Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu kỹ thuật kiểm tra không phá hủy sử dụng phương pháp siêu âm và máy nội soi công nghiệp Olympus NDT IPLEX LX

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về kĩ thuật kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là phương pháp quang học (Visual Testing – VT); tìm hiểu kĩ thuật chụp và khởi tạo hình ảnh 3D nhằm xác định các yếu tố kĩ thuật trong kiểm tra kĩ thuật.... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu kỹ thuật kiểm tra không phá hủy sử dụng phương pháp siêu âm và máy nội soi công nghiệp Olympus NDT IPLEX LX

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đinh Văn Nam NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP SIÊU ÂM VÀ MÁY NỘI SOI CÔNG NGHIỆP OLYMPUS NDT IPLEX LX LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đinh Văn Nam NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP SIÊU ÂM VÀ MÁY NỘI SOI CÔNG NGHIỆP OLYMPUS NDT IPLEX LX Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử Mã số: 60 44 01 05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỖ TRUNG KIÊN Hà Nội - 2014
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Khoa học Tự Nhiên (ĐHKHTN), Đại học Quốc Gia Hà Nội (ĐHQGHN), tôi đã nhận được sự quan tâm sâu sắc và giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo, cô giáo của Bộ môn Vật lý Vô tuyến và điện tử và Khoa Vật lý, Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN. Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó Luận văn được thực hiện dưới sự hỗ trợ của dự án: “Tăng cường trang bị kỹ thuật kiểm tra và thăm dò không phá hủy ứng dụng trong nghiên cứu và giảng dạy” của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Máy OLYMPUS NDT IPLEX LX mã số: QH1.12.01 do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đề suất. Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS. Đỗ Trung Kiên. Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, chu đáo và có khoa học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học. Cuối cùng, tôi xin kính chúc tất cả các Thầy, cô sức khỏe và đạt được nhiều thành công trong công tác nghiên cứu khoa học. Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Đinh Văn Nam
MỤC LỤC Các ký hiệu & từ viết tắt ............................................................................................ i Danh mục hình vẽ ..................................................................................................... ii Danh mục bảng biểu................................................................................................. iv MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NDT ..............................................3 1.1. Giới thiệu chung về phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT ..................3 1.2. Các phương pháp NDT ...................................................................................4 1.2.1. Đặc điểm của NDT...................................................................................5 1.2.2. Tầm quan trọng của NDT ........................................................................5 1.3. Tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng của KTKPH ở Việt Nam ........6 CHƢƠNG II. MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VÀ KỸ THUẬT NDT ............................9 2.1. Phương pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là phương pháp quang học (Visual Testing – VT) ............................................................................................9 2.2. Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic Paticle Testing - MT) ...........10 2.3. Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (Liquiq Penetrant Testing - PT) .....13 2.4. Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (Eddy Testing - ET) ...............15 2.5. Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) ...................17 2.6. Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiography Testing - RT) .19 2.7. Giới thiệu phương pháp đo chiều dày lớp phủ bề mặt ..................................20 CHƢƠNG III. NGUYÊN LÝ STEREO IMAGING ...........................................23 3.1. Mở đầu ..........................................................................................................23 3.2. Ảnh ba chiều .................................................................................................24 3.3. Chụp ảnh trong không gian ...........................................................................26 3.4. Vệ tinh ba chiều ............................................................................................27 3.5. Hệ thống hội tụ ..............................................................................................28 3.6. Khai thác thông tin chiều sâu ........................................................................28 Chƣơng IV. MỘT SỐ PHÉP ĐO ĐỘ SÂU, ĐO KHOẢNG CÁCH THỰC HIỆN TRÊN THIẾT BỊ KTKPH OLYMPUS NDT IPLEX LX .......................30
4.1. Giới thiệu về thiết bị nội soi công nghiệp OLYMPUS NDT IPLEX LX .....30 4.2. Nguyên lý phép đo độ sâu, đo khoảng cách ..................................................33 4.2.1. Nguyên lý phép đo độ sâu, độ cao .........................................................34 4.2.2. Nguyên lý phép đo khoảng cách giữa hai điểm .....................................35 4.2.3. Nguyên lý phép đo khoảng cách từ điểm đến đường .............................35 4.2.4. Nguyên lý phép đo chu vi và diện tích của miền xác định ....................36 4.3. Phép đo thực hiện trên máy nội soi công nghiệp OLYMPUS NDT IPLEX LX .....................................................................................................................36 4.3.1. Phép đo mẫu vật thực tế .........................................................................36 4.3.2 Phép đo độ sâu của mẫu vật cùng góc nhìn (góc nhìn 0) ........................39 4.3.3. Phép đo độ sâu của mẫu vật khác góc nhìn cùng độ cao, độ sáng .........46 4.3.4. Phép đo khoảng cách giữa hai điểm .......................................................51 4.3.5. Phép đo khoảng cách từ 1 điểm đến 1 đường thẳng ..............................53 4.3.6. Phép đo diện tích và chu vi của 1 miền xác định ...................................53 KẾT LUẬN .............................................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................57
Các ký hiệu & từ viết tắt NDT Non Destructive Test Phương pháp kiểm tra và thăm dò không phá hủy Phương pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là VT Visual Testing phương pháp quang học MT Magnetic Paticle Testing Phương pháp kiểm tra bằng bột từ PT Liquiq Penetrant Testing Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng ET Eddy Current Testing Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy UT Ultrasonic Testing Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm RT Radiography Testing Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ i
Danh mục hình vẽ Hình 1.1 - Minh họa các phương pháp kiểm tra NDT ...............................................4 Hình 2.1 – Những dụng cụ quang học dung trong quá trình kiểm tra bằng mắt .....10 Hình 2.2 – Nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng bột từ .....................11 Hình 2.3 – Những cách từ hóa khác nhau sử dụng trong phương pháp kiểm tra bột từ...............................................................................................................................12 Hình 2.4 – Các giai đoạn của quá trình kiểm tra thẩm thấu chất lỏng .....................14 Hình 2.5 – Quá trình tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra .........................15 Hình 2.6 – Dòng điện xoáy bị méo bởi khuyết tật ...................................................16 Hình 2.7 – Các loại đầu dò dùng trong phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy ..................................................................................................................................17 Hình 2.8 – Các thành phần cơ bản của máy dò khuyết tật bằng xung phản hồi siêu âm .............................................................................................................................18 Hình 2.9 – Cách bố trí trong phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ ............20 Hình 2.10 – Đầu đo cảm ứng từ ...............................................................................21 Hình 2.11 – Đầu đo dòng điện xoáy ........................................................................22 Hình 2.12 – Thiết bị đo siêu âm ...............................................................................22 Hình 2.13 – Đo chiều dày lớp sơn bằng thiết bị đo từ trường .................................22 Hình 3.1 - Cấu hình chuẩn của hệ thống 2 camera ..................................................23 Hình 3.2 - Nguyên lý cơ bản của ảnh ba chiều ........................................................24 Hình 3.3 – Thu được của hai camera về khối lập phương. ......................................24 Hình 3.4 - Chi tiết hệ thống quang hình ...................................................................25 Hình 3.5- Chụp ảnh trong không gian từ các máy bay khảo sát. .............................27 Hình 3.6 - Ảnh ba chiều từ vệ tinh viễn thám ..........................................................28 Hình 3.7 - Hệ thống thực các camera không song song ..........................................28 Hình 4.1 - Thiết bị KTKPH Olympus IPLEX LX ...................................................30 Hình 4.2 - Vỏ bọc dây soi thiết bị KTKPH Olympus ..............................................30 Hình 4.3 - Màn hình hiển thị thiết bị KTKPH Olympus..........................................31 ii
Hình 4.4 - Các loại đầu gắp, móc, kéo, hút trợ giúp thiết bị KTKPH Olympus ......31 Hình 4.5 - Pin sạc Li-ion và thẻ nhớ CF Card hoặc USB gắn ngay trong máy .......32 Hình 4.6 - Hình ảnh thu được từ 2 mắt riêng biệt ....................................................33 Hình 4.7 - Hệ thống chụp ảnh 3D ............................................................................34 Hình 4.8 – Xác định điểm đo và mặt phẳng tham chiếu ..........................................35 Hình 4.9 – Xác định khoảng cách hai điểm đo ........................................................35 Hình 4.10 – Xác định điểm đo và đường thẳng tham chiếu ....................................36 Hình 4.11 – Xác định điểm đo và đường thẳng tham chiếu ....................................36 Hình 4.12 – Mẫu vật thực hiện các phép đo ............................................................37 Hình 4.13 – Hình ảnh đo vị trí sâu nhất của mẫu vật bằng thước thẳng ..................37 Hình 4.14 – Hình ảnh đo mẫu vật ở độ sáng 2 – độ cao 0(cm) ...............................40 Hình 4.15 – Hình ảnh đo mẫu vật ở độ sáng 3 – độ cao 0(cm) ...............................40 Hình 4.16 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 0(cm) – ở độ sáng 3 ................................43 Hình 4.17 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 1,5(cm) – ở độ sáng 3 .............................43 Hình 4.18 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 4,5(cm) – ở độ sáng 3 .............................44 Hình 4.19 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 4,5(cm) – ở độ sáng 3 – góc nhìn 00 .......47 Hình 4.20 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 4,5(cm) – ở độ sáng 3 – góc nhìn 6,3430 47 Hình 4.21 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 4,5(cm) – ở độ sáng 3 – góc nhìn 12.530 48 Hình 4.22 - Hình ảnh đo mẫu vật độ cao 4,5(cm) – ở độ sáng 3 – góc nhìn 23,960 48 Hình 4.23 - Đo khoảng cách 2 điểm cách nhau 10mm ............................................52 Hình 4.24 - Đo khoảng cách 2 điểm cách nhau 5mm ..............................................52 Hình 4.25 - Đo khoảng cách từ 1 điểm đến 1 đường thẳng .....................................53 Hình 4.26 - Đo đường kính của mẫu vật bằng thước thẳng .....................................54 Hình 4.27 - Đo diện tích hình tròn (độ cao 1,5 cm, độ sáng 3, góc nhìn 0).............54 Hình 4.28 - Đo diện tích hình tròn (độ cao 3,5 cm, độ sáng 3, góc nhìn 0).............55 iii
Danh mục bảng biểu Bảng 4.1 - Số liệu phép đo thực tế ...........................................................................38 Bảng 4.2 - Biểu đồ số liệu phép đo thực tế ..............................................................39 Bảng 4.3 - Số liệu phép đo cùng độ cao khác độ sáng .............................................41 Bảng 4.4 - Biểu đồ số liệu phép đo cùng độ cao (0cm) khác độ sáng .....................42 Bảng 4.5 - Số liệu phép đo độ sâu cùng độ sáng - khác độ cao ...............................45 Bảng 4.6 - Biểu đồ số liệu phép đo độ sâu cùng độ sáng - khác độ cao .................46 Bảng 4.7 - Số liệu phép đo độ sâu cùng độ sáng – cùng độ cao - khác góc nhìn ...49 Bảng 4.8 - Số liệu sai số phép đo độ sâu cùng độ sáng – cùng độ cao - khác góc nhìn ...........................................................................................................................50 Bảng 4.9 - Biểu đồ số liệu phép đo độ sâu cùng độ sáng – cùng độ cao - khác góc nhìn ...........................................................................................................................51 iv
MỞ ĐẦU Việt Nam đang trong giai đoạn tiến lên công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Chúng ta đang xây dựng một nền công nghiệp hiện đại như một tiền đề đưa Việt Nam trở thành một quốc gia phát triển. Một nền công nghiệp xem là mạnh, hiện đại chỉ khi chúng ta có được các sản phẩm công nghiệp với chất lượng tốt, kỹ thuật cao. Để có được một sản phẩm có chất lượng cao nhất, kỹ thuật cao nhất ngoài các công đoạn thiết kế và gia công tốt thì vai trò của việc kiểm tra chất lượng sản phẩm là một công đoạn vô cùng quan trọng. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ chúng ta đã có rất nhiều phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm hoặc một chi tiết sản phẩm kỹ thuật. Một trong những phương pháp đó là kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp trực quan (Visual Test - VT). Kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp trực quan (VT) là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy. Nó là phương pháp rất hữu ích và thường là bước kiểm tra đầu tiên đảm bảo cho sự hoạt động tin cậy của sản phẩm hoặc cụm sản phẩm. Nó rất hữu dụng bởi tính đơn giản, đa dạng và linh hoạt, không làm thay đổi hình dạng, cấu trúc và tính năng của mẫu vật cần kiểm tra. Các sản phẩm ở các giai đoạn sản xuất hay sử dụng đều có thể qua phương pháp này có thể loại bỏ khi không đạt yêu cầu chất lượng. Trên thế giới việc tái tạo ảnh 3D được phát triển trong khoảng vài chục năm gần đây, có khá nhiều phần mềm thương mại tái tạo hình ảnh 3 chiều như: 3D- Doctor, eFilm, DJCOMWork… và cài đặt trên máy tính hệ thống của nhà sản xuất với giá thành khá đắt. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu phần mềm xử lý hình ảnh 3D còn khá mới mẻ và chỉ có một vài nghiên cứu nhỏ được công bố. Hình ảnh 3 chiều ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong các lĩnh vực đời sống: Công nghiệp, y học, thương mại… Việc nghiên cứu thuật tạo và tái tạo hình ảnh 3 chiều trong công nghiệp nhằm xây dựng lí thuyết và ứng dụng phục vụ trong quá trình sản xuất, kiểm tra, bảo dưỡng chi tiết, cụm chi tiết, sản phẩm…. Bài toán đặt ra là “Nghiên cứu kỹ thuật kiểm tra không phá hủy sử dụng phương pháp siêu âm và máy nội soi công nghiệp Olympus NDT IPLEX LX" * Mục tiêu của luận văn: - Tìm hiểu về kĩ thuật kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là phương pháp quang học (Visual Testing – VT). 1
- Tìm hiểu kĩ thuật chụp và khởi tạo hình ảnh 3D nhằm xác định các yếu tố kĩ thuật trong kiểm tra kĩ thuật. - Nghiên cứu thực nghiệm một phương pháp kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) bằng máy nội soi công nghiệp OLYMPUS NDT IPLEX LX. Để kiểm tra, chuẩn đoán các khuyết tật bề mặt của một số sản phẩm có cấu hình phức tạp khác nhau (dạng bề mặt nằm sâu trong các sản phẩm). * Những vấn đề cần giải quyết trong phạm vi luận văn: - Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. - Các phương pháp về kiểm tra không phá hủy. - Tìm hiểu về chụp và tái tạo hình ảnh 3D. - Nghiên cứu cấu trúc hình ảnh 3D phục vụ cho việc kiểm tra kĩ thuật các chi tiết, sản phẩm kĩ thuật. - Thực nghiệm kiểm tra không phá hủy bằng máy nội soi công nghiệp Olympus NDT IPLEX LX * Bố cục luận văn: Chương I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NDT Chương II: MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VÀ KỸ THUẬT NDT Chương III: NGUYÊN LÝ STEREO IMAGING Chương IV: MỘT SỐ PHÉP ĐO ĐỘ SÂU, ĐO KHOẢNG CÁCH THỰC HIỆN TRÊN THIẾT BỊ KTKPH OLYMPUS NDT IPLEX LX 2
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NDT Nghiên cứu ứng dụng vật lý là cầu nối giữa khoa học và thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế xã hội của các ngành khoa học nói chung và vật lý học nói riêng. Đồng thời đào tạo nguồn nhân lực có trình độ tiên tiến, chuyên sâu về khoa học cơ bản nhưng có khả năng thực hành như các kỹ sư, đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại. Các phương pháp kiểm tra và thăm dò không phá hủy (Non Destructive Test, NDT) là các kỹ thuật và công nghệ hiện đại có phạm vi ứng dụng vô cùng to lớn trong các ngành khoa học và công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy (NDT) được sử dụng trong suốt quá trình chế tạo và sử dụng sản phẩm: Kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản phẩm, sản phẩm đầu ra, kiểm tra mức độ toàn vẹn các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử dụng. Hiện nay kiểm tra không phá hủy hiện đại được sử dụng trong sản xuất, chế tạo và dịch vụ kiểm tra để đảm bảo tính toàn vẹn của sản phẩm và độ tin cậy, để kiểm soát quá trình sản xuất, chi phí sản xuất thấp hơn và để duy trì một mức độ chất lượng đồng nhất. Trong quá trình xây dựng, NDT được sử dụng để đảm bảo chất lượng nguyên liệu và quá trình tham gia trong các giai đoạn chế tạo và lắp đặt, và trong dịch vụ kiểm tra NDT được sử dụng để đảm bảo rằng các sản phẩm sử dụng tiếp tục có sự toàn vẹn cần thiết để đảm bảo tính hữu dụng của họ và sự an toàn của sản phẩm. Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy trình công nghệ trong gia công chế tạo. Nhờ phát hiện sớm và loại bỏ các vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên giúp giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm. Nhờ kịp thời phát hiện các khuyết tật, hư hại trong các kết cấu và hệ thống. NDT giúp sớm đưa ra được các phương án khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xẩy ra. 1.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy NDT Kiểm tra không phá hủy hay còn được gọi là kiểm tra không tổn hại. Viết tắt từ tiếng anh “Non-Destructive Testing” (NDT). Bao gồm các phương pháp dùng để kiểm tra mức độ toàn vẹn, phát hiện các khuyết tật của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra. NDT là việc sử dụng các phương pháp vật lí để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc bề mặt vật cần kiểm tra mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng của chúng. Điều này rất quan trọng vì nếu chúng ta phá hủy đến vật chúng ta đang kiểm tra, nó không còn tính trạng tốt để có thể kiểm tra ở cùng một vị trí. NDT 3
rất quan trọng bởi vì thường các khuyết tật mà chúng ta tìm không thể nhìn thấy bằng mắt vì nó bị bao bọc bởi lớp sơn hoặc lớp mạ kim loại. NDT là quá trình kiểm tra, thử nghiệm, hoặc đánh giá nguyên vật liệu, thành phần hoặc lắp ráp cho gián đoạn, hoặc sự khác biệt về đặc điểm mà không phá hủy khả năng phục vụ của một phần hoặc hệ thống. Nói cách khác, khi thanh tra, kiểm tra được hoàn thành phần vẫn có thể được sử dụng. 1.2. Các phƣơng pháp NDT Những phương pháp NDT có từ đơn giản đến phức tạp. Những phương pháo NDT được chia thành từng nhóm theo những mục đích sử dụng khác nhau đó là: 1- Phương pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là phương pháp quang học (Visual Testing – VT); 2- Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic Paticle Testing - MT); 3- Phương pháp kiểm tra bằng chất thấm lỏng (Liquiq Penetrant Testing - PT); 4- Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy (Eddy Current Testing - ET); 5- Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic Testing - UT); 6- Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiography Testing - RT); Trong các phương pháp phương pháp số 1, 2, 3 và 4 (VT, MT, PT và ET) sử dụng khi cần kiểm tra các khuyết tật nằm trên bề mặt hay lớp bề mặt. Còn các số 5 và 6 (UT và RT) được sử dụng để phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong chiều dày kết cấu. Ngoài ra có các nhóm phương pháp đặc biệt như là: - Kiểm tra bằng phương pháp truyền âm. - Kiểm tra bằng phương pháp rò rỉ. - Kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh nơtron. - Kiểm tra bằng kĩ thuật vi sóng, bức xạ âm… Hình 1.1 - Minh họa các phương pháp kiểm tra NDT 4
1.2.1. Đặc điểm của NDT Ưu điểm của phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) so với các phương pháp kiểm tra phá hủy đó là NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của vật liệu sau này. Ngoài ra phương pháp NDT có thể kiểm tra 100% vật cần kiểm tra, trong khi đó phương pháp DT chỉ kiểm tra xác suất. Phương pháp NDT có thể kiểm tra ngay khi vật liệu cần kiểm tra nằm trên dây chuyền sản xuất mà không phải ngưng dây chuyền sản xuất lại. Trong các phương pháp NDT đã nêu trên, mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế cho phương pháp nào. Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn một hay một nhóm các phương pháp phù hợp sao cho có hiệu quả đạt được là cao nhất. Khi áp dụng các phương pháp NDT ta có thể phát hiện những khuyết tật, để sửa chữa khắc phục sai sót. Do đó, công trình khi hoàn thành sẽ có các chi tiết sai hỏng hóc thấp nhất ở mức tiêu chuẩn chấp nhận được. 1.2.2. Tầm quan trọng của NDT Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm và trong các công đoạn của quá trình sản xuất mang lại một số hiệu quả sau: - Làm tăng mức độ an toàn và tin cậy của sản phẩm khi làm việc. Làm giảm giá thành sản phẩm bởi sự giảm phế liệu và bảo toàn vật liệu, công lao động và năng lượng. - Nó làm tăng danh tiếng cho nhà sản xuất. - NDT cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xác định hoặc định kì chất lượng của các thiết bị, máy móc và các công trình vận hành. Điều này không những làm tăng độ an toàn trong quá trình làm việc, mà còn giảm thiểu được bất kì những trục trặc nào làm cho thiết bị ngưng khi hoạt động. Các kĩ thuật kiểm tra không phá hủy NDT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: - Công nghệ có sử dụng nồi hơi, hệ thống ống và bình áp lực. - Cơ khí, đúc, luyện kim, rèn dập. - Giao thông, xây dựng, vật liệu. - Thực phẩm đóng gói, đồ hộp, dược phẩm. - Hải quan, an ninh, quốc phòng. - Ngành hàng không, đường sắt, nhà máy điện, dầu khí, hóa chất. - Đóng tàu, chế tạo ô tô, tầu hỏa… 5
1.3. Tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng của KTKPH ở Việt Nam Mặc dù cho tới nay, nhiều phương pháp Địa vật lý đã được ứng dụng ở Việt Nam trong việc giải quyết các vấn đề về địa chất, tìm kiếm và thăm dò khoáng sản, dự báo và góp phần làm giảm thiểu thiên tai…nhưng việc áp dụng phương pháp thăm dò không phá hủy trong các lĩnh vực giao thông, xây dựng, khảo cổ…mới chỉ được tiến hành thử nghiệm trong những năm gần đây trên một số đối tượng còn hết sức hạn chế, các kết quả khả quan chỉ đạt được nhiều hơn ở những khu vực không có nhiều nguồn nhiễu như các khu vực xa thành phố. Trong các dự án có áp dụng phương pháp thăm dò Địa vật lý tiến hành ở khu vực thành phố hiệu quả của việc áp dụng bị giảm đáng kể, thậm chí một số loại thiết bị địa vật lý bị vô hiệu hóa. Trong khi đó trên thế giới, công nghệ không phá hủy đã được các nhà Địa vật lý áp dụng từ lâu trong các lĩnh vực giao thông, xây dựng và khảo cổ. Riêng bộ phận nghiên cứu khảo cổ áp dung công nghệ không phá hủy thuộc Trường Đại học Bách khoa Milano trong vòng 30 năm qua đã thực hiện đến hơn 500 dự án không chỉ trong phạm vi Italy mà còn ở nhiều nước khác trên thế giới, trong đó có Việt Nam Đặc biệt, trong những năm gần đây nhờ sự tiến bộ nhảy vọt của công nghệ điện tử và tin học, các thiết bị địa vật lý, đặc biệt là các thiết bị áp dụng công nghệ không phá hủy đã có bước phát triển đáng kể về chất lượng. các thiết bị tần số như thiết bị radar và các dạng tương tự không bị nhiễu bởi hầu hết các dòng điện dân dụng đã dần dần trở nên phổ biến. Đồng thời với sự tiến bộ về trang thiết bị, nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, các phần mêm ưu việt thuộc lĩnh vực Địa vật lý đã được tạo ra cho phép khai thác ngày càng hiệu quả hơn tài liệu địa vật lý. Cũng từ đó, các loại thiết bị và công nghệ Địa vật lý, đặc biệt là công nghệ thăm dò không phá hủy đã được áp dụng trong các lĩnh vực giao thông và xây dựng, là các lĩnh vực phải được phát triển và đi đầu trong nhiệm vụ hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước Riêng trong lĩnh vực khảo cổ, ở nước ta, do điều kiện tự nhiên khắc nghiệt lại trải qua nhiều cuộc chiến tranh kéo dài nên nhiều di tích bị phá hủy, vùi lấp. Cơ sở dữ liệu về di tích ở nhiều nơi cũng không được đầy đủ, gây nhiều khó khăn cho khâu quản lý, khai thác và bảo tồn các di tích văn hóa. Vì vậy việc áp dụng công nghệ kiểm tra không phá hủy đề tìm kiếm, phát hiện nhằm bảo tồn các di tích văn hóa cổ là vô cùng cấp thiết. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu áp dụng công nghệ không phá hủy trong khảo cổ ở nước ta một mặt còn rất mới mẻ, chưa có kinh nghiệm mặt khác các ứng dụng này vẫn chỉ coi là công việc mang tính nghiệp dư đối với các nhà nghiên cứu Địa vật lý nên trong nhiều năm qua, các kết quả đo đạc Địa vật lý phục vụ công tác khảo cổ còn quá ít ỏi, các phương pháp được tiến hành một các đơn lẻ, chưa có sự kết hợp bổ xung giữa các phương pháp nên hiệu quả thu được 6
còn thấp. Vì vậy, việc nghiên cứu nhằm đưa ra một hệ phương pháp không phá hủy tối ưu tại Việt Nam áp dụng trong lĩnh vực khảo cổ là vô cùng cấp thiết. Trước yêu cầu thực tiễn đặt ra, nhiều viện nghiên cứu và trường đại học trong nước đã và đang phát triển nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ công nghệ NDT: 1. Hội Thử nghiệm không phá huỷ Việt Nam – VANDT: thành lập ngày 24/7/1999, thực hiện Đề tài lớn: “Điều tra, đánh giá hiện trạng về hoạt động NDT – NDT ở Việt Nam và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của các cơ sở NDT tại Việt Nam”, 2008. 2. Viện Dầu khí Việt nam CTAT phát triển và ứng dụng nghiên cứu về cách thức kiểm tra hiện trạng ăn mòn bên trong đường ống dẫn dầu sử dụng phương pháp NDT. 3. Đại học Nha Trang: Thực hiện chương trình đào tạo nghề về thực hiện NDT các kết cấu kim loại và vật liệu composite. Phòng thí nghiệm - Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy. 4. Trường Cao đẳng Hàng hải I, với Hô ̣i thảo khoa ho ̣c “Công nghê ̣ kiể m tra, kiể m đinh ̣ không phá hủy trong chế ta ̣o và sửa chữa cơ khi”́ , 2011. 5. Phòng thí nghiệm VR LAB. 10: Trung tâm tư vấn giám sát chất lượng sản phẩm và đo lường chất lượng (Chi nhánh tổng công ty công nghiệp tàu thủy Bạch Đằng), Hải Phòng, chuyên về NDT (NDT) sử dụng công nghệ Chụp ảnh bức xạ (RT); Siêu Âm (UT); Từ tính (MT); Thẩm thấu (PT). 6. Phòng thí nghiệm VR LAB.24: Công ty TNHH dịch vụ thử không phá huỷ (QIS), Vũng tàu, áp dụng công nghệ Kiểm tra không phá huỷ (Siêu âm, thẩm thấu, từ tính)/UT, PT, MT; Đo chiều dày vật liệu bằng siêu âm/Ultrasonic Thickness Gauging (UTM); Thử độ cứng/Handness Test; Chụp ảnh phóng xạ và phân tích phim chụp phóng xạ/RT & RT. 7. Phòng thí nghiệm VR LAB.26: Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Công nghiệp tàu thuỷ Sài gòn áp dụng NDT (NDT): Chụp ảnh phóng xạ (RT); Kiểm tra Siêu âm (UT); Kiểm tra Thẩm Thấu (PT); Kiểm tra Từ tính (MT); Kiểm tra, đo chiều dày bằng siêu âm (UTM). 8. Phòng thí nghiệm VR LAB.27: Công ty CP Lilama – Thí nghiệm cơ điện, Từ Liêm, Hà nội, áp dụng NDT (NDT): Chụp ảnh phóng xạ (RT); Kiểm tra Siêu âm (UT); Kiểm tra Thẩm Thấu (PT); Kiểm tra Từ tính (MT); Kiểm tra, đo chiều dày bằng siêu âm (UTM). 7
9. Viện Dầu khí Việt nam CTAT phát triển và ứng dụng nghiên cứu về cách thức kiểm tra hiện trạng ăn mòn bên trong đường ống dẫn dầu sử dụng phương pháp NDT. 10. Viện Địa chất, Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam kết hợp với Đại học Kỹ thuật Clausthal (CBLB Đức) và Quỹ Lerici, Đại học Milnano (Italy) đã áp dụng công nghệ không phá hủy để tiến hành khảo sát Thánh địa Mỹ sơn, Hoàng thành Huế, Hoàng thành Thăng long Ngoài ra, có rất nhiều các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn khác đã được công nhận về chất lượng và năng lực, chuyên sâu về hướng NDT này. 8
CHƢƠNG II. MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VÀ KỸ THUẬT NDT Những nguyên lý cơ bản, ứng dụng điển hình, những ưu điểm và hạn chế của các phương pháp NDT thông dụng sẽ được trình bày tóm tắt dưới đây: 2.1. Phƣơng pháp kiểm tra bằng mắt hay còn gọi là phƣơng pháp quang học (Visual Testing – VT) Phương pháp này thường không được chú ý tới trong danh sách liệt kê các phương pháp NDT, phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy. Đối với phương pháp kiểm tra bằng mắt thì bề mặt của vật thể kiểm tra cần phải có đủ độ sáng và tầm nhìn của người kiểm tra. Để việc thực hiện kiểm tra có hiệu quả, người kiểm tra cần phải tìm hiểu kiến thức về sản phẩm, các quá trình gia công, dự đoán điều kiện hoạt động, các tiêu chuẩn chấp nhận, duy trì số liệu đo và bản thân người kiểm tra cũng cần phải được trang bị một số các thiết bị, dụng cụ bổ trợ. Trong thực tế tất cả các khuyết tật được phát hiện bởi những phương pháp 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), phương pháp kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (PT) thực ra cũng là những phương pháp có tính khoa học đơn giản để làm nổi bật các chỉ thị nhằm dễ nhìn thấy hơn. Các thiết bị bổ trợ đơn giản (Hình 2.1) như: đèn xách tay, gương có tay cầm, kính lúp có tay cầm độ phóng đại 2x hay 4x, thiết bị phóng đại ảnh có độ phóng đại 5x hoặc 10x. Để thực hiện việc kiểm tra từ phía bên trong vật liệu, cần phải có hệ thống các thấu kính ánh sáng như borescope, cho phép kiểm tra được những bề mặt từ xa. Những thiết bị tinh vi hơn thuộc loại này sử dụng các sợi quang học cho phép đưa vào các lỗ và khe rất nhỏ. Hầu hết các hệ thống này 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. 9
Hình 2.1 – Những dụng cụ quang học dung trong quá trình kiểm tra bằng mắt A. Gương có tay nắm: có thể là gương phẳng để quan sát bình thường hoặc gương lõm cho độ phóng đại giới hạn. B. Kính lúp có tay cầm (có độ phóng đại thường là 2 - 3x). C. Thiết bị phóng đại ảnh (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 (độ phóng đại 5 - 10x). E. Borescope hoặc intrascope có nguồn sáng lắp trong (độ phóng đại 2 - 3x). 2.2. Phƣơng pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic Paticle Testing - MT) Phương pháp kiểm tra bằng bột từ được dùng để kiểm tra các vật liệu dễ nhiễm từ. Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết tật mở 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 một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, hoặc cho dòng điện đi qua trực tiếp hoặc chạy xung quanh 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 quay vào vật thể. Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái ngược nhau. Khi những 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 khuyết tật. Hình 2.2 minh họa những nguyên lý cơ bản của phương pháp này. 10
Hình 2.2 – 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 này được nhóm thành hai loại sau đây: a) Các kỹ thuật từ hoá trực tiếp bằng dòng điện: Kỹ thuật này được thực hiện bằng cách cho một 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 2.3 (a, b & c). b) Các kỹ thuật từ hoá bằng từ thông: Trong những kỹ thuật này từ thông được tạo ra trên vật kiểm tra bằng cách sử dụng một nam châm vĩnh cửu hoặc một dòng điện chạy trong cuộn dây hay một thanh dẫn. Những kỹ thuật này được mô tả trên Hình 2.3 (d, g). 11