Kim Tra Cht Lng Mi Hn
Kiểm tra chất lợng hàn
Chơng I: Khái niệm chung
1.1. Chất lợng hàn và chỉ tiêu đánh giá
1.1.1. Chỉ tiêu
- Cơ tính: Độ bền, độ dẻo, độ dai va chạm, độ cứng, chỉ tiêu cơ tính đặc trung khả năng
chịu lực của kết cấu
Tuỳ điều kiện làm việc của kết cấu và yêu cầu kỹ thuật chọn chỉ tiêu cơ tính phù hợp
- Hoá lý tính
- Độ tin cậy
- Tính mỹ thuật
- Tính kinh tế:
+ Vật liệu chế tạo kết cấu, vật liệu hàn
+ Công nghệ hàn
1.1.2. Độ bền lâu
Độ bền lâu (tuổi thọ) của vật liệu hay tiết máy là khoảng thời gian làm việc của
chúng dới tác động của của một chế độ tải trọng và các yếu tố ảnh hởng khác mà không
bị phá huỷ. Độ bền lâu thờng đợc tính bằng giờ hoặc chu kỳ ứng suất, trong một số lĩnh
vực, chuyên ngành ( ô tô, máy kéo ) độ bền lâu tính bằng km làm việc.
1.1.3. Phân loại
- Nguy hiểm
- Quan trọng
- Không quan trọng
1.2. Các dạng khuyết tật hàn và phân loại phơng pháp kiểm tra
1.2.1. Các dạng khuyết tật hàn
- Khuyết tật hàn là những sai lẹch về hình dáng kích thớc 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.
1.2.1.1. Nứt (Weld crack)
Là khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn. Nứt có thể xuất hiện: Trên bề
mặt mối hàn; trong mối hàn; vùng ảnh hởng nhiệt
bản và trong vật liệu hàn quá cao
+ Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt hàn bị
bẩn
+ Chiều dài hồ quang lớn, vận tốc
hàn quá cao
- Khắc phục:
+ 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 đợc ẩm, cung cấp đủ thuốc trong quá trình hàn
1.2.1.3. Lẫn xỉ (kẹt xỉ): Slay inclusion
- Loại khuyết tật dễ xuất hiện trong mối hàn, xỉ có thể tồn tại:
+ Trong mối hàn
+ Trên bề mặt mối hàn
+ Ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại mối hàn, giữa các lợt hàn
- Rỗ xỉ ảnh hởng đến độ dai va đập và độ dẻo kim loại mối hàn làm giảm khả năng làm
việc của kết cấu
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 3
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
- Nguyên nhân:
+ Dòng điện nhỏ không đủ nhiệt cung cấp cho kim loại nóng chảy xỉ khó
thoát ra khỏi kim loại vũng hàn
+ Hàn nhiều lớp cha làm sạch xỉ
+ Góc độ hàn cha hợp lý, V
h
quá lớn
+ Làm nguội mối hàn nhanh
1.2.1.4. Không ngấu (Incomplete fusion)
- Là khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn dẫn đến nứt làm hỏng liên kết
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 4
+ Đờng hàn vặn vẹo
+ Vẩy hàn không đều
- Nguyên nhân
+ Gá lắp, chuẩn bị mối hàn không hợp lý
+ Chế độ hàn không ổn định
+ Vật liệu hàn không đảm bảo chất lợng
+ Trình độ công nghệ quá thấp
- Quá nhiệt: Do chọn chế độ hàn không hợp lý (Năng lợng nhiệt lớn, V
h
nhỏ)
- Bắn té: Kim loại bắn té lên vật hàn do vật liệu hàn không đảm bảo chất lợng, thiếu khí
bảo vệ hoặc sử dụng không đúng khí
1.3. Phân loại phơng pháp kiểm tra
1.3.1. 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 ngời thợ hàn một cách chính xác hơn.
Bao gồm: Thử kéo, thử uốn, thử dai va đập
1.3.2. Kiểm tra không phá huỷ
Đây là phơng pháp kiểm tra đợc thực hiện trực tiếp với liên kết hàn trên các sản phẩm
hàn cụ thể mà không gây phá huỷ chúng
Chơng II: Kiểm tra chất lợng mối hàn bằng phá huỷ.
2.1.Kiểm tra cơ tính mối hàn.
+Căn c yêu cầu kĩ thuật khả năng thiết bị kiểm tra mà tiến hành thử kéo,uốn,độ cứng và
độ dai va đập của các liên kết dới tác dụng của tải trọng tĩnh hay tải trọng động.
2.1.1.Thử kéo
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 6
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
Xác định giới hạn bền,giới hạn chuẩn,độ giãn dài và độ co thắt tơng đối của kim
loại đắp.
- Đơn vị đo độ bền,giới hạn chảy:KG/mm
- Để thử kéo phải chuẩn bị mẫu đợc cắt từ phần kim loại đắp của liên kết hàn và gia
công đạt hình dạng kích thớc nh hình vẽ:
Kích thớc của mẫu thử kéo kim loại (mm)
Loại mẫu Chiều dài tính toán d l h L
I
II
III
30
15
50
6
0,1
3
0,1
10
0,1
36
0,1
20
0,1
70
0,1
6
0,1
30
0,1
25
30
35
40
50
60
100
160
L = l + 2h
Chú thích:
- Chiều dài h chọn theo kết cấu của máy thử kéo
- với S>50 mm kích thớc mẫu do yêu cầu kỹ thuật riêng quy định
+ Biểu đồ thử kéo
)/(
2
0
,
mmKG
F
P
b
b
=
)/(
2
0
01,0
'
01,0
F
P
=
0
05,0
'
05,0
F
P
=
Tải trọng tác dụng tạo ra biến dạng d là (0,01ữ0,05) của chiều dài ban đầu
- Độ dài tơng đối:
%100.%
0
01
l
ll
=
- Độ thắt tỷ đối:
%100.%
0
01
+ MÉu thö ®é dai va ®Ëp cã h×nh d¹ng vµ kÝch thíc nh h×nh vÏ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN Trang 9
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
Kích thớc mẫu thử độ dai va đập mm
Loại mẫu b h
1
h L
I
II
III
10
0,1
5
0,1
S
*
8
0,1
8
0,1
6
0,1
10
0,1
A
k
công phá huỷ mặt cắt ngang hình chữ nhật qua rãnh khía
1J =1N.m; 1KG/cm
2
= 10J/cm
2
; 1KJ/m
2
= 0,01KG.m/cm
2
;
1KG.m/cm
2
=100KJ/m
2
* Những liên lết hàn có giới hạn bền của kim loại đắp gần tơng đơng với kim loại cơ
bản:
- Góc uốn không bé hơn 120
0
- Độ dai va đập lớn hơn 8 KG.m/cm
2
- Không chứa các khuyết tật nguy hiểm (nứt, không ngấu, lẫn xỉ ) đợc coi là
những liên kết đảm bảo yêu cầu
2.2 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
- Kiểm tra tế vi
+ Kiểm tra cấu trúc thô đại đợc tiến hành trực tiếp với các mẫu thử kim loại hoặc các
mặt gẫy của chúng
- Nhiệt độ gia nhiệt (nung nóng
sơ bộ) nếu có
- Vị trí hàn và chất lợng bề mặt
vật hàn
- Thứ tự hàn
- Sự làm sạch xỉ ở mối hàn đính
và giữa các lớp hàn
- Kiểm soát mức độ biến dạng
- Kích thớc liên kết
- Nhiệt độ và thời gian xử lý
nhiệt sau khi hàn
* Khi phát hiện có các sai lệch
cần điều chỉnh lại các thông số
công nghệ cho hợp lý, xử lý
ngay các khuyết tật nh kẹt xỉ, rỗ,
nứt
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 11
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
3.3. Kiểm tra sau khi hàn
- Xác định một số khuyết tật nh chảy loang, lẹm chân, rỗ 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 thờng hoặc kính lúp để phát hiện các khuyết tật bề
mặt
+ Kiểm tra kích thớc liên kết hàn so với bản vẽ thiết kế
+ Kiểm tra kích thớc mối hàn bằng các loại Calíp chuyên dùng với độ chính xác cần
thiết (Hình vẽ giới thiệu cách đánh giá kích thớc mối hàn)
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 12
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
Chơng IV: Kiểm tra độ kín (LT) Leak testing
(1,5 ữ 2) lần và giữ ở áp suất đó (5ữ6) phút
- Sau đó hạ thấp áp suất đến áp suất làm việc
- Dùng búa gõ nhẹ xung quanh mối hàn rộng (15 ữ 20) mm rồi quan sát nớc có
rò rỉ hay không
- Đánh dấu những vị trí bị khuyết tật tháo nớc, hàn sửa chữa và kiểm tra lại
- Với kết cấu hở (Bể chứa, thùng, két dầu ) chỉ cần thử bằng bơm nớc vào và
giữ từ (2 ữ 24)h để quan sát và phát hiện vị trí có khuyết tật
4.4. Kiểm tra bằng phơng pháp chân không
- Tiến hành khi không tiến hành kiểm tra độ kín mối hàn theo các cách trên
+ Sơ đồ kiểm tra độ kín mối hàn bằng phơng pháp tạo chân không
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 14
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
- Vùng mối hàn cần đợc kiểm tra đã bôi nớc xà phòng trên bề mặt
- Chân không kế 1 xác định độ chân không
- Do có sự chênh lệch lớn về áp suất không khí chui vào buồng chân không qua khuyết
tật 8 của mối hàn
- Nắp dây 3 chế tạo bằng vật liệu trong suốt để quan sát đợc vị trí khuyết tật theo bong
bóng xà phòng
- Đệm 5 làm từ cao su xốp để tạo độ kín cần thiết giữa buồng chân không và liên kết
hàn
Khung 4 chế tạo từ thép, nhôm hoặc chất dẻo có độ bền cao
- Kiểm tra xong mở cho không khí vào theo van 3 cửa 2 và chuyển buồng chân không
sang vị trí mới
- Năng suất cao có thể đạt 60m/giờ
Chơng V: Một số phơng pháp kiểm tra không phá huỷ
5.1. Kiểm tra bằng dung dịch chỉ thị màu : PT (Penetrant testing)
* Nguyên lý: Là phơng pháp sử dụng các dung dịch để thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ
khí nhỏ của liên kết hàn không thể quan sát đợc bằng mắt thờng. Sau đó dùng các chất
hiển thị màu phát hiện ra vị trí mà dung dịch thẩm thấu còn nằm lại ở các vết nứt cũng
nh rỗ khí
hành kiểm tra bằng cách rắc bột sắt từ
lên bề mặt mối hàn
(Hình vẽ)
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 16
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
+ Đặt kết cấu hàn vào trong một từ trờng (hay cho dòng điện qua chi tiết hàn)
rồi nhìn vào sự phân bố của các đờng sức từ để phát hiện chỗ có khuyết tật
* Phạm vi ứng dụng
- Chỉ áp dụng cho vật liệu có từ tính
- Cho phép phát hiện đợc các vết nứt bề mặt có kích thớc rất nhỏ
- Các khuyết tật ở bên dới bề mặt liên kết nh:
+ Nứt ở vùng ảnh hởng nhiệt
+ Hàn không ngấu
+ Nứt phía dới bề mặt
+ Rỗ xỉ, lẫn khí
* Phơng pháp này không phát hiện đợc các vết nứt nằm dọc theo đờng sức từ
5.3. Phơng pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy: ET (Eddy current testing)
* Nguyên lý: Sản phẩm kiểm tra chịu tác động của một từ trờng sơ cấp bên ngoài, trong
lòng sản phẩm sẽ xuất hiện một dòng điện xoáy hoặc thông qua hiện tợng cảm ứng từ
sẽ tạo ra một từ trờng đối nghịch với từ trờng sơ cấp. Từ trờng này sẽ làm yếu từ trờng
sơ cấp. Với sản phẩm có khuyết tật bên trong và sản phẩm không có khuyết tật bên
trong sự suy yếu này là khác nhau
Do đó các khuyết tật đợc phát hiện nhờ sự so sánh các mức độ suy yếu của từ trờng sơ
cấp
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 17
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
+ ứng dụng:
- Chỉ kiểm tra các sản phẩm làm từ vật liệu kim loại
- Sử dụng hiện tợng cảm ứng từ với vật liệu sắt từ và hiện tợng dòng điện xoáy
với vật liêu kim loại phi sắt từ
7. Màn hình
8. Nguồn nuôi chung cho toàn hệ thống
9. Đầu dò (biến tử)
10.Đối tợng kiểm tra
6.2. Biểu diễn tín hiệu
6.2.1. Biên độ xung phản hồi
- Để biểu diễn và thay đổi cờng độ của sóng siêu âm cũng nh đánh giá sự suy giảm của
sóng âm thuận tiện, đơn vị đo là dB đợc sử dụng rộng rãi để đo, xác định hay điều
chỉnh, đó là dựa trên thang logarit thập phân
n = 10.log(I
0
/I)
n: Hệ số khuếch đại hay độ suy giảm
I
0
: Cờng độ chùm sóng ban đầu (làm gốc)
I: Cờng độ chùm tia sau (tại vị trí quan tâm)
- Việc sử dụng thang logarit thập phân nhằm làm giảm giá trị trên trục toạ độ biểu diễn
tín hiệu mà không làm thay đổi bản chất về quan hệ giữa các đại lợng
6.2.2. Cách biểu diễn tín hiệu
6.2.2.1. Cách biểu diễn dạng A-scan (dạng quét)
Trong biểu diễn này thì:
+ Trục hoành biểu diễn khoảng cách truyền (dải truyền tơng ứng với thời gian
quét)
+ Trục tung biểu diễn độ lớn biên độ xung phản hồi, dựa vào đó có thể xác định
đợc vị trí và kích thớc khuyết tật
+ Hình ảnh cách biểu diễn này chỉ có khi đầu dò đang hoạt động, nó thay đổi khi
đầu dò thay đổi vị trí và không có tính lu giữ lâu dài
+ Cách biểu diễn này dùng nhiều trong các thiết bị siêu âm công nghiệp
- Hình vẽ mô tả:
- Tại C trọng lực G lớn hơn T lại kéo W về A, tại A nó lại có động năng và lại vợt quá
A. Khi W chuyển động từ A B thì T tăng dần và hãm dần W ở B, tại B thì T>G và
quá trình lại lặp lại
* Trình tự chuyển động W từ A B, từ B A, từ A C và từ C A đợc gọi là một
chu trình
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 21
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
+ Số chu trình diễn ra trong một giây đợc gọi là tần số của dao động. Thời gian cần
thiết hoàn tất một chu trình đợc gọi là chu kỳ T của dao động
f
T
1
=
+ Độ dịch chuyển cực đại của W từ A B hoặc B C đợc gọi là biên độ của dao
động
* Mọi vật liệu đợc cấu tạo từ nguyên tử (hoặc phân tử) liên kết với nhau nhờ lực liên kết
nguyên tử. Các lực nguyên tử này là lực đàn hồi (tức là các nguyên tử đợc nối với nhau
bằng các lò xo)
- Từ đó mô hình đơn giản của vật liệu đợc biểu diễn nh sau: (hình vẽ)
+ Nếu 1 nguyên tử vật liệu bị lệch khỏi vị trí ban đầu của nó do 1 lực căng tác
dụng lên vật liệu Nguyên tử này sẽ dao động nh W đã mô tả
+ Do lực liên kết giữa các nguyên tử sẽ làm các nguyên tử kề cận nó dao động
và chuyển động dao động sẽ truyền cho các nguyên tử bên cạnh cụ thể tiếp tục
+ Nếu các nguyên tử liên kết với nhau một cách vững chắc (liên kết cứng) thì sự
chuyển động là đồng thời và duy trùng một trạng thái dao động (tức là cùng pha)
+ Thực tế liên kết giữa các nguyên tử của vật liệu là lực đàn hồi nên việc truyền
dao động cần một thời gian nhất định và các nguyên tử đạt đợc trạng thái pha dao động
trễ hơn nguyên tử bị kích thích đầu tiên
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 22
Kim Tra Cht Lng Mi Hn
môi trờng, do vậy ta có:
T
v
Tv
=
= .
(1)
- Liên hệ giữa T và f:
T
f
1
=
(2)
Kết hơp (1) và (2) ta đợc phơng trình cơ bản mọi chuyển động sóng
fv .
=
(3)
Từ (3) nếu f (Hz), (mm) v (mm/s)
f (MHz), (mm) v (Km/s)
6.3.2 Đặc trng của quá trình truyền sóng
Tất cả các dạng sóng đều đợc mô tả bằng v, f, và dạng lan truyền của chúng
a. Tốc độ (v) của sóng âm: là khoảng cách mà mặt sóng lan truyền đợc qua vật liệu
trong 1 giây (m/s)
- Vận tốc là đặc trng của vật liệu phụ thuộc vào môđun đàn hồi và mật độ của
nó
* Vận tốc sóng âm của các vật liệu thông dụng cho trong bảng sau
TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Trang 24
Kiểm Tra Chất Lượng Mối Hàn
B¶ng: Khèi lîng riªng, vËn tèc sãng ©m vµ ©m trë cña c¸c vËt liÖu th«ng dông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©