.
BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- VINACOMIN
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TẠO MẪU CHUẨN
CÓ KHUYẾT TẬT CHO PHƯƠNG PHÁP
KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUY


KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUYCơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thu Hiền
Chủ nhiệm đề tài
NGUYỄN THU HIỀN
Duyệt Viện Hà Nội, 12-2010

TÓM TẮT NỘI DUNG
Đề tài này thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sảng xuất và cung cấp dịch
vụ sự nghiệp công, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ của Vụ Khoa
học và Công nghệ- Bộ Công Thương giao cho Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ-
TKV, nay là Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin (theo hợp đồng số
187.10.RD/HĐ-KHCN)
Nội dung đề tài: “Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho ph
ương

Viện CKNL&Mỏ-
Vinacomin
2 Lê Thanh Bình Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
3 Trần Thị Mai Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
4 Vũ Chí Cao Kỹ sư Cơ khí -nt-
5 Nguyễn Văn Sáng Kỹ sư Hệ thống điện -nt-
6 Nguyễn Văn Dũng Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
7
Nguyễn Xuân
Trường
Kỹ sư Vật liệu học và Nhiệt luyện -nt-
8 Phạm Hồng Thái Kỹ sư Cơ tin -nt-

Danh sách cơ quan thực hiện và phối hợp tư vấn:

Stt Tên cơ quan Nội dung thực hiện,
phối hợp
1 Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin Chủ trì, thực hiện chính
2 Công ty Lilama10 Hợp tác
3 Trung tâm đánh giá không phá hủy – NDE Tư vấn
4 Hãng Sonaspection – Mỹ Tư vấn

Các thuật ngữ và từ viết tắt:
NDT Non-Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy vật liệu
NDE Non-Destructive Evaluation Đánh giá không phá hủy
RT Radiographic Testing Kiểm tra chụp ảnh bức xạ
UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm
MT Magnetic Particle Testing Kiểm tra từ tính
PT Penetrant Testing Kiểm tra thẩm thấu
ET Eddy Current Testing Kiểm tra dòng điện xoáy

2.3. Tính hàn của thép
33
CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM
41
3.1. Vật liệu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn
41
3.2. Ví dụ về quy trình hàn thông thường
42
3.3. Chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho một phương pháp kiểm tra không
phá hủy (RT)
44
3.4. Áp dụng hình ảnh khuyết tật chuẩn làm cơ sở để đánh giá ảnh chụp
bức xạ các khuyết tật thực tế
51
CHƯƠNG IV- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
59
4.1. Kết luận
59
4.2. Kiến nghị
59
TÀI LIỆU THAM KHẢO
60Danh mục bảng biểu

Trang
Bảng 2.1: Giới thiệu một số phương pháp hạn chế sự phát sinh nứt
24
Bảng 2.2: Phương pháp NDT thích hợp kiểm tra từng loại khuyết tật

42
Hình 3.2: Minh họa các lớp hàn trên phôi
43
Hình 3.3 đến 3.25: Hình ảnh phim chụp các khuyết tật
44÷56
Hình 3.26 đến 3.29: Kiểm tra mẫu khuyết tật biết trước bằng phương
pháp NDT khác
57÷58

Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

3
LỜI MỞ ĐẦU
Ở các nước phát triển, việc tạo ra các bộ mẫu cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy (NonDetructive Testing- NDT) đã được nhiều công ty nghiên
cứu và phát triển từ những năm 80, hiện tại các bộ mẫu chuẩn các khuyết tật đã
được cả thế giới công nhận và đã được ghi nhận thành các bộ tiêu chuẩn về mẫu
chuẩn các khuyết tật chuẩn và áp dụng rất rộng rãi

Ở nước ta, việc ứng dụng các bộ mẫu có khuyết tật dùng để kiểm tra và
nghiên cứu các khuyết tật được sử dụng hầu hết ở các đơn vị có thí nghiệm kiểm
tra không phá hủy (NDT), nhưng nghiên cứu để chế tạo các mẫu có khuyết tật
thì hiện nay chưa có nhiều đơn vị nghiên cứu, phát triển.
Trên thực tế, khuyết tật có thể tồn tại ở rấ
t nhiều các loại cấu kiện cũng
như các dạng vật liệu khác nhau, xuất hiện sau khi thực hiện nhiều loại gia công
khác nhau, ví dụ như khuyết tật trong bê tông, trong vật đúc, trong mối hàn
Tuy nhiên, các loại khuyết tật trong mối hàn là đa dạng và phổ biến nhất. Các
phương pháp NDT cũng tập trung để kiểm tra mối hàn là nhiều, vì vậy trong

ức độ quan trọng như các chi tiết linh kiện của các nhà máy điện, dầu khí,
Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- TKV đã đề xuất và thực hiện đề tài: “
Nghiên
cứu chế tạo mẫu khuyết tật chuẩn cho kiểm tra phương pháp kiểm tra không
phá hủy
” với các nội dung chính như sau:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các các phương pháp hàn
Tìm hiểu các phương pháp kiểm tra sau khi hàn

Những nguyên nhân gây ra khuyết tật trong mối hàn và biện pháp khắc phục
Chế tạo mẫu có khuyết tật theo mong muốn
Áp dụng phương pháp giải đoán ảnh phóng xạ làm cơ sở để đánh giá ảnh
chụp các khuyết tật thực tế.
Sử dụng mẫu chuẩn và mẫu chế tạo trong đánh giá và nâng cao trình độ
kỹ thuật viên NDT.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ-
Bộ Công Thương, Viện Cơ khí Năng lượng và M
ỏ- TKV, Viện Khoa học và Kỹ
thuật Hạt nhân, Trung tâm đánh giá không phá hủy- NDE, Công ty Cổ phần
Lilama10, hãng Sonaspection- Anh Quốc đã gửi tài liệu tạo điều kiện thuận lợi
cho chúng tôi hoàn thành đề tài này.
Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo chưa thể hiện hết
tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các cá nhân và đơ
n vị quan tâm.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

a sản phẩm khi làm việc.
(ii) Làm giảm giá thành sản phẩm bằng cách giảm phế liệu và bảo toàn
vật liệu, công lao động và năng lượng.
Tất cả những yếu tố trên không những làm tăng giá bán của một sản phẩm
mà còn tạo thêm những lợi ích về kinh tế cho nhà sản xuất.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

6
NDT cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xác định thường xuyên hoặc
định kỳ chất lượng của các thiết bị, máy móc và các công trình trong quá trình
vận hành. Điều này không những làm tăng độ an toàn trong quá trình làm việc,
mà còn giảm thiểu được bất kỳ những trục trặc nào làm cho thiết bị ngưng hoạt
động.
1.1.3. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy
1.1.3.1. Phương pháp kiểm tra bằng mắt (Visual testing-VT):
Phương pháp này thường không được chú ý tới trong danh sách liệ
t 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 phải thích hợp. Để thực hiện có hiệu quả
nhất phương pháp kiểm tra bằ
ng mắt, cần phải chú ý đến những phẩm chất đặc
biệt bởi vì trong phương pháp kiểm tra này cần phải được huấn luyện (kiến thức
về sản phẩm và 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 và dụng cụ
. Trong thực tế tất cả các khuyết tật
được phát hiện bởi những phương pháp NDT khác cuối cùng cũng phải được

ổ biến để kiểm tra
những vật liệu không từ tính. Trong phương pháp này, thẩm thấu được phun lên
bề mặt của sản phẩm trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm còn
dư được loại bỏ khỏi bề mặt. Bề mặt sau đó được làm khô và phủ chất hiện lên
nó. Những chất thấm nằm trong bất liên tục sẽ bị chất hiệ
n hấp thụ tạo thành chỉ
thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục. Toàn bộ quá trình này
được minh họa trong hình 1.2.
Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu:
(1) Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phù
hợp.
Ống
Gương
Đèn
Mối hàn
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

8
(2) Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẻ tiền.
(3) Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và không gây ra vấn đề rắc rối.
(4) Hình dạng của chi tiết kiểm tra không là vấn đề quan trọng.
Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu:
(1) Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt.
(2)

mặt b
ằ
ng ch
ấ
t
tẩy rửa
Quá trình hiện
Phun thuốc hiện
lên bề mặt
Kiểm tra
Những khuyết tật sẽ
hiện lên qua chỉ thị
màu đỏ rõ ràng
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

10
1.1.3.3. Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle 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 hở 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 đ
iện 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 nh
ỏ 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

ET):
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để phát hiện các khuyết tật bề
mặt, phân loại vật liệu, để đo những thành mỏng từ một mặt, để
đo lớp mạ
mỏng và trong một vài ứng dụng khác để đo độ sâu lớp thấm. Phương pháp này
chỉ áp dụng được cho những vật liệu dẫn điện. Ở đây dòng điện xoáy được tạo ra
trong vật thể kiểm tra bằng cách đưa nó lại gần cuộn cảm có dòng điện xoay
chiều.
Từ trường xoay chiều của cuộn cảm bị thay đổi do t
ừ trường của dòng
điện xoáy. Sự thay đổi này phụ thuộc vào điều kiện của phần chi tiết nằm gần
cuộn cảm, nó được biểu hiện như một điện kế hoặc sự hiện diện của ống phóng
tia âm cực. Hình 1.5 trình bày những nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm
tra bằng dòng điện xoáy.
Có ba loại đầu dò (hình 1.6) được sử dụng trong phươ
ng pháp kiểm tra
bằng dòng điện xoáy. Những đầu dò đặt bên trong thường được dùng để kiểm tra
các ống trao đổi nhiệt. Những đầu dò bao quanh được dùng phổ biến để kiểm tra
các thanh và ống trong quá trình chế tạo. Việc sử dụng những đầu dò bề mặt để
xác định vị trí vết nứt, phân loại vật liệu, đo bề dày thành và bề dày lớp mạ, và
đo độ sâu lớp thấm.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

12

Hình 1.5(a) – Quá trình tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể kiểm tra.

(b)
Hình 1.5(b) – Dòng điện xoáy bị méo bởi khuyết tật.

điện xoáy.
Một số hạn chế của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy:
(1) Người thực hiện cần phải có nhiều kinh nghiệm.
Mẫu kiểm tra
Cuộn dây
Dẫn đến
thiết bị

Dẫn đến thiết bị
Cuộn dây
Cáp đồng trục dẫn đến thiết bị
Lò xo
Vỏ bọc
Cuộn dây
Vật kiểm tra
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

14
(2) Chỉ dùng được cho các vật liệu dẫn điện.
(3) Bị giới hạn về khả năng xuyên sâu.
(4) Khó áp dụng trên những vật liệu sắt từ.
1.1.3.5. Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (Radiographic testing-RT):
Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật
bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau. Mộ
t phim chụp ảnh
bức xạ thích hợp được đặt phía sau vật cần kiểm tra (hình 1.7) và được chiếu bởi
một chùm tia X hoặc tia γ đi qua nó. Cường độ của chùm tia X hoặc tia γ khi đi
qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi
rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bóng, đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm.

15
(8) Phương pháp này không dễ tự động hóa.
(9) Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều kinh nghiệm trong việc
giải đoán ảnh chụp trên phim.

Hình 1.7 – Cách bố trí trong phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ.
1.1.3.6. Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic testing-UT):
Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm là một trong những phương pháp kiểm tra không
phá hủy, sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra. Hầ
u
hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0,5 - 20
MHz. Tần số này cao hơn rất nhiều so với vùng tần số nghe được của người là
20Hz - 20KHz. Sóng siêu âm truyền qua vật liệu kèm theo sự mất mát năng
lượng (sự suy giảm) bởi tính chất của vật liệu. Cường độ của sóng âm hoặc được
đo sau khi phản xạ (xung phản hồi) tại các mặt phân cách (khuyết tật) ho
ặc được
đo tại bề mặt đối diện của vật thể kiểm tra (xung truyền qua). Chùm sóng âm
phản xạ được phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt khuyết tật và vị trí
của nó. Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía
đối diện với bề mặt phân cách, và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặ
c
Điểm hội tụ
Màn chắn chuẩn trực
Anode
Vật thể kiểm
Khuyết tật
Phim tia X
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy


Đầu dò
(a) Phương pháp xung phản hồi
(a) Phương pháp truyền qua
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

17
(2) Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng tới 6 -7 m sâu bên trong khối thép)
cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày.
(3) Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật.
(4) Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động.
(5) Chỉ cần tiếp xúc từ một phía của vật được kiểm tra.
Những hạn chế của phương pháp siêu âm:
(1) Hình dạng của vật thể kiểm tra có th
ể gây khó khăn cho công việc kiểm tra.
Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp.
(2) Phương pháp này cần phải sử dụng chất tiếp âm.
(3) Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm
tra.
(4) Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật.
(5) Thiết bị rất đắt ti
ền.
(6) Nhân viên kiểm tra cần phải có rất nhiều kinh nghiệm.
1.2. Tổng quan về hàn
Công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện
đại.
Về công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt:
- Về chế tạo: như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà, tàu thuyền, thân
máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô …
- Về tu sửa: Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh b

của mối hàn, vật hàn cong vênh.
1.2.1. Lịch sử phát triển ngành hàn và thực trạng
Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ
cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh.
Năm 1802 nhà bác họ
c Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ rõ
khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư
Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp đã áp
dụng cực điện nóng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang điện.
Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và sau
đó năm 1906 hàn khí ra đời.
Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra
phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương pháp hàn
điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong công nghiệp và
đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh
mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới.
Một đóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ
quang là thành công
của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá trình phóng
hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung quanh bằng
cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc
bảo đảm chất lượng cao của mối hàn.
Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

19
Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn có khí bảo vệ cũng
được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên
(heli, acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô ) lúc đó đã làm cho các phương
pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng

- Hàn nóng chảy
- Hàn áp lực

Đề tài: Nghiên cứu tạo mẫu chuẩn có khuyết tật cho phương pháp kiểm tra
không phá hủy

20
1.2.3.1. Hàn nóng chảy
Hàn nóng chảy là nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy, sau
đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với phần
lớn kim loại và hợp kim, ví dụ như thép, gang, niken, chì, kẽm, bạc, vàng, bạch
kim, nhôm, đồng, magiê và những hợp kim khác.
Dựa theo nguồn nhiệt năng sử dụng khi hàn phương pháp hàn nóng chảy
chia làm hai loại:
a. Hàn điện hồ quang:
Là phương pháp dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ
quang để sản ra nhiệt lượng đốt nóng chảy mối hàn. Hàn điện hồ quang gồm:
hàn hồ quang tay, hàn tự động và nửa tự động (hàn dưới thuốc, hàn trong môi
trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ).
b. Hàn khí (hàn hơi)
Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy để nung nóng
mối hàn đến nóng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với nhau.
Đây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nóng chảy hiệ
n nay đang dùng ở
nước ta mà chúng ta sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, đã xuất hiện
thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nóng chảy như hàn bằng tia điện tử,
hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv
1.2.3.2. Hàn áp lực
Phương pháp hàn áp lực là đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo, sau đó