kiểm tra chất lượng mối hn

Nứt cóthể xuất hiện: Trên bề mặt mối hàn; trong mối hàn; vùng ảnh hưởng nhiệt • Nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau: • Nứt nóng hot crack: Xuất hiện trong quá trình kết tinh củ

ĐỀ TÀI: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI

HÀN

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG

II CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT HÀN VÀ PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

1 Các dạng khuyết tật hàn

Khuyết tật hàn là những sai lẹch về hình dáng kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, làm giảm độ bền và khả năng làm việc của nó

a Nứt (Weld crack)

▪ Là khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn Nứt cóthể xuất hiện: Trên bề mặt mối hàn; trong mối hàn; vùng ảnh hưởng nhiệt

• Nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau:

• Nứt nóng (hot crack): Xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt độ khácao (trên 10000C)

• Nứt nguội (cold crack): Xuất hiện khi kết thúc quá trình hàn ở nhiệt độ dưới 10000C, có thể xuất hiện sau vài giờ, vài ngày sau khi hàn

• Vết nứt có kích thước khác nhau:

• Nứt tế vi: phát triển trong quá trình làm việc, phát triển thành nứt thô đại

• Nứt thô đại: Phá huỷ kết cấu ngay khi làm việc

▪ Các vết nứt thô đại có thể phát hiện bằng mắt thường hoặc kính lúp (trên bề mặt)

▪ Vết nứt tế vi nằm trong mối hàn có thể dùng phương pháp kiểm tra siêu âm, chụp X quang để phát hiện

b Rỗ khí (Blow hole)

Sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại lỏng mối hàn không kịp thoát ra ngoài khi kim loạivũng hàn đông đặc

▪ Rỗ khí có

thể sinh ra:

• Ở bên trong (1) hoặc bề mặt mối hàn (2)

• Nằm ở phần ranh giới giữa kim loại cơ

bản và kim loại đắp

• Có thể phân bố, tập trung (4) hoặc nằm

rời rạc trong mối hàn

• Điều chỉnh chiều dài hồ quang ngắn, giảm vận tốc hàn

• Sau khi hàn không gõ xỉ ngay kéo dài thời gian giữ nhiệt cho mối hàn

• Hàn MAG/MIG đủ khí, khoảng cách chụp khí và vật hàn đảm bảo

• Hàn tự động thuốc hàn không được ẩm, cung cấp đủ thuốc trong quá trình hàn

• Ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại mối hàn, giữa các lượt hàn

▪ Rỗ xỉ ảnh hưởng đến độ dai va đập và độ dẻo kim loại mốihàn làm giảm khả năng làm việc của kết cấu

d Không ngấu (Incomplete fusion)

▪ Là khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn → dẫn đếnnứt làm hỏng liên kết

• Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý

• Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc Vh quá nhanh

• Góc độ điện cực (que hàn) và cách đưa điện cực chưa hợp lý

• Chiều dài cột hồ quang quá lớn

• Điện cực hàn chuyển động không đúng theo trục hàn

e Lẹm chân (Undercut)

▪ Tạo sự tập trung ứng suất cao có thể dẫn đến phá huỷ kếtcấu

Lẹm chân, chảy loang

Nguyên nhân:

• Dòng điện hàn quá lớn

• Chiều dài cột hồ quang lớn

• Góc độ và cách đưa que hàn chưa hợp lý

• Sử dụng chưa đúng kích thước điện cực hàn (quá lớn)

f Chảy loang (Overlap)

▪ Hiện tượng kim loại lỏng chảy loang trên bề mặt của liênkết hàn (Bề mặt kim loại cơ bản vùng không nóng chảy)

• Góc nghiêng que hàn không hợp lý

• Dòng điện hàn quá cao

III PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

1 Kiểm tra phá huỷ

Nhằm xác định các đặc tính cơ học của liên kết hàn để so với cơ tính của kim loại cơ bản

Từ đó cũng có thể đánh giá tay nghề của người thợ hàn một cách chính xác hơn Bao gồm:Thử kéo, thử uốn, thử dai va đập

2 Kiểm tra không phá huỷ

Đây là phương pháp kiểm tra được thực hiện trực tiếp với liên kết hàn trên các sản phẩmhàn cụ thể mà không gây phá huỷ chúng

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP

KIỂM TRA MỐI HÀN

PHÁ HỦY

I KIỂM TRA CƠ TÍNH MỐI HÀN.

Căn cư yêu cầu kĩ thuật khả năng thiết bị kiểm tra mà tiến hành thử kéo,uốn,độ cứng và độdai va đập của các liên kết dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hay tải trọng động

1 Thử kéo

Xác định giới hạn bền,giới hạn chuẩn,độ giãn dài và độ co thắt tương đối của kim loại đắp

• TCVN:KG/mm2;Quốc tế dùng Pa(Pascal);1Pa=10-7 Kg/mm2,1MPa=106Pa

• Hoa Kỳ, Anh dùngPSi;1PSi=6,9.103Pa, bội của pSi là KSi=103PSi

• 1kg/mm2=10MPa; 1MKg/mm2=0,1Kg/mm2; 1KSi = 0,703KG/mm2

• 1kg/mm2=1,45KSi; 1MPa = 0,145KSi; 1KSi = 6,9MPa

đắp của liên kết hàn và gia công đạt hình dạng kích thước như hình vẽ:

Kích thước của mẫu thử kéo kim loại (mm)

trong điều kiện nhiệt độ cao

phần nhô mối hàn được ra công phẳng với bề mặt của các chi tiết

Kích thước mẫu thử liên kết giáp mối (mm)

5060100160

48± 0,1

28±0,1

90± 0,1

▪ Chiều dài h chọn theo kết cấu của máy thử kéo

quy định

• Biểu đồ thử kéo

)/

01 , 0

F

P

=σ

0

05 , 0 '

Tải trọng tác dụng tạo ra biến dạng dư là (0,01÷0,05) của chiều dài ban đầu

%100

%

0

0 1

l

l

l −

=δ

% 100

%

0

0 1

Kích thước các mẫu thử uốn (mm)

Với S ≥5b=S+30Với S <5b=S+15

3 Kiểm tra độ dai va đập

hình vẽ

Kíchthướcmẫuthử độ dai va đập mm

* Chiều dày chi tiết

Ak công phá huỷ mặt cắt ngang hình chữ nhật qua rãnh khía

1J =1N.m; 1KG/cm2 = 10J/cm2; 1KJ/m2 = 0,01KG.m/cm2; 1KG.m/cm2=100KJ/m2

tương đương với kim loại cơ bản:

• Góc uốn không bé hơn 1200

II KIỂM TRA CẤU TRÚC KIM LOẠI CỦA LIÊN KẾT HÀN

▪ Kiểm tra cấu trúc kim loại của liên kết hàn gồm 2 dạng:

• Kiểm tra thô đại

KHÔNG PHÁ HỦY

Chủ yếu sử dụng phương pháp quan sát bằng mắt để kiểm tra toàn bộ quá trình hàn Cụ thể

là kiểm tra trước khi hàn, khi đang hàn và sau khi hàn

Đây là phương pháp dễ thực hiện có thể giúp tránh được các khuyết tật hoặc phát hiện sớmtrong quá trình hàn

1 Kiểm tra trước khi hàn

2 Nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt sau khi hàn

sai lệch cần điều chỉnh lại các thông số công nghệ

cho hợp lý, xử lý ngay các khuyết tật như kẹt xỉ, rỗ,

nứt

kế, các tiêu chuẩn đặt ra cho liên kết hàn

hàn sử dụng có đầy đủ và phù hợp với yêu cầu

không (que hàn, thuốc hàn, khí )

3 Kiểm tra trong khi hàn

▪ Các thông số của quá trình hàn (d, Ih, Uh, lưu lượng khí bảovệ)

4 Kiểm tra sau khi hàn

khí, nứt bề mặt và các khuyết tật về hình dáng mặt ngoài của liên kết hàn, bao gồm:

• Làm sạch bề mặt liên kết hàn (bề mặt mối hàn và vùng kim loại cơ bản)

• Quan sát kỹ mối hàn bằng mắt thường hoặc kính lúp để phát hiện các khuyết tật bề mặt

• Kiểm tra kích thước liên kết hàn so với bản vẽ thiết kế

• Kiểm tra kích thước mối hàn bằng các loại Calíp chuyên dùng với độ chính xác cần thiết(Hình vẽ giới thiệu cách đánh giá kích thước mối hàn)

II KIỂM TRA ĐỘ KÍN (LEAK TESTING)

Để kiểm tra các kết cấu hàn dùng để chứa chất lỏng, chất khí, đặc biệt với thiết bị làm việcdưới áp suất cao phải được kiểm tra độ kín của liên kết hàn

Tuỳ vào yêu cầu làm việc, kết cấu cụ thể và khả năng thiết bị của cơ sở mà lựa chọn mộttrong các phương pháp kiểm tra độ kín cho thích hợp

1 Kiểm tra bằng khí Amôniắc

chất chỉ thị màu) như dung dịch nitrit thuỷ ngân, dung dịch fenolftalein khi tác dụng vớiAmôniắc

• Làm sạch bề mặt mối hàn khỏi gỉ dầu mỡ và các chất bẩn khác

• Sau đó dùng vải bông hoặc băng thấm chất chỉ thị màu được chọn đem ép lên một mặt của mốihàn

• Dùng dòng khí chứa 1%NH3 thổi lên bề mặt còn lại của mối hàn dưới áp suất nhất định

• Sau khoảng (1÷5)phút thấy giấy hoặc vải bị thay đổi màu (bạc thẫm) chứng tỏ mối hàn bịkhuyết tật không kín

2 Kiểm tra độ kín bằng áp lực khí

▪ Trước khi kiểm tra cần bịt kín, sau đó cho khí vào (khôngkhí, khí trơ ) đến một áp suất nào đó

phòng hoà tan trong 1l nước) và quan sát

đó bơm không khí vào bên trong nó dưới áp suất lớn hơn áp suất làm việc từ (10÷20)% rồiquan sát, có bong bóng nổi lên trong nước để phát hiện khuyết tật

3 Kiểm tra bằng áp lực nước

▪ Bom nước vào kết cấu cần kiểm tra tạo áp suất dư cao hơn

áp suất làm việc

(1,5 ÷ 2) lần và giữ ở áp suất đó (5÷6) phút

rồi quan sát nước có rò rỉ hay không

chữa và kiểm tra lại

bằng bơm nước vào và giữ từ

(2 ÷ 24)h để quan sát và phát hiện vị trí có khuyết tật

4 Kiểm tra bằng phương pháp chân không

theo các cách trên

không

▪ Vùng mối hàn cần được kiểm tra đã bôi nước xà phòngtrên bề mặt

buồng chân không qua khuyết tật 8 của mối hàn

được vị trí khuyết tật theo bong bóng xà phòng

buồng chân không và liên kết hàn

cao

chuyển buồng chân không sang vị trí mới

III KIỂM TRA BẰNG DUNG DỊCH CHỈ THỊ MÀU

vào các vết nứt, rỗ khí nhỏ của liên kết hàn mà không thể quan sát được bằng mắt thường,sau đó dùng các chất hiển thị màu phát hiện ra vị trí mà dung dịch thẩm thấu còn nằm lại ởcác vết nứt cũng như rỗ khí

• Kiểm tra bằng chất nhuộm màu

• Kiểm tra bằng chất phát quang

 Cần lưu ý là : Phương pháp này chỉ phát hiện được các khuyết tật mở ra trên bề mặt vậtliệu cần kiểm tra Thông thường sử dụng 3 loại dung dịch và được tiến hành theo cácbước sau:

1Làm sạch bề mặt đối tượng cần kiểm tra: sử dụng chất làm sạch bề mặt ( cleaner )

2 Trải chất thẩm thấu (Penetrant) lên bề mặt đối tượng cần kiểm tra :

3 Lau bề mặt đối tượng kiểm trans au khi 1 phần chất thẩm thấu đi vào bên trong khuyết tật :

4 Áp một lớp chất hiện lên bề mặt đối tượng cần kiểm tra :

5 Quan sát và đánh giá chỉ thị cần kiểm tra:

6 Làm sạch bề mặt kiểm tra :

▪ Các lỗi có khả năng phát hiện:

• Rò rỉ bề mặt

• Nứt thông với bề mặt

• Vị trí châm hồ quang

• Các lỗi không liên kết …

 Ưu điểm của phương pháp:

• Là phương pháp đơn giản chi phí thấp

• Có thể áp dụng hầu như tất cả các chi tiết và vật liệu

 Nhược điểm:

• Chỉ chừng minh các bất bình thường xảy ra ở bề mặt

• Các bề mặt phải được làm sạch không bám: dầu, mỡ, lớp sơn phủ…

• Đạt được sự tiếp cận một phía

• Bề mặt phải không có lớp phủ sơn,dầu ,mỡ …

• Để đạt được khả năng kiểm tra cao nhất bề mặt phải ít được sửa chữa hay chịu tác động

cơ học

• Nhiệt độ kiểm tra thông thường từ 10oC-50oC,trong các trường hợp đặt biệt phải sửdụng chất kiểm tra đặt biệt

• Vật liệu của đối tượng kiểm tra không rỗ xốp, và không hư hỏng bởi các chất hóa học

• khi tiến hàn kiểm tra bằng chất thâm nhập màu, cường độ chiếu sáng phải lớn hơn 500lux

IV KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG SIÊU ÂM

1 Nguyên lí hoạt động:

Là phương pháp sử dụng chùm sóng siêu âm chiếu vào vật liệu cần kiểm tra chùmsiêu âm đi qua môi trường đồng nhất theo đường thẳng cho đến khi gặp biên âm thanh, tại

biên âm thanh một phần âm thanh bị phản xạ trở lại cũng như vậy khi chùm siêu âm gặpchỗ không đồng nhất (khuyết tật hàn) nó sẽ xảy ra các hiện tượng phản xạ, thẩm thấu(xuyên qua) và sự biến đổi sóng.đo đạc âm thanh thu lại sau khi chuyền sẽ biết được cáckhuyết tật hàn trong vật đo.

▪ Trong kỹ thuật siêu âm có nhiều kỹ thuật khác nhau có thểđược ứng dụng như :

• Kỹ thuật xung - tiếng dội

• Kỹ thuật dẫn siêu âm

• Kỹ thuật cộng hưởng âm

2 Các khuyết tật hàn có thể phát hiện

3 Ưu điểm của phương pháp:

▪ Có thể chứng minh tất cả các dạng của các bất bìnhthường.

▪ Hầu như có khả năng kiểm tra tất cả các vật liệu bằng siêuâm

▪ Kết quả kiểm tra, hồ sơ/văn bản dữ liệu kiểm tra có thể sốhóa

nghiệp

kiểm tra các hệ thống trên không trung

▪ Các thiết bị siêu âm đời mới là các thiết bị với bộ ắc qui,thời gian kiểm tra có thể nhiều hơn 12 h (không nạp lại)

4 Nhược điểm của phương pháp:

của người tiến hành kiểm tra

▪ Kỹ thuật siêu âm và các trang thiết bị có giá thành rất cao,bởi vậy gây ra chi phí cao cho việc tiến hành kiểm tra

5 Các Kỹ Thuật Tiến Hành:

a Nguyên lý kiểm tra siêu âm được thể hiện như hình:

giảm năng lượng do tính chất của môi trường.Cường độ song siêu âm hoặc được đo saukhi phản xạ(xung phản hồi) tại các mặt phân cách(khuyết tật) hoặc đo tại bề mặt đối diệncủa vật kiểm tra(xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ được phân tích để xác định sự

có mặt của khuyết tật và vị trí của nó

▪ Mức độ phản xạ nhiều phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật

lý của vật liệu ở phía đối diện của bề mặt phân cách và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tínhchất vật lý đặc trưng của vật liệu đó

b Kỹ thuật kiểm tra:

▪ Kỹ thuật kiểm tra siêu âm thường chia ra làm ba chỉ tiêuphân nhóm chủ yếu:

• Xung phản hồi và Truyền qua(liên quan đến năng lượng được dung để phản xạ haytruyền qua)

• Chùm tia vuông góc và xiên góc(Liên quan đến góc mà năng lượng âm thanh đi vào vậtkiểm)

• Tiếp xúc và nhúng(liên quan đến phương pháp tiếp âm biến tử với vật kiểm)

.Với việc kiểm tra mối hàn giáp mối ta sử dụng phương pháp xung phản hồi với việc đưađầu dò vào theo sơ đồ phối hợp

c Nguyên tắc kiểm tra:

▪ Định vị khuyết tật:a=S.sinα,b=S.cosα

góc phát(góc tới) 50độ dung để phát hiện các khuyết tật có thể tồn tại trong vũng hàn màkhông thể dò với góc phát nhỏ

▪ Các mối hàn có chiều dày nhỏ(<100mm) có thể dò trênmột bề mặt của kim loại cơ bản bằng tia phản xạ trực tiếp và một lần(hình b).Lúc đó gócvào kim loại β thường được chọn sao cho trục chùm tia ở một trong những vị trí đầu dòcắt trục đối xứng của tiết diện mối hàn tại độ sâu 0,5δ

e Xác định vùng dịch chuyển đầu dò góc khi kiểm tra tiết diện mối hàn :

▪ Để quét hết mối hàn với tia trực tiếp :δtgβ≥(b+2e) (hìnhb)

▪ Với tia phản xạ một lần : δtgβ≥(b+2z) (hìnhb)

bảo phần lớn năng lượng của chùm siêu âm trong vùng kiềm

lớn,vì với việc giảm chiều dày δ thì chiều rộng b giảm xuống không đáng kể,khi đó đểquét mối hàn bằng tia trực tiếp thì luôn cần góc vào lớn hơn so với khi quét bằng tia phản

xạ vào mặt đối diện của kim loại cơ bản

pháp phản hồi xung

▪ Sơ đồ quét :Có dạng sơ đồ quét sau để kiểm tra khuyết tậtmối hàn

f Mức độ chấp nhận khuyết tật bên trong mối hàn :

chiều dài nhỏ hơn chiều dài giới hạn thì được chấp nhận còn chiều dài lớn hơn chiều dàigiới hạn thì loại bỏ

6 Một số thiết bị dùng để kiểm tra mối hàn:

a Thiết bị siêu âm khuyết tật đường hàn- Model USM 35X-DAC

với dải đo từ 0mm -> 9999mm

▪ Khả năng hiển thị màu khác nhau cho mỗi phản xạ(colored legs)

▪ Chế độ đo Peak, flank, jflank với hỗ trợ đánh dấu bằng haicarat

▪ Vận hành thiết bị dễ dàng, có kết hợp 2 nút xoay đồng thờivới phím bấm

▪ Thời gian làm việc liên tục 14 giờ chỉ với 1 pin Li-ion

b Thiết bị siêu âm TOFD- PA-Tích hợp qui trình- Model USM Vision

chiều dày kiểm tra từ 6mm đến 50mm (với bộ đầu dò tiêu chuẩn)

biệt có thể kiểm tra các ống có đường kính nhỏ từ 1inch trở lên

cấp bảo vệ IP 54

▪ Pin có thể thay thế nóng (2 hộp Pin) khi máy đang hoạt động

▪ Sử dụng dễ dàng cho cả người ít kinh nghiệm về siêu âm

▪ Thiết bị tích hợp sẵn chế độ siêu âm thông thường

(Conventional channel) & kỹ thuật nhiễu xạ (TOFD) & kỹ thuật siêu âm mảng điều pha (Phased Array) 16/128, chế độ lưu trữ và hiển thị theo thời gian thực (Real Time Volume Corrected Images) và A-scan

trực quan, rõ ràng và đáng tin cậy

trình kiểm tra, tự động tính toán các thông số nhờ tích hợp sẵn cơ sở dữ liệu, các tiêuchuẩnquốc tế

▪ Phần mềm Rhythm giúp lưu trữ, phân tích và báo cáo kết quả theo tiêu chuẩn công nghiệp với định dạng DICONDE

▪ Tích hợp sẵn nhiều loại mối hàn hỗ trợ cho việc lập quy trình, kiểm tra và đánh giá kết quả nhanh chóng, chính xác

c Thiết bị siêu âm khuyết tật mảng điều pha- Model Phasor XS

(Phased Array) và siêu âm truyền thống (CV)

64 biến tử kiểm tra khuyết tật trong đường hàn kim loại

kiểm tra rất tốt ăn mòn, tách lớp, rỗ trong vật liệu

▪ Người sử dụng có thể đánh giá theo phương pháp truyền thông bằng việc sử dụng đầu dò đơn và kép với hiển thị A-Scan

▪ Kiểm tra nhanh chóng ăn mòn và tách lớp trên bề mặt rộng với đầu dò Roto Array Sử dụng bánh xe cao su mềm kết hợp với chất tiếp âm là nước giúp đầu hoạt động hiệu quả trên cả các bề mặt không bằng phẳng của các đối tượng được kiểm tra

▪ Chế độ hiển thị dạng A-Scan, B-Scan, Top View Scan) và S-Scan (Sector Scan)

▪ Khối lượng nhẹ (3,8 kg) Làm việc liên tục 6 giờ

d Thiết bị siêu âm khuyết tật đường hàn- Model Phasor CV

DM với việc nâng cấp phần mềm trong máy

ASME, AWS, JIS

DGS tiêu chuẩn

▪ Lưu trữ dữ liệu hình ảnh trên máy hay trên thẻ nhớ SD

▪ Có thể làm việc ngoài trời với cấp bảo vệ IP54, nhiệt độ làm việc từ 0oC đến 50oC

e Thiết bị siêu âm khuyết tật đường hàn với xung vuông- Model USN 60