- Trang Chủ
- Cơ khí - Chế tạo máy
- Giáo trình Thực tập tại cơ sở sản xuất (Nghề: Hàn - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- Bài 6: nâng cao kỹ năng nhận biết các loại vật liệu hàn, vật liệu cơ bản chế
tạo kết cấu hàn
Mã bài: MĐ26-06
Mục tiêu:
- Trình bày được các loại vật liệu dùng trong chế tạo kết cấu hàn;
- Nhận biết được một số vật liệu hàn đặc biệt;
- Có ý thức, trách nhiệm trong công việc.
- Nội dung chính:
6.1. Nhận biết các loại thép các bon cao
Mục tiêu:
- Trình bày được cơ sở nhận biết các loại thép cac bon cao;
- Nhận biết được các loại thép các bon cao bằng các biện pháp như thông
qua ký hiệu, thử hoa lửa, hàn;
6.1.1 Nhận biết thép qua ký hiệu
Có nhiều cách phân loại thép cacbon mà mỗi cách cho biết một đặc trưng
riêng biệt cần để ý để sử dụng thép được tốt hơn.
Theo độ sạch tạp chất có hại và phương pháp luyện.
Rõ ràng là thép càng ít tạp chất có hại (P, S) và các khí (H, O, N) có độ
dẻo, độ dai càng cao tức có cơ tính tổng hợp cao, chất lượng càng cao. Các
phương pháp luyện thép khác nhau có khả năng loại trừ tạp chất có hại khác
nhau này ở các mức cao thấp khác nhau do đó tạo cho thép chất lượng tốt, xấu
khác nhau. Có nhiều phương pháp luyện thép song cho đến hiện nay trên thế
giới chỉ còn tồn tại ba phương pháp chính là lò mactanh, lò điện hồ quang và lò
thổi ôxy từ đỉnh (lò L-D) (nước ta chỉ bằng lò điện hồ quang), ngoài ra còn các
phương pháp làm sạch tạp chất ngoài lò.
Theo mức độ sạch tạp chất từ thấp đến cao có các mức chất lượng sau.
- Chất lượng thường, lượng P, S chỉ được khử đến mức 0,050% (hay cao
hơn một chút) cho mỗi nguyên tố. Phương pháp luyện thép L-D thường chỉ đạt
được cấp chất lượng này mặc dầu nó cho năng suất rất cao và giá thành thép rẻ.
Cấp chất lượng này thường chỉ áp dụng cho nhóm thép có yêu cầu không cao
như một số thép xây dựng thông dụng.
63
- - Chất lượng tốt, lượng P, S được khử đến mức 0,040% cho mỗi nguyên
tố. Phơng pháp luyện thép bằng lò mactanh và lò điện hồ quang dễ dàng đạt
được cấp chất lượng này. Cấp chất lượng này thường áp dụng cho các nhóm
thép dùng trong chế tạo máy thông dụng, tức có yêu cầu cao hơn.
- Chất lượng cao, lượng P, S được khử khá cẩn thận, đến mức 0,030% cho
mỗi nguyên tố. Với các biện pháp kỹ thuật bổ sung (dùng chất khử mạnh, tuyển
chọn nguyên liệu vào...) vẫn có thể đạt được cấp chất lượng này bằng phương
pháp luyện thép trong lò điện hồ quang.
- Chất lượng rất cao, lượng P, S được khử ở mức triệt để nhất: 0,020%
cho mỗi nguyên tố. Chỉ với các lò điện hồ quang không thể đạt được giới hạn
này. Thép sau khi luyện ở lò này được tinh luyện tiếp tục: khử tạp chất ở ngoài
lò bằng xỉ tổng hợp, bằng điện xỉ. Ngoài ra để giảm tối đa lượng khí chứa trong
thép người ta phải áp dụng đúc rót thép trong chân không.
Các thép cacbon có thể được cung cấp ở ba cấp chất lượng: thường, tốt và
cao (ít gặp). Các thép hợp kim không có cấp chất lượng thường, chỉ có các cấp:
tốt, cao và rất cao. Thép xây dựng thường chỉ yêu cầu chất lượng thường, trong
khi đó thép chế tạo máy phải có chất lượng từ tốt trở lên. Riêng thép làm ổ lăn
phải đạt cấp chất lượng rất cao.
Theo phương pháp khử ôxy
Theo mức độ khử ôxy có triệt để hay không người ta chia ra hai loại thép
sôi và thép lặng.
Thép sôi là loại không được khử ôxy triệt để, tức chỉ bằng chất khử không
mạnh là ferô mangan, nên trong thép lỏng vẫn còn FeO và do đó có phản ứng:
FeO + C → Fe + CO↑
KhíCO bay lên làm mặt thép lỏng chuyển động như thể bị "sôi" vậy (nên
có tên là thép sôi) và tạo ra bọt (rỗ) khí trong thỏi đúc. Khi cán nóng tiếp theo
phần lớn bọt khí được hàn kín lại (chú ý là vỏ bọc khí nằm trong thỏi đúc, không
tiếp xúc với không khí nếu không lưu kho quá lâu sẽ chưa bị ôxy hóa nên các
nguyên tử sắt dễ khuếch tán, hàn kín lại khi cán nóng) nên nói chung không ảnh
hưởng xấu đến cơ tính của thép đã qua biến dạng nóng. Các đặc điểm của thép
sôi là:
- Do không được khử bằng ferô silic nên chứa rất ít silic, thường là ≤ 0,05
- 0,07%, nên ferit của thép rất mềm và dẻo, rất dễ dập nguội.
- Không cho phép dùng thép sôi để chế tạo các vật đúc định hình vì các rỗ
khí làm giảm mật độ, tập trung ứng suất gây ảnh hưởng rất xấu đến cơ tính.
- Không cho phép dùng thép sôi để làm các kết cấu hàn chảy, do trong thép vẫn
64
- còn ôxy (FeO) nên khi chảy lỏng phản ứng tạo CO lại xảy ra, mối hàn chứa
nhiều bọt khí.
- Không cho phép dùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon do không
được khử ôxy triệt để nên thuộc loại thép hạt bản chất lớn.
Thép lặng là loại được khử ôxy triệt để bằng cả ferô mangan lẫn ferô silic
là chất khử mạnh và nhôm, nên trong thép lỏng không xảy ra phản ứng trên, mặt
thép lỏng luôn "phẳng lặng" (nên có tên là thép lặng). Các đặc điểm của thép
lặng là:
- Do được khử bằng ferô silic nên chứa một lượng nhất định silic, thường
trong khoảng 0,15 - 0,35%, vì thế ferit của thép cứng và bền hơn, khó dập nguội
hơn.
- Trong tổ chức không có rỗ khí nên có cấu trúc xít chặt hơn, có cơ tính
cao hơn thép sôi, các vật đúc bằng thép phải được chế tạo bằng thép lặng, tuy
nhiên lõm co trong thép lặng khá lớn (phần này phải cắt bỏ đi làm giảm hiệu quả
kinh tế).
- Trong các kết cấu hàn chảy chỉ được phép dùng thép lặng.
- Các chi tiết thấm cacbon chỉ được làm bằng thép lặng.
Do các đặc tính trội hơn thép sôi, thép lặng được sử dụng rộng rãi hơn
Nằm trung gian giữa hai thép trên là thép nửa lặng, nó chỉ được khử ôxy
bằng ferô mangan và nhôm. Tính chất của nó nằm trung gian giữa thép sôi và
thép lặng.
Tuy xuất hiện sau song thép nửa lặng có khuynh hướng thay thế cho thép sôi.
Thép hợp kim chỉ có loại thép lặng, song thép cacbon có thể ở cả ba loại:
sôi, lặng và nửa lặng.
Theo công dụng
Theo mục đích sử dụng hay theo công dụng có thể chia thép cacbon thành
hai nhóm thép kết cấu và thép dụng cụ.
Thép kết cấu là loại được dùng làm các kết cấu, chi tiết chịu tải (lực) do
đó ngoài yêu cầu về độ bền bảo đảm còn cần phải có đủ độ dẻo, độ dai yêu cầu
tức là cơ tính tổng hợp. Đây là nhóm thép được sử dụng thường xuyên nhất với
khối lượng lớn nhất. Trong nhóm này còn có thể phân tiếp thành hai nhóm nhỏ
hơn là xây dựng và chế tạo máy:
- Thép xây dựng là loại chủ yếu được dùng trong xây dựng để làm các kết
cấu thép dưới dạng các thanh dài, tấm rộng ghép lại, chúng đòi hỏi cơ tính tổng
65
- hợp song không cao. Thép xây dựng tuy có cần bền song phải có độ dẻo cao để
dễ uốn khi lắp ghép và độ dai cao để khó bị phá hủy giòn, có tính hàn tốt.
- Thép chế tạo máy đòi hỏi cơ tính tổng hợp ở mức độ cao hơn nên nói
chung đòi hỏi chất lượng cao hơn, đặc biệt là độ bền phải cao trong khi vẫn phải
bảo đảm tốt độ dẻo, độ dai.
Thép dụng cụ là loại chỉ chuyên dùng làm công cụ nên có yêu cầu chủ yếu
là cứng và chống mài mòn.
Trong thực tế người ta sử dụng tất cả các cách phân loại trên
Mác thép của Trung Quốc : SS400, Q235A, Q235B, Q235C,
Q235D,….theo tiêu chuẩ: JIS G3101, GB221-79
Mác thép của Mỹ: A515 GrB, A516 GrB,
Mác thép của Nga: CT3, CT3πC , CT3Kπ , CT3Cπ Q345B, 65r, SB410 ,
15X , 20X,.....
Thép tấm chịu nhiệt A 515, HARDOX 400, HARDOX 450, HARDOX 500
Thép không gỉ, Inox 304 316 …
Các loại thép carbon cao làm khuôn mẫu, cơ khí chế tạo: S45C,
S50C…SKD11…SKD 61..v.v…
6.1.2 Nhận biết thép qua thử mẫu
Kiểm tra bằng hoa lửa là một phương pháp kiểm tra sơ bộ để phân loại
nhanh hợp kim hệ sắt (sắt, thép, gang). Phương pháp này được thực hiện bằng
cách quan sát hoa lửa tạo ra khi mài mẫu trên máy mài, sau đó đối chiểu với ảnh
(hoặc đồ thị) chuẩn hoặc với hoa lửa của mẫu chuẩn.
Phương pháp này do Max Bermann, một kỹ sư làm việc ở Budapest
(Hungary), đưa ra lần đầu tiên vào năm 1909 khi ông ta phát hiện sự khác nhau
giữa hoa lửa của các mác thép. Ông ta khẳng định có thể phân biệt được các loại
thép khác nhau dựa trên %C và tỷ lệ các nguyên tố hợp kim. Thậm chí, ông ta
còn khẳng định phương pháp này có thể đạt tới độ chính xác 0.01%C.
Phương pháp này được sử dụng nhiều trong các nhà máy, phân xưởng cơ
khí, chế tạo dụng cụ, nhiệt luyện và đúc do tính chất nhanh, dễ dàng và rẻ tiền.
Hơn nữa, phương pháp này không đòi hỏi phải chế tạo, gia công mẫu kiểm phức
tạp; chỉ cần 1 mẩu vật liệu, thậm chí có thể dùng máy mài cầm tay để tạo hoa
lửa. Nhược điểm chính của phương pháp này là không thể xác định chắc chắn
mác vật liệu, nếu yêu cầu xác định chắc chắn thì buộc phải phân tích thành phần
hóa học. Ngoài ra, phương pháp này cũng gây hỏng bề mặt vật liệu.
66
- Từ những năm 1980, khi việc đầu tư các trang thiết bị kiểm tra thành phần
vật liệu không còn quá khó khăn, phương pháp kiểm tra hoa lửa không còn được
sử dụng nhiều trong công nghiệp.
Các phương pháp kiểm tra hoa lửa:
Phương pháp thông thường (dùng đá mài):
Hình 6.1. Tạo hoa lửa bằng máy mài
Phương pháp này thường sử dụng máy mài bàn (VD: máy mài 2 đá) để
tạo hoa lửa, đôi khi cũng có thể sử dụng máy mài cầm tay.
Đá mài phải quay với tốc độ tối thiểu là 23 m/s (vận tốc dài), thực tế nên
điều chỉnh trong khoảng 38 ~ 48 m/s. Đá mài nên sử dụng loại thô và cứng (loại
oxit nhôm hoặc carborundum – SiC).
Chiều dài của hoa lửa phụ thuộc vào lực mài à rất khó so sánh nếu nếu lực
mài mẫu khác nhau. Trong thực tế, lực mài sao cho chùm tia lửa của thép 0.2%
C có chiều dài khoảng 500mm thường được dùng làm lực chuẩn.
Để tránh ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời hoặc để điều chỉnh độ sáng
xung quanh, cần thiết phải sử dụng các loại màn che hoặc buồng tối. Khi mài, để
mẫu tiếp xúc nhẹ với đá mài.
Hướng của chùm tia lửa nên theo phương ngang hoặc hơi chếch lên trên.
Và vị trí quan sát nên ở phía sau hoặc bên phải của chùm tia.
Để nhận biết chính xác hơn, nên có thêm mẫu chuẩn (đã phân tích chính
xác thành phần hóa học) để làm mẫu đối chiếu.
Các mẫu thử cần được làm sạch bề mặt, loại bỏ các lớp thấm (C, N), các
lớp oxit và thoát carbon ... Có thể thực hiện bằng cách mài sâu.
Khi kiểm tra, cần quan sát kỹ chùm hoa lửa từ gốc đến ngọn (theo hình 1).
Đặc biệt cần chú ý vào một số đặc điểm sau:
Chùm tia lửa: màu sắc, số lượng, độ sáng, chiều dài các tia lửa.
Hoa lửa: màu sắc, số lượng, hình dạng, kích cỡ
67
- Trở lực mài: theo cảm giác ở tay khi mài mẫu.
Chú ý: bề mặt đá mài phải vệ sinh thường xuyên để tránh bám vụn kim
loại (dùng cà đá)
Phương pháp dùng khí nén:
Phương pháp này nung mẫu kiểm đến khi nóng đỏ rồi thổi khí trực tiếp
lên mẫu. Khí nén sẽ cung cấp đủ lượng oxy cần thiết để làm cháy bề mặt mẫu và
tạo ra hoa lửa.
Phương pháp này tạo ra luồng hoa lửa có chiều dài lớn hơn và dễ quan sát
hơn và độ chính xác cao hơn so với dùng đá mài.
Do áp suất khí có độ ổn định cao nên việc so sánh, đối chiếu hoa lửa giữa
các mẫu khác nhau trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Phương pháp kiểm tra tự động:
Bằng việc sử dụng các thiết bị quan sát và phân tích quang phổ, phương
pháp này cho độ chính xác cao hơn rất nhiều lần so với quan sát bằng mắt và
hoàn toàn không phụ thuộc kỹ năng cũng như kinh nghiệm của người kiểm tra.
6.1.3. Hàn thử
Hàn thử cũng là một phương pháp để nhận biết được chất lượng của thép
cacbon. Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu người thợ hàn phải có kinh nghiêm
mới có thể nhận biết tương đối chính xác được.
6.2. Nhận biết các loại vật liệu có tính hàn kém
Mục tiêu:
- Trình bày được cơ sở nhận biết các loại vật liệu có tính hàn kém;
- Nhận biết được các loại vật liệu có tính hàn kém thông qua ký hiệu, thử
mẫu, hàn;
6.2.1. Vật liệu hàn có tính hàn hạn chế.
Là các loại vật liệu mà để có được mối hàn chất lượng như mong muốn
thì phải gia công trong các điều kiện khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn.
Thường phải sử dụng các phương pháp sử lý nhiệt và hàn trong môi trường bảo
vệ đặc biệt như khí trơ, chân không... Phần lớn các loại thép cacbon cao, thép
hợp kim cao thuộc nhóm này.
6.2.2. Vật liệu có tính hàn xấu.
Là các loại vật liệu mà để hàn chúng phải sử dụng các phương pháp hàn
đặc biệt, phức tạp và tốn kém. Cơ tính và khả năng làm việc của các liên kết hàn
68
- thường thấp hơn so với vật liệu cơ bản. Các loại gang và một số hợp kim đặc
biệt nằm trong nhóm nay.
6.3. Nhận biết gang
Mục tiêu:
- Trình bày được cơ sở nhận biết các loại gang;
- Nhận biết được các loại gang bằng các biện pháp như thông qua ký
hiệu, thử hoa lửa, hàn.
6.3.1. Nhận biết gang qua ký hiệu
- Gang là một loại kim loại có hàm lượng carbon cao thường từ 2,5 đến
4%C với sắt là thành phần chính. Gang có nhiều loại tùy thuộc vào phương pháp
sản xuất:
+ Gang xám+ Gang trắng
+ Gang dẻo
+ Gang cầu
- Đúc gang là phương pháp có nhiều tiện ích hơn những phương pháp sản
xuất khác. Kỹ thuật đúc gang có thể tạo ra các thành phẩm cũng như các bộ
phận máy để gia công trên các loại máy công cụ bằng cách bào, mài, tiện các
phương pháp gia công này giúp loại bỏ lượng dư hoặc hình dáng của chi tiết.
Gang xám
- Hầu hết các chi tiết hoặc bộ phận máy đều được chế tạo bằng gang xám.
Loại vật liệu này có quy mô ứng dụng rộng rãi thay thế cho nhiều kim loại khác.
Gang xám được sử dụng chế tạo khung máy công cụ, xy lanh, block máy, bánh
răng, bánh đà, ống dẫn…
- Gang xám có tính cắt gọt rất cao, tạo ra các phoi ngắn đó là những grafit
có trong sắt nó làm cho phoi dễ gãy khi gia công. Tính dễ cắt gọt sẽ giảm đi nếu
gang xám phải chịu một quá trình làm nguội không đều hoặc quá nhanh làm cho
vật đúc trở nên biến cứng và dòn tại một số điểm. Tính chịu hàn của gang xám
rất thuận lợi trong việc hàn bằng khí nhưng lại bất lợi cho việc hàn bằng hồ
quang điện. Một thợ hàn lành nghề cộng với việc tuân thủ đúng quy trình có thể
đạt được hiệu quả tốt. Hàn các thân bơm, bánh răng….
- Tính chống mài mòn của gang xám rất tốt hơn cả thép không hợp kim và
thép hợp kim thấp. Tính bền của gang xám tương đối tốt và có thể cải thiện được
bằng cách kết hợp với Cr, Ni, Mo.
Gang trắng
69
- - Phạm vi ứng dụng gang trắng rất hạn chế. Nó chỉ được sử dụng cho một
số chi tiết khi cần thiết như các chi tiết chịu mài mòn như trục cán,vòng đệm
bánh xe tải…
- Gang trắng rất cứng và dòn, khi nứt có màu hơi trắng hàm lượng carbon
cao làm cho nó khó gia công. Tính chịu hàn của gang trắng rất kém.
Gang dẻo
- Gang dẻo có các tính chất chủ yếu như độ bền cao. Gang dẻo được dùng
trong công nghiệp chế tạo xe hơi để sàn xuất phanh, bàn đạp, vành bánh
xe…Ngoài ra gang dẻo còn dùng làm các đầu nối vòi bơm, chìa khóa…
- Gang dẻo mềm và khá dai, dễ cắt gọt vì tất cả các thành phần cứng đã
biến mất trong quá trình chế tạo gang dẻo.
Gang cầu
- Gang cầu có hàm lượng carbon cao từ 3,5 đến 3,9%C bằng cách pha trộn
thêm 0,05%Mn, trong quá trình đúc các grafit biến thành những hạt cầu nhỏ và
các nút. Việc thay đổi cấu trúc từ grafit có biên dạng từ vảy sang những hạt hình
cầu đem lại những đặc tính về sức bền tốt hơn. Nếu được ủ hoàn toàn tiếp sau đó
sẽ làm tăng một cách đáng kể về độ dai.
- Công dụng chủ yếu của gang cầu là thay thế sắt đúc và nó có một phạm
vi rộng rãi tương tự như gang xám. Các ứng dụng điển hình như: khung
máy,trục cán dùng cho các nhà máy thép, các phần đúc của bơm, xi lanh chống
mòn, trục vit, bánh răng hình côn…
- Gang cầu dễ cắt gọt hơn thép không hợp kim vì hàm lượng carbon cao
nên loại gang này không thích hợp cho việc hàn. Về mặt chống mòn gang cầu có
ưu thế hơn thép không hợp kim va tương đương gang xám. Các tính chất bền tốt
hơn gang xám rất nhiều lần.
6.3.2. Nhận biết gang qua thử mẫu
Việc thử mẫu gang cũng sơ bộ cho chúng ta biết được chất lượng của
gang.
6.3.3. Hàn thử
Các khó khăn khi hàn gang:
Thứ nhất, Khả năng biến dạng dẻo của gang rất thấp. Trong biểu đồ thử
kéo của gang thì gần như không có vùng biến dạng chảy rõ rệt.
Thứ hai, Gang rất nhạy cảm với nhiệt, nên rất dễ thay đổi về tổ chức trong
quá trình hàn và quá trình nguội sau khi hàn. Do tốc độ nguội của gang lớn nên
70
- mối hàn và vùng kim loại liền kề dễ hình thành tổ chức tôi, tổi chức gang trắng
có độ cứng, giòn cao ( lên tới 800HB) dễ gây nứt mối hàn.
Thứ 3: Các sản phẩm gang rất đa dang về mặt thành phần hóa học, tổ
chức. Nên khi hàn khó có thể xác định chính xác chế độ hàn và chế độ gia công
nhiệt.
Thứ tư: Ở thể lỏng gang có tính chảy loãng cao. Gang khó hàn ở tư thế khác hàn
sấp.
Khi hàn gang, cần phải tuân thủ những vấn đề sau:
Loại quy trình hàn áp dụng:
Quy trình nguội: Hàn từng đoạn ngắn từ 2-3 cm sau đó để nguội cho đến
khi chạm vào được mối hàn rồi mới hàn tiếp. Trình tự hàn nên áp dụng theo kiểu
phân đoạn nghịch hoặc hàn đối xứng.
Quy trình nóng: Nung nóng vượt lên nhiệt độ chuyên biến pha 600-650
0C và đồng thời liên tục giữ nhiệt trong quá trình hàn. Sau khi hàn cần làm
nguội chậm vật hàn (120 0C/s) trong lò hoặc bằng cách bọc vỏ cách nhiệt(khó
thực hiện với những kết cấu lớn)
Mẹo bổ sung cho quy trình hàn nóng là nung gang cần hàn đến khí thấy
có màu cà chua chín là được (mẹo dùng gỗ thông khô gạt lên chỗ vừa nung thấy
có tàn than bay là được).
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1: Trình bày các nội dung để nhận biết các loại vật liệu như théo các
bon cao, gang?
Câu 2: Trình bày cách nhận biết các loại vật liệu có tính hàn kém?
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI, BÀI TẬP
Câu 1: Nội dung trong tiêu đề 1,3
Câu 2: Nội dung trong tiêu đề 2
71
- Bài 7: Nâng cao kỹ năng nhận biết các dạng sản phẩm của nghề hàn
Mã bài: MĐ26-07
Mục tiêu
- Trình bày được các dạng sản phẩm hàn;
- Nhận biết được các sản phẩm hàn;
- Có ý thức trách nhiệm trong công việc.
Nội dung chính
7.1. Nhận biết bằng trực quan
- Trình bày được cách nhận biết mối hàn bằng trực quan;
- Nhận biết được các khuyết tật trên bề mặt mối hàn bằng trực quan;
- Có tinh thần trách nhiệm trong quá trình kiểm tra mối hàn bằng trực quan.
- Nhận biết sản phẩm hàn bằng trực quan mắt thường để phát hiện sản
phẩm đó là loại kết cấu hàn nào.
7.2. Nhận biết bằng thiết bị kiểm tra
Mục tiêu:
- Trình bày được cách kiểm tra mối hàn bằng phương pháp chụp ảnh
phóng xạ và siêu âm;
- Nhận biết được các khuyết tật của mối hàn bằng phương pháp chụp ảnh
phóng xạ và siêu âm;
- Tuân thủ các quy định trong quá trình kiểm tra chất lượng mối hàn bằng
phương pháp chụp ảnh phóng xạ và siêu âm.
7.2.1. Chụp tia Xquang, gama
1
7.2.1.1. Chụp tia Xquang
Do năng lực xuyên qua các loại 2
vật chất của tia X, cho nên ta có thể
dùng tia để kiểm tra những khuyết tật
trong nội bộ mối hàn. Tia do đèn 3
trong máy phóng tia phát ra. Khi
kiểm tra bằng tia X, để tia chiếu
thẳng vào mối hàn, sau mối hàn có đặt 6
4
một chiếc hộp có đặt phim cảm quang 5
(Hình 7.1).
Hình 7.1. Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng tia .
1. Đèn tia . 2. Tia . 3. Vật hàn. 4. Hộp có nắp kín.
5. Phim cảm quang. 6. Tấm chắn bằng chì.
72
- Nếu trong mối hàn có những lỗ hơi, lẫn xỉ, vết nứt và hàn chưa thấu v.v..
thì năng lực của tia x xuyên qua những chỗ thiếu sót này tương đối lớn hơn kim
loại vật hàn. Cho nên khi tia thông qua những chỗ thiếu sót này, sự cảm quang
của phim sẽ tương đối lớn. sau khi tráng phim, trên phim hiện ra rất rõ những
thiếu sót trong mối hàn. phương pháp kiểm tra bằng loại này do thiết bị dùng đắt
tiền, cho nên chỉ dùng cho những cấu kiện quan trọng và ở những nơi cần thiết.
Tia X do máy phát ra chỉ xuyên qua được những vật hàn bằng
thép cac bon thấp, có bề dày không quá 100mm mà thôi.
7.2.1.2. Kiểm tra bằng tia γ (gama).
Lợi dụng năng lực phóng xạ của các nguyên tố có tính phóng xạ như:
rađium, uranium hoặc côban để phóng ra những tia γ (sóng của tia γ ngắn hơn
so với sóng của tia ). Tia γ có năng lực xuyên qua rất mạnh, dùng để kiểm tra
mối hàn có độ dày 300 mm (Hình 7.2).
1
2
3
4
7
6
5
Hình 7.2. Thử nghiệm kiểm tra mối hàn bằng tia γ
1. Hộp chì. 2. Nguyên tố có tính phóng xạ 3. Tia γ. 4. Vật hàn.
5. Hộp đựng phim. 6. Phim. 7. Tấm chắn bằng chì.
Nguồn phát ra tia γ là do nguyên tố có tính phóng xạ đặt trong hộp bằng
chì, miệng mở của hộp đối thẳng với mối hàn cần kiểm tra. Đặc điểm của
phương pháp kiểm tra này là: thiết bị đơn giản, nguyên tố có tính phóng xạ có
thể được dùng lâu dài, nhưng thời gian cảm quang của phim thì tương đối dài.
7.2.2. Siêu âm
Kiểm tra siêu âm sử dụng năng lượng của âm thanh tần số cao để thực
hiện kiểm tra và các phép đo. Các kiểm tra siêu âm có thể được thực hiện đối
với rất nhiều dạng vật liệu bao gồm các vật đúc, rèn, hàn và composit. Có thể
thu thập được một lượng thông tin phong phú về chi tiết được kiểm tra như sự
xuất hiện các khuyết tật, độ dày của chi tiết hay lớp phủ; các đặc tính âm học
thường có tương quan với các đặc tính của vật liệu.
73
- 7.2.2.1. Nguyên lý cơ bản của siêu âm
Âm thanh phát ra bởi một vật thể đang dao động và chuyển động dưới
dạng sóng. Các sóng âm di động xuyên qua vật liệu bằng cách làm dao động các
phân tử tạo nên chất đó. Tần số sóng quyết định bước của âm thanh (số chu kỳ
được hoàn thành trong một khoảng thời gian nhất định). Siêu âm là âm thanh có
tần số rất cao mà tai người không thể nghe được.
Khoảng cách từ đỉnh này đến đỉnh kế tiếp là bước sóng của nó (λ).
Thời gian một sóng âm chuyểnđộng đi một khoảng là một bước sóng bằng
với thời gian mà nguồn cần thực hiện toàn bộ một dao động.
Bước sóng của âm tỉ lệ nghịch với tần số của nó (λ ~1/f)
Một số dạng sóng được sử dụng trong việc kiểm tra siêu âm.
Các sóng phổ biến nhất là sóng dọc, sóng ngang và sóng Rayleigh (bề mặt)
(Hình 7.3).
Hình 7.3. Các dạng sóng âm
Các sóng siêu âm giống với sóng ánh sáng ở chỗ chúng có thể phản xạ,
khúc xạ và hội tụ.
Sự phản xạ và khúc xạ xảy ra khi các sóng âm tương tác với các giao diện
có đặc tính âm khác nhau.
Trong các chất rắn, năng lượng chuyển động có thể được chia thành các
dạng khác nhau khi sóng gặp một giao diện tại góc không phải là 90o.
Các phản xạ siêu âm do sự có mặt của bất liên tục hoặc các đặc tính hình
học cho phép tìm kiếm và định vị khuyết tật. (Hình 7.4)
Vận tốc của âm trong mỗi vật liệu là không đổi và chỉ có thể thay đổi
được bằng cách thay đổi dạng năng lượng.
74
- Hình 7.4. Khả năng khúc xạ của sóng âm
7.2.2.2. Nguồn siêu âm
Siêu âm được phát ra từ một bộ chuyển đổi.
Phần tử áp điện trong bộ chuyển đổi chuyển năng lượng điện thành các
dao động cơ (âm thanh) và ngược lại. Đầu dò có thể vừa phát vừa thu năng
lượng âm thanh. (Hình 7.5)
Hình 7.5. Nguồn phát sóng âm
7.2.2.3. Nguyên lý kiểm tra siêu âm
Sóng siêu âm được đưa vào vật kiểm, ở đó chúng chuyển động theo một
đường thẳng với tốc độ không đổi cho tới khi chúng chạm phải một bề mặt khác.
Tại các giao diện, một phần năng lượng sóng bị phản xạ một phần được
truyền qua.
Có thể nhận thấy phần năng lượng phản xạ hoặc truyền qua và cung cấp
các thông tin về kích thước của mặt phản xạ.
Thời gian truyền của âm có thể đo được và việc này cung cấp thông tin về
khoảng cách mà âm đi qua.
75
- 7.2.2.4. Kỹ thuật kiểm tra
Kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra rất linh hoạt và các lần kiểm tra
có thể được tiến hành theo một số cách khác nhau.
Các kỹ thuật kiểm tra siêu âm được chia thành 2 loại: xung dội và truyền
qua (Liên quan tới việc liệu năng lượng phản xạ hay năng lượng truyền qua có
được sử dụng hay không).
Chùm tia thẳng góc hay chùm tia xiên góc (Liên quan tới góc mà âm đi
vào vật kiểm)
Tiếp xúc và nhúng nước (Liên quan tới phương pháp tiếp âm biến tử tới
vật kiểm)
7.2.2.5. Kỹ thuật xung dội
Trong kiểm tra xung dội, bộ chuyển đổi sinh ra năng lượng xung và tương
tự hoặc bộ chuyển đổi thứ hai phát hiện ra năng lượng được phản xạ (tiếng dội).
Các phản xạ xảy ra do bất liên tục và các bề mặt của vật thử nghiệm. (Hình 7.6)
Năng lượng âm bị phản xạ được hiển thị ngược với thời gian, cung cấp cho
người kiểm tra thông tin kích cỡ và vị trí của các thuộc tính phản xạ âm.
Sự hiển thị xung cho thấy tín hiệu xuất phát từ âm phản xạ mặt sau.
Kỹ thuật xung - dội cho phép kiểm tra chỉ khi tiếp cận với một mặt của vật
kiểm và nó cho phép định vị các mặt phản xạ (do bất liên tục) chính xác.
Xung ban ®Çu
TiÕng déi mÆ
t sau
TiÕng déi
®øt qu· ng
Nøt
TÊm kim lo¹i
0 2 4 6 8 10
Hình 7.6. Tín hiệu xung phản xạ
76
- 7.2.2.6. Kỹ thuật truyền qua
Sử dụng hai biến tử đặt ở 2 phía đối diện của kiểm. Một biến tử đóng vai
trò phát, biến tử kia là thu. (Hình 7.7)
Các bất liên tục trên đường đi của âm thanh sẽ gây nên sự mất đi một
phần hay toàn bộ năng lượng truyền và hiển thị biên độ tín hiệu nhận được nhỏ đi.
Sự truyền qua rất hữu ích cho việc dò tìm các bất liên tục không có lợi cho
các phản xạ và khi tín hiệu yếu đi, nó không cung cấp thêm các thông tin
1
T R 1
2
T R
0 2 4 6 8 1
2
0
Hình 7.7. Kỹ thuật truyền qua
7.2.2.7. Đầu dò thẳng và xiên
Khi kiểm tra bằng đầu dò thẳng, chùm âm được đưa vào mẫu thử ở một
góc 90o so với bề mặt (Hình 7.8).
Hình 7.8. Đầu dò thẳng
Khi kiểm tra chùm tia góc, chùm âm được đưa vào mẫu thử ở một góc
không phải là 90o (Hình 7.9).
77
- Hình 7.9. Đầu dò xiên
Việc lựa chọn giữa việc kiểm tra bằng chùm tia thẳng và chùm tia xiên góc
thường dựa vào:
- Sự định hướng được quan tâm - chùm tia phải được hướng tới việc tạo
ra đặc tính phản xạ lớn nhất
- Các vật cản trên bề mặt chi tiết phải được làm tròn.
7.2.2.8. So sánh tiếp xúc với nhúng
Để đưa năng lượng âm hữu dụng vào một vật kiểm, không khí giữa biến
tử và mẫu thử nghiệm phải được loại bỏ, chính vì vậy ta phải sử dụng chất tiếp âm.
Khi kiểm tra tiếp xúc một chất liên kết như nước, dầu hoặc gel được đưa
vào giữa biến tử và chi tiết. Khi kiểm trangâm nước, chi tiết và biến tử được đặt
trong bồn nước. Việc này cho phép biến tử chuyển động tốt hơn trong khi duy trì
sự liên kết chắc chắn.
Khi thử nghiệmngâm nước, xung dội từ mặt trước của chi tiết được nhận
thấy trong tín hiệu, mặt khác giải đoán tín hiệu lại tương tự cho cả hai phương
pháp kỹ thuật (Hình 7.10).
1 2
I 1
F
P WE
B
WE
H
0 2 4 6 8 1
ụt
0
78
- IP = xung đáy
I
2
FWE = Xung dội mặt trước F
P WE
DE = Xung dội từ khuyết tật B
WED
BWE = Xung dội mặt sau E
0 2 4 6 8 1
0
Hình 7.10. Tín hiệu xung khi thử nghiệm ngâm nước
7.2.2.9. Ứng dụng
Một số ứng dụng của kiểm tra siêu âm:
- Dò tìm khuyêt tật (nứt, lẫn tạp chất, rỗ khí, v.v…)
- Đo chiều dày ăn mòn và mài mòn
- Thẩm định tình trạng liên kết toàn vẹn trong các kết cấu được kết nối
bằng keo dính và hàn vảy
- Tính các khoảng trống trong composite và nhựa
- Đo chiều sâu cứng nguôi bề mặt của thép
- Ước tính kích thước hạt trong các cấu trúc kim loại
7.2.2.10. Đo chiều dầy
Đo chiều dày bằng siêu âm thường được sử dụng trong các ngành hoá dầu
và công nghiệp để xác định các độ xói mòn/ăn mòn khác nhau.
Các ứng dụng bao gồm các hệ thống ống dẫn, các điều kiện bảo quản và
các ống áp lực
Hình 7.11. Đo chiều dày
7.2.2.11. Dò tách lớp
Kiểm tra tiếp xúc xung dội tìm tách lớp trên dầm 90 mm.
79
- Thực hiện dò b) Các tín hiệu cho thấy xung dội phức tạp mặt
sau tại khu vực không bị rạn nứt
c) Các xung dội bổ sung cho thấy sự tách lớp
trong vật kiểm.
Hình 7.12. Dò tách lớp
7.2.2.12. Khuyết tật hàn
• Một trong các phương pháp được
sử dụng rộng rãi nhất để kiểm tra
kết cấu hàn là siêu âm.
• Chuẩn bị kiểm tra ngấu hoàn toàn
mối hàn bằng chùm tia góc với sóng
ngang.
80
- Hình 7.13. Dò khuyết tật mối hàn
7.2.2.13. Thiết bị
Thiết bị dùng cho thử nghiệm siêu âm rất đa dạng. Sự lựa chọn thích hợp
là quan trọng trong việc đảm bảo cho các dữ liệu được chính xác như mong
muốn trong các ứng dụng cụ thể.
Nhìn chung, có 3 thành phần cơ bản trong một hệ thống thử nghiệm siêu âm:
- Dụng cụ đo đạc
- Các đầu dò
- Các mẫu chuẩn
7.2.2.14. Đầu dò
Hình 7.14. Đầu dò
Các đầu dò tiếp xúc được thiết kế để duy trì việc sử dụng và thường có một tấm chịu mài mòn
trên mặt để tránh cho phần tử áp điện khỏi sự tiếp xúc với bề mặt vật kiểm. Nhiều thiết kế
công nghệ hợp lý dễ dàng trong khi quét dọc theo bề mặt.
Các đầu dò tiếp xúc có sẵn 2 tinh thể áp điện trong một vỏ. Các đầu dò
này được gọi là đầu dò kép.
81
- Một tinh thể đóng vai trò như một máy phát, tinh thể kia như một máy thu.
Sự ghép này cải thiện được ảnh hưởng của trường gần do đầu dò thứ hai
không cần phải hoàn thành chức năng truyền phát trước khi nhận xung dội.
Các đầu dò kép thường được dùng để đo chiều dày vật mỏng.
Hình 7.15. Đầu dò kép
Một cách cải thiện ảnh hưởng của trường gần với đầu dò đơn là sử dụng
một lớp trễ.
Đầu dò trễ có một miếng nhựa làm đường đi của âm dài ra gây ra một sự
trì hoãn về thời gian từ lúc phát âm thanh đến khi thu năng lượng phản xạ.
Các phần có thể đổi cho nhau giúp có thể định cấu hình cho đầu dò như
các nắp chịu mòn cách điện hoặc các màng dẻo thích hợp với các bề mặt thô ráp.
Các ứng dụng thường là đo chiều dày và các phép đo nhiệt độ cao.
Các đầu dò góc lắp nêm để dẫn sóng ngang do bị khúc xạ vào trong chất liệu.
Góc nêm tới được sử dụng cùng với vận tốc sóng trong vật nhằm xác định
sóng ngang do bị khúc xạ theo định luật Snell.
Các đầu dò có thể sử dụng các góc nêm cố định hoặc thay đổi.
Ứng dụng thông thường là kiểm tra mối hàn.
Các đầu dò nhúng được thiết kế để truyền âm khi đầu dò và vật kiểm được
ngâm trong một môi trường tiếp âm bằng chất lỏng (thường là nước).
Các đầu dò nhúng được sản xuất với các thấu kính âm thanh hai chiều,
hình trụ hoặc hình cầu (thấu kính hội tụ).
7.2.2.15. Dụng cụ
Các thiết bị siêu âm thường được mua để đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm
cụ thể, một vài người sử dụng có thể mua các thiết bị vạn năng để tiến hành một
số thử nghiệm.
82
nguon tai.lieu . vn
