Xem mẫu
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
CHƯƠNG V
KIỂM TRfi KHÔNG PHÁ Hỉlỷ
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Kiểm tra không phá huỷ (viết tắt là NDI) được hợp nhất công nghệ của rất nhiều
lĩnh vực, để đánh giá độ bền của thiết bị đối với khả năng yêu cầu từ thiết kế ban đầu
của nó dựa trên sự so sánh giữa các khuyết tật được phát hiện và sự ảnh hưởng của
các khuyết tật này tới độ bền của thiết bị. Việc phát hiện các khuyết tật bằng NDI
được ứng dụng cho sự thay đổi các tính chất vật lý của vật liệu có các khuyết tật tồn
tại. Do đó, cơ sở công nghệ của NDI là vật lý học, đo lường các đại lượng khác nhau,
thiết kê' và các vết nứt cơ học. NDI phải bao gồm toàn bộ các yếu tố công nghệ trên
và không thể được thực hiện dựa vào chỉ giới hạn của sự hiểu biết.
NDI là phương pháp thử nghiệm các thiết bị mà không có sự phá huỷ (gẫy vỡ,
chia cắt, ...). Nhờ việc ứng dụng NDI thích hợp mà các tính chất, trạng thái, cấu trúc
bèn trong, khuyết tật bên trong của chúng, ... được kiểm tra để giữ gìn hình dạng, tỉ
lệ và các chức năng của chúng.
NDI được dùng trong chế tạo các sản phẩm để thực hiện cả hai mục đích là giá
thành nhỏ nhất và thiết kế tối ưu. Thông thường thì NDI được sử dụng trong 3 loại
kiểm tra sản phẩm. Đối với loại đầu tiên, NDI được sử dụng để điều chỉnh chất lượng
sản phẩm được thực hiện bởi các nhà chế tạo, đối với loại thứ hai thì NDI được sử
dụng để kiểm tra sản phẩm theo hợp đồng ký kết được thực hiện bởi người sử dụng
khi thiết bị được phân phát hoặc lắp đặt. Đối với loại thứ ba thì NDI được thực hiện
bởi người sử dụng trong quá trình vận hành và quản lý thiết bị để phát hiện các
khuyết tật nguy hiểm xảy ra trong quá trình vận hành. Ở chương này thì trường hợp
thứ 3 của 3 loại minh hoạ trên được giải thích cho NDI đối với tua-bin nước trong
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 113
- Tài liệu chuyên để bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
thời gian kiểm tra định kỳ và đại tu chúng. NDI bao gồm nhiều loại kiếm tra (thứ
nghiệm), bởi vì sự xác định của chúng. Nhưng hầu hết các kết quá thử nghiệm của
NDI hiện nay phát hiện ra các khuyết tật (hư hỏng) bên trong vật liệu hoặc các khu
vực mối hàn. NDI được thực hiện chỉ sau khi chế tạo (hoặc hàn) sán phẩm đê’ đánh
giá chất lượng của chúng và được thực hiện định kỳ sau một khoảng thời gian sứ
dụng nhất định để đánh giá tuổi thọ còn lại của thiết bị.
Khi trọng tải lớn hơn một mức nhất định được đật lên vật liệu thì vật liệu này sẽ
bị gãy (vỡ) do tải trọng này. Nhưng hình dạng gãy vỡ bên ngoài của các trường hợp
trên khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện của tải trọng. Ví dụ hình dáng gãy vỡ bên
ngoài khác nhau do các vật liệu hoặc nhiệt độ xung quanh ngay cả ở thời gian mang
cùng tải trọng tĩnh. Như đã miêu tả ở trên, kiểm tra không phá huỷ (NDI) các tua-bin
nước bởi người sử dụng được thực hiện sau khi vận hành một khoảng thời gian nhất
định. Trong trường hợp này thì gãy vỡ bởi sự mỏi kim loại là hiện tượng đáng chú ý
nhất ngoài kiểm tra hình dáng gãy vỡ bên ngoài. Gãy vỡ bởi sự mỏi kim loại xuất
hiện do tải trọng thay đổi lặp đi lặp lại. Thông thường, độ bền sức căng của vật liệu
thép gần bằng độ bền trong điều kiện tải trọng tĩnh (không thay đổi) khi tần số thay
đổi tải trọng trong vòng khoảng 104 Hz (lần). Nhưng khi tần số thay đổi tải trọng lớn
hơn 104 Hz thì độ bền chịu đựng phá huỷ càng yếu. Khi tần số thay đổi tái trọng nêu
trên đạt xấp xỉ 107 Hz thì độ bền sức căng được giữ không thay đổi ở mức nhỏ nhất
dù tần số thay đổi tải trọng lớn hơn. Điều này có nghĩa là các bộ phận của thiết bị nên
được xem xét tốt hơn để thiết kế có độ bền cao hơn mức cuối cùng khi tần số thay đổi
tải trọng lớn hơn 107 Hz nếu gặp phải sự lặp lại ứng suất lớn hơn 104 Hz. Điều đó là
cần thiết để phát hiện ra các khuyết tật nguy hiểm làm phá huỷ thiết bị bằng việc áp
dụng NDI thích hợp cho việc vận hành ổn định của chúng. Phạm vi và độ chính xác
cùa NDI rất quan trọng để ứng dụng cho các khu vực nhất định của thiết bị so với
kích thước an toàn, hoặc chiều sâu của khuyết tật để quyết định việc vận hành chúng
nhờ các kết quả của NDL
NDI chủ yếu được ứng dụng để phát hiện các khuyết tật mà chúng hầu như
không nhìn thấy được bằng mắt thường. Do đó, NDI được thực hiện một cách rõ
ràng. Các kết quả và đánh giá của NDI dựa vào khả năng, mục đích và kinh nghiệm
của người kiểm tra phát hiện ra chúng. Không chỉ kỹ năng và công nghệ mà còn cả
nhân cách người kiểm tra là rất quan trọng đối với NDI để ngăn chận các sự cố
nghiêm trọng về thiết bị tương ứng.
114 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
II. KIÊM TRA KHÔNG PHÁ HUỶ Đối VỚI TUA-BIN
NƯỚC
Các bộ phận chính của tua-bin nước rất khó bị hư hỏng do nhiệt độ môi trường
xung quanh, hoặc các điều kiện khí quyển nhờ các vật liệu của chúng. Vì thế độ bền
của chúng thường bị giảm xuống do các ảnh hưởng được nêu ra sau đây khi vận hành
tua-bin trong nước tuỳ theo điều kiện thiết kế hoặc hiện trường của chúng.
(a) Sự ăn mòn, mài mòn và hao mòn do đất và cát ở trong nước gây ra.
(b) Các hư hỏng do xâm thực.
(c) Sự mỏi kim loại (sự giảm sức chịu đựng của kim loại) do các ứng suất lặp đi
lặp lại gây ra bởi việc khởi động và dừng thiết bị, sa thải phụ tải và sự rung động áp
lực nước
(d) Sự sinh ra và phát triển các vết rạn nứt do sự ăn mòn kim loại bị mỏi từ các
ảnh hưởng ở trên (a) và (c).
(e) Sự sinh ra và phát triển các vết rạn nứt từ các khuyết tật hiện có trên bề mặt
hoặc chỉ ở phía dưới bề mặt một chút
Gần 50 năm trước đây, các bộ phận cố định của tua-bin nước như: buồng
xoắn, vành stato tua-bin, cánh tĩnh chủ yếu được chế tạo bằng gang hoặc thép đúc.
Các sản phẩm đúc thường được chế tạo phức tạp và hình thù dày. Các sản phẩm
đúc này thường bao gồm rất nhiều loại khuyết tật do sự khác nhau về tốc độ làm
mát giữa các bộ phận của chúng, đặc biệt là trong các bộ phận cũ do sự hạn chế về
công nghệ chế tạo ở thời gian đó (Chú ý: Công nghệ chế tạo buồng xoắn đã phát
triển nhiều trong thời gian gần đây kể cả việc mô phỏng về làm mát cho rất nhiều
sản phẩm có hình dạng phức tạp như bánh xe công tác cột áp cao). Và các khuyết
tật bên trong của chúng thỉnh thoảng còn sót lại cho đến tận bây giờ sau một
khoảng thời gian dài vận hành, bởi vì việc tìm ra công nghệ không được thực hiện
trong thời gian đó.
Và NDI đối với các tua-bin nước cũng được sử dụng để phát hiện các khuyết tật
chủ yếu ở khu vực mối hàn. Trong quá trình hàn thì các khuyết tật thường xuyên
được tạo ra ở các phần này vì rất nhiều lý do, biện pháp ngăn chặn chất gây cháy và
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 115
- Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
khí ở bên trong các kim loại được hàn, mối hàn không đảm bảo do nhiệt độ thấp, sức
căng do co lại ở chỗ kết khối của kim loại được hàn, ... Các khuyết tật do các yếu tố
về cầu trúc như các khuyết tật về hình dạng xung quanh kim loại nền và kim loại hàn
phải được phát hiện bằng việc dùng NDI sau khi hàn. Khái quát về các khuyết tật trên
do các yếu tố về cấu trúc mối hàn được minh họa dưới đây.
Các khuyết tật từ các hình dạng gờ mép xấu: Hình dạng gờ mép sau khi hàn nên
phù hợp, không quá cao, không ‘cắt ngắn’ hoặc không ‘chồng chéo lên nhau’.
Trạng thái rỗ (chỗ rỗ): Trạng thái rỗ là các lỗ nhỏ ở bên trong các kim loại hàn
có đường kính 0,01 4- 3 mm. Các lỗ nhỏ này thường được tạo nên do khí H2 từ các
kim loại bị chảy ra kết đông lại.
Việc ngăn chặn xỉ: Các khuyết tật này sinh ra khi xỉ trên lớp hàn cũ còn sót lại ở
bên dưới hoặc bên trong các kim loại hàn.
Thiếu sự nấu chảy: Thiếu sự nấu chảy sinh ra khi các kim loại hàn không thể
chảy với kim loại nền hoặc lớp hàn cũ (giữa các gờ mép) vì nhiệt độ thấp (dòng điện
nhỏ) trong khi hàn.
Hàn không đủ: Hàn không đủ sinh ra khi gờ mép còn lại giữa hai kim loại nền
không thể nhồi đầy kim loại hàn. Sự tập trung ứng suất rất mạnh vào các khuyết tật
này do đó các khuyết tật này phải được phát hiện và loại bỏ.
Nứt vỡ: Các kim loại được hàn co lại lúc chúng kết thành khối nhưng các kim
loại nền không co lại. Trong các kim loại được hàn thì sức căng do co rút còn sót lại
và sức căng của chỗ thắt bị ép lên các kim loại nền. Do trạng thái này mà các vết nứt
vỡ thỉnh thoảng được sinh ra ở xung quanh hoặc gần khu vực mối hàn. Có rất nhiều
các loại nứt vỡ nêu trên.
III. PHƯƠNG PHÁP KIÊM TRA
3.1. Kiểm tra bằng mắt
Mặc dù bị giới hạn về phạm vi có thể quan sát và độ chính xác nhưng quá
trình kiểm tra bằng mắt là cơ sở cho các quá trình kiểm tra khác. Hơn nữa, công
116 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiêm tra không phá huỷ
việc này có hiệu quả hơn bằng cách sử dụng kính phóng đại (kính lúp) và búa
để kiểm tra tổng thể. Quá trình trên được tiến hành để kiểm tra độ lỏng và nứt
bằng búa.
Các vị trí kiểm tra:
- Tập trung vào các phần chịu lực như mép. Sau khi lớp sơn được làm sạch ở
phần nghi ngờ, dùng búa kiểm tra.
- Kiểm tra kỹ càng khi phát hiện nước nhỏ giọt không bình thường tại vị trí cấp
nước.
- Kiểm tra độ lỏng của các bu-lông, đai ốc của bánh công tác và cánh gáo của
guồng nước.
- Kiểm tra độ lỏng và mài mòn của đinh tán trong buồng xoắn sử dụng đinh tán.
3.2. Kiểm tra bằng hạt từ
Hạt từ tập trung ở phần không liên tục giống như vết nứt khi chúng được
phun lên trên vật liệu từ hoá. Khuyết tật trên bề mặt và vùng lân cận của bề mặt
được phát hiện bằng phương pháp này. Phương pháp trên có thể phát hiện các vết
nứt. Độ nhạy của phương pháp không thể đề cập mang tính định lượng, bởi vì từ
thông lọt qua phụ thuộc vào kích cỡ của khuyết tật, độ gổ ghề của bề mặt và hình
dạng của vật. Thông thường độ nhạy của phương pháp trên đạt được đến độ
sâu gần 5mm khi từ hoá bằng dòng điện một chiều và 1,5 mm khi từ hoá bằng
dòng điện xoay chiều. Phương pháp trên không áp dụng được cho kim loại không
từ tính.
3.2.1. Quá trình kiểm tra
Hình 5.1. Mô tả quá trình kiểm tra bằng hạt tù
TRUNG TÀM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 117
- Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
* Xử lý trước khi kiểm tra
- Sau khi làm sạch sơn và rỉ sất, bề mặt của vật liệu được lau chùi bụi, dầu, mỡ
và làm khô hơi ẩm.
- Khi sử dụng dòng điện trong quá trình kiểm tra thì các phần tiếp xúc cần được
đánh bóng tốt.
- Các chất dính bám như là vẩy cáu được làm sạch khỏi vật liệu tôi, hàn hoặc
rèn.
- Các lỗ dầu và các khe hở được loại bỏ trước khi tiến hành kiểm tra.
* Quá trình từ hoá
Cần phải đặt từ thông theo phương vuông góc với khuyết tật để từ thông lọt qua
sinh ra là lớn nhất. Do đó, khi tiến hành kiểm tra cần chú ý hình dạng của vật và
phương pháp từ hoá. Bảng 5.1 cho biết đặc điểm của phương pháp từ hoá điển hình.
- Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
Loại dòng điện được chọn tuỳ theo mục đích kiểm tra, bởi vì cường độ và sự
phân bố từ trường phụ thuộc vào loại dòng điện. Khi có yêu cầu từ trường đi sâu vào
trong vật liệu thì sử dụng dòng điện một chiều. Phương pháp sử dụng dòng điện một
chiều cho độ nhạy cao đối với các khuyết tật bên trong.
Nói một cách khác, từ trường tập trung trên bề mặt bởi hiệu ứng bề mặt của
dòng điện xoay chiều, phương pháp sử dụng dòng điện xoay chiều được dùng để phát
hiện các khuyết tật trên bề mặt như các vết nứt do mỏi.
- Trị số của dòng điện từ hoá
Trị số của dòng điện từ hoá được xác định theo kinh nghiệm về kích cỡ và vị trí
của khuyết tật, loại vật liệu...
Thông thường, từ tính dư được sinh ra khi cung cấp dòng điện từ 500 4- 5000A
trong khoảng từ 3 4- 5s đối với dòng điện xoay chiều, hoặc là 0,2 4-- 0,5s đối với dòng
điện một chiều. Quá trình này đòi hỏi từ hoá một cách liên tục bởi vì từ tính dư ở
trong thép mềm nhỏ.
Dòng điện lớn quá gây ra các hiển thị sai do từ thông rò và không có hiển thị
đúng bởi sự tập trung của các hạt từ. Hơn nữa, có sự thay đổi về tính chất bởi nhiệt độ
đối với các vật liệu nhỏ.
118 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
Bảng 5.1. Đặc điểm của phương pháp từ hoá
Phương
Ưu điểm Nhược điểm Hướng của khuyết tật Ghi chú
pháp
Phương pháp này
Có thể tạo ra điện Xảy ra hiện tượng tự từ hoá
Phương Độ nhạy lớn nhất khi các được sử dụng để
trường rất lớn măc dù bản thân vật liệu. Do hình
pháp sừ khuyết tật ở vị trí vuông phát hiện các
không đòi hỏi sử dụng dạng của cực từ nên không sử
dụng góc với hướng cuốn của khuyết tật trẽn bề
thiết bị đặc biệt để dụng phương pháp này để
cuôn dây cuộn dây. mặt của trục
cung cấp dòng điện lớn kiểm tra vật liệu có cạnh sắc.
chính...
Bởi vì từ thông từ hoá phụ
thuộc vào diện tích tiếp xúc
của lõi (cực từ) thiết bị nên Độ nhạy lớn nhất khi khuyết
không thể sử dụng phương tật định vị theo phương
Thiết bị dùng trong pháp dòng điện một chiều để vuông góc với đường nằm Nói chung, phương
phương pháp này đơn kiểm tra các bộ phận lớn hơn. giữa hai cực từ.
Phương pháp này phù hợp
giản nhẹ và dễ cầm. Độ
pháp với việc phát hiện
nhạy cao khi sử dụng để
dùng kẹp Hơn nữa cả hai phương pháp Phương pháp này không các khuyết tật trên
phát hiện các khuyết tật
sử dụng dòng điện một chiều thể phát hiện các khuyết bề mặt.
ở trên bé mặt.
vâ xoay chiều không thể phát tật định vị theo phương
hiện các khuyết tật nằm ở song song với đường này.
vùng lân cận của cực từ bởi sự
tập trung của từ thông tại đây.
Độ nhạy lớn nhất khi
Độ chính xác cao, khuyết tật định vị theo
Phương ngay cả khi hình dạng Các vị trí tiếp xúc của Prod phương song song với Phương pháp này
pháp sử của vật phức tạp dễ làm mòn vết cắt bởi dòng đường thẳng giữa hai dùi. thường được sử
dụng dui điện lớn Không phát hiện được dụng.
Từ thông rỏ nhỏ khuyết tật định vị theo
phương vuông góc.
* Quá trình phun hạt từ
Hạt từ được rải trên bề mặt của phần được từ hoá, các khuyết tật có thể nhìn
•hấy bằng mắt bởi các hạt từ bám vào phần khuyết tật.
Hạt từ là các hạt sắt. ôxit... Để tăng độ tương phản của hiển thị người ta sử dụng
tạt từ có mầu và hạt từ huỳnh quang.
Khi dùng hạt từ huỳnh quang, dèn màu đen (tia cực tím) đặt trong vùng tối được
iử đụng để kiểm tra.
ĨRUNG TÀM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 119
- Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Có hai loại hạt từ: loại khô và loại ẩm; các đặc tính được chỉ ra trong bảng 5.2
và bảng 5.3.
Bảng 5.2. Đặc tính của loại khô và loại ướt
Loại Các đặc tính
Loại này được sử dụng để kiểm tra phẩn vật liệu tôi, rèn, hàn..., không thể sử dụng loại ẩm.
Loại khô
Loại này tuơng đối phù hợp khi kiểm tra các khuyết tật nằm sâu dưới bề mặt.
Loại ướt Loại này rất phù hợp khi kiểm tra các khuyết tật nhỏ trên bề mặt bằng phẳng.
Bảng 5.3. Đặc tính của các hạt từ
Loại Phần tử Kích cỡ [gm] Màu sắc Ghi chú
Hạt từ trắng Mạt sắt 0,3 4-0,5 Xám sắt Chủ yếu là vảy thép cán
Chủ yếu là mặt gia công cắt
Hạt từ đen ôxít sắt 0,3 4-2,0 Đen
gọt thông thường.
Chủ yếu là bề mặt gia công
Hạt từ đỏ ôxít sắt 0,3 4- 2,0 Nâu
chất lượng cao.
Mạt sắt hoặc ôxít
Hạt từ huỳnh Màu xanh đậu dưới Các phần hàn và các phần
sắt chứa vật liệu 0,54-5,0
quang các tia cực tím khác.
huỳnh quang
* Khử từ
Khi hạt từ không làm sạch đi sau khi kiểm tra ổ tua-bin... thì quá trình khử từ sẽ
được tiến hành. Nói chung thì không cần phải thực hiện.
* Rửa
Rửa có thể được tiến hành để son sau khi việc kiểm tra được hoàn thành. Trong
trường hợp sử dụng dầu hoả thì dùng xăng hoặc là chất để pha loãng để làm sạch. Khi
đó cần chú ý đến hoả hoạn.
120 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
3.2.2. Các vấn đê kiểm tra và ghi nhận
Quá lình kiểm tra bằng hạt từ mang nhiều tính định tính. Không thể xác định độ
sâu của khuyết tật một cách định tính.
Nói chung mẫu hạt từ hiển thị dễ dàng các khuyết tật trên bề mặt và vùng lân
cận. Nhưng mẫu hiển thị mờ khi khuyết tật lớn hơn nằm ở vùng lân cận của bề
mặt hoặc là các khuyết tật nằm sâu hơn. Cần chú ý các hiển thị sai trong quá trình
kiểm tra.
Các ghi nhận bao gồm ảnh, bản tóm tắt và các ghi nhận trực tiếp. Phương pháp
ghi nhận trực tiếp lưu lại các mẫu hạt từ trong dải dính giấy bóng kính xenlôían tỷ lệ
cao. Phương pháp này được ghi lại các phần kiểm tra, số liệu, kích cỡ... cùng với bản
tóm tắt.
3.3. Các thử nghiệm sử dụng chât lỏng thẩm thâu
Phương pháp thử nghiệm này ứng dụng sự chuyển động theo mạch của chất
lỏng. Trước tiên chất lỏng trơn như dầu được thấm vào các khuyết tật ở bề mặt.
Chúng sẽ rỉ ra từ các khuyết tật và từ đó có thể quan sát đựơc hình dạng của
khuyết tật.
Phương pháp này được ứng dụng cho nhiều loại vật liệu bao gồm các kim
loại không từ tính và các vật liệu phi kim loại, trong khi đó phương pháp sử dụng
hạt từ bị giới hạn cho các vật liệu từ tính. Phương pháp này có thể thử nghiệm với
số lượng lớn.
3.3.1. Thủ nghiệm bằng chất thẩm thấu có thể nhìn thấy được
Sử dụng thuốc nhuộm có tính trơn như dầu mầu đỏ đã hoà tan. Quá trình này
được giải thích trong mục 3.3.3. Khuyết tật hiển thị dưới dạng các vết mầu đỏ trên
nền trắng dưới các tia có thể nhìn thấy được.
Đặc điểm của mỗi loại chất thẩm thấu được mô tả trong bảng 5.4.
3.3.2. Thử nghiệm bằng chất thẩm thấu huỳnh quang
Trước hết, chất lỏng chứa huỳnh quang thấm qua khuyết tật ở trên bề mặt của
vật liệu được kiểm tra. Sau đó bề mặt được lau sạch chất lỏng. Cuối cùng chất lỏng
còn lại được thấm ra ngoài từ bề mặt của khuyết tật và hiển thị phát quang dễ dàng
quan sát được khi chiếu tia cực tím (ánh sáng đen).
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 121
- Tài liệu chuyên để bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Bảng 5.4. Các đặc điểm của các thử nghiệm sử dụng
chất thẩm thấu khác nhau
Phương pháp
Ưu điểm Nhược diểm
kiểm tra
- Không yêu cầu thiết bị. - Độ phân ly của các mẫu hiển thị nhỏ hơn
phương pháp thẩm thấu huỳnh quang.
- Quá trinh kiểm tra được tiến hành ở những
nơi có ánh sáng tự nhiên không cần thiết bị - Không thích hợp cho việc kiểm tra các chi
Phương pháp sử cung cấp nước và các thiết bị điện. tiết với số lượng lớn.
dụng chất thẩm - Hư hỏng do acid và kiểm nhỏ. - Không thể sử dụng để kiểm tra bề mặt gồ
thấu có thể nhìn ghé.
thấy được - Thích hợp cho việc kiểm tra nhanh vì quá
trinh thực hiện ngắn.
- Thích hợp cho việc kiểm tra phần nhỏ trong
các chi tiết lớn như tua-bin thủy lực.
- Độ sáng huỳnh quang lớn. - Không phát hiện được các khuyết tật nông
và nhỏ.
- Dễ rửa bằng nước.
- Khó thực hiện quá trình kiểm tra lại.
Phương pháp sử - Có thể ứng dụng để kiểm tra bé mặt gồ ghề
dụng chất thẩm ở một mức độ nào. - Chuyển động của chất thẩm thấu thay đổi
thấu huỳnh quang phụ thuộc vào nhiệt độ và hơi ẩm.
có thể rửa bằng - Có thể phát hiện khuyết tật trên các chốt và
nước các đinh ốc. - Phương pháp này cũng giống như phương
pháp PEP được thực hiện trong phòng tối
- Chi phí kiểm tra phù hợp, vì vậy phương có các thiết bị điện và thiết bị cung cấp
pháp này thích hợp khi kiểm tra các phần nhỏ nước.
và các phần được sản xuất dạng khối.
- Có độ nhạy cao nhất trong các phương pháp - Cần có quá trình chuyển thành thể sữa
đang nói tới. nên việc kiểm tra trở nên phức tạp hơn.
Phương pháp sử - Thích hợp khi cần phát hiện các khuyết tật - Không thể phát hiện khuyết tật kt tiết
dụng chất thẩm lớn và các khuyết tật nông. có bề mặt gồ ghế.
thấu huỳnh quang - Thời gian thẩm thấu ngắn - Khó có thể phát hiện khuyết tật ở các chi
trước khi chuyển tiết có dạng góc như chốt, đai ốc...
thảnh thể sữa - Quà trình thẩm thấu ít chịu ảnh hưởng bởi
(PEP). hơi ẩm. - Đòi hỏi thiết bị kiểm tra hoạt động ổn định
trong quá trình thăm rò.
- Quá trình kiểm tra lại có thể thực hiện ở một
mức độ nào đó.
22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
3.3.3. Quá trình kiểm tra
Quá trình thử nghiệm bằng chất thẩm thấu có thể quan sát được là phương pháp
)hổ biến nhất, như sau:
Hình 5.2. Các thử nghiệm sử dụng chất lỏng thẩm thấu
a) Xử lý trước khi thử nghiệm, rửa và làm khô
Bụi, dầu mỡ, sơn, gỉ, lớp vẩy gỉ... dính trên bề mặt của vật liệu được xem xét và
àm sạch, vì vậy chất thẩm thấu có thể thấm sâu mà không bị ô nhiễm. Sau đó bề mặt
rật liệu được làm khô tự nhiên hoặc bằng gió nóng.
b) Quá trình thấm của chất thẩm thấu
Chất thẩm thấu được quét lên bằng bàn chải hoặc là bình phun.
Thời gian quét chất thẩm thấu được cho trong bảng 5.5.
Bảng 5.5. Thời gian quét chất thẩm thấu
Vật liệu Thời gian (giây)
Vật liệu tôi 5
Vật liệu rèn 20
Vật liệu hàn 5
■RUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 123
- Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
c) Làm sạch chất thẩm thấu trên bề mặt
Chất thẩm thấu khác thường bám trên bề mặt được làm sạch bằng chất khử.
Khi việc rửa thực hiện quá mức thì chất thẩm thấu đã thấm vào khuyết tật nhỏ
chảy ra. Ngược lại, sự hiển thị sai xuất hiện trên bề mặt khi mà chất thẩm thấu không
được làm sạch tốt.
d) Phun chất giữ màu
Chất giữ màu được phun sau khi làm sạch chất thẩm thấu.
Các vết màu đỏ, rõ của khuyết tật hiện trên nền trắng khi chất giữ màu khô.
e) Rửa
Chất thẩm thấu có tính thấm mạnh sẽ xuất hiện trên lớp sơn nếu quá trình rửa
không đủ.
Vì vậy, dung môi nước lạnh hoặc dung môi nước nóng được sử dụng cho việc
rửa. Sử dụng axít phôtphoric nồng độ 24-5% là phù hợp đối với các chi tiết bằng thép,
axít nitric 24-5% phù hợp đối với các chi tiết bằng hợp kim nhôm.
3.4. Thử nghiệm bằng sóng siêu âm
Có hai phương pháp thử nghiệm bằng sóng siêu âm.
Phương pháp thứ nhất là phương pháp phản xạ. Nó tiếp nhận sóng phản xạ từ
khuyết tật bên trong khi chiếu sóng siêu âm vào vật liệu.
Phương pháp còn lại là phương pháp truyền dẫn. Sóng siêu âm được tiếp nhận
sau khi truyền dẫn qua vật liệu.
Các phương pháp kiểm tra trên thường được áp dụng để kiểm tra bên trong vật
liệu thông qua đánh giá sự sai khác của sóng nhận được.
Các phương pháp trên có các đặc điểm sau:
- Không bị giới hạn về độ dày của vật liệu mặc dù việc kiểm tra các khuyết tật
có độ dày cỡ micro là không dễ dàng.
- Hai phương pháp trên phù hợp cho việc kiểm tra khuyết tật dạng lỗ nhỏ do quá
trình nóng chảy không đủ trong khi hàn, dạng vết nứt...
- Giá thành kiểm tra không đắt, quá trình kiểm tra thuận tiện.
124 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
- Dễ dàng xác định vị trí khuyết tật mặc dù lính trực quan là thấp để quan sát
hình dạng khuyết tật.
3.5. Kiểm tra bằng các tia bức xạ
Các đặc điểm của vật liệu như là độ dày, mật độ... có tác động đến cường độ
bức xạ, khi chúng (như là tia X, tia Ỵ...) được chiếu vào vật liệu. Phương pháp kiểm
tra bằng tia bức xạ là một trong các ứng dụng của hiện tượng này. Phương pháp này
được sử dụng để kiểm tra khuyết tật bên trong thông qua việc đánh giá sự thay đổi
của bức xạ. Nó ít khi được sử dụng để kiểm tra ở mật ngoài mặc dù cách kiểm tra này
có độ tin cậy cao và được sử dụng rộng rãi.
Phương pháp này có các đặc điểm sau:
- Không bị giới hạn bởi từ trường, độ dày, hình dạng, trạng thái bề mặt... của
vật liệu.
- Hình dạng của khuyết tật có thể xác định được mang tính trực giác.
- Không thể xác định độ sâu của khuyết tật, hướng của khuyết tật, vết nứt có độ
dày cỡ micro mét, chi tiết mỏng,...
- Kết quả kiểm tra có thể ghi nhận một cách dễ dàng.
- Bởi vì sự hư hại do bức xạ có thể xuất hiện nên chỉ những người có đủ hiểu
biết mới được sử dụng thiết bị này.
3.6. Đo ứng suất
Lực bên trong (ứng suất) và sức căng được sinh ra khi lực bên ngoài tác động
lên vật liệu. Dựa vào đó để khảo sát lực bên trong (ứng suất) bằng các thiết bị đo
sức căng.
Có hai phương pháp chính sử dụng để đo sức căng. Phương pháp đo bằng điện
trở đường thẳng là phương pháp sử dụng máy đo sức căng được gắn lên trên vật liệu.
Phương pháp này còn lại là phương pháp đo bằng máy đo đĩa số.
Đối với các thiết bị thuỷ lực. sức căng tĩnh của phần chịu áp suất thuỷ lực được đo
trong nước. Bên cạnh đó cần tiến hành đo sức căng động khi tuabin không tải. bới vì
ứng lực lớn nhất xảy ra khi tua-bin ớ trạng thái đó với mức áp suất thuỷ lực lớn nhất.
TRUNG TÀM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 125
- Tài liệu chuyên để báo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Sức căng động được ghi lại bằng máy hiển thị đồ thị và được kiểm tra cùng với
sức căng tĩnh. Khi không thể đo bằng máy hiển thị đồ thị thì sức căng động được coi
là sức căng tĩnh lớn nhất tại thời điểm áp suất thuỷ lực tăng có xu hướng tăng lên.
3.6.1. Quá trình đo (đo sức cáng bằng điện trở đường thẳng)
Hình 5.3. Đo ứng suất
- Lựa chọn vị trí đo
+ Vị trí đo sẽ được lựa chọn là các phần xét về mặt lý thuyết chịu ứng lực hoặc
vùng lân cận của khuyết tật.
+ Một vài vị trí có sức căng tĩnh lớn sẽ được chọn để sức căng động.
- Hoàn thành quá trình mài và làm sạch.
Bề mặt của vị trí đo được làm phẳng bằng các máy gia công và làm sạch dầu
cùng các chất bám khác bằng các dung môi acetone hoặc là cácbon tetaclorit...
- Gắn máy đo sức căng
+ Chú ý lắp máy đo chính xác để ngăn chặn bọt đi vào phần nằm giữa máy đo
và thân được đo.
+ Hướng của máy được chỉ ra ở mác trên thân thiết bị. Lo.ại máy đo được sử
dụng rộng rãi khi sức căng tác động theo một hướng, hai hướng, hoặc ba hướng là
loại 60 [Q] hoặc là 120[Q]. Hơn nữa, giấy, bakelit, polyester, lá nhựa... thường được
sử dụng làm đế máy đo.
+ Máy đo bù (máy giả đo) được gắn trên phần chịu ứng lực tự do, nó cũng có
điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm như máy đo.
126 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Hình 5.4. Nguyên lý lùm việc của đồng hồ đo sức căng kiểu cầu điện trở
Khi điện trở R2 biến thiên một lượng bằng AR2 thì dòng điện i5 cũng biến thiên
theo một lượng Ai5, được thể hiện trong biểu thức sau:
Ai5 = const. AR2
Điều đó có nghĩa là dòng điện đi qua ampe kế biến thiên tỷ lệ với sự thay đổi
của điện trở. Vì vậy, máy đo sức căng gắn trên chi tiết có thể đo được sức căng, do đó
sự dịch chuyển ở mức độ nhỏ được chuyển đổi thành trị số biến thiên của dòng điện
tương ứng, từ đó đo được sức căng với độ nhạy cao.
3.6.3. Đo bằng máy đo có mặt đĩa số
Khi đo sự kéo dài ra của buồng xoắn, servomotor... bằng máy đo sức căng mặt
đĩa số lắp theo chiều kéo dài của chi tiết, giá trị gần đúng của ứng lực lớn nhất có thể
tìm ra giống như phương pháp sử dụng đổng hồ đo sức căng kiểu cầu điện trở.
3.7. Kiểm tra vật liệu
Dự báo sự phát triển của vết nứt và khảo sát nguyên nhân gây ra các khuyết tật
được phát hiện bởi NDT là rất quan trọng.
Vì vậy, kiểm tra vật liệu được tiến hành để phân tích cấu trúc của vật liệu.
128 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
3.7.1. Quá trình kiểm tra
(Phương pháp gián tiếp hoặc
phương pháp SUMP)
Hình 5.5. Quá trình kiểm tra vật liệu
3.7.2. Phương pháp kiểm tra
- Phương pháp trực tiếp
Nên tiến hành kiểm tra hai điểm hoặc là nhiều hơn ở phần trung tâm của vật
liệu, bởi vì vùng mà có thể kiểm tra chi tiết bằng kính hiển vi.
+ Vị trí kiểm tra được mài phẳng mịn và mài dần để quan sát cấu trúc kim loại.
+ Bề mặt kiểm tra được làm phẳng mịn hoàn toàn bằng các máy mài và được
hoàn thiện bằng lớp vỏ bột mài và chất mài màu nâu xám là ôxít crôm... Bề mặt được
đánh bóng bằng giũa cẩn thận, bởi vì than chì bong ra dễ dàng ở vật liệu sắt đúc khi
mài. Sau đó bề mặt được hoàn thiện bằng chất mài màu nâu xám.
+ Bởi vì thời gian mài mòn là rất khác nhau phụ thuộc vào vật liệu nên cần điều
chỉnh chính xác.
- Phương pháp gián tiếp (phương pháp SUMP)
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để kiểm tra trong nhà máy điện. Nó đặc
biệt hiệu quả khi kiểm tra vết nứt. Quá trình xử lý trước khi kiểm tra được thực hiện
tương tự như phương pháp trực tiếp, sau đó cấu trúc của kim loại được tái tạo ra trên
bảng xenlulô và được kiểm tra bằng máy vi tính.
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 129
- Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Các vị trí kiểm tra như sau:
+ Đầu của các khuyết tật như vết nứt.
+ Các vị trí không thường nhìn thấy.
+ Phần ranh giới của khối vật liệu như là phần giới hạn giữa kim loại gốc và
phần vật liệu kim loại hàn.
3.7.3. Kiểm tra mẫu khuyết tật
Nếu vết nứt sinh ra do mỏi hoặc do chế tạo thì hầu hết có thể phát hiện được
bằng quan sát ảnh cấu trúc vết nứt, được phát hiện bằng phương pháp kiểm tra sử
dụng hạt từ.
Các mẫu khuyết tật trong ảnh SUMP được kiểm tra như sau:
a) Nứt do mỏi
Khi có vết nứt, chất thử sẽ thấm theo thớ của vật liệu làm cho mẫu có dạng
đường thang, đỉnh vết nứt nhọn hoặc vết nứt có dạng sợi tóc. Các biểu hiện trên cho
biết nguyên nhân là mỏi. Trong trường hợp này vết nứt thường lan rộng.
b) Nứt do chế tạo
Khi vết nứt uốn cong theo đường giới hạn của thớ, vết sẽ được bao bọc bởi lớp
thấm cácbon và đầu của vết nứt được mài tròn, đây là vết nứt do chế tạo. Giả thiết
rằng vết nứt không lan rộng.
c) Mài mòn do ứng lực
Nứt gây ra bởi cả hai nguyên nhân là mài mòn và ứng lực. Nó được phán đoán
là sẽ lan rộng nếu như quan sát được các hiện tượng sau:
- Chất thử thấm theo cấu trúc thớ.
- Nứt phát triển dọc theo thớ của vật liệu.
- Nứt có biểu hiện như cả (a) và (b)
3.8. Đo độ dày
Đối với các phần của tua-bin thuỷ lực, bề dày bị giảm đi bởi sự ăn mòn sinh ra
do sự mài mòn của cát, hiện tượng xâm thực... cùng với các hư hỏng của vật liệu do
sự suy giảm về độ bền cơ. Việc đo bề dày của các phần là rất quan trọng để xem xét
tình trạng an toàn.
130 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
3.8.1. Kỹ thuật đo trực tiếp
Hình 5.6. Phương pháp đo trực tiếp
Đây là phương pháp đo với độ tin cậy cao sử dụng các công cụ: compa và thước
tỷ lệ...
Hình 5.6 mô tả ví dụ về phương pháp đo trực tiếp sử dụng compa hai miệng.
Nói chung, phương pháp sử dụng sóng siêu âm được áp dụng khi phương pháp
đo trực tiếp khó thực hiện.
Phương pháp sử dụng sóng siêu âm có thể không đo được, phụ thuộc vào vật
liệu (các sản phẩm đúc) và điều kiện sử dụng. Trong trường hợp này cần phải tiến
hành khoan lỗ để đo.
Tuy nhiên, bởi vì sức bền của vật liệu sẽ bị yếu đi nên phương pháp này có thể
không được ứng dụng cho những phần chịu lực tập trung.
3.8.2. Phương pháp đo sử dụng sóng siêu ám
a) Phương pháp phản xạ
Sóng siêu âm được chiếu vào vật liệu. Thời gian phản xạ của sóng tỷ lệ với độ
dày của vật liệu. Vì vậy, có thể đo được độ dày của vật liệu theo thời gian đó.
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 131
- Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chùa tua-bin nước
Phương pháp này được áp dụng cho vật liệu bị mài mòn mạnh ở bên trong, phù
hợp với việc đo tại chỗ. Độ chính xác của phương pháp này thấp hơn so với phương
pháp đo cộng hưởng, việc đo bề dày cỡ Imm hoặc nhỏ hơn là khó khăn.
b) Phương pháp đo cộng hưởng
Sóng siêu âm được phát ra ở một vài tần số có liên quan tới bề dày của tấm vật
liệu được đo, khi cung cấp điện áp cao tần có tần số thay đổi liên tục đến khi hiện
tượng cộng hưởng xuất hiện.
Đây là phương pháp đo độ dày bằng chiều dài sóng, vận tốc âm thanh và tần số
của sóng siêu âm tại thời điểm này.
c) Chú ý khi áp dụng
- Khi việc đo không đòi hỏi độ chính xác thì phương pháp phản xạ thường được
sử dụng hơn, vì nó không chịu ảnh hưởng bởi sự ăn mòn bên trong.
- Khi bề mặt của vật liệu đo gổ gề, quá trình đo sẽ gặp nhiều khó khăn. Trong
trường hợp này có thể làm phẳng bề mặt đo bằng máy mài hoặc giũa.
- Cần tiến hành chọn thang đồng hồ đo độ dày sử dụng vật mẫu có chất liệu
như tấm vật liệu được đo.
3.9. Đo độ sâu của vết nứt
Khi vết nứt được phát hiện bằng các phương pháp kiểm tra khác nhau thì độ sâu
vết nứt là vấn đề cần phải quan tâm.
Có các phương pháp sau đây để đo độ sâu.
3.9.1. Phương pháp đo điện trở
Phương pháp này được ứng dụng khi vết nứt ở trên bề mặt của chất dẫn điện.
Dòng điện một chiều hoặc xoay chiều được cung cấp theo hướng vuông góc
với vết nứt và độ sâu được xác định dựa vào sự thay đổi của điện áp trước và sau
vết nứt.
Khi bố trí các điện cực, chúng thường được sử dụng như trong hình 5.7.a. Mối
quan hệ giữa điện áp nhận được và độ sâu của vết nứt được thể hiện trên hình 5.7.b.
Độ nhạy tăng lên khi trị số “a/1” giảm. Cần đánh bóng bề mặt kiểm tra cẩn thận
để tiếp xúc giữa các điện cực và vật liệu là tốt.
132 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực
- Chương V. Kiểm tra không phá huỷ
Khi dòng diện một chiều được sử dụng để đo thì xuất hiện ảnh hưởng của sự
thay đổi dòng điện theo độ dày, vì vậy quá trình đo sẽ gặp khó khăn khi độ dày nhỏ
hơn hoặc bằng một vài mm. Đối với dòng điện xoay chiều, sự ảnh hưởng của độ dày
có thể được loại trừ bởi hiệu ứng mặt ngoài.
Nói chung dòng điện xoay chiều tần số khoảng 1500Hz được sử dụng cho thiết
bị thuỷ lực.
Vật liệu được kiểm tra
a) Cách bố trí điện cực b) Quan hệ giữa điện áp và độ
sâu của vết nứt
Hình 5.7. Phương pháp đo điện trở
3.9.2. Phương pháp đo bằng sóng siêu ám
Bởi vì trục chính có những vị trí kích thước thay đổi, do vậy không thể kiểm tra
được bằng phương pháp đo điện trở, khi đó phương pháp đo bằng sóng siêu âm được
sử dụng.
Phương pháp này đo được khoảng cách là độ sâu từ bề mặt dựa trên quá trình
phản xạ từ khuyết tật sau khi sóng siêu âm được chiếu vào vật liệu. Có hai phương
pháp là phương pháp đo theo chiều dọc và phương pháp đo đường chéo.
3.9.3. Phương pháp đo trực tiếp
Không thể đo độ sâu của vết nứt một cách chính xác, bởi vì vết nứt sinh ra trong
thiết bị thuỷ lực có cáu cặn và bụi phía trong. Nói chung có thể nói rằng kết quả chỉ
phản ánh một phần độ sâu thực tế.
Trong quá trình đo chính xác, việc khoan lỗ được tiến hành nếu như không có
ảnh hưởng gì đến sức bền vật liệu.
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 133
nguon tai.lieu . vn
