-2 AX,

AA

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T

R,M, TMX,T 2-4 KNF AX,AA AX,AA R,M,

TMX,T AX,AA

KNF = Kodak No Screen Film, AX = Industrex AX, KBBF = Kodak Blue Brand Film,

AA = Industrex AA, R = Industrex R, M = Industrex M, TMX = Industrex TMX, T = Industrex T Lưu ý : Tất cả các loại phim trên trừ KBBF được sử dụng có hay không có màn tăng cường bằng chì, KBBF được sử dụng với màn tăng cường bằng muối.

BẢNG 7.4 HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN PHIM CHỤP ẢNH BỨC XẠ TRONG CÔNG

NGHIỆP CỦA HÃNG PHIM FUJI

Vật liệu và bề

dày vật liệu (mm)

Điện thế của ống phát tia X (kVp)

Co 60 Dưới 50 50 ∼ 80 80 ∼ 120 120 ∼ 150 150 ∼ 250 250 ∼ 400 1000

7.1.2.1 Nhóm 1 :

Những mẫu vật có bề dày tương đối đồng đều, phim có thể đặt tiếp xúc tốt với mẫu vật

và bản thân mẫu vật đó hấp thụ được hầu hết bức xạ tán xạ trước khi nó tác động đến phim.Trong trường hợp này thì bức xạ tán xạ không thực sự là một vấn đề lớn , không cần quan tâmđặc biệt

7.1.2.2 Nhóm 2

Những mẫu vật gây ra quá trình tán xạ tại các góc cạnh, nhưng sự suy giảm về độ nhạytại các góc cạnh có thể chấp nhận được Những mẫu vật này có thể được chiếu chụp bằng tia

X giống như cách sử dụng trong các mẫu vật được che chắn tốt (làm mặt nạ), tu nhiên có thể

sử dụng các màn chì tăng cường tiêu chuẩn hoặc một bộ lọc

7.1.2.3 Nhóm 3

Là những mẫu vật mà có bức xạ tán xạ từ một vùng này sẽ chồng vào ảnh của một vùngkhác và do đó làm giảm độ nhạy của phim Ví dụ, những mẫu vật có một số vùng nằm cáchphim một khoảng cách đáng kể hoặc ở những nơi sự suy giảm về độ nhạy tại các góc cạnhkhông cho phép

Để kiểm tra các mẫu vật này thì phải sử dụng đến những kỹ thuật che chắn hoặc kỹthuật khối lọc, dùng bức xạ có năng lượng cao hoặc sử dụng kết hợp những kỹ thuật này đểlàm giảm bức xạ tán xạ Các cách đo đạc, ngăn ngừa và bảo vệ chống bức xạ tán xạ đã đượctrình bày trong phần 6.3.2

7.2 KỸ THUẬT CHỤP ẢNH BỨC XẠ KIỂM TRA CÁC MỐI HÀN

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ để kiểm tra các mối hàn thì cách bố trí phim, mối hàn

và nguồn phát bức xạ là rất quan trọng và cần phải ghi nhớ Sau đây chúng ta xét ba dạng mốihàn chính như sau :

 Các mối hàn nối

 Các mối hàn vòng chu vi

 Các mối hàn ống nhánh

7.2.1 Các mối hàn nối

Đối với các mối hàn dạng này thì người ta thường dùng kỹ thuật chụp ảnh bức xạ màtrong đó phim được đặt nằm song song sát với một bề mặt nào đó của mối hàn và nguồn phátbức xạ được đặt ở phía bề mặt còn lại của mối hàn, tại một khoảng cách nào đó tính từ mốihàn.

Phải xác định vị trí đặt nguồn phát bức xạ và phim một cách cẩn thận vì thông thườngcùng một lúc ta không thể nhìn thấy được cả hai phía mối hàn Sau đây là một vài cách bố trínguồn – phim thích hợp để chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn trong những mẫu vật có cáchình dạng khác nhau, được biểu diễn trong hình 7.1

Hình 7.1 Chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn nối.

Trong trường hợp các tấm phẳng được hàn nối lại với nhau thì cách bố trí thực hiệnkiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ rất đơn giản như được biểu diễn trong hình 7.1a

Trong trường hợp chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn nối trong các ống thì phimđược đặt ở mặt mối hàn trong ống (nếu được) và nguồn phát bức xạ được đặt ở phía bên ngoàiống hoặc ngược lại (hình 7.1b)

Trong trường hợp mà cả phim và nguồn phát bức xạ đều không thể đặt được ở phía bêntrong ống thì cả phim và nguồn phát bức xạ đều được đặt ở phía bên ngoài ống ở hai phía đốidiện nhau (hình 7.1c)

7.2.2 Các mối hàn vòng (chu vi) trong các ống

7.2.2.1 Vị trí đặt nguồn phát bức xạ và phim

Các mối hàn vòng thường có trong các ống cũng như trong các mẫu vật có dạng hìnhcầu Để chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn vòng trong ống thì sử dụng những kỹ thuật sauđây :

Phim

Phim

Phim Mối hàn

Hình 7.2 Cách bố trí phim đặt ở phía bên trong, nguồn đặt ở phía bên ngoài.

(a) Phim đặt ở phía bên trong, nguồn đặt ở phía bên ngoài :

Kỹ thuật này (hình 7.2) chỉ sử dụng được khi ống đủ lớn cho phép ta có thể tiếp xúcđược với mặt mối hàn nằm ở phía bên trong ống

(b) Phim đặt ở phía bên ngoài, nguồn đặt ở phía bên trong :

Đối với kỹ thuật này thì nguồn được đặt ở tâm vòng tròn của đường hàn vòng chu vi,(hình 7.3a) cho phép kiểm tra được toàn bộ một đường hàn vòng chỉ trong một lần chiếu vìvậy tiết kiệm được một lượng thời gian đáng kể Tuy nhiên, kích thước của nguồn được sửdụng được xác định theo bán kính của ống và bề dày của mối hàn

Đôi khi việc sử dụng một nguồn có kích thước nhỏ nhất đặt ở tâm vòng tròn của đườnghàn vòng vẫn không thể thoả mãn được những điều kiện về bóng mờ Do đó có thể đặtnguồn lệch tâm vòng tròn của đường hàn vòng (hình 7.3b), nhưng cần phải thực hiện nhiềulần chụp mới kiểm tra được toàn bộ đường vòng hàn

Hình 7.3 Cách bố trí phim đặt ở phía bên ngoài, nguồn đặt ở phía bên trong.

(c) Phim đặt ở phía bên ngoài, nguồn đặt ở phía bên ngoài :

Kỹ thuật này có thể được áp dụng theo hai phương pháp

Phương pháp thứ nhất là kỹ thuật hai thành một ảnh (hình 7.4a) : trong phương phápnày thì nguồn và phim được bố trí ở một khoảng cách ngắn nhằm khuếch tán hình ảnh củaphần mối hàn bên trên, ảnh bức xạ nhận được là ảnh của phần mối hàn nằm sát với phim nhất.Phương pháp thứ hai là kỹ thuật hai thành hai ảnh (hình 7.4b) : trong đó nguồn và phimđược đặt cách nhau một khoảng cách lớn làm cho ảnh bức xạ của mối hàn trên phim có dạnghình ellip

Nguồn

Phim Phim

Hình 7.4 Phương pháp phim đặt ở phía bên ngoài, nguồn đặt ở phía bên ngoài.

7.2.2.2 Số lượng phim dùng trong một mối hàn nối

(a) Kỹ thuật hai thành một ảnh :

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ sử dụng phương pháp hai thành một ảnh để kiểm tracác mối hàn vòng chu vi trong các ống, đường kính ngoài của ống được ký hiệu bằng chữ Gnhư trong hình 7.5, bề dày thành ống được ký hiệu bằng chữ t, khoảng cách từ tiêu điểm phátchùm tia bức xạ đến phim được ký hiệu bằng chữ L; và khoảng cách từ bề mặt mẫu vật nằm ởphía phim đến phim được ký hiệu bằng chữ Lf Nếu giá trị cực đại của góc phát chùm tia bức

xạ tương ứng với vết nứt nằm ngang được ký hiệu bằng chữ φ, thì diện tích của phần đượckiểm tra mà thoả mãn góc đã quy định (trong tài liệu này gọi là diện tích hiệu dụng của phầnkiểm tra) là phần gạch chéo trong hình 7.5 và góc ở tâm là 2α (độ) sẽ được cho bởi phươngtrình sau đây :

1L

L

G2

sinG

t21sin2)(2

(2α)max = 4φ (7.2)

Phương trình (7.1) được viết lại thành phương trình (7.3) khi diện tích hiệu dụng củaphần kiểm tra là cực đại, và thành ống có bề dày không đáng kể, lúc đó khoảng cách từ tiêuđiểm phát chùm bức xạ đến phim tiến tới vô cùng

Nếu những kết quả cho trong các phương trình (7.2) và (7.3) được biểu diễn theo cáchkhác thì số lượng phim nhiều nhất Nmax, để kiểm tra toàn bộ một mối hàn nối trong ống, dùng

kỹ thuật hai thành một ảnh được cho bởi phương trình sau, bỏ qua hình dạng của ống:

Nmax = 3600/2φ = 1800/φ (7.5)

Số lượng phim ít nhất: Nmin , dùng để kiểm tra toàn bộ một mối hàn nối trong ống dùng

kỹ thuật hai thành một ảnh được cho bởi phương trình sau, nhưng Nmin không được nhỏ hơn1/2Nmax :

Nmin = 3600/4φ = 900/φ (7.6)

Hình 7.5 Kỹ thuật hai thành một ảnh.

(b) Kỹ thuật phim đặt ở phía bên trong :

Như trong hình 7.6, phần gạch chéo là diện tích hiệu dụng của phần được kiểm tra trong

kỹ thuật chụp ảnh bức xạ phim đặt ở phía bên trong, thì góc 2α và diện tích hiệu dụng củaphần kiểm tra được cho bởi phương trình sau :

1L

L

g2

sing

t21sin2

)(2

×

=η

−φ

Trong đó : g là đường kính trong của ống

Phương trình (7.7) được viết lại thành phương trình (7.8) nếu không tính đến bề dàythành ống, diện tích hiệu dụng của phần kiểm tra là cực đại khi khoảng cách từ tiêu điểm phátchùm bức xạ đến phim tiến tới vô cùng

O

Số lượng phim chụp ảnh bức xạ cần dùng trong kỹ thuật này được cho bởi phươngtrình :

N = 3600/2φ (7.9)

Hình 7.6 Kỹ thuật phim đặt ở phía bên trong

Nếu kết quả của phương trình (7.8) được biểu diễn lại theo cách khác thì số lượng phimchụp ảnh bức xạ ít nhất, Nmin, cần dùng trong kỹ thuật này được cho bởi phương trình sau :

Nmin = 3600/2φ = 1800/φ (7.10)

Tuy nhiên do khoảng cách từ tiêu điểm phát chùm tia bức xạ đến phim là vô cùng nên

số lượng phim chụp ảnh bức xạ cần dùng phải lớn hơn giá trị nhận được từ phương trình này

7.2.2.3 Số lượng phim chụp ảnh bức xạ, nếu có xét đến kỹ thuật chụp ảnh bức xạ và góc

phát chùm tia bức xạ tương ứng với các vết nứt

Khi góc phát chùm tia bức xạ so với một vết nứt lớn hơn 150 thì thường không phát hiệnđược vết nứt Khi tăng góc phát chùm tia bức xạ lên thì khả năng phát hiện vết nứt giảmxuống một cách đáng kể Nếu góc phát chùm tia bức xạ là 150 được coi như cực đại so với vếtnứt ngang của mối hàn vòng trong ống (tương ứng với loại thông thường được quy định trongJIS 3104), thì số lượng phim chụp ảnh bức xạ cần dùng cho mỗi kỹ thuật là như sau :

(a) Kỹ thuật hai thành một ảnh và kỹ thuật hai thành hai ảnh :

Số lượng phim chụp ảnh bức xạ cần dùng trong kỹ thuật hai thành một ảnh và kỹ thuậthai thành hai ảnh có sự khác nhau một chút, phụ thuộc vào : đường kính ngoài của ống, bềdày thành ống và cách bố trí chụp ảnh bức xạ Như thể hiện trong phương trình (7.6) thì cầnphải chụp ít nhất là 6 phim hoặc nhiều hơn Tuy nhiên, không cần thiết phải chụp nhiều hơn

12 phim, nếu không có sự thay đổi về cách bố trí nguồn, phim và mẫu vật trong suốt quá trìnhthực hiện chụp ảnh bức xạ

(b) Kỹ thuật nguồn đặt ở phía bên trong :

Tiêu điểm phát chùm tia bức xạ F

h H

2 α Phim

φ

P P’

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ sử dụng nguồn đặt ở phía bên trong thì cách thôngthường để tạo ra được một ảnh chụp bức xạ mong muốn là bố trí tiêu điểm phát chùm bức xạ

ở tại tâm vòng tròn của đường hàn vòng trong ống Trong trường hợp này thì diện tích hiệudụng của phần kiểm tra so với vết nứt ngang theo hướng bề dày chính là toàn bộ chu vi vòngtròn của ống

(c) Kỹ thuật phim đặt ở phía bên trong :

Như thể hiện trong phương trình (7.10) thì với kỹ thuật phim đặt ở phía bên trong, cầnphải chụp ít nhất là 12 phim hoặc nhiều hơn

7.2.3 Các mối hàn ống nhánh (Nozzle welds)

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn ống nhánh thì cách bố trí nguồn,phim được biểu diễn trong hình 7.7 Nguồn phải được đặt sao cho trục của chùm tia bức xạtạo với vách thành ống nhánh một góc khoảng 70

7.2.4 Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn chữ T

Hướng của chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma có ảnh hưởng một cách đáng kể lên kếtquả kiểm tra các mối hàn chữ T bằng chụp ảnh bức xạ Do đó, ta cần phải xác định một hướngphát chuẩn cho chùm tia bức xạ

Trong hình (7.8a) bề dày xuyên thấu của mối hàn sẽ nhỏ đi ở một chỗ nào đó và như thếtheo quy tắc, chùm tia bức xạ sẽ chiếu định hướng ở một góc 300

Trong hình (7.8b) theo quy tắc chùm tia bức xạ được chiếu theo một hướng ở góc 450

Hình 7.8 Hướng truyền của chùm bức xạ tia X và bề dày vật liệu trong các mối hàn chữ T.

T 2

T 1

Bức xạ tia X (chiếu lần 1)

Nguồn

φ = 7 0

Phim

Hình 7.7 Chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn ống nhánh

Trong một mối hàn chữ T, phần kiểm tra có bề dày xuyên thấu lớn nhất bằng khoảnghai lần bề dày xuyên thấu nhỏ nhất Do đó, nếu ta thực hiện chụp ảnh bức xạ theo hướng này(bề dày lớn), thì khó tạo được toàn bộ hình ảnh của phần được kiểm tra nằm trong phạm vimột dải độ đen cao Trong hình 7.9, nếu ta sử dụng một tấm nêm hiệu chỉnh bề dày để làmgiảm sự khác biệt về bề dày, thì việc chụp ảnh bức xạ sẽ thực hiện được một cách dễ dàng và

ta có thể kiểm tra mối hàn một cách hoàn hảo

Hình 7.9 Cách bố trí nêm bổ sung bề dày.

7.2.5 Chiều dài đường chéo của mối hàn

Hai quy tắc sau đây được sử dụng để tìm chiều dài đường chéo của mối hàn cho phéplớn nhất; có nghĩa là chiều dài đường chéo mối hàn có thể kiểm tra được trong một lần chiếu.(a) Đối với việc kiểm tra yêu cầu nghiêm ngặt :