Một số lĩnh vực hiện nay đã nghiên cứu sử dụng đến thiết bị
Thiết bị dò khuyết tật siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Xây dựng: kiểm tra mối hàn, cốt thép, bê tông trước khi đưa vào sử dụng.
- Sản xuất và chế tạo: đánh giá chất lượng chi tiết cơ khí, vật liệu kim loại trước khi lắp ráp hoặc xuất xưởng.
- Dầu khí và năng lượng: phát hiện rạn nứt, ăn mòn trong đường ống, bình chịu áp hay tuabin.
Nhờ khả năng phát hiện lỗi nhanh, không gây hư hại cho vật liệu, phương pháp siêu âm đã trở thành tiêu chuẩn kiểm tra quen thuộc trong các ngành công nghiệp hiện nay.
Nguyên lý hoạt động của máy dò khuyết tật siêu âm
Máy dò khuyết tật siêu âm vận hành dựa trên nguyên lý phản hồi của sóng âm khi gặp sự thay đổi trong cấu trúc vật liệu.
Khi đầu dò phát ra chùm sóng siêu âm truyền vào bề mặt cần kiểm tra, sóng sẽ dội ngược trở lại nếu gặp ranh giới bất thường như vết nứt, lỗ rỗng hay tạp chất bên trong. Tín hiệu phản hồi này được bộ thu ghi nhận và hiển thị trên màn hình dưới dạng các xung sóng.
Người vận hành dựa vào độ trễ thời gian và biên độ phản hồi để xác định vị trí, độ sâu cũng như kích thước vùng khuyết tật.
Cách thức này khá giống với cơ chế định vị bằng âm thanh của dơi hoặc cá heo, khi chúng phát sóng và nhận tín hiệu phản hồi để nhận biết vật thể xung quanh.
Cấu tạo của máy dò khuyết tật siêu âm
Một máy dò khuyết tật siêu âm thường bao gồm bốn bộ phận chính, được thiết kế để phối hợp nhịp nhàng trong suốt quá trình kiểm tra:
- Đầu dò siêu âm (Transducer): phát và thu sóng âm có tần số cao, là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với vật kiểm tra.
- Bộ khuếch đại tín hiệu: tăng cường tín hiệu phản hồi yếu để phục vụ cho bước phân tích tiếp theo.
- Bộ xử lý trung tâm: tiếp nhận dữ liệu sóng phản hồi và chuyển đổi thành dạng đồ thị hoặc tín hiệu trực quan.
- Màn hình hiển thị: trình bày kết quả đo theo thời gian thực, giúp người dùng dễ dàng quan sát và đánh giá trạng thái vật liệu.
Nhờ sự kết hợp của các bộ phận này, máy có thể phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu nhanh chóng, rõ ràng và có tính ứng dụng cao trong kiểm tra không phá hủy.
Nguyên lý phát và thu sóng siêu âm
Máy dò khuyết tật siêu âm hoạt động dựa trên quá trình phát và thu sóng do đầu dò chứa tinh thể áp điện (Piezoelectric) tạo ra. Khi có dòng điện đi qua, tinh thể dao động và phát ra sóng siêu âm truyền sâu vào vật liệu.
Khi sóng gặp phải vùng có sự thay đổi mật độ như vết nứt, lỗ rỗng hoặc ranh giới giữa hai lớp vật chất, một phần năng lượng sẽ phản xạ lại. Đầu dò tiếp nhận sóng phản hồi này, chuyển chúng thành tín hiệu điện gửi về bộ xử lý trung tâm để hiển thị kết quả trên màn hình.
Dựa vào khoảng thời gian truyền và phản xạ của sóng, thiết bị có thể xác định được vị trí và độ sâu của khuyết tật bên trong vật thể.
Phân tích tín hiệu phản hồi
Tín hiệu phản hồi được thể hiện trên màn hình ở dạng đồ thị A-scan gồm nhiều đỉnh sóng khác nhau.
Đỉnh đầu tiên: biểu thị bề mặt vật kiểm tra.
Các đỉnh tiếp theo: cho biết vị trí xuất hiện khuyết tật hoặc phần đáy của vật.
Kỹ thuật viên sẽ quan sát độ cao, khoảng cách và hình dạng của các đỉnh sóng để nhận diện loại khuyết tật, đồng thời ước lượng kích thước cũng như độ sâu của chúng trong vật liệu.
Quy trình kiểm tra bằng siêu âm
1. Chuẩn bị trước khi kiểm tra:
Trước khi tiến hành đo, bề mặt vật liệu cần được làm sạch để loại bỏ dầu, bụi hoặc lớp rỉ bám. Một lớp gel tiếp âm sẽ được bôi lên khu vực kiểm tra nhằm giúp sóng siêu âm truyền tốt hơn giữa đầu dò và vật liệu. Người vận hành chọn loại đầu dò thích hợp về góc, tần số và đường kính tùy thuộc vào cấu trúc và đặc tính của mẫu. Các thông số như phạm vi quét, độ khuếch đại hay tốc độ truyền âm cũng được thiết lập theo tiêu chuẩn kiểm tra.
2. Tiến hành kiểm tra:
Khi bắt đầu, đầu dò được đặt và di chuyển đều tay trên bề mặt có gel tiếp âm. Trong suốt quá trình, màn hình hiển thị liên tục phản hồi tín hiệu từ bên trong vật liệu. Nếu xuất hiện những xung phản xạ khác biệt so với vùng nền, đó là dấu hiệu cho thấy có thể tồn tại khuyết tật. Vị trí nghi ngờ sẽ được ghi chú để kiểm tra lại hoặc xử lý tiếp theo.
3. Phân tích kết quả:
Dữ liệu thu được được đối chiếu với tiêu chuẩn đánh giá nhằm xác định đặc điểm của vùng bất thường. Dựa trên biên độ, hình dạng và thời gian phản xạ của tín hiệu, người kiểm tra có thể suy ra vị trí, độ sâu và dạng khuyết tật như nứt, rỗ khí hay bong tách. Toàn bộ kết quả được ghi lại trong báo cáo để phục vụ quá trình sửa chữa, kiểm định hoặc đánh giá chất lượng vật liệu.
Các dòng máy dò khuyết tật siêu âm phổ biến hiện đang phân phối tại EMIN
Trên thị trường hiện nay, máy dò siêu âm thường được chia thành hai nhóm chính: dòng cầm tay và dòng cố định, tùy theo nhu cầu kiểm tra và môi trường làm việc.
Máy dò siêu âm cầm tay
Nhỏ gọn, linh hoạt, thuận tiện cho các công việc tại hiện trường hoặc khu vực khó thao tác. Một vài model được sử dụng nhiều hiện nay gồm:
Huatec FD620: Kết cấu bền, hiển thị dạng sóng A-scan, độ nhạy tốt, chuyên dùng trong kiểm tra mối hàn và chi tiết kim loại.
HUATEC HPA-500: Hỗ trợ lưu và phân tích dữ liệu trực tiếp trên máy, có chức năng hiệu chỉnh tự động, phù hợp với kỹ sư thường xuyên làm việc ngoài công trình.
Máy dò siêu âm cố định
Phù hợp với dây chuyền sản xuất hoặc phòng kiểm định, nơi cần kiểm tra liên tục và số lượng lớn mẫu vật.
Huatec HCDX-Y1: Dòng máy tự động, có khả năng kết nối trực tiếp với hệ thống quản lý dữ liệu trung tâm, đáp ứng yêu cầu kiểm tra liên tục tại các nhà máy quy mô lớn.
