Mục Lục
    Thông Tin Ứng Dụng

    Các Phương Pháp Kiểm Tra Không Phá Hủy

    Ngày 05-11-2021

    Một số thì thao tác đơn giản để thực hiện, một số khác thì khó. Trong bài đăng sau đây, chúng tôi sẽ xem xét một số kỹ thuật NDT phổ biến hơn trong ngành. Ngay cả khi bạn đã biết về tất cả các kỹ thuật này, điều này vẫn có thể coi là một sự bổ sung tốt về những điều cơ bản. Nếu bạn chưa biết về những kỹ thuật này, bạn có thể học được điều gì đó mới.

    Kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing) bao gồm những phương pháp kiểm tra khuyết tật (vết nứt, mối hàn, rỗ khí, tách lớp, rò rỉ), đo lường (kích thước, độ dày vật liệu, độ dày lớp phủ, độ cứng, đo lường 3D), phân tích vật liệu (cấu trúc, thành phần, tính liên tục), đánh giá tình trạng thiết bị, vật liệu (rung động, áp suất, nhiệt độ)

    Mục đích của việc kiểm tra nhằm đánh giá đặc tính của vật liệu, thành phần, cấu trúc hoặc hệ thống về sự khác biệt đặc trưng hoặc khuyết tật và sự không liên tục dựa trên các tiêu chí kỹ thuật được quy định mà không gây ra thiệt hại cho bộ phận được thử nghiệm ban đầu sau khi kết thúc quá trình kiểm tra. Việc đánh giá có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất cũng như đảm bảo tính toàn vẹn trong quá trình sử dụng vật liệu, thiết bị. Đánh giá tính chất vật liệu, thiết bị trước khi xảy ra các hư hỏng nặng hơn.

    Các phương pháp kiểm tra không phá hủy phổ biến:

    Trực quan (Visual Testing)

    Kiểm tra trực quan còn được gọi là kiểm tra bằng mắt là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất liên quan đến việc người vận hành khi nhìn vào mẫu thử. Kiểm tra trực quan có thể được hỗ trợ bằng cách sử dụng các công cụ quang học như kính lúp, kính hiển vi hoặc hệ thống đo quang học tự động .

    Phương pháp này cho phép phát hiện sự ăn mòn, lệch lạc, hư hỏng, vết nứt, sai lệch kích thước v.v. Kiểm tra trực quan vốn có trong hầu hết các loại NDT khác vì chúng thường yêu cầu người vận hành tìm kiếm, đánh giá các khiếm khuyết trước khi thực hiện các bước kiểm tra khác.

    Huỳnh quang tia X (X-Ray Flourescence - XRF)

    Huỳnh quang tia X là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy được sử dụng khá phổ biến hiện nay. Phương pháp XRF hỗ trợ mạnh mẽ trong việc phát hiện thành phần nguyên tố (ppm) có trong mẫu thử thông qua tín hiệu và cường độ huỳnh quang phát ra của mẫu thử sau khi chiếu tia X vào nó.

    XRF rất nhạy với các nguyên tố kim loại, nhất là các nguyên tố từ nhôm (Al) đến Uranium (U). Ngoài phân tích thành phần nguyên tố, XRF còn được ứng dụng trong phân tích độ dày các lớp mạ của vật liệu. XRF là một công nghệ đặc biệt hữu ích ở lĩnh vực đo độ dày lớp mạ kim loại, nhất là kim loại quý hiếm, có thể dùng cho bất kỳ lớp mạ kim loại nào, từ một lớp tới bốn lớp, kể cả lớp mạ hợp kim.

    Nguyên lý hoạt động của XRF
    Nguyên lý hoạt động XRF

    Siêu âm (Ultrasonic Testing - UT)

    Kiểm tra siêu âm (UT) là một nhóm các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng sóng siêu âm tần số cao, ngắn để xác định các lỗ hổng trong vật liệu. Phương thức hoạt động bằng cách phát ra sóng vào một vật liệu. Bằng cách đo các sóng này, các đặc tính của vật liệu và các khuyết tật bên trong có thể được xác định. Các thiết bị UT bao gồm bộ tạo xung và bộ thu, bộ chuyển đổi và màn hình hiển thị. Người sử dụng đòi hỏi phải có một kinh nghiệm nhất định khi sử dụng các thiết bị siêu âm. Các kỹ thuật siêu âm đơn giản có thể hỗ trợ người dùng đo độ dày vật liệu, phát hiện khuyết tật, kiểm tra mối hàn với các loại đầu dò phù hợp.

    Ngoài ra có một số loại kỹ thuật kiểm tra siêu âm tiên tiến khác:

    • Kỹ thuật siêu âm mảng điều pha (Phased Array Ultrasonic Testing – PAUT) là kỹ thuật sử dụng một tập hợp các đầu dò siêu âm được tạo thành từ nhiều phần tử nhỏ. Mỗi phần tử trong hệ thống PAUT có thể phát xung riêng lẻ. Điều này được thực hiện với thời gian được tính toán bằng máy tính, thông qua một quá trình được gọi là phân kỳ. Điều này cho phép hệ thống điều hướng chùm tia hội tụ qua nhiều góc độ và khoảng cách tiêu cự khác nhau.
    • Kỹ thuật siêm âm dải rộng (Long Range Ultrasonic Testing – LRUT) là kỹ thuật nâng cao cho phép kiểm tra khối lượng lớn vật liệu từ một điểm thử nghiệm duy nhất. Phương pháp này hoạt động bằng cách cố định các vòng đầu dò đồng nhất xung quanh một đường ống. Các vòng này sau đó tạo ra một loạt các sóng hướng dẫn tần số thấp. Các sóng sau đó có thể truyền đối xứng dọc theo trục ống. Điều này cung cấp độ che phủ hoàn toàn của thành ống. Kỹ thuật này được sử dụng để phát hiện và phân tích các tín hiệu siêu âm nhận được do mất kim loại như ăn mòn và xói mòn.
    Kiểm tra khuyết tật mối hàn với máy siêu âm USM Go Waygate Technologies (Baker Hughes - GE)
    Kiểm tra khuyết tật mối hàn với máy siêu âm USM Go Waygate Technologies (Baker Hughes - GE)

    Dòng điện xoáy (Eddy Current Testing - ET)

    Kiểm tra dòng điện xoáy là một kỹ thuật được sử dụng để phát hiện các lỗ hổng hoặc sự ăn mòn trong vật liệu sắt từ. Nó cũng có thể đo độ dày của các vật liệu nói trên. Kỹ thuật này hoạt động bằng cách áp dụng một điện áp vào một đầu dò xoáy. Cuộn dây tạo ra một từ trường thay đổi bằng cách sử dụng dòng điện xoay chiều, sau khi từ trường này tương tác với mẫu thử tạo ra dòng điện xoáy. Các biến thiên về pha và độ lớn của các dòng điện này được theo dõi bằng cách sử dụng cuộn dây thứ hai, hoặc bằng cách đo các thay đổi đối với dòng điện chạy trong cuộn dây kích từ. Sự hiện diện của bất kỳ lỗ hổng nào sẽ gây ra sự thay đổi trong trường dòng điện xoáy và sự thay đổi tương ứng trong pha và biên độ của tín hiệu đo được.

    Phương pháp này cũng có thể được sử dụng trên các vật liệu cách nhiệt.

    Dòng điện xoáy hình thành khi từ trường bắt đầu tiếp xúc mẫu thử
    Dòng điện xoáy hình thành khi từ trường bắt đầu tiếp xúc mẫu thử

    Kiểm tra Thẩm thấu (Liquid Penetrant Testing - PT)

    Kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (PT) là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang để phát hiện các lỗi bề mặt trên các bộ phận và thiết bị có thể không được nhìn thấy. Kỹ thuật này hoạt động thông qua nguyên tắc "hoạt động mao dẫn", một quá trình mà chất lỏng chảy vào một không gian hẹp (µm) mà không cần sự trợ giúp của trọng lực. Vì là một trong những kỹ thuật NDT dễ nhất và ít tốn kém nhất để thực hiện, PT là một trong những kỹ thuật kiểm tra được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả dầu khí.

    Mặc dù phương pháp này hiệu quả do tính đơn giản và chính xác, nhưng nó cũng có những nhược điểm. Nó chỉ có thể phát hiện những sai sót trên bề mặt. Vì vậy, đối với các lỗ hổng dưới bề mặt, một kỹ thuật như kiểm tra hạt từ tính (MT) là thích hợp hơn.

    Kiểm tra Từ tính (Magnetic Particle Testing - MT)

    Kiểm tra hạt từ tính (MT) được sử dụng để phát hiện các lỗ hổng trên bề mặt và gần bề mặt trong hầu hết các vật liệu sắt từ như sắt, niken và coban, và một số hợp kim của chúng. Do không cần chuẩn bị bề mặt theo yêu cầu của các phương pháp thử không phá hủy khác, nên việc tiến hành MT tương đối nhanh và dễ dàng. Điều này đã làm cho nó trở thành một trong những kỹ thuật NDT được sử dụng phổ biến.

    Nội soi- Kiểm tra trực quan từ xa (Remote Visual Inspection)

    Kiểm tra bằng hình ảnh từ xa (RVI) là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy có từ những năm 1970, sử dụng nhiều loại máy quay video, ống soi video, máy ảnh điều khiển từ xa, trình thu thập thông tin và các công cụ chuyên dụng khác để kiểm tra từ xa các bộ phận có bị ăn mòn và hư hỏng hay không. RVI cho phép người vận hành có thể kiểm tra các khu vực nguy hiểm, hoặc khu vực khó tiếp cận trực tiếp (đường ống có kích thước nhỏ, sâu, tuabin phản lực)

    Kiểm tra động cơ phản lực tubing máy bay với máy nội soi Mento Visual IQ
    Kiểm tra động cơ phản lực tubing máy bay với máy nội soi Mento Visual IQ

    Chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing)

    Kiểm tra bức xạ (RT) là một phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng tia X hoặc tia gamma để kiểm tra cấu trúc bên trong của các thành phần được sản xuất để xác định bất kỳ sai sót hoặc khuyết tật nào.

    Trong kiểm tra bức xạ, phần kiểm tra được đặt giữa nguồn bức xạ và phim (hoặc máy dò detector). Sự khác biệt về mật độ và độ dày vật liệu của thành phần thử nghiệm sẽ làm suy giảm bức xạ xuyên qua các quá trình tương tác liên quan đến tán xạ và hấp thụ. Sự khác biệt về độ hấp thụ sau đó được ghi lại trên (các) phim hoặc thông qua máy tính tích hợp. Trong chụp X quang công nghiệp có sẵn một số phương pháp hình ảnh, các kỹ thuật để hiển thị hình ảnh cuối cùng, chẳng hạn như Chụp X quang Phim (2D), Chụp X quang Thời gian Thực (RTR), Chụp X quang Điện toán (CT), Chụp X quang Kỹ thuật số (DR) và Chụp X quang Điện toán (CR).

    Hinh ảnh X quang

    Rò rỉ từ thông (Magnatic Flux Leakage)

    Phương pháp này sử dụng một nam châm cực mạnh để tạo ra từ trường bão hòa các kết cấu thép như đường ống, cáp thép, băng tải và bể chứa. Theo đó, một cảm biến được sử dụng để phát hiện những thay đổi về mật độ từ thông cho thấy bất kỳ sự giảm sút nào của vật liệu do rỗ, xói mòn hoặc ăn mòn vật liệu.

    MFL được đánh giá là phương pháp kiểm tra có tốc độ nhanh, nhạy cảm với các dạng khuyết tật khác nhau, có thể kiểm tra ở những nơi khó tiếp cận và đôi khi không yêu cầu ngừng hoạt động sản xuất.

    Kiểm tra không phá hủy cáp thép, bồn bể và băng tải
    Kiểm tra không phá hủy cáp thép, bồn bể và băng tải với thiết bị MFL của INTRON PLUS

    Kiểm tra độ cứng (Hardness Testing)

    Là phương pháp kiểm tra cơ tính của vật liệu thông qua việc xác định khả năng chống chịu biến dạng cơ học, chống trầy xước của mẫu thử trước sự xâm lấn của vật liệu khác cứng hơn. Việc đa dạng hóa phương pháp kiểm tra đã góp phần rất lớn cho các ứng dụng kiểm tra độ cứng phổ biến hiện nay.

    Các phương pháp kiểm tra phổ biến bao gồm:

    • Mohs: là phương pháp kiểm tra độ cứng đầu tiên được phát triển dựa trên nguyên lý chống trầy xước bề mặt. Áp dụng trong ngành khai khoáng.
    • Leeb: là phương pháp dựa trên thử nghiệm va đập, bật nảy (rebound). Các đối tượng thử nghiệm thường to và nặng, khó di chuyển.
    • UCI: là phương pháp trở kháng siêu âm (Ultrasonic Contact Impedance) hay còn gọi là Vicker sửa đổi. Kết quả thu được dựa trên tần số phản hồi thông qua một đầu đo kim cương.
      Phù hợp cho các kiểm tra khu vực mối hàn và HAZ.
    • Shore: phương pháp đo đo cứng dành riêng cho các loại vật liệu như nhựa, cao su, silicon… các loại vật liệu có tính đàn hồi.
    • Rockwell: phương pháp đo độ cứng dựa trên chiều sâu thâm nhập của đầu đo hình nón hoặc bi. HRC, HRB hiện được coi là tiêu chuẩn độ cứng của các loại thép.
    • Brinell: phương pháp đo dựa trên đường kính vết lõm hình tròn.
    • Vicker: phương pháp đo dựa trên kích thước vết lõm hình vuông. Đối tượng thử nghiệm nhỏ, mỏng.
    • Knoop: phương pháp đo dựa trên kích thước vết lõm hình thoi. Phù hợp với các vật liệu như kính, gốm sứ, gạch men.
    Lịch sử phát triển của các phép thử độ cứng
    Lịch sử phát triển của các phép thử độ cứng

    Quang phổ Laser (LIBS)

    Thử nghiệm quang phổ laser (LIBS) là kỹ thuật phân tích PMI sử dụng nguồn laser tập trung cao để xác định các thành phần nguyên tố trong vật liệu. Nguồn laser tập trung cao tương tác bề mặt mẫu thử trong thời gian ngắn, plasma được hình thành bao gồm các nguyên tử và ion được kích thích điện tử. Khi các nguyên tử này phân rã trở lại trạng thái cơ bản, chúng phát ra các bước sóng ánh sáng đặc trưng và được thu nhận thông qua bằng quang phổ kế. Ánh sáng tương tác với cách tử nhiễu xạ, nơi nó bị tách thành các bước sóng / màu sắc đơn lẻ. Các bước sóng / màu sắc đơn lẻ chạm vào máy dò và tạo ra dữ liệu quang phổ. Bộ vi xử lý trung tâm sẽ phân tích dữ liệu quang phổ và xác định nồng độ của từng nguyên tố có trong mẫu.

    Máy quang phổ laser Vulcan Hitachi High-Tech
    Máy quang phổ laser Vulcan Hitachi High-Tech

    Phương pháp kiểm tra không phá hủy và ứng dụng thực tiễn:

    Tùy thuộc vào mục đích kiểm tra mà người kiểm tra sẽ lựa chọn phương pháp phù hợp. Ứng với mỗi trường hợp cụ thể sẽ có thể lựa chọn những phương pháp phù hợp.