(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo kiểm, đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ khí bằng phương pháp cộng hưởng âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO KIỂM, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO KIỂM, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CHẾ TẠO CƠ KHÍ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG ÂM

GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN SVTH: BÙI TẤN LƯỢNG

MSSV: 13143200

SKL004975

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA

CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Đặng Thiện Ngôn

- Sử dụng âm thanh (sóng âm) để phân tích, đánh giá chất lượng sảnphẩm

3 Nội dung chính của đồán:

- Khảo sát, tìm hiểu về các phương pháp đo kiểm, đánh giá chất lượng sản phẩm

chế tạo cơkhí;

- Khảo sát phương thức đo kiểm đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ khí

hiện tại (chi tiết mặt bích) tại công tyPV-VT;

- Tổng quan về lý thuyết và ứng dụng kỹ thuật cộng hưởngâm;

- Đề xuất nguyên lý và kết cấu tổng thể của hệ thống đo kiểm đánh giá chất

lượng sản phẩm bằng kỹ thuật cộng hưởng âm (cho sản phẩm chi tiết mặtbích);

- Tính toán, thiết kế các kết cấu cơ khí và tính chọn các thiết bịkhác;

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt 

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

Website: fme.hcmute.edu.vn Email: kckctm@hcmute.edu.vn Facebook:

https://www.facebook.com/CKMSPKThttps://

Capstone Project Proposal

Research and development of a evaluation test system

of product quality using acoustic resonance engineering

2 Responsibility:

- Using acoustic resonance engineering to test and evaluate productquality;

3 MainContent:

- Survey of test, evaluation methods of mechanicalproducts;

- Survey of test, evaluation method of current mechanical product (flange part)

in PV-VTcompany;

- Overview of the theory and application of the acoustic resonanceengineering;

- Proposal of a principle and overall structure of the quality test system using acoustic resonance engineering (flangepart);

- Calculation, design of the mechanical structure and caculation, choice of other components;

- Fabrication of a prototype for test andevaluation;

- Set of part drawings, assembly drawings, illustrationclips;

Oral presentation: English Vietnamese

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ môn Công nghệ chế tạo máy

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo kiểm đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ khí bằng phương pháp cộng hưởng âm

Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy

Họ và tên GV hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thiện Ngôn

2 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

Đung format vơi đầy đu ca hinh thưc va nôị dung cua cac 10

́I ́I ́J J ̀ ́I ̀ ́J ́I

mục

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ 5

thuật, khoa học xã hội…

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc 15

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc

thực tế.

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên 5

((Ký, ghi rõ họ tên)

v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ môn Công nghệ chế tạo máy

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo kiểm đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ

khí bằng phương pháp cộng hưởng âm

Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) PGS.TS Trần Ngọc Đảm

1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3.Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

vi

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

Đung format vơi đầy đu ca hinh thưc va nôị dung cua cac mục 10

́I ́I ́J J ̀ ́I ̀ ́J ́I

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, 5

khoa hoc ̣ xãhôị…

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy 15

trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

7 Kết luận:

 Đƣợc phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 2017

vii

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không có sự giúp đỡ, dù ít haynhiều dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trước hết, em xin gửi lời cám ơnchân thành, sâu sắc và kính trọng nhất đến thầy hướng dẫn PGS.TS Đặng ThiệnNgôn Thầy đã luôn theo sát, hỗ trợ nhiệt tình, truyền cảm hứng, động lực để emluôn luôn cố gắng và hoàn thành đề tài Một lần nữa em xin chân thành cảm ơnthầy

Con xin cảm ơn ba mẹ, đã luôn âm thầm theo dõi, hỗ trợ, tin tưởng, tạo mọiđiều kiện tốt đẹp nhất có thể để con có được những thành quả như ngày hôm nay.Con xin cảm ơn ba mẹ

Bên cạnh đó em cũng không quên gửi lời cảm ơn đến tập thể quý thầy cô giáotrong khoa Cơ khí chế tạo máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ ChíMinh đã truyền đạt những kiến thức cơ bản, tạo nền tảng vững chắc cho em cũngnhư các bạn sinh viên khác Xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo trong trườngĐại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh

Cuối cùng em không quên gửi lời cám ơn chân thành đến bạn bè đã giúp đỡ

em hết mình trong suốt quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Bùi Tấn Lượng

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Đây là đề tài mang tính chất thực tiễn cao, nghiên cứu phát triển một phương

án kiểm tra không phá hủy mới Một phương án vừa giữ lại những ưu điểm của cácphương án truyền thống mà vừa khắc phục được những nhược điểm còn tồn tại.Dựa trên những tính chất vật lý của âm thanh và mỗi vật thể có một tần số âmthanh cộng hưởng riêng Đưa ra những phương pháp phân tích để đánh giá sự toànvẹn cấu trúc của chi tiết cơ khí Nội dung đồ án bao gồm việc phân tích chi tiết chếtạo cơ khí cụ thể (mặt bích), phân tích các phương pháp kiểm tra truyền thống,nghiên cứu các phương pháp phân tích tín hiệu âm thanh, các thiết bị thu nhận,phân tích tín hiệu âm thanh

Từ đó thiết kế hệ thống, trình bày nguyên lý hoạt động, bố trí, lắp đặt cácthành phân lên hệ thống sao cho tối ưu nhất Tiến hành phân tích và đề xuấtphương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu Ở đây vì không có đủ thời gian và kinh phínên đề tài chỉ dừng lại ở phạm vi nghiên cứu, đề xuất

ix

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP(Dành cho giảng viên hướng dẫn) iv

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP(Dành cho giảng viên phản biện) vi

LỜI CẢM ƠN viii

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI ix

MỤC LỤC x

DANH MỤC CÁC BẢNG xv

DANH MỤC CÁC HÌNH xvi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xviii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu đề tài 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANCÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG, KIỂM TRAĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CƠ KHÍ 3

1.1 Các phương pháp đo lường trong cơ khí 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Các nguyên tắc cơ bản khi đo 3

1.1.3 Dụng cụ đo 4

1.2 Các phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm cơ khí 4

1.2.1 Phương pháp kiểm tra phá hủy 5

1.2.1.1 Định nghĩa 5

1.2.1.2 Các phương pháp kiểm tra 5

a) Thử kéo ngang 5

b)Thử kéo kim loại đắp 6

c) Thử độ dai va đập 7

d) Thử độ cứng 7

e) Thử uốn 9

1.2.2 Phương pháp kiểm tra không phá hủy 11

1.2.2.1 Định nghĩa 11

1.2.2.2 Phân loại 11

1.2.3 So sánh phương pháp kiểm tra phá hủy và không phá hủy 12

1.3 Chế tạo và kiểm soát chất lượng mặt bích tại công ty PV-VT 15

1.3.1 Công nghệ chế tạo chi tiết mặt bích tại công ty PV-VT 16

1.3.1.1 Sơ lược về chi tiết mặt bích tại công ty PV-VT 16

a) Chi tiết mặt bích D140 16

b) Ống nối1 1/2 inch 17

1.3.1.2 Quy trình công nghệ gia công mặt bích tại công ty 18

a) Quy trình công nghệ gia công mặt bích D 140 18

b) Quy trình công nghệ gia công ống nối 22

c) Hàn tạo mặt bích hoàn chỉnh tại công ty PV-VT 22

1.3.2 Phương pháp đánh giá chất lượng mặt bích tại công ty PV-VT 23

1.3.2.1 Yêu cầu của việc đánh giá chất lượng 23

1.3.2.2 Các hư hỏng thường gặp trên mặt bích của công ty PV-VT 24

1.3.2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng tại công ty PV-VT 24

a) Phương pháp kiểm tra bột từ 24

b) Phương pháp kiểm tra siêu âm 26

1.3.2.4 Quy trình đánh giá chất lượng mặt bích 27

1.3.3 Tồn tại của công việc kiểm tra đánh giá chất lượng chi tiết mặt bích tại công ty PV-VT 28

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 29

1.4.1 Trong nước 29

1.4.2 Ngoài nước 30

xi

1.5 Các công việc nghiên cứu dự kiến 30

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỘNG HƯỞNG ÂM 32

2.1 Lý thuyết về tín hiệu 32

2.1.1 Khái niệm về tín hiệu 32

2.1.2 Khái niệm và phân loại hệ xử lí tín hiệu 32

2.2 Phương pháp phân tích tín hiệu âm thanh 32

2.2.1 Phương pháp phân tích Wavelet 33

2.2.1.1 Phép biến đổi Wawelet liên tục 33

2.2.1.2Phép biến đổi Wawelet rời rạc 35

2.2.1.3 Tính chất của phép biến đổi Wavelet 36

2.1.3.4 Một số ứng dụng của phép biến đổi Wawelet 37

2.2.2 Cơ sở toán học phép biến đổi Fourier 37

2.2.2.1 Lý thuyết phép biến đổi Fourier của tín hiệu liên tục 38

2.2.2.2 Biến đổi Fourier rời rạc 39

a) Biểu thức tính biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc tuần hoàn 39

b) Phép biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc dài hữu hạn 41

2.2.2.3 Một số ứng dụng của DFT 42

a) Phân tích phổ tín hiệu 42

b) Tính tín hiệu ra hệ thống rời rạc LTI 43

2.2.2.4 Tính nhanh DFT bằng thuật toán FFT 43

a) Hiệu quả tính toán của FFT 43

b) Nguyên tắc của FFT 44

2.3 Lý thuyết cộng hưởng âm 44

2.3.1 Khái quát về âm học 44

2.3.1.1 Khái niệm âm thanh 44

2.3.1.2 Bản chất vật lý của âm thanh 45

2.3.1.3 Đặc trưng sinh lý của âm thanh 47

2.3.1.4 Phổ của tín hiệu 47

2.3.1.5 Ảnh hưởng của biên độ và tần số 48

2.3.2 Hiện tượng cộng hưởng 48

2.3.3 Hiện tượng cộng hưởng âm thanh 48

2.4 Lý thuyết dao động 49

2.4.1 Một vài khái niệm và định nghĩa 50

2.4.2 Nguyên nhân gây ra dao động 50

2.4.3 Các dạng phương trình dao động 50

2.4.3.1 Dao động tự do của hệ tuyến tính một bậc tự do 51

2.4.3.2 Dao động cưỡng bức của hệ tuyến tính một bậc tự do 51

2.5 Ứng dụng cộng hưởng âm trong chẩn đoán chất lượng sản phẩm 54

2.5.1 Nguyên lý 54

2.5.2 Sơ đồ hệ thống chẩn đoán 56

2.5.3 Khả năng kiểm tra và các ưu nhược điểm của phương pháp kiểm tra cộng hưởng âm 57

CHƯƠNG 3: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 58

3.1 Yêu cầu thiết kế 58

3.2 Ý tưởng thiết kế 58

3.3 Thiết kế máy tạo cộng hưởng âm 58

3.3.1 Đề xuất nguyên lý hệ thống 58

3.3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống băng tải 59

3.3.2.1 Xác định chiều rộng băng tải 59

3.3.2.2 Xác định lực căng tại các điểm đặc trưng 60

3.3.2.3 Xác định số lớp vải cần thiết trong băng 62

3.3.2.4 Chọn động cơ băng tải 62

3.3.2.4 Xác định các kích thước cơ bản của tang 63

3.4 Thiết bị thu nhận và xử lý tín hiệu âm thanh 63

3.4.1 Sơ đồ khối thu nhận tín hiệu âm thanh 63

3.4.2 Thiết bị và phần mềm thu nhận tín hiệu âm thanh 63

3.4.2.1 Microphone 63

3.4.2.2 NI compact DAQ 9172 64

xiii

3.4.2.3 Thiết bị thu nhận tín hiệu NI9233 65

3.4.2.4 Phần mềm thu nhận tín hiệu 65

3.4.2.4 Cách thu tín hiệu âm thanh 66

3.4 Thuật toán và phần mềm xử lí tín hiệu 68

3.4.1 Phần mềm xử lí tín hiệu 68

3.4.2 Thuật toán xử lí tín hiệu 69

3.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng mặt bích bằng phương pháp cộng hưởng âm 70

3.5.1 Cộng hưởng âm 70

3.5.2 Ảnh hưởng của biên độ và tần số 70

3.5.3 Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu 71

3.6 Tổng hợp thiết bị 72

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

bảng

1.1 So sánh ưu nhược điểm các phương pháp kiểm tra 12

2.1 Các ưu nhược điểm của phương pháp kiểm tra chất lượng sản 57

phẩm bằng phương pháp cộng hưởng âm

3.1 Các thành phần, thiết bị trong hệ thống đo kiểm đánh giá chất 69

lượng sản phẩm mặt bích bằng phương pháp cộng hưởng âm

xv

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

hình

1.12 Chi tiết mặt bích chế tạo tại công ty PV-VT 15

1.25 Hàn tạo chi tiết mặt bích hoàn chỉnh 22

1.28 Quy trình kiểm tra chất lượng mặt bích tại công ty PV-VT 262.1 Đồ thị một số hàm Morlet với các hệ số Morlet thông dụng 322.2 Minh họa lưới nhị tố dyadic với các giá trị của m và n 34

xvi

2.4 Vận tốc truyền âm trong một số mối trường 44

2.5 Các giá trị nguy hiểm của biên độ tăng theo quy luật tuyến 51

tính với thời gian t

2.6 Quá trình biến đổi của giá trị tuyệt đối của hệ số động lực 512.7 Mô hình tham số rời rạc của một bậc tự do (SDOF) 53

2.8 Sơ đồ hệ thống đo kiểm đánh giá chất lượng mặt bích bằng 54

phương pháp cộng hưởng âm [7]

3.1 Sơ đồ kết cấu sơ bộ hệ thống đo kiểm đánh giá chất lượng 57

mặt bích

3.3 Sơ đồ nguyên lí tính toán bề rộng băng tải 58

3.16 Ví dụ phổ một tín hiệu âm thanh sau khi phân tích 673.17 Sóng có biên độ thấp (a), biên độ cao (b) 683.18 Sóng âm có tần số thấp (a) và tần số cao (b) 68

xvii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DTFT Discrete-Time Fourier Transform

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

xviii

MỞ ĐẦU

Ngành cơ khí là một trong những ngành mũi nhọn, đóng vai trò đầu tàu trong

sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Các thiết bị cơ khí được sử dụngrộng rãi trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống Việc kiểm tra chất lượng sảnphẩm cơ khí là khấu bắt buộc trước khi sản phẩm được đưa ra thị trường Hiện có

nhiều phương pháp kiểm tra như: bột từ (Magnetic Particle Testing), thẩm thấu (Dye Penetrant Testing), dòng điện xoáy (EddyCurrent Testing),chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing), kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Test), kiểm tra bằng truyền

âm (Acoustic Emission).

Các phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm truyền thống bộc lộ ngàycàng nhiều các khuyết điểm Phương pháp chụp phim (RT), phương pháp kiểm tra

từ tính (MT), phương pháp thẩm thấu (PT) gây ô nhiễm môi trường Phương pháp

từ tính (MT), phương pháp thẩm thấu (PT), phương pháp siêu âm (UT) chỉ được sửdụng đối với một vài loại vật liệu nhất định Tất cả phương pháp trên đòi hỏi ngườikiểm tra phải được đào tạo một cách bài bản trước khi tham gia vào quá trình đánhgiá Cũng vì thế độ chính xác kiểm tra phụ thuộc vào tay nghề người thực hiện làmgiảm độ tin cậy của việc kiểm tra Thời gian thực hiện quá trình kiểm tra lớn (5 – 10phút cho một sản phẩm)

Tuy nhiên hiện nay, cùng với việc chuyên môn hóa sản xuất, số lượng hànghóa sản xuất ngày càng lớn, yêu cầu về mặt chất lượng ngày càng khắc khe hơn Từ

đó yêu cầu sản phẩm phải được kiểm tra một cách nghiêm ngặt, chính xác caonhưng chi phí phải được hạ thấp Bên cạnh đó, việc bảo vệ môi trường cũng phảiđược đặt lên hàng đầu

Chính vì vậy, yêu cầu, đòi hỏi cần có một phương pháp

NDT(Non-Destructive Testing) mới phương pháp mới này phải giữ được những ưu điểm của

nhưng phương pháp cũ nhưng phải khắc phục được những khuyết điểm tồn tại.Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm cơ khí bằng phương pháp cộng hưởng

âm ra đời khắc phục những nhược điểm của các phương pháp nêu trên: độ chínhxác cao, độ trung thực kiểm tra cao, không phụ thuộc vào tay nghề người thực hiện,khả năng tự động hóa cao, thời gian thực hiện kiểm tra ngắn (khoảng 1 phút chomột sản phẩm) thích hợp để kiểm tra các sản phẩm được sản xuất với số lượng lớn

- Nghiên cứu, ứng dụng cộng hưởng âm trong đo kiểm đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ khí

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo kiểm đánh giá chất lượng sản phẩm chế tạo cơ khí (chi tiết mặt bích) bằng phương pháp cộng hưởng âm.

Liên quan đến đề tài, các đối tượng sau đây được tập trung khảo sát, nghiêncứu:

- Chi tiết mặt bích;

- Hệ thống, quy trình đo kiểm đánh giá chất lượng chi tiết mặt bích

Trong khuôn khổ đề tài, thiết bị phục vụ cho việc kiểm tra đánh giá chất lượng

sản phẩm mặt bích bằng kỹ thuật cộng hưởng âm với các khả năng phát hiện, phânloại (chi tiết thành phẩm, chi tiết phế phẩm) được tính toán thiết kế chi tiết Do thờigian nên vấn đề chế tạo không được đặt ra

Thực chất đó là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỉ lệgiữa chúng Độ lớn của đối tượng cần đo được biểu diễn bằng trị số của tỉ lệ nhậnđược kèm theo đơn vị đo khi dùng so sánh.

Các phương pháp đo trong cơ khí:

- Dựa vào mối quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo: phương pháp đo tiếp xúc vàphương pháp đo không tiếp xúc

- Dựa vào quan hệ giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lượng đo: phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo so sánh

- Dựa vào mối quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo: phươngpháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp

1.1.2Các nguyên tắc cơ bản khi đo

Các nguyên tắc cơ bản khi đo là [1]:

- Nguyên tắc Abbe: khi kích thước đo và kích thước mẫu nằm trên một

đường thẳng thì kết quả đo đạt độ chính xác cao nhất

a) Kích thước đo và kích thước mẫu không

nằm b) Kích thước đo và kích thước mẫu

trên đường thẳng nằm trên một đường thẳng

Hình 1.1:Ảnh minh họa nguyên tắc Abbe[1]

- Nguyên tắc xích kích thước gần nhất: xích kích thước trong khi đo hìnhthành bởi một số khâu của trang bị đo và kích thước đo, trong đó kích thước đo là khâukhép kín Khi kích thước ngắn nhất thì kết quả đo đạt độ chính các cao nhất Có nghĩa làkhi trang thiết bị đo càng đơn giản, ít khâu khớp thì độ chính xác đo càng cao.

- Nguyên tắc chuẩn thống nhất: khi kiểm tra, nếu chọn chuẩn kiểm tra trùng

với chuẩn thiết kế và chuẩn công nghệ thì kết quả kiểm tra đạt độ chính xác cao nhất

- Nguyên tắc kinh tế: nguyên tắc này nhằm đảm bảo độ chính xác đo trong

điều kiện giá thành khâu đo thấp nhất

1.1.3 Dụng cụ đo

Các dụng cụ đo để đánh giá các sản phẩm cơ khí thường sử dụng đó là:

- Dụng cụ đo kích thước: thước thẳng, thước cặp, palme, thước đo góc,…

- Dụng cụ đo prôfin: dưỡng đo ren, máy đo bánh răng,…

- Dụng cụ đo kích thước tế vi: đồ hồ so, máy đo độ song song,…

- Dụng cụ đo độ cứng: máy đo độ cứng,…

a) Bộ căn mẫu b)Calip c) Dưỡng đo ren

Hình 1.2: Các dụng cụ đo cầm tay thông dụng [10]

Quản lý chất lượng đã trở thành một bộ phận quan trọng trong quy trình sản

4

xuất ngày nay Việc đảm bảo sản phẩm sản xuất đúng như ý tưởng của người thiết

kế và đạt được các kích thước theo yêu cầu kỹ thuật là một thách thức của cả quytrình sản xuất Hiện nay có 2 phương pháp kiểm tra chính đó là phương pháp kiểmtra phá hủy và phương pháp kiểm tra không phá hủy

1.2.1 Phương pháp kiểm tra phá hủy

1.2.1.1 Định nghĩa

Là dạng kiểm tra mà chi tiết kiểm tra bị “phá hủy” khi dùng nó để tạo ra các

mẫu kiểm tra (Test Specimens).

- Đối tượng áp dụng: phù hợp và kinh tế cho các đối tượng sản xuất sản phẩm hàng loạt, lớn, và hạn chế với sản phẩm ít và hiếm

- Mục đích: vật mẫu được phân tích và kiểm tra để làm sáng tỏ hơn cho kiểmtra không phá hủy

1.2.1.2 Các phương pháp kiểm tra

- Khả năng của phương pháp thử:

+ Đo độ bền kéo tĩnh theo chiều ngang của liên kết hàn giáp mối

+ Lực kéo tối đa: F = 220 kN

+ Nếu mẫu kiểm tra đứt bên ngoài mối hàn hoặc vùng nóng chảy, độ bềncủa liên kết hàn này được chấp nhận (đạt yêu cầu) nếu nó có giá trị lớn hơn hoặc bằng95% giá trị độ bền kéo quy định cho cấp vật liệu của kim loại cơ bản đó

- Báo cáo kết quả:

+ Loại mẫu kiểm tra, ví dụ có tiết diện rút gọn

+ Thông tin về việc có loại bỏ phần lồi của mối hàn đi hay không.

+ Các kích thước của mẫu kiểm tra

+ Giá trị độ bền kéo [N/mm2], [MPa]

+ Vị trí của bất kỳ khuyết tật nào nếu có

b)Thử kéo kim loại đắp

- Mục đích thử: phê chuẩn quy trinh̀ hàn cho môṭsốứng dung ̣ đăc ̣ biêṭ, ví dụcho vâṇ hành ởnhiêṭđô ̣cao Kiểm chứng (của nhà sản xuất điện cực ) rằng que hàn , dâyhàn đáp ứng các cơ tinh́ màtiêu chuẩn quy đinḥ để cấp chứng chỉhơp ̣ cách cho loại vậtliệu hàn đó

- Mẫu kiểm tra: mẫu kiểm tra được gia công từ kim loại mối hàn theo hướngsong song với truc ̣ doc ̣ mối hàn Chiều dài đo của mâũ kiểm tra phải hoàn toàn là

kim loaịmối hàn

- Phương pháp thử: đo độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài tương đối

1 Giới hạn đàn hồi 4 Mẫu đứt 7 Biến dạng tương đối

2 Giới hạn chảy 5 Độ bền kéo 8 Giới hạn chảy quy ước

3 Mẫu co thắt 6 Ứng suất kéo 9 Biến dạng dẻo quy ước

Hình 1.5: Biểu đồ thử kéo kim loại

- Tiêu chí chấp nhận:

+ Nếu mẫu kiểm tra đứt tại kim loại mối hàn, kết quả đạt yêu cầu (độ bềncủa liên kết hàn này được chấp nhận), với điều kiện độ bền tính toán đó lớn hơn hoặcbằng độ bền kéo tối thiểu đã quy định

+ Nếu mẫu kiểm tra đứt bên ngoài mối hàn hoặc vùng nóng chảy, độ bềncủa liên kết hàn này được chấp nhận (đạt yêu cầu) nếu nó có giá trị lớn hơn hoặc bằng95% giá trị độ bền kéo quy định cho cấp vật liệu của kim loại cơ bản đó

- Báo cáo kết quả:

6

+ Các kích thước mâũ kiểm tra.

+ Độ bền kéo [N/mm2], hoăc ̣ [MPa]

+ Độ dãn dài tương đối [%]

+ Vị trí và loại khuyết tật, nếu có

+ Mỗi kết quảđươc ̣ ghi laị

+ Giá trị trung bình kết quả của 3 mâũ thử đươc ̣ tinh́ vàghi laị.

+ Các giá trị này được so sánh với quy định trong tiêu chuẩn ứng dụng hoăc ̣ tiêu chuẩn của khách hàng đểxem cóđaṭyêu cầu hay không

+ Sau đóxem xét vết gãy đểtim̀ thông tin bổsung (có thể đưa vào báo cáo

kiểm tra)

- Báo cáo kết quả:

+ Vị trí và hướng vết cắt khía (so với mối hàn trên mâũ hàn)

+ Nhiêṭđô ̣thử

+ Mức năng lương ̣ hấp thu ̣[J]

+ Mô tảvết gãy (phá hủy giòn hay dẻo )

+ Vị trí khuyết tật, nếu có

+ Các kích thước của mẫu thử

d) Thử độ cứng

môṭsốtrương hơp ̣ phai khao sat đô ̣cư ng mối han kiểm tra nhằm bao đam rằng

khôngvùng nào của vâṭhàn cóđô ̣cứng vươṭ quágiátri quỵ đinḥ Xem xét là khảnăng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua mũi đâm.

- Mẫu kiểm tra: các mẫu thử tổchức kim tương thô đaịcũng cóthểđươc ̣ dùng

để khảo sát độ cứng

+ Đo đô ̣cứng Brinell: đầu đo làviên bi thép cứng Đầu đo càng nhỏ thì vật liêụ đươc ̣ đo càng cứng

+ Đo đô ̣cứng Vicker: đầu đo kim cương vuông 1360

+ Đo đô ̣cứng Rockwell : đầu đo làmũi kim cương 1200 hoặc viên bi thépcứng

Độ cứng Brinell cho kết quảkhông chinh́ xác khi khảo sát vùng ảnh

hưởngnhiêṭ Vì vậy được dùng chủ yếu cho kim loại cơ bản Đơn vị độ cứng Brinell:

Tùy theo chiều dày của mẫu thử mà chọn đường kính viên bi: D = 10mm,

D = 5mm hoặc D = 0,25mm Tùy theo tính chất của vật liệu mà chọn tải trọng P chothích hợp

Độ cứng Vicker(HV): P = 5 đến 120kG (thường từ 5, 10, 20, 30, 50, 100,

120kG)

8

Hình 1.8: Đo độ cứng Vicker, đầu đo kim cương vuông

Độ cứng Rockwell sử dụng tải trọng P ấn viên bi bằng thép đã nhiệt luyện có

đường kính 1,587mm tức là 1/16‟‟(thang B) hoặc mũi côn tròn bằng kim cương cógóc ở đỉnh 1200 (thang C hoặc A) lên bề mặt vật liệu thử

HR = k- h/eTrong đó :

+ k: là hằng số (dùng bi k= 130,dùng mũi kim cương thì k = 100.)

+ e: là giá trị một độ chia của e Đối với đo cứng e = 0,002mm Đối với đo mềm hay còn gọi là đo cứng bế mặt e = 0,001mm

+ 0,002 hay 0,001 là giá trị của vạch chia đồng hồ hay khi mũi thử ấn sâu thêm 0,002mm hay 0,001mm thì kim dịch đi một vạch

+ h: là hiệu độ sâu hai lần ấn (mm)

+ Thang B: giá trị đo được ký hiệu HRB

+ Thang C: giá trị đo được ký hiệu HRC

+ Thang A: giá trị đo được ký hiệu HRA

Giá trị độ cứng rockwell được chỉ thị trực tiếp trên đồng hồ của máy đo

Hình 1.9:Đo độ cứng Rockwell e) Thử uốn

- Mục đích thử: trong phê chuẩn quy trinh̀ hàn vàphê chuẩn thơ ̣hàn , để xác đinḥ đô ̣lành lăṇ của vùng mối hàn vàđểđánh giá (không đo, chỉ thể hiện xem có

9

đaṭhay không) tính dẻo của nó.

+ Uốn măṭ(mâũ uốn lấy sao cho măṭmối hàn chiụ kéo khi uốn)

+ Uốn đáy (mâũ uốn lấy sao cho đáy mối hàn chiụ kéo khi uốn )

+ Uốn canḥ (mâũ uốn lấy sao cho măṭbên mối hàn chiụ kéo khi uốn ).+ Uốn doc ̣ (kéo mặt và đáy mối hàn )

Hình 1.10:Mẫu thử uốn và các khuyết tật khi uốn

+ Kết quảđươc ̣ chấp nhâṇ: không cónứt, rỗởmăṭuốn chiụ kéo

+ Môṭsốtiêu chuẩn cho phép nứt ngắn hơn 3 mm

+ Hướng uốn (đáy, măṭhoăc ̣ bên)

+ Góc uốn (90o, 120o, 180o)

+ Bềmăṭliên kết sau khi uốn (loại và vị trí khuyết tật nếu có ).

1.2.2 Phương pháp kiểm tra không phá hủy

một thuật ngữ khác, ngày càng được sử dụng rộng rãi là NDE (Non-Destructive

Evaluation) với ý nghĩa kỹ thuật muốn đề cập đến tính định lượng của các đánh giá

NDT khi kiểm tra chất lượng Về NDT, các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân có vị tríquan trọng để giải quyết nhiều vấn đề then chốt liên quan đến các quá trình sản xuất

ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp Nhiều trường hợp kỹ thuật này là ưu thế vàchưa thể thay thế Khả năng tiềm tàng của các kỹ thuật hạt nhân nói chung và sử dụngđồng vị phóng xạ nói riêng đáp ứng cho các nhu cầu đòi hỏi của công nghiệp và đặc biệtđối với công nghệ mới sẽ có nhiều triển vọng

1.2.2.2 Phân loại

- Kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing): bằng cách từ hoá bề mặt của

các vật liệu sắt từ, người ta có thể kiểm tra các khuyết tật trên bề mặt vật liệu và xác định

vị trí của chúng bằng chất hiện màu hay dung dịch huỳnh quang

- Kiểm tra thẩm thấu (Dye Penetrant Testing) : dung dịch thẩm thấu có khả

năng ngấm rất mạnh vào các khe nứt hở trên bề mặt vật liệu bằng cách phun dung dịchnày lên bề mặt vật cần kiểm người ta có thể phát hiện ra các vết nứt trên các vật liệu

- Kiểm tra dòng điện xoáy (Eddy Current Testing): kiểm tra bằng dòng điện

xoáy là kỹ thuật kiểm tra không tiếp xúc dùng để kiểm tra các sản phẩm kim loại

Trong phương pháp này, đầu dò dưới tác động của dòng điện xoay chiều sẽ sảnsinh ra dòng điện xoáy trong vật mẫu trong quá trình kiểm tra Nếu có xảy ra bất kỳ

sự gián đoạn nào hoặc sự biến đổi đặc tính của nguyên vật liệu làm thay đổi dòngđiện xoáy sinh ra bên trong vật mẫu lúc đó chứng tỏ đang có khuyết tật hoặc đanghình thành khuyết tật trên vật mẫu

- Chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing): trong phương pháp này người

ta dùng các chùm tia X hoặc tia phóng xạ gamma để chụp ảnh vật cần kiểm tra Trongkhi việc chụp ảnh thông thường chỉ cho hình ảnh về bề mặt vật chụp, chụp

11

ảnh bức xạ cho phép ghi nhận cả hình ảnh bên trong vật chụp do các chùm tia X, tiagamma có khả năng xuyên thấu Phương pháp chụp phim cho phép lưu lại phimchụp để đọc vào bất kỳ lúc nào Tuy nhiên chụp phim là công việc đòi hỏi nghiêmngặt về an toàn do liên quan đến việc sử dụng các nguồn phát tia phóng xạ.

- Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Test): kỹ thuật viên sẽ phát vào bên trong kim

loại các chùm tia siêu âm và ghi nhận lại các tia siêu âm phản xạ từ bề mặt kim loại cũngnhư từ các khuyết tật bên trong kim loại Trên cơ sở phân tích các tia phản xạ này, người

ta có thể xác định được chiều dày kim loại cũng như độ lớn và vị trí các khuyết tật bêntrong kim loại

- Kiểm tra bằng truyền âm (Acoustic Emission): phương pháp truyền âm dựa

trên một nguyên lý rất đơn giản: khi trên vật thể phát sinh vết nứt, quá trình nứt luôn phát

ra các sóng siêu âm tắt dần ở một dải tần số nhất định Bằng cách gắn các đầu dò sóngsiêu âm trên bề mặt vật thử theo một sơ đồ thích hợp, xửlý các số liệu về độ trễ, biênđộ, của các tín hiệu nhận được, người ta có thể xác định được chính xác các vết nứtphát sinh trên bề mặt và cả bên trong kim loại trong quá trình thử.Mặc dù nguyên lý đơngiản nhưng phương pháp này chỉbắt đầu được áp dụng trong khoảng 15 năm trởlại đâycùng với sự phát triển của kỹthuật siêu âm và kỹ thuật tin học cho phép xử lý một cáchtức thời với độ chính xác cao các tín hiệu thu nhận trong quá trình thử Thực tếcho thấy

kể cả khi không có hiện tượng nứt, trong quá trình thử bên trong kim loại luôn lan truyềncác sóng siêu âm ở các dải tần khác nhau

Tuy nhiên đặc điểm nhận biết của các sóng siêu âm do vết nứt trong kim loạitạo ra là chúng có tần số từ 100 - 400 kHz và là các sóng ở dạng tắt dần Vì vậytrong kỹ thuật kiểm tra truyền âm người ta chỉ ghi nhận và xử lý các tín hiệu có haiđặc tính như vậy.Khi xuất hiện vết nứt ở một vùng nào đó trong quá trình thử, cùngmột lúc sẽ có nhiều đầu dò khác nhau nhận được tín hiệu, tuy nhiên do độ dài vàđặc tính của đường truyền âm đến mỗi đầu dò là khác nhau nên tín hiệu nhận đượccũng khác nhau Bằng việc so sánh các tín hiệu người ta sẽ định vị được chính xác

vị trí và độ lớn của khuyết tật

- Cộng hưởng âm (Resonant Acoustic Method): phương pháp cộng hưởng

âm tìm ra khuyết tật dựa trên tần số rung động của âm thanh khi vật này bị tác động bằngmột ngoại lực

1.2.3 So sánh phương pháp kiểm tra phá hủy và không phá hủy

Để hiểu rõ ràng và chính xác các ưu, nhược điểm của các phương pháp ta có bảng so sánh

Bảng 1.1: So sánh ưu nhược điểm các phương pháp kiểm tra

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm

- Là phương pháp kiểm tra - Chỉ áp dụng đối với những sản

để tạo ra mẫu chuẩn phẩm sản xuất ở dạng hàng loạt,Kiểm tra phá - Phát hiện được hầu hết không áp dụng cho sản phẩm sản

các hư hỏng (nứt, tách xuất với quy mô nhỏ, hiếm

hủy

mẫu

- Chi phí kiểm tra cao

- Kiểm tra nhanh - Tốn thời gian chuẩn bị mẫu

- Độ chính xác cao - Không kiểm tra được vật liệu

- Phát hiện được cáckhuyết không có từ hóa (nhôm, inox,…)trên bề mặt chi tiết - Không kiểm tra được chi tiết

- Không phát hiện được các hưhỏng dạng lỗ tròn

- Không phát hiện được các hưhỏng nằm sâu bên trong chi tiết

- Phương pháp kiểm tra - Cần làm sạch bề mặt kiểm tra.nhanh, độ chính xác cao - Không áp dụng được đối với

- Dễ dàng thực hiện, không những dạng vật liệu xốp, độKiểm tra thẩm yêu cầu tay nghề cao. thấm hút cao.

- Phát hiện được các hư - Không kiểm tra được các biênthấu

Dòng điện xoáy - Kiểm tra được các điều - Không phát hiện được các bất

kiện bề mặt khác: đo chiều liên tục nằm sâu bên trong

dày lớp sơn phủ, mạphủ, - Đòi hỏi kỹ năng và kinhkiểm tra độ cứng-chế độ nghiệm của nhân viên kiểm tra

xử lý nhiệt, đo chiều dàykim loại dưới lớp bảo vệ,

13