Đồ án môn học II Tổng quan về các phương pháp NDT

Mở đầu
Kiểm tra không phá huỷ (Non Destructive Testing- NDT) là một công nghệ thiết
yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy bao
gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá
tính toàn vẹn 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.
Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản
phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và
kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử
dụng. Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy
trình công nghệ trong chế tạo, gia công. Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu,
sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên
giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và
kinh doanh của các doanh nghiệp. Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật
trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án
khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.
Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà
máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử... đòi hỏi phải có các công
nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người
sử dụng. Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh
hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải
sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ. Nên xu hướng đầu tư hiện nay,
người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao.
Từ kiểm tra không phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác theo đúng nghĩa đen
là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó. Nói cách khác, kiểm tra không phá hủy
là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên
trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng
của chúng. Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ,
xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn... kiểm tra độ cứng của

thị kiểm tra, phản ánh vị trí và bản chất của bất liên tục.

1.1. Cơ sở lý thuyết
Nguyên lý thấm:
Nhờ vào hiện tượng mao dẫn và khả năng thấm của chất lỏng mà chất thẩm
thấu "thấm" được vào các khuyết tật. Mao dẫn là hiện tượng khi cho một ống nhỏ
vào dung dịch thì độ cao cột nước trong ống bị nâng lên hay hạ xuống là do tác động
của lực liên kết là lực giữa các phân tử cùng loại và lực bám dính là lực giữa các
phân tử khác loại. Sức căng bề mặt là một ví dụ về lực dính kết, lực dính kết có khả
năng liên kết có khuynh hướng dính các phần tử lại với nhau. Tác động làm ướt là
một ví dụ về lực bám dính, ở đó các phần tử có xu hướng dính vào các vật lạ. Chính
lực bám dính này làm cho dung dịch có xu hướng bị loang ra xung quanh.
Nguyên lý hiện:
Chất hiện chứa các phần tử bột trắng cực mịn có khả năng thấm hút cao. Nó
hoạt động như một miếng thấm hút chất thẩm thẩm thấu lên trên bề mặt hình
thành những chỉ thị màu mà mắt thường có thể nhìn thấy được dưới ánh sáng bình
thường hoặc tia UV.
Phân loại:
Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch. Kết
hợp 2 loại chất thấm và 3 phương pháp làm sạch ta có tất 6 phương pháp thực hiện
theo quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng:
Chất thấm huỳnh quang tiền nhũ tương hoá
Chất thấm huỳnh quang rửa bằng dung môi hoà tan


Chất thấm huỳnh quang rửa được bằng nước
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được tiền nhũ quang
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng dung môi hoà tan
Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng nước


khả năng hút các hạt sắt từ nhỏ và tạo nên các chỉ thị hoặc hình ảnh của khuyết tật.
Một trong những ứng dụng chính của phương pháp này là phát hiện các gián đoạn
càng sớm càng tốt trong các công đoạn chế tạo và sử dụng, để tránh các chi phí vào
vật liệu mà sau đó bị loại bỏ. Trong thực tế, tất cả các quá trình chế tạo, từ quá
trình đúc đến quá trình chế tạo cuối cùng đều có thể gây nên các khuyết tật. Kiểm
tra bột từ có thể kiểm tra nhiều loại khuyết tật, tránh được nguy cơ đưa các sản
phẩm kém chất lượng vào sử dụng.
Mức độ biến dạng hay độ lớn của trường rò phụ thuộc vào một số thông số như
mật độ từ thông, độ sâu của khuyết tật, chiều rộng của không khí giữa các cực và sự
định hướng của các khuyết tật. Trường rò là mạnh nhất khi các khuyết tật có trục
vuông góc với đường sức từ. Trường rò sẽ giảm dần và bị triệt tiêu hoàn toàn khi
khuyết tật nằm song song với các đường sức từ.


Hình 1.3: Từ trường dò trong vật kiểm tra

Hình 1.4: Sự tạo thành chỉ thị từ trên bề mặt vật kiểm tra
Khi các hạt từ được phun nhẹ vào trong từ trường, chúng sẽ bị hút vào các cực.
Càng gần đến các cực thì càng có nhiều đường sức từ chạy qua. Các đường sức từ
tập trung vào các vật sắt từ do chúng có từ kháng nhỏ hơn từ kháng của không khí.
Chính sự ưu tiên này khiến các hạt từ được tập trung mạnh vào các vùng từ rò và
sau đó tạo nên các chỉ thị từ nhìn thấy bằng mắt thường dưới điều kiện chiếu ánh
sáng thích hợp.
Muốn cho vật nhiễm từ thì cần phải từ hóa vật. Có hai phương pháp từ hóa cơ
bản là từ hóa bằng dòng điện và từ hóa dọc.
Từ hóa bằng dòng điện :
Từ hóa bằng dòng điện là phương pháp dùng dòng điện tạo nên các từ trường
xung quanh và trong các vật liệu dẫn điện. Ta có thể thay đổi các hướng của từ
trường cảm ứng bằng cách điều khiển hướng của dòng điện từ hóa.Trong phương


vào trong đường ống và cho dòng điện chạy qua thanh. Phương pháp này gọi là
phương pháp từ hóa gián tiếp.

Hình 1.6: Từ hóa gián tiếp sử dụng cuộn dây mang điện
Từ hóa dùng thanh ấn (prod):
Thông thường ta rất khó từ hóa toàn bộ vật kiểm tra chỉ bằng một lần từ hóa.
Đối với các vật lớn, ta thường từ hóa từng vùng của vật bằng cách cho dòng điện
chạy qua các vùng và tiết diện nhờ một công cụ gọi là Prod.

Hình 1.7: Từ hóa vật kiểm tra dùng thanh ấn (Prod)
Bằng cách này ta tạo được từ trường vòng ở giữa điểm tiếp xúc. Các que ấn
thường được làm bằng đồng được ấn chặt trên bề mặt vật cần kiểm tra, giữ chặt
trong quá trình dòng điện chạy qua. Các đầu Prod ( thường được bọc nhôm để giảm
khả năng đánh lửa) và vùng tiếp xúc cần phải giữ đủ sạch đảm bảo cho dòng lớn
chạy qua mà không gây đánh lửa hay nóng chảy.
Từ hóa dọc:
Có hai cách từ hóa dọc vật kiểm tra là từ hóa bằng cuộn cảm và từ hóa bằng
nam châm chữ U (YOKE).


Từ hóa bằng cuộn cảm:
Nếu đặt một vật sắt vào bên trong cuộn cảm, phẩn lớn các đường sức từ sẽ tập
trung vào vật và gây nên sự từ hóa dọc đối với vật.

Hình 1.8: Từ hóa dọc vật sắt từ bằng cuộn cảm
Trong thực tế có hai cách từ hóa dọc hay vùng là :
+ Cho vật từ từ chạy qua cuộn cảm, để phát hiện khuyết tật dọc trong vật dẫn
+ Nếu vật quá lớn có thể dùng một vài vòng cáp cuốn quanh vật
Từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE)
Từ trường tạo ra bởi nam châm điện có hình chữ U khi cho dòng điện chạy qua

•

Nhược điểm

•

Chỉ kiểm tra được vật liệu sắt từ.

•

Sử dụng dòng điện lớn cho các vật cần kiểm tra có kích thước lớn.

•

Ảnh hưởng của lớp sơn, phủ của vật ảnh hưởng đến độ nhạy của phương

pháp.
•

Cần khử từ và làm sạch vật kiểm tra.

Chỉ nhạy với các khuyết tật có góc nằm trong khoảng từ 45⁰ đến 90⁰ so với
hướng của các đường sức từ.
•

2.3. Ứng dụng
Phương pháp bột từ được ứng dụng trong kiểm tra các chi tiết, vật liệu, kiểm
tra các đường ống, các bình chịu áp lực, động cơ.

Hình 1.10: Kiểm tra các chi tiết vật liệu

tử sẽ chịu biến dạng cơ học, biến dạng này sẽ tạo nên xung truyền trong vật liệu và
trở thành sóng âm. Sóng âm truyền qua vật liệu, hoặc là phản xạ ở mặt đáy và quay
trở lại điểm phát ban đầu (xung vọng), hoặc được thu bởi đầu thu tại điểm đó
(truyền qua). Tín hiệu thu được sau đó được khuếch đại và phân tích.
•

Kiểm tra truyền qua:

Kiểm tra yêu cầu sử dụng hai đầu dò siêu âm, một truyền và một thu. Hai đầu
dò này đặt đối diện nhau qua vật kiểm tra giữa chúng. Các hệ thống đầu tiên liên
quan tới kiểm tra nhúng và là loại tiêu biểu được sử dụng để dò các chất sỉ/lỗ hổng
co ngót trong các phôi đúc trước khi tiến hành cán hoặc rèn. Kiểm tra truyền qua bị
giới hạn để kiểm tra chi tiết có bề mặt song song. Đó chỉ là phép kiểm tra đơn gian,
nó không cho bất kỳ thông tin nào về độ sâu của khuyết tật, về bản chất của khuyết
tật.
Hiện nay nó chỉ được áp dụng để kiểm tra các tấm thép để rò các khuyết tật
tách lớp trong quá trình cán.

Hình 1.13: Nguyên lý của phương pháp truyền qua
Cho xung được phát từ đầu phát xung qua vật liệu cần kiểm tra, nếu tại đầu thu
nhận được xung gần bằng xung phát thì mẫu không có khuyết tật. Nếu xung nhận


được nhỏ hơn nhiều xung phát thì kết luận mẫu có khuyết tật nhỏ, còn khi không
thu được tín hiệu xung thì mẫu có khuyết tật lớn.
•

Kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng:

Kiểm tra các hệ thống siêu âm xung vọng dựa trên các yếu tố: các sóng âm


•

Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật.

•

Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động.

•

Chỉ cần tiếp xúc một phía của vật được kiểm tra.

•

Nhược điểm

•

Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra.

•

Khó kiểm tra những vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp.

•

Phương pháp này cần sử dụng chất tiếp âm.

•



Hình 1.17: Siêu âm kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay
Trong y học, siêu âm dùng để kiểm tra thai nhi, theo dõi tình trạng phát triển
của, biết được tình trạng và có biện pháp khắc phục.

Hình 1.18: Siêu âm kiểm tra thai nhi

4. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ
4.1. Cơ sở lý thuyết
Trong phép chụp ảnh thông thường, các tia phản xạ từ vật chụp, đi qua một hệ
thống thấu kính trong máy ảnh để tạo nên một ảnh thực trên phim.


Trong phép chụp ảnh phóng xạ là dùng tia bức xạ (tia X, gamma) từ nguồn bức
xạ, đi qua vật cần chụp để lại hình ảnh của vật chụp trên phim vốn được đặt ngay
sau vật chụp.

1- Nguồn phóng xạ
2- Tia bức xạ
3- Vật cần kiểm tra
4- Khuyết tật
5- Phim
Hình 1.19: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ
Sự khác nhau chủ yếu giữa phép chụp ảnh thông thường và phép chụp ảnh
phóng xạ là khâu xử lý phim. Sau khi chụp, phim được đưa vào phòng tối để xử lý:
hiện ảnh và hãm ảnh. Tuy nhiên, trong phép chụp ảnh bức xạ người ta không cần in
ảnh lên giấy ảnh, khi khảo sát, chỉ cần soi phim trên màn hoặc dùng các máy chiếu
để khuếch đại ảnh.


và neuton vì sự hấp thụ phụ thuộc vào loại điện tích và động năng của hạt.
•

Bước sóng và năng lượng của bức xạ:

Bức xạ điện từ thường có bước sóng xác định và tương ứng với nó là năng lượng
xác định. Đơn vị để đo bước sóng là mét (m) và các dẫn suất của mét. Đơn vị để đo
năng lượng là electron – Volt (eV). 1 eV là động năng của electron thu được khi nó
chuyển động trong một điện tròng có hiệu điện thế là 1 Volt. Bội số của eV là keV
(1.000eV), MeV (1.000.000 eV).
Bức xạ

Tia X

Tia gamma

Bước sóng (m)
10-10
10-11
10-12

Năng lượng (keV)
10
100
1000

Bảng Bước sóng và năng lượng của bức xạ tia X và gamma thường dùng để kiểm tra
chất lượng mối hàn.
•


Nguồn phát: Tia X là sự chuyển mức điện tử và bức xạ hãm, thường được tạo ra
trong các đèn phát tia X khi electron gia tốc đập vào anot, phổ năng lượng của nó có
dạng liên tục.
Tia γ là phản ứng hạt nhân, khi hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ
bị

Tương tác của tia X và γ với vật chất :
•

Hiện tượng hấp thụ:

+ Khi đi qua vật chất, cường độ của chùm bức xạ bị suy giảm
+ Độ suy giảm phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, vật liệu, mật độ và chiều dày
của mẫu vật.
+ Khuyết tật tương ứng với sự thay đổi về chiều dày hoặc mật độ nên lượng bức xạ
đi qua đó sẽ khác so với vùng không có khuyết tật và tạo ra sự khác biệt về độ đen ở
trên phim giúp ta phát hiện được.
+ Cường độ suy giảm theo quy luật hàm mũ


I1 = I0.exp(-µx)
I0: cường độ ban đầu
I1: cường độ sau lớp hấp thụ
x: chiều dày lớp hấp thụ
µ: hệ số hấp thụ tuyến tính, phụ thuộc vào E và ρ và là tổng của 3 quá trình:
hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và tạo cặp:
µ=μpe+ µcs+ µpp

Nguyên lý ghi nhận tia X và γ
•

+ Bán dẫn siêu tinh khiết HPGe
+ Đầu dò Silic pha Li
Thiết bị X-Quang
1. Đèn phát tia X
2. Biến thế điện áp cao
3. Bảng điều khiển
4. Anot
5. Katot

Hình 1.20: Thiết bị X - Quang

thiết bị tia γ
1. Buồng bảo vệ 1
2. Lõi nguồn 3
3. Bộ phận điều khiển nguồn ra vào

2
Hình 1.21: Thiết bị gamma

4.2. Ưu nhược điểm
•

Ưu điểm:

Kiểm tra phóng xạ có thể thực hiện với bất cứ loại vật liệu nào và không có
ngoại lệ.
Nó là phương pháp kiểm tra rất đúng (độ tin cậy cao) và có khả năng tái tạo,
sao chép lại.
Nó có thể lưu trữ hồ sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhất định.
•


5. Phương pháp chụp ảnh nhiệt
5.1. Cơ sở lý thuyết
Năng lượng nhiệt:
Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng. Chúng có thể chuyển từ dạng này sang
dạng khác nhưng không thể mất đi
Các cơ chế truyền nhiệt:
Truyền dẫn:
Sự truyền nhiệt, ví dụ khi nhúng một thanh đồng ở nhiệt độ bình thường vào
một cốc nước nóng các phần tử nước truyền động năng cho phần tử đồng do đó
động năng của nước giảm của đồng tăng nên nhiệt độ của nước giảm còn nhiệt độ
của đồng tăng
Đối lưu:
Chất lưu bị đun nóng thì nở ra nên khối lượng riêng nhỏ đi so với các vùng
không bị hâm nóng do đó phần bị hâm nóng chuyển động lên phía trên còn phần
lạnh chìm xuống dưới tạo thành dòng đối lưu
Bức xạ:
Phương thức truyền nhiệt bằng sóng điện từ không cần môi trường trung gian.
Sự phát xạ:
Một điểm khá quan trọng trong truyền nhiệt bức xạ là độ phát xạ của đối
tượng . Hệ số phát xạ là một thông số hiệu suất trong việc chuyển đổi năng lượng
hồng ngoại. Nó là tỷ lệ năng lượng nhiệt phát ra bởi bề mặt vật thể và năng lượng


phát ra bởi vật đen tuyệt đối ở cùng một nhiệt độ. Vật đen tuyệt đối chỉ tồn tại trong
lý thuyết.
Nếu một đối tượng có độ phát xạ thấp, thiết bị chụp ảnh nhiệt sẽ cho biết nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ bề mặt thực sự. Vì lý do này, hầu hết các hệ thống và các công
cụ cung cấp khả năng cho các nhà điều hành để điều chỉnh độ phát xạ của đối tượng
được đo.


Thiết bị khá đắt tiền.

5.3. Ứng dụng
Sử dụng trong xây dựng để dò tìm độ ẩm, sự phân bố năng lượng, kiểm tra các
đường ống dẫn nước...


Đo hệ số bức xạ, độ che phủ các vật ứng dụng trong quân sự.
Chuẩn đoán lâm sàn trong y tế.
Sử dụng đánh giá các ý tưởng thiết kế giày.
Sử dụng trong công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô...
Sử dụng để khảo sát chế tạo tản nhiết đèn led, khảo sát các loại vi mạch.

Hìn

Hình 1.26 : Kiểm tra lâm sàn ung thư vú
h 1.27 : Kiểm tra các loại vi mạch