CHệễNG 5 CHUAÅN ẹềNH HEÄ THOÁNG KIEÅM TRA
5.2. CÁC MẪU CHUẨN KIỂM TRA
Trong phương pháp kiểm tra siêu âm xung phản hồi, các mẫu chuẩn có rãnh cắt chữ V khe hẹp hay lỗ khoan được sử dụng để:
(i) Đánh giá các đặc trưng làm việc của máy dò khuyết tật và đầu dò.
(ii) Thiết lập các điều kiện kiểm tra có thể lập lại được.
(iii) So sánh độ cao biên độ hoặc vị trí của xung phản hồi từ khuyết tật trong vật kiểm tra với độ cao biên độ hoặc vị trí của khuyết tật nhân tạo trong mẫu chuẩn so sánh.
Những khối mẫu dùng cho hai mục đích đầu được gọi là mẫu chuẩn còn những khối mẫu dùng cho mục đích thứ ba gọi là mẫu đối chứng (so sánh đánh giá). Cùng một khối mẫu này có thể dùng làm mẫu chuẩn hoặc mẫu đối chứng (so sánh đánh giá). Các khối mẫu chuẩn có kích thước được quy định và ban hành bởi bất kỳ tổ chức nào có liên quan đến các tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu thì được gọi là mẫu chuẩn kiểm tra.
Một số mẫu chuẩn kiểm tra được sử dụng rộng rãi cùng các ứng dụng chuẩn của nó được giới thiệu dưới đây :
5.2.2. Maóu chuaồn I.I.W (V1) :
Mẫu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất là mẫu chuẩn được chế tạo từ vật liệu thép carbon ferritic trung bình đã được thường hóa của Viện Hàn quốc tế (I.I.W) đưa ra và được tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) chấp nhận. Mẫu này được gọi là mẫu I.I.W (V1) và được mô tả hình vẽ 5.1
CHệễNG 5 156
Hình 5.1 – Mẫu chuẩn I.I.W (V1) để chuẩn định thiết bị với các loại đầu dò góc và thẳng.
(toàn bộ kích thước trên đều có đơn vị là mm).
Mẫu này thường được dùng để :
(i) Chuẩn thời gian quét bằng cách sử dụng bề dày 25mm, 100mm và 200mm cho các đầu dò thẳng và sử dụng cung bán kính 100mm cho các đầu dò góc.
(ii) Xác định điểm ra của đầu dò bằng cách sử dụng cung bán kính 100mm.
(iii) Xác định góc phát đầu dò góc sử dụng tấm nêm bằng thủy tinh hữu cơ, các giá trị góc được khắc dấu ở mặt bên của mẫu chuẩn. Các đầu dò góc thường bị mài mòn trong quá trình sử dụng. Khi bị mài mòn, thường gây ra sự thay đổi góc phát và điểm ra của đầu dò.
(iv) Kiểm tra các đặc trưng biểu diễn của máy dò khuyết tật bằng siêu âm như : + Độ tuyến tính của thời gian quét.
+ Độ tuyến tính theo chiều cao màn ảnh máy.
+ Độ tuyến tính của núm điều khiển biên độ.
+ Khả năng phân giải + Khả năng xuyên sâu.
+ Đánh giá vùng chết.
+ Độ rộng xung.
(v) Đặt độ nhạy.
(vi) Chuẩn đường thời gian quét cơ bản và đặt độ nhạy theo phương pháp giản đồ DGS (vii) So sánh các vật liệu có vận tốc âm truyền khác nhau.
Thủy tinh hữu cơ
5.2.3. Maóu chuaồn V2 :
Đây là dạng thu nhỏ của mẫu chuẩn V1, thích hợp cho việc sử dụng tại hiện trường, mặc dù có một số chức năng ít hơn so với mẫu chuẩn V1. Mẫu chuẩn V2 cũng được Viện hàn quốc tế (I.I.W) đưa ra. Phiên bản mới nhất của mẫu chuẩn này được mô tả trên hình 5.2.
Mẫu này đặc biệt thích hợp đối với các đầu dò thẳng hoặc góc đường kính nhỏ cóù chiều dài trường gần ngắn, để chuẩn các thang đo.
Hình 5.2 – Maãu chuaãn I.I.W - V2.
Mẫu chuẩn V2 được chế tạo bằng thép có kích thước giới thiệu trong hình 5.2. theo đơn vị mm. Có dung sai là 0,1mm ngoại trừ thước đo chiều dài khắc trên mẫu dung sai là
0,5mm. Mẫu chuẩn này có hai cung có bán kính 25mm và 50mm. Điểm ‘A’ thường là điểm hội tụ cho cả hai cung bán kính. Các ứng dụng chuẩn của mẫu này được trình bày ở phaàn sau.
5.2.4. Mẫu chuẩn so sánh (đối chứng) ASME :
Mẫu chuẩn này được dùng để xây dựng đường cong bổ chính biên độ -khoảng cách (đường cong DAC) trên màn hình CRT bằng cách ghi lại sự thay đổi biên độ xung phản hồi từ những lỗ khoan theo sự thay đổi khoảng cách quét .
Mẫu chuẩn này được làm từ những vật liệu giống như vật liệu của các vật thể cần kiểm tra và có các lỗ khoan từ mặt bên. Độ dày của mẫu và đường kính của các lỗ khoan từ mặt bên phụ thuộc vào độ dày của vật thể cần kiểm tra. Một mẫu chuẩn so sánh ASME điển hình được gọi là mẫu chuẩn cơ bản (BCB)- mô tả trong hình 5.3, đã được sử dụng để chuẩn cho kiểm tra các mối hàn. Bảng 5.1 cho giá trị kích thước của một số phần tử phản xạ chuẩn chỉ định tương ứng với các bề dầy mối hàn khác nhau.
CHệễNG 5 158
Hình 5.3 – Mẫu chuẫn cơ bản ASME (BCB).
Bảng 5.1 : Các phần tử phản xạ chuẩn chỉ định.
Bề dày mối hàn (t) Bề dày mẫu chuẩn cơ bản T Đường kính lỗ Kích thước rãnh cắt chữ V 1 inch (25,4mm) hoặc nhỏ
hôn
3/4 inch (19,0mm) hoặc t 3/32 inch (2,38mm) Bề rộng = 1/8 inch (3,17mm) đến 1/4 inch (6,35mm) Trên 1 inch (25,4mm) đến
2 inch (50,8mm). 1ẵ inch (38,1mm) hoặc t 1/8 inch (3,17mm) --- Trên 2 inch (50,8mm) đến
4 inch (101,6mm)
3 inch (76,2mm) hoặc t 3/16 inch (4,76mm) Độ sâu = 2% T Treân 4 inch (101,6mm)
đến 6 inch (152,4mm) 5 inch (127,0mm) hoặc t 1/4 inch (6,35mm) --- Treân 6 inch (152,4mm)
đến 8 inch (203,2mm)
7 inch (177,8mm) hoặc t 5/16 inch (7,94mm) Chiều dài = 2 inch (50,8mm) Treân 8 inch (203,2mm)
đến 10 inch (254mm) 9 inch (228,6mm) hoặc t 3/8 inch (9,52mm) --- Treân 10 inch (254,0mm) --- --- ---
Ghi chuù :
(a) Các lỗ phải được khoan và doa với độ sâu nhỏ nhất 2
11 inch (38,1mm) và phải song song với bề mặt kiểm tra.
(b) Các rãnh cắt chữ V có thể thêm vào nếu cần thiết.
(c) Dung sai đường kính lỗ là 1/32 inch (0,79mm). Dung sai độ sâu của một rãnh cắt phải là + 10 và – 20%. Dung sai vị trí lỗ qua suốt độ dày là 1/8 inch (3,17mm).
(d) Khi bề dày tăng lên mỗi 2 inch (50,8mm), thì đường kính lỗ sẽ tăng lên 1/16 inch (1,58mm).
5.2.5. Các mẫu chuẩn biên độ – diện tích :
Trong các mẫu chuẩn biên độ – diện tích có những khuyết tật nhân tạo có kích thước khác nhau ở cùng một độ sâu.
Tám mẫu chuẩn dạng khối trụ có cùng đường kính (50mm) và cùng chiều cao 4 33inch (95,25mm) hợp thành một bộ mẫu chuẩn biên độ – diện tích.
Vật liệu chế tạo mẫu phải có cùng những tính chất âm học như vật liệu của vật thể cần kiểm tra. Mỗi khối chuẩn có một lỗ đáy bằng được khoan tại tâm của mặt đáy sâu vào 3/4 inch (19,6mm) - Hình 5.4. Các đường kính của lỗ thay đổi từ 1/64 (0,4mm) đến 8/64 inch (3,17mm). Các khối được đánh số tương ứng theo đường kính của lỗ, là mẫu số 1 có đường kính lỗ 1/64 inch (0,4mm) và cứ thế cho đến mẫu số 8 có đường kính lỗ 8/64 inch (3,17mm). Những mẫu chuẩn biên độ – diện tích tương tự được chế tạo từ khối vuông
16
115inch (49,2mm) đôi khi được sử dụng với tên là bộ mẫu chuẩn dãy Alcoa – dãy A.
Hình 5.4 - Mẫu chuẩn biên độ - diện tích.
Biên độ của xung phản hồi từ lỗ đáy bằng trong vùng trường xa của đầu dò thẳng tỷ lệ với diện tích của đáy lỗ. Do đó những mẫu chuẩn này có thể được dùng để kiểm tra độ tuyến tính của máy kiểm tra khuyết tật phản hồi xung và xác lập mối quan hệ giữa biên độ và diện tích (hoặc nói cách khác là kích thước của khuyết tật). Do lỗ đáy bằng là một mặt phản xạ lý tưởng và hầu hết các khuyết tật thực tế đều có tính phản xạ kém hơn, nên mẫu chuẩn biên độ – diện tích sẽ xác định giới hạn dưới về kích thước một khuyết tật tạo ra một xung phản hồi có độ cao ứng với giá trị chọn trước trên màn hình CRT. Ví dụ nếu độ cao của tín hiệu từ một khuyết tật có trong vật kiểm tra là 6 đơn vị của thang chia và đây cũng là độ cao tín hiệu thu được từ vật lỗ đáy bằng có đường kính 5/64 inch (1,98mm) có cùng một độ sâu như của khuyết tật thì ta không thể xác định một cách chớnh xỏc khuyết tật thật sự lớn hơn lỗ so sỏnh bao nhiờu. Nhưng khuyết tật tối thie ồu sẽ lớn bằng kích thước đường kính lỗ đáy bằng đang so sánh.
Đường kính 2‛ (50mm) Mặt trên
Lỗ đáy bằng
Đường kính 1/64‛ đến 8/64‛ (0,4 đến 3,17mm)
CHệễNG 5 160
5.2.6. Các mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách :
Những mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách có các khuyết tật nhân tạo với kích thước cố định ở những độ sâu khác nhau (khoảng cách kim loại). Như đã biết trong phần lý thuyết về sóng siêu âm là sự suy giảm của biên độ xung phản hồi từ lỗ đáy bằng khi dùng đầu dò thẳng dạng tròn tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến đáy lỗ. Các mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách (còn gọi là bộ Alcoa - dãy B hoặc các mẫu chuẩn Hitt), chúng được sử dụng để kiểm tra sự thay đổi thật sự của biên độ theo khoảng cách trong kiểm tra một vật liệu nhất định bằng cách dùng đầu dò chùm tia thẳng. Nó cũng được dùng như một chuẩn ngoại (so sánh) để thiết lập hoặc chuẩn hoá độ nhạy của một hệ thống kiểm tra sao cho những tín hiệu từ các khuyết tật có kích thước đã định và lớn hơn sẽ xuất hiện trên màn hình CRT, nhưng màn hình sẽ không chỉ thị những tín hiệu từ những bất liên tục nhỏ hơn mà ta không quan tâm. Ở những thiết bị được trang bị như trên, những mẫu chuẩn này được dùng để hiệu chỉnh biên độ - khoảng cách sao cho một khuyết tật có kích thước xác định sẽ cho một tín hiệu trên màn hình CRT, tín hiệu này có biên độ đã được xác định trước mà không cần quan tâm gì đến khoảng cách từ bề mặt vào (bề mặt áp đầu dò).
Hình 5.5 - Mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách.
Cú 19 mẫu chuẩn trong bộọ mẫu Alcoa dóy B là những khối trụ cú đường kớnh 2 inch (50mm) có cùng vật liệu như vật thể được kiểm tra. Tất cả đều có lỗ đáy bằng sâu 3/4 inch (19,6mm) được khoan tại tâm điểm của bề mặt đáy (Hình 5.5). Các khối trong hệ mẫu chuẩn đều có lỗ với đường kính giống nhau. Các bộ mẫu có thể được sản xuất với các lỗ có đường kính là 3/64 inch (1,19mm), 5/64 inch (1,98mm), và 8/64 inch (3,17mm).
Độ dài của các mẫu thay đổi tương ứng với những khoảng cách kim loại là 1/16 inch (1,59mm), 1/8 inch (3,17mm) tới 1 inch (25,4mm) với chỉ số gia tăng là 1/8 inch (3,17mm) và
4
11 inch (31,7mm) tới 4
53 inch (146mm), với số gia tăng là 1/2 inch
Lỗ dáy bằng
Đường kính 3/64‛ , 5/64‛ hoặc 8/64‛
(1,19; 1,98; 3,17mm)
Mặt trên Đường kính 2‛ (50mm)
Khoảng cách kim loại
(12,7mm) (xem bảng 5.2). Mỗi mẫu chuẩn Alcoa dãy B được đánh dấu bằng mã số gồm một chữ số, dấu nối và 4 chữ số sau dấu nối. Chữ số đầu tiên là đường kính của lỗ được biểu diễn bằng đơn vị 1/64 inch, bốn chữ số sau là khoảng cách kim loại từ bề mặt đỉnh tới đáy lỗ được biểu diễn bằng đơn vị 1/100 inch. Ví dụ minh họa trong bảng 5.2 mẫu chuẩn được đánh dấu 3 – 0075 có đường kính lỗ là 3/64 inch (1,19mm) khoảng cách kim loại là 3/4(0,75) inch (19,6mm).
Bảng 5.2 : Bộ mẫu chuẩn khoảng cách – biên độ : Mã số nhận dạng
cuûa maãu
Khoảng cách kim loại Chiều dài tổng cộng
Inch mm Inch mm
3 – 0006 0,062 (1/16) 1,57 0,875 22,2
3 – 0012 0,125 (1/8) 3,2 0,875 22,2
3 – 0025 0,250 (2/8) 6,4 1,000 25,4
3 – 0037 0,375 (3/8) 9,5 1,125 28,6
3 – 0050 0,500 (4/8) 12,7 1,250 31,8
3 – 0062 0,625 (5/8) 15,9 1,375 34,9
3 – 0075 0,750 (6/8) 19,1 1,500 36,1
3 – 0087 0,875 (7/8) 22,2 1,625 41,3
3 – 0100 1,000 25,4 1,750 44,5
3 – 0125 1,250 (1ẳ) 31,8 2,000 50,8
3 – 0175 1,750 (1ắ) 44,5 2,500 63,5
3 – 0225 2,250 (2ẳ) 57,2 3,000 76,2
3 – 02753 2,750 (2ắ) 69,9 3,500 88,9
3 – 0325 3,250 (3ẳ) 82,6 4,000 101,6
3 – 0375 3,750 (3ắ) 95,3 4,500 114,3
3 – 0425 4,250 (4ẳ) 108,0 5,000 127,0
3 – 0475 4,750 (4ắ) 120,7 5,500 139,7
3 – 0525 5,250 (5ẳ) 133,4 6,000 152,4
3 – 0575 5,750 (5ắ) 146,1 6,500 165,1
5.2.7. Các mẫu chuẩn ASTM:
Các khối mẫu chuẩn ASTM có thể được kết hợp thành các bộ khác nhau của mẫu chuẩn biên độ – diện tích và mẫu chuẩn biên độ – khoảng cách. Bộ mẫu chuẩn cơ bản ASTM chuẩn biên độ – khoảng cách gồm 10 khối mẫu chuẩn hình trụ có đường kính 2 inch (50mm) và trong mỗi khối có một lỗ đáy bằng sâu 3/4 inch (19mm) được khoan tại tâm của bề mặt đáy. Một khối mẫu chuẩn có một lỗ đường kính 3/64 inch (1,19mm) tại khoảng cách kim loại là 3 inch (76,2mm) và bảy khối mẫu chuẩn có các lỗ đường kính 5/64 inch (1,98mm) tại khoảng cách kim loại 1/8 inch (3,17mm), 1/4 inch (6,35mm), 1/2 inch (12,7mm), 3/4 inch (19mm),
2
11 inch (38,1mm) 3 inch (76,2mm) và 6 inch (152,4mm). Những khối mẫu chuẩn còn lại có đường kính lỗ là 8/64 inch (3,17mm) tại
CHệễNG 5 162
khoảng cách kim loại là 3 inch (76,2mm) và 6 inch (152,4mm). Bộ mẫu chuẩn cơ bản biên độ – diện tích ASTM gồm ba khối mẫu chuẩn hình trụ có khoảng cách kim loại 3 inch (76,2mm) và đường kính lỗ là 3/64 inch (1,19mm), 5/64 inch (1,98mm) và 8/64 inch(3,17mm). Các khối mẫu chuẩn còn lại có đường kính lỗ 3/64 inch (1,19mm) sẽ cho một bộ mẫu chuẩn biên độ - khoảng cách.
Ngoài bộ mẫu chuẩn cơ bản, ASTM còn liệt kê thêm nhiều hơn 5 mẫu chuẩn so sánh biên độ – diện tích và hơn 80 mẫu chuẩn biên độ - khoảng cách. Mỗi mẫu chuẩn ASTM được đánh dấu bằng mã số nhận như đã sử dụng cho bộ mẫu Alcoa -dãy B.