radiography

Kiểm tra không phá hủy (NDT) là gì? Các kỹ thuật NDT thông dụng

Kiểm tra không phá hủy NDT (Non Destructive Testing ) đề cập đến một loạt các phương pháp kiểm tra cho phép đánh giá và thu thập dữ liệu về vật liệu, hệ thống hoặc thành phần mà không làm thay đổi hay hư hại vật cần kiểm tra.

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật (bất liên tục) có thể xuất hiện trong vật liệu như vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu trong các mối hàn, kiểm tra ăm mòn kim loại, tách lớp của vật liệu composite, đo độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông, đo bề dày vật liệu, bề dày màng sơn, độ dày lớp mạ, xác định kích thước và định vị cốt thép trong bê tông v.v.

Dựa vào khả năng phát hiện khuyết tật, người ta chia làm hai nhóm chính:

  • Nhóm phương pháp có khả năng phát hiện khuyết tật trên bề mặt và gần bề mặt: kiểm tra bằng mắt (Visual testing – VT), thẩm thấu chất lỏng (Liquid penetrant testing – PT), phương pháp bột từ hay từ tính (Magnetic particle testing – MT) và phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy (Eddy current testing – ET)
  • Nhóm có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong và cả trên bề mặt đối tượng kiểm tra: chụp ảnh phóng xạ (Radiographic testing – RT) và phương pháp siêu âm (Ultrasonic testing – UT)

Kiểm tra trực quan (VT, RVI)

Kiểm tra trực quan là hành động thu thập dữ liệu trực quan về trạng thái của vật liệu. Kiểm tra trực quan có thể được thực hiện bằng mắt (Visual testing – VT) – là phương pháp kiểm tra trực quan phổ biến nhất trong việc đánh giá chất lượng mối hàn sau khi chế tạo, thi công.

Phương pháp này có các đặc điểm sau:

  • Phương pháp này phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của người kiểm tra
  • Chỉ dùng để phát hiện các khuyết tật bề mặt và các biến đổi hình dạng của sản phẩm sau khi chế tạo, trong quá trình sử dụng
  • Là phương pháp được áp dụng đầu tiên trước khi thực hiện các phương pháp NDT tiếp theo.

Siêu âm (UT, PAUT, TOFD, TFM/FMC)

Kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm là quá trình truyền sóng âm tần số cao vào vật liệu để xác định những thay đổi trong đặc tính của vật liệu, phát hiện các khuyết tật bên dưới bề mặt của vật liệu.

Kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp siêu âm có các đặc điểm sau:

  • Phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong vật kiểm tra
  • Dùng kiểm tra các khuyết tật mối hàn (ngậm xỉ, nứt đường hàn, không ngấu, không thấu…)
  • Xác định các khuyết tật bên trong của vật liệu, mối hàn cơ bản như: rổ khí, tách lớp, nứt…
  • Siêu âm kiểm tra chiều dày vật liệu, kiểm tra ăn mòn kim loại
  • Phương pháp này áp dụng được cho tất cả các vật liệu dạng rắn
  • Kết quả kiểm tra phụ thuộc khá nhiều vào thiết bị và kinh nghiệm của kiểm định viên siêu âm

Một số kỹ thuật kiểm tra siêu âm khác nhau như:

  • Kiểm tra siêu âm Mảng pha (PAUT)
  • Kiểm tra siêu âm tự động (AUT)
  • Kiểm tra siêu âm Nhiễu xạ thời gian bay (TOFD)
  • Kiểm tra siêu âm Lấy dữ liệu toàn mảng, hội tụ toàn phần (FMC/TFM)

Chụp ảnh phóng xạ (RT, CR, DR)

Kiểm tra không phá hủy bằng chụp ảnh phóng xạ là hành động sử dụng bức xạ gamma hoặc Tia-X trên vật liệu để xác định sự không hoàn hảo hay bất liên tục.

Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ hướng bức xạ từ đồng vị phóng xạ hoặc máy phát tia X xuyên qua vật liệu được thử nghiệm và ghi nhận lên phim hoặc các cảm biến khác. Các kết quả cho thấy các vùng cơ bản của vật liệu được kiểm tra cũng như tình trạng hiện tại. Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ đòi hỏi thiết bị và chuyên môn khá cao, cũng như các biện pháp phòng ngừa an toàn để ngăn ngừa tiếp xúc quá mức với bức xạ.

Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ có thể phát hiện ra các khiếm khuyết của vật liệu khó có thể phát hiện bằng mắt thường, chẳng hạn như sự thay đổi mật độ hay các vết nứt mảnh.

Kiểm tra dòng điện xoáy (ECT, ECA)

Thử nghiệm không phá hủy kiểm tra dòng điện xoáy là một loại thử nghiệm điện từ sử dụng phép đo cường độ của dòng điện (còn gọi là dòng điện xoáy) trong từ trường xung quanh vật liệu để đưa ra phán đoán về tình trạng vật liệu, có thể bao gồm các vị trí của khuyết tật.

Để tiến hành Kiểm tra dòng điện xoáy, các thanh tra viên kiểm tra cường độ của dòng điện xoáy trong từ trường xung quanh vật liệu dẫn điện để xác định sự gián đoạn gây ra bởi các khuyết tật hoặc không hoàn hảo trong vật liệu.

Kiểm tra dòng điện xoáy lý tưởng cho việc lập bản đồ bề mặt và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm hàng không vũ trụ, đường sắt, sản xuất, dầu khí. ECA là một kỹ thuật cực kỳ nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và dễ sử dụng, mang lại kết quả chính xác cao cũng như có thể thay thế cho PT và MT.

Trong khi công nghệ dòng điện xoáy có thể xuyên qua các lớp phủ mỏng không dẫn điện thì việc sử dụng kỹ thuật lại chỉ thực hiện được ở các vật liệu dẫn điện. Ngoài ra, kiểm tra dòng điện xoáy có thể gặp khó khăn với các hình học phức tạp hoặc các khu vực rộng.

Hạt từ tính NDT (MT)

Kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp Hạt từ tính là hành động xác định sự không hoàn hảo trong vật liệu bằng cách kiểm tra sự gián đoạn trong từ trường trên bề mặt vật liệu.

Để Kiểm tra hạt từ tính, đầu tiên người kiểm tra sẽ tạo ra từ trường trong vật liệu rất dễ bị nhiễm từ. Sau khi tạo ra từ trường, bề mặt của vật liệu sẽ được phủ bởi các hạt sắt mịn và sự sắp xếp của các hạt này cho thấy sự gián đoạn hay liên tục của đường sức từ. Những gián đoạn này tạo ra các chỉ thị trực quan cho các vị trí có sự không hoàn hảo trong vật liệu.

Kiểm tra Phát xạ âm thanh (AE)

Kiểm tra không phá hủy phát xạ âm là hành động sử dụng phát xạ âm để xác định các khuyết tật và không hoàn hảo có thể có trong vật liệu.

Các thanh tra viên tiến hành Thử nghiệm Phát xạ Âm kiểm tra các vật liệu để đo sự bùng phát năng lượng âm thanh, còn được gọi là sự phát xạ âm thanh, gây ra bởi các khuyết tật trong vật liệu. Có thể kiểm tra cường độ, vị trí và thời gian đến để tiết lộ thông tin về các khuyết tật có thể có trong vật liệu.

Thẩm thấu chất lỏng (PT)

Thử nghiệm không phá hủy Thẩm thấu chất lỏng đề cập đến quá trình sử dụng chất lỏng để phủ lên vật liệu và sau đó tìm kiếm các vết nứt có chất lỏng thẩm thấu vào để xác định các điểm không hoàn hảo trong vật liệu.

Phương pháp này có các đặc điểm sau:

  • Chất lỏng sẽ thẩm thấu vào bên trong vật liệu thông qua các khuyết tật trên bề mặt
  • Phát hiện các vết nứt bề mặt, rổ bề mặt…
  • Phương pháp này thường được áp dụng cho các vật liệu không nhiễm từ.
  • Không áp dụng cho những vật liệu có độ xốp cao.
  • Chi phí thực hiện thấp

Kiểm tra rò rỉ (LT)

Kiểm tra không phá hủy rò rỉ đề cập đến quá trình nghiên cứu rò rỉ trong một bồn chứa hoặc cấu trúc để xác định các khuyết tật gây ra sự rò rỉ.

Người kiểm tra có thể phát hiện rò rỉ bên trong bình bằng cách sử dụng các phép đo được thực hiện bằng áp kế, các phép thử bọt xà phòng hoặc thiết bị nghe điện tử.

Phân tích độ rung (VA)

Kiểm tra phân tích độ rung và cân bằng động vượt trội trong việc kiểm tra tính toàn vẹn của các thiết bị quay, bao gồm tuabin, bánh răng, trục và ổ trục. Ba loại phân tích dao động thường được sử dụng: cảm biến gia tốc, cảm biến vận tốc và cảm biến dịch chuyển dòng xoáy.

Gia tốc kế hiệu quả nhất đối với các ứng dụng tốc độ cao, vì chúng nhạy cảm với tần số cao. Cảm biến vận tốc sử dụng nam châm để tạo ra điện trường từ bộ phận quay, cho phép đo hiệu quả các bộ phận chuyển động ở tốc độ chậm hoặc trung bình.

Cảm biến dịch chuyển dòng điện xoáy đo chuyển động vật lý không mong muốn của bộ phận quay trên các trục ngang hoặc trục dọc. Chúng có thể phát hiện những thay đổi về khe hở hoặc chuyển động của trục, cho thấy sự cần thiết phải sửa chữa.

Phương pháp kiểm tra laser (LM)

Ba kỹ thuật kiểm tra không phá hủy dựa trên laser hay được sử dụng là Profilometry, Shearography và Holography.

  • Profilometry sử dụng tia laser quay tròn để hình ảnh bề mặt bên ngoài của vật liệu, phát hiện các vết nứt, xói mòn hoặc rỗ.
  • Shearography là một phương pháp phát hiện sai sót vật liệu “trước và sau” có độ chính xác cao. Tia laser ghi lại hình ảnh của vật liệu trước và sau khi chịu ứng suất và sử dụng các điểm khác biệt được phát hiện để suy ra thay đổi cấu trúc bên trong.
  • Holography sử dụng một phương pháp “trước và sau” tương tự để suy ra các khuyết tật trên quy mô micromet. Hai kỹ thuật này khác nhau về thiết bị và phần mềm được sử dụng để tạo ra kết quả. Shearography được ưa thích cho các bề mặt lớn; trong khi Shearography sư dụng cho những chi tiết nhỏ.

So sánh các phương pháp kiểm tra không phá hủy

Bảng dưới đây so sánh chung về các phương pháp NDT khác nhau, vật liệu thường được sử dụng và những cân nhắc thực tế như tốc độ, yêu cầu thiết lập và các các mối nguy hiểm tạo ra khi sử dụng.

PHƯƠNG PHÁP VẬT LIỆU TỐC ĐỘ GIỚI HẠN NGUY HIỂM THIẾT LẬP
Siêu âm Thép, hợp kim, kim loại khác và vật liệu tổng hợp Nhanh Vật liệu thô, hoặc quá dày Không có Nhanh
Dòng điện xoáy Vật liệu mỏng, dẫn điện Nhanh Chỉ vật liệu dẫn điện Không có Nhanh
Kiểm tra trực quan Tất cả các vật liệu Nhanh Không có khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ hoặc nằm sâu trong vật liệu Không có Nhanh
Kiểm tra Laser Kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, đường ống Nhanh Tiến cập toàn bộ. Tổn thương mắt Vừa phải
Chụp ảnh phóng xạ Hầu hết các vật liệu Nhanh Yêu cầu về thiết bị lớn và an toàn Bức xạ Vừa phải
Hạt từ tính Vật liệu sắt từ Nhanh Chỉ vật liệu sắt từ Bồn chứa hạt từ Chậm
Phát xạ âm Nhựa, vật liệu tổng hợp, kim loại Vừa phải Yêu cầu nhiều cảm biến Không có Vừa phải
Phân tích rung động Thiết bị quay Vừa phải Tiếp cận trực tiếp Gần các bộ phận quay Vừa phải
Thẩm thấu lỏng Vật liệu không xốp Chậm Tiếp cận, vận chuyển chất lỏng Bồn chứa dung dịch thẩm thấu Chậm
Kiểm tra rò rỉ Bồn bể kín Chậm Yêu cầu buồng áp suất Áp suất hoặc chân không Chậm

Việc so sánh các phương pháp NDT khác nhau không dễ dàng, mỗi phương pháp được thiết kế cho mục đích cụ thể. Điều này cũng có nghĩa là tùy thuộc vào ứng dụng, một kỹ thuật NDT nhất định có thể được ưu tiên hơn các phương pháp khác. Tuy nhiên, khi sự lựa chọn không rõ ràng, điều quan trọng là phải hiểu giá trị của từng kỹ thuật NDT là tương đối để đưa ra quyết định chính xác.