Giáo trình Kiểm tra không phá hủy

hẳng có khả năng dẫn điện, khi đó sẽ có dòng điện xoáy được tạo ra do hiện tượng cảm ứng điện từ. Sự thay đổi của dòng điện xoáy khi tiếp cận tấm kim loại được sử dụng để phát hiện các khuyết tật. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hình: Kiểm tra khuyết tật của tấm kím loại và ống của thiết bị trao đổi nhiệt. Đặc điểm: - Phương pháp này thường áp dụng để kiểm tra các ống trao đổi nhiệt của các thiết bị như thiết bị ngưng tụ nước condensate, thiết bị làm mát, v.v... - Chỉ kiểm tra được các vật có thể dẫn điện. - Chỉ áp dụng cho ống có bề dày nhỏ hơn hay bằng 5mm. - Loại khuyết tật hay độ sâu khuyết tật có thể xác định được nhờ theo dõi tín hiệu. - Tín hiệu khi đi qua tấm đỡ (support palte) có thể được loại trừ nhờ kỹ thuật đa tần số. Dưới đây là ví dụ cho thấy tín hiệu đo được ứng với các khuyết tật mà cuộn dây đi qua một ống trao đổi nhiệt: - Probe Wobble: khi dầu dò lắc lư. - Dent: Vết lõm bên ngoài ống. - I.D Notch T/4: vết lõm bên trong ống có độ sâu bằng 1/4 bề dày ống. ..... - O.D Notch T/4: vết lõm bên ngoài ống có độ sâu bằng 1/4 bề dày ống. - support plate: tấm đỡ ống. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Tính toán độ sâu của khuyết tật khuyết tật được xác định dựa trên biên độ và góc pha của tín hiệu đo được. Tín hiệu biên độ ==>> cho phép xác định được lượng khuyết tật. Tín hiệu pha ==>> cho phép xác định được loại khuyết tật và độ sâu. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Thử nghiệm dòng điện xoáy Trong thí nghiệm dưới đây, bạn sẽ sử dụng phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy để phát hiện vết nứt trong một khối ống kim loại. Bạn chú ý là bạn sẽ sử dụng một cuộn dây quấn quanh một miếng sắt để tạo ra từ trường, từ trường này tạo ra bởi dòng điện xoáy hình thành trong ống kim loại được kiểm tra. Trong lĩnh vực kiểm tra NDT, thì cuộn dây được gọi là đầu dò (cảm biến). Từ trường mà tạo bởi dòng điện xoáy này có thể được theo dõi bằng chính đầu dò này. Chúng ta có thể theo dõi từ trường tạo ra bởi dòng điện xoáy này bằng một thiết bị đo gọi là Eddyscope (thiết bị hiển thị dòng xoáy). Nếu có sự thay đổi từ trường tạo bởi dòng điện xoáy, chúng ta có thể nói rằng đã phát hiện một số khuyết tật trong ống kim loại đang kiểm tra. Thiết bị đo sẽ cho thấy sự thay đổi của từ trường bằng cách hiển thị sự thay đổi bằng phát tín hiệu trên màn hình. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hình này bạn thấy khi cuộn dây đi qua điểm khuyết tật thì xuất hiện tín hiệu vẽ trên màn hình (3 màu ứng với 3 điểm khuyết tật). Khi dịch chuyển cuộn dây sẽ có sự thay đổi của từ trường. Chi tiết kiểm tra càng dài và đồng nhất theo mọi hướng thì dòng điện xoáy cũng sẽ đồng nhất và cùng một phương. Nếu có một vài vài khuyết tật như một vết nứt chẳng hạn, dòng điện xoáy sẽ bị ngắt quãng và khi đó sẽ xuật hiện nét đứt quãng từ những dạng cung tròn bình thường. Ngày nay các kỹ thuật viên NDT sử dụng các thiết bị kiểm tra dòng điện xoáy khác nhau, trong đó có thiết bị chỉ đơn giản là các cuộn dây được quấn trên một miếng kim loại. Ngoài ra còn có các thiết bị sử dụng các đầu dò đặc biệt, như ở hình thí nghiệm trên, và đẩy vào trong ống của các thiết bị trao đổi nhiệt. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Ở hình bên các kỹ thuật viên đang thực hiện kiểm tra các ống trao đổi nhiệt bằng phương pháp dòng điện xoáy. Các trao đổi nhiệt này được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân. Nước phóng xạ từ một lò phản ứng được tuần hoàn qua bên trong các ống trao đổi nhiệt và nhiệt được lấy đi bởi nước làm mát đi bên ngoài ống là nước sông hoặc nước từ hồ chứa, sau khi đi làm mát, nước này sẽ được chảy trở lại về sông hồ. Điều hết sức quan trong đó là nước phóng xạ và nước làm mát không được trộn lẫn với nhau. Chính vì vậy mà các kỹ thuật viên sử dụng phương pháp dòng điện xoáy trong các ống trao đổi nhiệt để tìm và phát hiện các các khuyết tật trước khi xuất hiện sự rò rỉ bên trong ống. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp dòng xoáy Tầm quan trọng của việc kiểm tra mối hàn Chất lượng của các mối hàn trở nên ngày càng quan trọng vì sự mong chờ của khách hàng ngày càng tăng. Các sản phẩm và các chi tiết đều được mong đợi là có chất lượng cao và không bị hỏng đột xuất ngoài dự kiến. Những hỏng hóc gây hậu quả nghiêm trọng về mặt tài chính và xã hội có thể được ngăn chặn bằng những kỹ thuật kiểm tra thích hợp. Kiểm tra các mối hàn cũng có thể góp phần làm giảm giá thành bởi vì phát hiện được các khuyết tật ở các giai đoạn đầu của quá trình gia công, giảm chi phí cho việc trả lại của khách hàng và kéo dài tuổi thọ của chi tiết bằng phát hiện và sửa chữa bất cứ các khuyết tật. Kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp dòng xoáy là đáng tin cậy, nhanh và chi phí không lớn để thực hiện bảo dưỡng và đảm bảo an toàn. Các loại thiết bị dòng xoáy của hãng Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Staveley nổi tiếng trên toàn thế giới bởi độ tin cậy và độ chính xác cùng với dịch vụ và hỗ trợ của hãng giúp cho bạn khai thác tối đa khả năng của thiết bị. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp dòng xoáy Trong kiểm tra mối hàn thì điều cần thiết là phải phát hiện được các khuyết tật rạn nứt trên bề mặt. Đối với vật liệu sắt từ - thép các bon, nói chung phương pháp từ tính được sử dụng. Thế nhưng phương pháp kiểm tra dòng xoáy cung cấp nhiều ưu điểm o Không sử dụng các chất tiêu hao như bột từ và sơn tương phản o Có thể kiểm tra được những nơi khó chật hẹp, khó tiếp cận đối với phương pháp khác o Không yêu cầu chuẩn bị bề mặt kiểm tra như: không phải cạo bỏ lớp sơn, tiết kiệm thời gian cho sự chuẩn bị kiểm tra và quét sơn phủ lại sau khi kiểm tra. o Độ nhậy tăng lên — có khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ hơn nhờ các đầu dò đặc biệt dùng để kiểm tra mối hàn được phát triển bởi Staveley. Các đầu dò dùng để kiểm tra mối hàn Hãng Staveley Instruments đã phát triển đầu dò đặc biệt dùng để kiểm tra mối hàn để phát hiện các vết nứt và sự ăn mòn. Những nơi hiện đang áp dụng bao gồm : o Các giàn ngoài khơi o Các công trình kiến trúc o Các cầu o Các đường trượt trong công viên giải trí o Các tàu thủy, thuyền, tàu ngầm o Cần trục o Máy bay Các đầu dò cho mối hàn được thiết kế rất khó mòn nên có thể thao tác trên bề mặt thô ráp của mối hàn và phát hiện các hỏng hóc trong mối hàn. Tham khảo thiết bị trên thị trường: Model: Nortec 2000S+ Nortec 2000S+ có dải tần số hoạt động từ 50 Hz đến 12 MHz đáp ứng yêu cầu từ việc kiểm tra phát hiện các vết nứt trong đường ống hoặc các kết cấu cho tới việc phát hiện Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com các khuyết tật rất nhỏ trong các kết cấu hàng không. Đây là thiết bị đơn tần cho phép dễ dàng đo độ dẫn điện hiển thị số, đặc biệt khi kết hợp với motơ cho đầu dò quay thiết bị thực sự trở thành lý tưởng cho hàng loạt các ứng dụng kiểm tra không phá huỷ trong ngành hàng không. Nortec 2000S+ được thiết kế rất chắc chắn và gọn nhẹ với khối lượng nhỏ hơn 1.8 kg bao gồm cả pin đơn Li-Ion. Với khả năng đứng nghiêng và chống trượt, cho phép đặt thiết bị trên nhiều loại bề mặt khác nhau. Trong các điều kiện môi trường sản xuất, trong hangar, trong các phòng thử nghiệm, hay ngoài hiện trường thiết bị được bảo vệ bởi hộp chắc chắn được thiết kế chống lại điều kiện môi trường khắc nghiệt nhất. Khách hàng còn có thể thay đổi modul hiển thị để có được hình ảnh hiển thị tinh tế nhất trong bất kỳ điều kiện ánh sáng nào. Trong trường hợp khó quan sát hiển thị trên màn hình, đầu ra tín hiệu VGA cho phép đưa tín hiệu ra màn hình hiển thị bên ngoài. Khi sử dụng màn hình màu tinh thể lỏng và với đầu dò quay, tính năng hiển thị cho khả năng hiển thị mặt phẳng trở kháng tạo nên sự đơn giản và dễ dàng trong phép kiểm tra các loại vật liệu sắt từ và phi sắt từ. Nortec 1000S+ kết hợp sức mạnh phần mềm PowerLinkTM cho phép tự động ghi nhận đầu dò và các dữ liệu. Thiết bị có thể được cài đặt bằng cách gọi lại chương trình đã được lưu giữ trong chip vi xử lý của PowerLinkTM mà vẫn đảm bảo tính trung thực và khả năng lặp lại các kết quả phép đo. Khoảng 120 chương trình có thể được lưu giữ và gọi lại. Các dữ liệu về ngày và thời gian thực hiện kiểm tra được lưu lại cùng với mỗi cài đặt và dễ dàng nhận biết thông qua các giá trị kết hợp dạng số và dạng chữ đến 29 ký tự. Có đến 20 vị trí của bộ nhớ cho phép lưu giữ các hiển thị dòng điện xoáy. Một số đặc tính nổi trội: - Dải tấn số làm việc: 50 Hz — 12 MHz - Sử dụng pin đơn Li-Ion - Khối lượng nhẹ, nhỏ hơn 1.8 kg - Đo độ dẫn điện theo %IACS (độ dẫn điện tiêu chuẩn của đồng) hoặc MS/m - Số đo chiều dày lớp phủ được hiển thị đơn vị Inch hoặc milimét - Sử dụng cuộn cân bằng trong cho đầu dò đơn - Khách hàng có thể thay đổi chế độ hiển thị: Hiển thị dạng màn hình điện quang độ sáng cao; màn hình đơn sắc tinh thể lỏng và màn hình hiển thị màu màu tinh thể lỏng. - Hoạt động với tần số tần số đơn - Đầu ra VGA - Có chức năng làm đông cứng màn hình để giữ các tín hiệu về khuyết tật Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com - Công nghệ PowerLinkTM cho phép tự động ghi nhận đầu dò và các cài đặt cho thiết bị. - Mà hình có khả năng chia làm hai phần hiển thị màu - Có khả năng lưu giữ 120 chương trình - Có chế độ hiển thị dạng thác nước (“Waterfall display”) - Sử dụng phần mềm EddyMasterTM Chi tiết thông số kỹ thuật Dải tần số làm việc : 50 Hz đến 12 MHz Khuếch đại : 0-90 dB theo từng mức 0.1 dB. Các khuếch đại theo đường trục thẳng đứng và trục nằm ngang có thể thay đổi được riêng biệt với nhau hoặc đồng thời. Góc quay : từ 00 — 3590 Quét : thay đổi từ 0.005 — 4 giây trên một khoảng chia. Bộ lọc thông thấp : 10- 500 Hz và dải rộng Bộ lọc thông cao : tắt, 2 đến 500 Hz. 2 pole response Điện thế chạy mô tơ đầu dò : 2, 6, 12 V Lưu hình ảnh phép đo : thời gian lưu hình ảnh phép đo thay đổi từ 0.1 đến 5 giây Các loại đầu dò : tuyệt đối, vi sai trong cùng mạch cầu hoặc cấu hình phản hồi. Thiết bị hoàn toàn tương thích với các đầu dò áp dụng công nghệ PowerLink™. Âm báo : Có thể đặt ngưỡng dương hoặc âm. Lưu dữ liệu : 20 dữ liệu hình ảnh phép đo có thể được lưu giữ để gọi lại. Các dữ liệu hình ảnh phép đo có thể ở dạng tĩnh hoặc đông cứng. Hình ảnh có thể gồm 60 giây dưới dạng ảnh động. Các dữ liệu hình ảnh phép đo này được lưu lại cùng với dữ liệu ngày và thời gian thực hiện phép đo. Lưu giữ chương trình : 120 chương trình cài đặt có thể được lưu giữ và gọi lại. Các dữ liệu vê ngày và thời điểm lưu giữ được ghi lại theo từng cài đặt. Cổng in : kết nối với mọi loại máy in Các thông số chung Kích thước : 215 mm x 165 mm x 92 mm Khối lượng : 1.7 kg gồm cả pin Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hiển thị : Có thể thay đổi module hiển thị: Hiển thị dạng màn hình điện quang độ sáng cao; màn hình đơn sắc tinh thể lỏng và màn hình hiển thị màu tinh thể lỏng. Nhiệt độ hoạt động : -100 đến 550 C Nhiệt độ bảo quản : -510 đến 710 C Độ ẩm : 5 đến 95% Phân cấp : Dựa trên tính năng kỹ thuật cấp 2 từ tài liệu MIL-PRF-28800F Độ cao hoạt động : Độ cao hoạt động tối đa cho phép và không hoạt động 4600m Hoạt động trong khu vực nguy hiểm : Hoạt động an toàn trong khí quyển có áp suất phát nổ được chỉ rõ trong cấp I, đoạn 2, nhóm D, cũng như được ghi trong mã tài liệu của hiệp hội cháy nổ Mỹ (National Fire Association) (NFPA 70), phần 500 và được kiểm tra sử dụng chuẩn quân đội Mỹ MIL-STD-810E, phương pháp 511.3, quy trình 1. Nguồn nuôi Yêu cầu về nguồn nuôi : từ 85 đến 240 V, 50- 60 Hz. Thời gian xạc 4 giờ Báo pin yếu : Hiển thị báo pin yếu trên màn hình Thời gian hoạt động của pin : lên đến 8 giờ Đo độ dẫn điện Tần số : 60 kHz hoặc 480 kHz Loại đầu dò : Đầu dò đo độ dẫn điện NORTEC Đặc tính đo độ dẫn điện : đo độ dẫn điện trong dải từ 0.9% đến 110% IACS hoặc 0.5 đến 64 MS/m. Độ chính xác trong khoảng +/- 0.5% IACS và trong khoảng +/- 1.0% đối với các giá trị lớn hơn 62%. Đạt hoặc vượt tiêu chuẩn BAC 5651. Đo chiều dày lớp phủ không dẫn điện : trong dải từ 0 — 0.38 mm với độ chính xác +/- 0.025 mm Mô tơ đầu dò quay Tính tương thích : thiết bị có thể vận hành cùng với các loại mô tơ đầu dò quay của Nortec và nhiều hãng khác Nortec 2000S+ là loại thiết bị dòng xoáy hai tần số, giải tần rộng, màn hình màu, tính năng cao đáp ứng yêu cầu kiểm tra phát hiện các vết nứt trong đường ống hoặc các kết cấu, phát hiện các khuyết tật rất nhỏ trong các kết cấu hàng không... 2.4 Chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing): Nguyên lý: Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Chụp ảnh phóng xạ là quá trình hướng các tia phóng xạ tới vật cần kiểm tra, xuyên qua nó và tạo ảnh trên phim. Phim sẽ được đem đi rữa và hình ảnh sẽ hiện lên dưới dạng bóng mờ giữa các màu trắng và đen. Chụp ảnh phóng xạ thường gồm nguồn, ví dụ như tia X, nguồn Gamma cũng như các phương pháp mới hơn như chụp ảnh phóng xạ thời gian thực, vi tính hóa, ví tính hóa cắt lớp. Một giải pháp có không thể đáp ứng tất cả các yêu cầu chụp ảnh phóng xạ. Việc lựa chọn đúng phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể. Chúng ta phải xem xét đến các điều kiện sau đây: điều kiện chiếu chụp, yêu cầu chất lượng ảnh và năng suất chụp cũng như là mức độ chấp nhận của các tiêu chuẩn quốc tế trong điều kiện công nghiệp của chúng ta. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ truyền thống là một phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng tia X hoặc tia Gamma để phát hiện các bất liên tục bên trong, dùng để đo bề dày và phát hiện ăn mòn. Với việc kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ, vật liệu được chụp với tia đồng nhất từ đồng vị phóng xạ hoặc máy chiếu tia X, song song đó, một phim âm bản được định vị phía sau vật liệu cần chụp. Sau khi rửa phim, sự khác nhau Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com về chiều dày và tỷ trọng (vd: khuyết tật vật liệu) sẽ bọc lộ sự khác nhau sáng tối. Tiêu chí chấp nhận được định nghĩa là mức độ lớn, nhỏ nào của chỉ thị thì được chấp nhận. Tuy nhiên, phương pháp chụp ảnh phóng xạ truyền thống có những hạn chế nhất định về kính thước và tái sản xuất của nó. Điều này thì chụp ảnh phóng xạ vi tính hóa khắc phục được. Việc thực hiện chụp ảnh phóng xạ vi tính hóa cũng tương tự như chụp ảnh phóng xạ truyền thống, tuy nhiên, nó có một số ưu điểm quan trọng. Chụp ảnh phóng xạ vi tính hóa bọc lộ một loạt các ưu điểm như là tốc độ và sản lượng. Chụp ảnh phóng xạ vi tính hóa sử dụng một tấm ảnh phốt pho thay cho một phim truyền thống. Khi phốt pho ở trong một điều kiện nhất định nào đó bị kích thích bởi ánh sáng laser màu đỏ, nó sẽ phát ra năng lượng dưới dạnh ánh sáng. Ánh sáng sẽ được chụp lại dưới dạng số và xem qua một màn hình ở dạng như là một hình ảnh điện tử màu xám mà không cần rửa hóa học. Hình ảnh có thể được phóng to bằng kỹ thuật số để diễn giải và đo lường. Vì vậy, một mảng các bề dày thành có thể kiểm tra được. Những hình ảnh này có thể được tạo ra nhờ một liều phóng xạ nhỏ thích hợp. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Chụp mối hàn Ví dụ về chụp RT 2.5 Phương pháp kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing) Nguyên lý: Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Kiểm tra hạt từ là một phương pháp kiểm tra không phá hủy nhằm phát hiện các khuyết tật trên bề mặt hoặc ngay bên dưới bề mặt kim loại. Đây là kỹ thuật nhanh và đáng tin cậy để phát hiện và định vị các vết nứt bề mặt. Từ thông được gởi vào trong vật liệu. Tại những chỗ bất liên tục, hình thành nên sự rò từ trường. Bột sắt từ được phun lên trên bề mặt, những chỗ này hấp dẫn bột sắt từ. Chiều dài của các bất liên tục có thể được phát hiện trọn vẹn. Kiểm tra hạt từ không cho biết được chiều sâu của các bất liên tục. Tiêu chí chấp nhận được định nghĩa là mức độ lớn, nhỏ nào của chỉ thị thì được chấp nhận. Kiểm tra hạt từ được sử dụng trong hầu hết các kim loại có từ tính, chẳng hạn như thép các bon, hợp kim thấp và gang. Mục đích chính của thử hạt từ là cho các mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Nó có thể áp dụng cho các bề mặt không qua vệ sinh và khá thô, nhưng như vậy thì độ nhạy sẽ giảm đi. Kiểm tra hạt từ huỳnh quang được sử dụng khi yêu cầu độ nhạy ở mức cao nhất. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Các phương pháp: - Phương pháp Yoke - Phương pháp Prod Các bước tiến hành: Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Xử lý bề mặt Từ hóa Bôi bột từ Quan sát Khử từ Các ứng dụng: Hình Kiểm tra MT bồn áp lực và kết quả các vết nứt lộ ra dưới đèn huỳnh quang Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com 2.6 Kiểm tra bằng truyền âm - Accoustic Emission Nguyên lý: Phương pháp truyền âm dựa trên một nguyên lý rất đơn giản: khi trên vật thể phát sinh vết nứt, quá trình nứt luôn phát ra các sóng siêu âm tắt dần ở một dải tần số nhất định.Bằng cách gắn các đầu dò sóng siêu âm trên bề mặt vật thử theo một sơ đồ thích hợp, xử lý các số liệu về độ trễ, biên độ .. của các tín hiệu nhận được, người ta có thể xác định được chính xác các vết nứt phát sinh trên bề mặt và cả bên trong kim loại trong quá trình thử. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Mặc dù nguyên lý đơn giản nhưng phương pháp này chỉ bắt đầu được áp dụng trong khoảng 15 năm trở lại đây cùng với sự phát triển của kỹ thuật siêu âm và kỹ thuật tin học cho phép xử lý một cách tức thời với độ chính xác cao các tín hiệu thu nhận trong quá trình thử. Thực tế cho thấy kể cả khi không có hiện tượng nứt, trong quá trình thử bên trong kim loại luôn lan truyền các sóng siêu âm ở các dải tần khác nhau. Tuy nhiên đặc điểm nhận biết của các sóng siêu âm do vết nứt trong kim loại tạo ra là chúng có tần số từ 100 - 400 kHz và là các sóng ở dạng tắt dần. Vì vậy trong kỹ thuật kiểm tra truyền âm người ta chỉ ghi nhận và xử lý các tín hiệu có hai đặc tính như vậy. Khi xuất hiện vết nứt ở một vùng nào đó trong quá trình thử, cùng một lúc sẽ có nhiều đầu dò khác nhau nhận được tín hiệu, tuy nhiên do độ dài và đặc tính của đường truyền âm đến mỗi đầu dò là khác nhau nên tín hiệu nhận được cũng khác nhau. Bằng việc so sánh các tín hiệu người ta sẽ định vị được chính xác vị trí và độ lớn của khuyết tật. Phần lớn các nước tiên tiến trên thế giới đều đã công nhận và có tiêu chuẩn đối với phương pháp này. Ví dụ như tại Mỹ, phương pháp truyền âm đã được các tổ chức như ASTM (hiệp hội vật liệu), ASNT (hiệp hội kiểm tra không phá hủy) và ASME (hiệp hội cơ khí) công nhận. Trường hợp áp dụng thử chính thức đầu tiên được thực hiện tại Mỹ năm 1985, đến năm 1988 phương pháp truyền âm đối với vật liệu kim loại bắt đầu chính thức được ASME chấp thuận đưa vào tiêu chuẩn. Quá trình thử truyền âm bao gồm các bước cơ bản sau: 1. Chuẩn đầu dò: người ta dùng các bộ nguồn phát ra các tín hiệu giả để kiểm tra và chuẩn cho từng đầu dò, tiêu chuẩn đòi hỏi quá trình bước này phải thực hiện trước mỗi lần thử nhằm kiểm tra tính chính xác và đặt ngưỡng chấp nhận cho quá trình kiểm tra. 2. Chuẩn hệ thống: sau khi các đầu dò đã được gắn trên bồn, người ta sử dụng một vật chuẩn (thường là thanh chuẩn đầu nhọn có chất liệu giống như ruột bút chì) gõ lên bồn tạo ra tín hiệu sẽ được các đầu dò cảm biến. Dựa trên mẫu chuẩn này người ta sẽ hiệu chỉnh số lượng, khoảng cách và độ khuyếch đại của hệ thống. 3. Sau khi hoàn tất việc hiệu chuẩn, bồ sẽ được tăng áp đến áp suất thử, theo một quy trình chuẩn được quy định trong tiêu chuẩn, ghi nhận các xung khuyết tật có thể có. 4. Báo kiểm tra sẽ ghi nhận tất cả các xung khuyết tật, so sánh với ngưỡng chấp nhận và đưa ra đánh giá về tình trạng của bồn. 5. Các kiểm định viên thực hiện phép thử truyền âm phải được cấp chứng chỉ, thường người ta sử dụng hệ thống chứng chỉ của ASNT (hiệp hội kiểm tra không phá hủy Mỹ) theo tiêu chuẩn SNT-TC-1A để đào tạo, kiểm tra và cấp chứng chỉ. Một trong những ưu điểm cơ bản của truyền âm là nó là phương pháp duy nhất trong số các biện pháp kiểm tra không phá hủy cho phép đánh giá một cách tổng thể toàn bộ kim loại bồn trong khi các phương pháp khác chỉ có thể đánh giá một cách cục bộ tại vùng kiểm tra. Ngoài ra người ta còn sử dụng các đầu dò truyền âm gắn cố định trên bề mặt bồn để Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com theo dõi và phát hiện ngay các vết nứt có thể phát sinh trong quá trình vận hành. Một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp truyền âm là chi phí thiết bị, đào tạo con người rất lớn, chính vì vậy nó mới chỉ áp dụng rộng rãi tại các nước phát triển và trong công nghiệp dầu mỏ. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ tin học và vật liệu, chúng tôi tin rằng trong tương lai không xa, nhược điểm này hoàn toàn có thể được khắc phục và Truyền âm sẽ là biện pháp đắc lực góp phần nâng cao chất lượng, độ an toàn của quá trình kiểm định. 2.7 Nhận diện vật liệu thực (PMI) Nhận diện vật liệu thực (PMI) là một trong những phương pháp thử nghiệm không phá hủy chuyên dùng. Bằng phương pháp nhận diện vật liệu thực, ta có thể xác định cấu tạo hợp kim của vật liệu. Nếu chứng chỉ vật liệu bị thiếu sót hay không rõ cấu tạo của vật liệu, thì PMI chính là giải pháp. PMI đặc biệt được sử dụng cho kim loại chất lượng cao như thép không rỉ và kim loại nặng. Trong khi các kỹ sư cố gắng đẩy các giới hạn làm việc của vật liệu đến giới hạn thiết kế, thì việc bảo đảm rằng vật liệu đúng được sử dụng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Có 2 phương pháp PMI: Nguyên lý XRF (x-ray fluorescence – huỳnh quang do tia X) là một trong những phương pháp PMI. Thiết bị sử dụng các nguồn phóng xạ thấp (đồng vị) hay các đầu chiếu tia X. Vật liệu cần chiếu chụp cho biết phóng xạ và năng lượng phát ra. Vì mỗi nguyên tố đều có cấu trúc nguyên tử riêng của nó, nên sự phản xạ này sẽ tạo ra mức năng lượng riêng biệt cho mỗi nguyên tố khác nhau. Người ta đo lường và dò tìm năng lượng này để xác định các nguyên tố tạo ra hợp kim. Một phương pháp PMI khác là chụp ảnh quang phổ tia phát. Phép chụp ảnh quang phổ dựa trên việc phát quang. Thiết bị gồm có một đầu dò phát ra tia được sử dụng để làm bốc hơi vật liệu cần được phân tích. Các nguyên tử và ion trong hơi này sinh ra một quang phổ, ta có thể đo quang phổ này và tính toán lại để xác định cấu tạo của vật liệu. Đặc điểm của vật liệu như sự khác biệt cấu trúc và việc sử lý nhiệt không làm ảnh hưởng đến kết quả đo lường bằng PMI. Tuy nhiên, điều quan trọng là bề mặt phải đồng nhất với phần còn lại của vật liệu. Lớp ô xy hóa, lớp bao phủ, vết dơ trên bề mặt vật liệu sẽ làm ảnh hưởng đến kết quả. Và bề mặt cũng phải nhẵn. PMI có thể xác định được các nguyên tố: Ti, V, Cr, Mn, Co, Fe, Cu, Zn, Ni, Se, Nb, Mo. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Liên quan tới những giấy phép khai thác và bảo trì các lắp đặt kỹ thuật, phương pháp thử nghiệm và kiểm tra không phá hủy (NDT/NDE) là những kỹ thuật không thể thiếu được. Thử nghiệm và kiểm tra không phá hủy cũng cung cấp sự đảm bảo cần thiết khi muốn đảm bảo chất lượng, tiết kiệm chi phí, an ninh và an toàn kinh doanh cho cả việc lắp đặt mới hoặc có sẵn. Phương pháp thử nghiệm và kiểm tra không phá hủy giảm thiểu rủi ro rò rỉ hay những khuyết tật khác, làm tăng tính toàn vẹn an toàn trong lắp đặt và tiết kiệm chi phí. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com PHỤ LỤC 1: ON-STREAM INSPECTION - PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH THIẾT BỊ TRONG TÌNH TRẠNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐÓ VẪN ĐANG VẬN HÀNH 1. Định nghĩa On-stream inspection là 1 khái niệm được dùng trong API 510 (API – American Petrolium Institute) để chỉ phương pháp kiểm định thiết bị trong tình trạng hệ thống thiết bị đó vẫn đang vận hành. Kỹ thuật này, về bản chất là 1 lợi ích của Risk base inspection (phương pháp kiểm định dựa trên hệ số rũi ro”). Nguyên tắc thực hiện là dùng những biện pháp kiểm tra không phá hủy thay thế cho việc thử thủy lực và khám trong. Để làm được điều này, đôi khi cần có sự chuẩn bị ngay từ khi thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị. 2. Ứng dụng On-stream inspection đặc biệt hữu ích trong trường hợp mà chi phí của việc dừng hệ thống là quá cao (sản phẩm hư hại, ảnh hưởng nặng nề đến những dây chuyền sản xuất khác, chi phí cân chỉnh khi khởi động lại hệ thống cao…). Ví dụ tốt cho những hệ thống loại này là hệ thống sử lý khí thiên nhiên cho những nhà máy nhiệt điện. Áp lực của việc cung cấp năng lượng điện không cho phép hệ thống ngưng trong thời gian đủ dài để thực hiện việc kiểm định thông thường. Trong 1 số trường hợp khác, việc làm sạch môi chất bên trong bình, bồn để khám trong có thể tạo ra "1 thãm họa môi trường" như bồn Amoniac vài nghìn khối... 3. Khi nào có thể áp dụng on-stream inspection Đối với 1 thiết bị áp lực, việc bỏ qua khám trong chỉ được chấp thuận khi thiết bị thỏa mãn 1 số điều kiện nhất định. Hãy xem những qui định này trong API 510: “Khi tốc độ ăn mòn tổng thể là nhỏ hơn 0,125 mm/năm, tuổi thọ còn lại của thiết bị lớn hơn 10 năm và tất cả những điều kiện sau đây được thỏa: * Đặc tính ăn mòn của môi chất làm việc đã được khảo sát ít nhất 5 năm trên thiết bị đang kiểm tra hoặc lấy tốc độ ăn mòn đã khảo sát được trên 1 thiết bị và môi chất tương tự. * Không phát hiện vấn đề gì trong quá trình khám ngoài. * Nhiệt độ vận hành của kim loại không vượt quá giới hạn dưới của vùng nhiệt độ mỏi vì nhiệt của kim loại. * Thiết bị không nghi ngờ bị nứt hay bị ăn mòn hydrogien. * Không phải là loại thiết bị có nhiều lớp.” Trong phần trích dẫn trên, chúng ta thấy có khái niệm tốc độ ăn mòn. Vậy tốc độ an mòn là gì? Cách tính tuổi thọ còn lại dựa trên tốc độ này như thế nào? Việc theo dõi liên tục chiều dầy kim loại thiết bị bằng siêu âm cho phép tính toán tốc độ ăn mòn của hệ thống: Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Trong đó: * CR là tốc độ ăn mòn (mm/năm) * t 1 là chiều dầy tại thời điểm 1 (mm) * t 2 là chiều dầy tại thời điểm 2 (mm) * ΔT là khoảng thời gian tính bằng năm giữa 2 thời điểm 1 và 2 Trên cơ sở tốc độ ăn mòn trên, tuổi thọ còn lại của thiết bị được tính theo công thức: Trong đó: - ΔT R là tuổi thọ còn lại của thiết bị tính bằng năm (mm) - t a là chiều dầy thực tế tại thời điểm xét (mm) - t r là chiều dẩy tối thiểu cho phép theo tính toán không có trị số bù mòn (mm) Qua các công thức trên, có thể thấy tất cả sẽ phụ thuộc vào cách xác định chiều dầy thiết bị tại các thời điểm khác nhau. Việc đo và tính chiều dầy trung bình để đưa vào công thức trên khá phức tạp không thể trình bày trong khuôn khổ bài viết này. Như đã đề cập ở trên, thông số tốc độ ăn mòn thường được xác định trong khoảng thời gian ít nhất là 5 năm. Điều này có nghỉa là phải tiến hành theo dỏi chiều dầy thiết bị ngay khi đưa vào sử dụng nếu muốn áp dụng on-stream sau 5 năm. Cũng có thể thấy, nếu giảm áp suất sử dụng, tuổi thọ còn lại sẽ tăng lên! (vì lúc đó t r sẽ giãm xuống). Nếu xét cả hệ thống thiết bị, on-stream inspection có thể được hiểu là việc kiểm định thiết bị trong khi hệ thống vẫn làm việc dù 1 vài bộ phận phải ngưng để được khám nghiệm. Việc này có thể thực hiện bằng cách khi thiết kế, người ta đã dự kiến trước những thiết bị bắt buộc phải khám trong sau 1 thời gian nhất định và có thiết bị hay hệ thống dự phòng để có thể khám nghiệm lần lượt. Với những thiết bị lớn và phức tạp, có thể áp dụng những phương pháp kiểm tra không phá hủy đặc biệt để loại trừ nguy cơ và làm giảm hệ số rủi ro của thiết bị, từ đó dẫn đến không phải ngưng thiết bị để khám trong hay thử thủy lực. Một trong những phương pháp này là Accoustic Emission (AE). Người ta có thể lắp các đầu dò để liên tục theo dõi thiết bị trong quá trình sử dụng. Những kết quả ghi lại trên máy tính sẽ cho biết tình trạng, diển biến ăn mòn của thành kim loại. Kết quả phân tích tốt sẽ là cơ sở để miễn thử thủy lực và khám trong. Cũng có thể dùng AE để kiểm tra thiết bị trong 1 thời gian khi mà thiết bị được nâng Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com áp. Nếu có thể nâng áp vượt quá áp suất sử dụng bằng chính môi chất sử dụng thì hoạt động của thiết bị hầu như không ảnh hưởng đáng kể. (Sưu tầm trên internet) Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com PHỤ LỤC 2: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SIÊU ÂM TỰ ĐỘNG THAY CHO CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG KIỂM TRA MỐI HÀN Tóm tắt Bài viết này đưa ra các lý do kỹ thuật về sự lựa chọn siêu âm kiểm tra tự động (AUT) thay thế chụp ảnh phóng xạ (RT) trong kiểm tra chất lượng mối hàn. Ngoài cả hai lý do về kỹ thuật và thực hành, AUT còn là kỹ thuật thích hợp hơn hẳn cho các phương pháp phân tích dữ liệu và vật liệu hiện đại, đặc biệt với hai công nghệ mới đã được thương mại hoá trong những năm gần đây là kỹ thuật thời gian truyền âm nhiễu xạ (Time-Of-Flight Diffraction- TOFD) và siêu âm tổ hợp pha (Phased Array- PA). Chuẩn riêng ASME Code Case 2235, một chuẩn về AUT được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, có thể được áp dụng để phê chuẩn cho cho hai kỹ thuật trên, cũng như tất cả các kỹ thuật AUT khác, nếu chúng vượt qua được phép thử đánh giá năng lực (Performance Demonstration) và tất cả các yêu cầu kỹ thuật của chuẩn. Tài liệu này cũng giới thiệu nhiều kỹ thuật và thiết bị có thể thoả mãn đựơc tiêu chuẩn riêng này. Bài báo cũng minh hoạ một ứng dụng điển hình của kiểm tra siêu âm tự đông tiết kiệm đáng kể thời gian kiểm tra và ( vì vậy chi phí sản xuất cũng được tiết kiệm hơn) lại vừa có chất lượng kiểm tra tốt hơn hẳn phương pháp RT. Đặt vấn đề Chụp ảnh phóng xạ (Radiography – RT) được sử dụng rộng rãi để kiểm tra mối hàn trong nhiều thập kỉ qua; tuy nhiên RT có các hạn chế cơ bản cả về khía cạnh kỹ thuật lẫn ứng dụng. Các hạn chế chính về ứng dụng có thể được kể đến dưới đây: - Vấn đề về an toàn phóng xạ - Vấn đề về cấp phép làm việc với nguồn phóng xạ đặc biệt - Làm gián đoạn tiến trình công việc khi tiến hành chụp - Các chất thải hoá chất - Tốn nhiều phim chụp - Vấn đề liên quan đến bảo quản và nguy cơ giảm chất lượng phim - Năng suất làm việc tương đối thấp. Không chỉ cần chú ý đến độ an toàn, việc cấp giấy phép cũng là một vấn đề lớn cần phải chú trọng đến. Ngoài các hạn chế trên, chụp ảnh phóng xạ còn có các hạn chế xuất phát từ nguyên lý vật lý cố hữu của phương pháp, nhất là đối với các khuyết tật dạng phẳng bao gồm: - Khả năng phát hiện các khuyết tật dạng phẳng, như các vết nứt và không ngấu kém. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com - Không cho biết kích thước về độ sâu của khuyết tật, trong khi đó thông số này lại rất quan trọng cho các yều cầu về đánh giá tới hạn kỹ thuật (ECA), cơ chế gãy đứt hay tiên đoán xu hướng phát triển của khuyết tật. - Đối với các bồn chứa dày, gía thành chụp và mức độ độc hại phóng xạ có thể rất cao. Giải pháp đề xuất dưới đây sử dụng phương pháp kiểm tra siêu âm tự động (AUT) thay thế RT đem lại nhiều lợi ích. Giải pháp AUT AUT khắc phục hiệu quả mọi hạn chế RT gặp phải và hiện nay nó đã trở thành lựa chọn có nhiều ưu thế: - Khả năng phát hiện các khuyết tật tốt hơn - Khả năng xác định được chiều sâu của khuyết tật - Kết quả có thể lưu trữ và tra soát được, không giống như phương pháp kiểm tra siêu âm truyền thống - Phép kiểm tra có thể tuỳ biến theo từng loại mối hàn và khuyết tật - Tuyệt đối an toàn cho con người và môi trường. Về tổng thể, AUT thích ứng tốt với các khái niệm về ECA, đặc biệt với các kỹ thuật hàn tự động. Hơn nữa, AUT giúp tốc độ kiểm tra nhanh hơn, khả năng phát hiện khuyết tật tốt hơn. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng (xác suất) phát hiện khuyết tật (Probability of Defect Detection - POD) của các kỹ thuật hiện hành ở các điều kiện khác nhau, và hầu hết các kết quả đều cho thấy AUT có khả năng kiểm tra tốt hơn. Hình 1 dưới đây minh hoạ kết quả nghiên cứu cơ bản về khả năng phát hiện khuyết tật của các phương pháp NDT của Viện Hàn Đức (1). Cần chú ý rằng các kết quả về khả năng phát hiện khuyết tật thực tế phụ thuộc vào các mẫu, các khuyết tật, quy trình, các phương pháp kỹ thuật, vì thế sẽ có sự khác nhau về khả năng phát hiện khuyết tật. Thông qua các dữ liệu được thống kê qua các kiểm tra/thử nghiệm đặc biệt này, ta có thể thấy TOFD có xác suất phát hiện khuyết tật cao hơn hẳn kỹ thuật xung vọng tự động . Tuy nhiên, gần đây, còn có thêm nhiều thiết bị có thể kết hợp cả TOFD và kỹ thuật sung vọng để mang lại khả năng phát hiện khuyết tật tốt hơn. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hình 1: Khả năng phát hiện khuyết tật của UT, RT và AUT Xác định kích thước khuyết tật dựa trên các kỹ thuật AUT tốt hơn hẳn các kỹ thuật khác, nhất là so vơi kỹ thuật UT truyền thống, và vì RT không có khả năng xác định độ sâu khuyết tật một cách hữu hiệu. Trong khi đó xác định chiều sâu khuyết tật đóng vai trò quan trọng trong bất kỳ một đánh giá tới hạn kỹ thuật nào, do đó RT là kỹ thuật bị loại ngay nếu sử dụng các tiêu chuẩn chấp nhận kiểu “nhân công chủ lực” trên, vì RT không tận dụng được các đặc tính và chu trình cải tiến của vật liệu. Các kỹ thuật dựa trên sự nhiễu xạ âm cho thấy khả năng xác định kích thước khuyết tật tốt hơn nhiều. Hình 2 giới thiệu kết quả đánh giá kích thước trên các mẫu thử Robin tròn thuộc một nhà máy điện nguyên tử. Kết quả của tất cả các phương pháp được chỉ ra ở hình 2a bên trái, trong khi đó kết quả của kỹ thuật TOFD được giới thiệu ở hình 2b bên phải. Sự khác biệt là rất lớn. Hình 2: (a) bên trái, DDT sử dụng tất cả các phương pháp UT UT thủ công Chụp ảnh phóng xạ TOFD đơn thuần AUT TOFD kết hợp Phased Array Xác suất phát hiện khuyết tật (POD) Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com (b) bên phải: DDT chỉ sử dụng TOFD. Chuẩn ASME Case 2235 Năm 1996, từ các kiến thức và kinh nghiệm thu được từ các nghiên cứu về hạt nhân, Hội các kỹ sư Cơ khí Mỹ (American Society of Mechanical Engineers- ASME) đã xây dựng một chuẩn riêng về sử dụng AUT thay cho RT (3). Chuẩn này giờ đây rất được thịnh hành và đã trải qua 9 lần tái bản. Chuẩn riêng Code Case 2235 này dựa trên năng lực thực tế của nhà thầu thông qua phép thử đánh giá về năng lực trước khi chấp nhận. Về cơ bản, nhà thầu phải trình các tài liệu kỹ thuật và quy trình kiểm tra bằng văn bản, sau đó được chỉ định tiến hành kiểm tra trên các mẫu thử có chứa 3 khuyết tật (phía ngoài, trong và trên bề mặt thành mẫu). Để được chấp nhận, tất cả các khuyết tật này phải được phát hiện. ASME CC 2235 là chuẩn tổng quát và chấp nhận tất cả các phương pháp AUT vượt qua được phép kiểm tra. Nó có thể chấp nhận TOFD, PA, hay cả hai kết hợp. Đặc biệt Chuẩn riêng này đòi hỏi phép thử phải được tiến hành trên toàn vùng mẫu kiểm tra, số liệu phải được thu thập và lưu trữ đầy đủ và phải sử dụng bộ mã hoá. CC 2235 còn đòi hỏi phải có kế hoạch quét, quy trình kiểm tra bằng văn bản và nhân sự phải được đào tạo tốt. Các tiêu chuẩn thống kê cùng với phương pháp xác định các xung phản hồi do hình học cũng phải được chỉ rõ. Khác với phần lớn các tiêu chuẩn loại bỏ-chấp nhận được dựa trên độ lớn biên độ xung hay chiều dài khuyết tật khác, tiêu chuẩn chấp nhận của ASME CC 2235 được xây dựng trên cơ sở của ECA (cơ chế Nứt gãy-Fracture Mechanics). TOFD là kỹ thuật đã được thiết lập bởi nhiều Chuẩn. Chuẩn BS7706 (3) và EN583_6 (5) là các chuẩn Châu Âu về TOFD, ASTM có E-2373-4 (5), còn ASME có cả chuẩn TOFD (6) và chuẩn về giải đoán các kết quả TOFD (7). ASME hiện đang xây dựng các chuẩn riêng cho bộ quét có mã hoá và các phased array tự động , nhưng xét về tổng thể, kỹ thuật kiểm tra AUT đã được bao quát bởi các chuẩn. Ở dạng phát hành đầu tiên, các công nghệ AUT chính bao gồm các phép kiểm tra sử dụng dạng quét zic-zắc và TOFD. Với các phát triển mới trong về kỹ thuật quét tuyến tình, giờ đây ASME CC 2235 chấp nhận cả quét theo một đường thẳng. Hình 3 (a) và (b) minh hoạ các khái niệm trên. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hình 3. (a) Quét theo kiểu zig-zac và quét theo một đường thẳng Một lẽ tự nhiên, nhiều tổ chức lập chuẩn cũng xây dựng các chuẩn về AUT, nhưng chưa có một chuẩn nào được phát triển và vạn năng như ASME và CC 2235. Thêm vào đó, các dạng khác của ASME CC 2235 cũng được xây dựng, đặc biệt là ASME B31.3 Code Case 181.(8) Các thông tin phản hồi về ASME CC 2235 Trước hết, chuẩn riêng này đã được chấp nhận rộng rãi vì nó dựa trên các tiêu chí về kỹ thuật và và phép kiểm tra năng lực trên các mẫu có các khuyết tật không được biết trước. Trong thực tế, CC 2235 được đã chứng tỏ: - Tuân thủ tốt hơn các yêu cầu về xây dựng, không gây gián đoạn cho quá trình sản xuất, thi công. - Đảm bảo sản phẩm đạt các tiêu chuẩn đề ra - Thích hợp cho cả kiểm tra sau chế tạo và trong quá trình sử dụng cho các cơ sở hạt nhân. - Tiết kiệm được đáng kể chi phí (chủ yếu do không phải ngừng sản xuất). Các đánh giá thực tế cho thấy: - AUT không tương ứng với RT; AUT “nhìn” thấy các khuyết tật dạng khác (các khuyết tật dạng phẳng và rỗ khí). - RT loại bỏ sản phẩm dựa trên các khuyết tật, nhiều khi các khuyết tật này không gây ảnh hưởng đến tính năng của vật liệu; Còn AUT đặc hiệu hơn, đặc biệt đối với các khuyết tật dạng phẳng. - AUT có thể giảm đáng kể các sửa chữa không cần thiết, nhờ đó giảm đáng kể giá thành sản xuất. - Đôi khi AUT thấy những khuyết tật lớn mà RT lại không thấy. Tất nhiên cũng có nhiều phản bác về CC 2235 (và AUT): - Sự mở rộng chùm tia khiến độ nhậy ở khoảng cách xa giảm (hạn chế này có thể giải quyết bằng cách hội tụ chùm). - Sử dụng các khuyết tật nhân tạo để chuẩn máy - Chỉ giới hạn cho chiều dày 12.7 mm trở lên (giới hạn này thay đổi với CC 181). Nhìn chung, các phản hồi là tốt, và ASME CC 2235 đã trở thành chuẩn toàn cầu về kiểm tra mối hàn. Một số hệ thống kiểm tra đáp ứng chuẩn ASME Code Case 2235 Nhờ sự linh hoạt của chuẩn này mà rất nhiều thiết bị kiểm tra trên thị trường thoả mãn được chuẩn này, từ hệ thống quét đơn giản, đến hệ thống quét sử dụng rơ-bôt phức tạp, từ các hệ thống siêu âm truyền thống đa kênh, đến các hệ thống siêu âm phased Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com array tốc độ cao. Lựa chọn hệ thống kiểm tra phụ thuộc vào chuẩn áp dụng, yêu cầu của nhà thầu, chiều dày thành ống, tốc độ yêu cầu, ngân sách cho phép… Tương tự, các kỹ thuật tối ưu cho từng ứng dụng cũng thay đổi: Phần lớn đều chọn phương pháp TOFD bổ sung cho PA mặc dù chỉ PA riêng không thôi cũng có thể thể bao phủ toàn bộ vùng kiểm tra. Đối với các đối tượng rất dày, kết hợp với kỹ thuật sóng trượt sẽ có thể bao quát tốt vùng gần bề mặt. Các phần sau đây sẽ tập trung vào kỹ thuật TOFD kết hợp với kỹ thuật xung vọng (PE) như chỉ ra ở hình 4. Ở đây phần đáy của mối hàn được bao phủ bằng đầu dò 600 từ 2 bên (vàng ); phần chóp của mối hàn được bao quát bởi đầu dò 450 từ 2 phía (hồng), và phần giữa của mối hàn sẽ bao phủ bởi các đầu dò TOFD (xanh lục), các đầu dò này có các vùng chết ở đỉnh và đáy hàn. Hình 4: Phương án kết hợp TOFD và xung dội để thoả mãn chuẩn ASME Code Case 2235. Hình ảnh các thiết bị do hãng Olympus NDT cung cấp được giới thiệu ở hình 5. Hình 5: Thiết bị MS5800 (trên cùng), OmniScan MX (trái) và Focus LT (phải) Tương tự, trên thị trường cũng có rất nhiều bộ quét khác nhau, như mô tả ở hình 6. Tất cả các bộ quét này đều được trang bị với bộ mã hoá để thoả mãn yêu cầu của CC 2235; Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com một số loại được điều khiển bằng mô-tơ (chúng được gọi là các bộ quét tự động hoàn toàn), trong khi đó một số được đẩy bằng tay để giảm bớt giá thành và các thao tác thiết lập máy (các bộ quét bán tự động). Cần chú ý rằng các bộ quét đẩy bằng tay có gắn với bộ mã hoá sẽ cũng vẫn không được chuẩn ASME chấp nhận nếu các sữ liệu thu nhận bằng các bộ quét này không tra soát được. Hình 6. Một số bộ quét của Olympus NDT Ứng dụng minh hoạ Ứng dụng này dành cho bồn chứa lớn có thành ống rất dày (hình 7). RT không thực hiện được vì thành ống quá dày và vì ảnh hưởng của phương pháp đến tiến độ sản xuất. Mục tiêu là phải tối thiểu hoá thời gian kiểm tra/vận hành (do đó giúp cho giá thành kiểm tra cũng được tối thiểu hoá) và phải được thực hiện kiểm tra sao cho kịp tiến độ hàn. Kiểm tra siêu âm thủ công cần đến 10 người với tổng cộng thời gian là 8h để hoàn thành một đường hàn,trong khi đó AUT chỉ cần tốn 2 nhân viên trong 40 phút cho mỗi một đường hàn, do đó có thể nói đây là sự thay thế hết sức thành công. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Hình 7: Kiểm tra bồn chứa lớn sử dụng AUT và bộ quét đẩy bằng tay. Kết quả kiểm tra điển hình sử dụng bộ quét đẩy bằng tay với TOFD và xung dội trên mẫu chuẩn được giới thiệu ở hình 8. Các kênh ngoài cùng bên phải và bên trái là các kênh 2 quãng chạy toàn phần giành cho kiểm tra mũ mối hàn. Các kênh trong cùng bên phải và bên trái là các kênh xung dội chân mối hàn trong khi kênh trung tâm là TOFD. Các số liệu ở hình 8 là từ khối chuẩn dùng để đánh giá kỹ thuật, còn ở hình 9 là đối với khuyết tật thực. Figure 8: Hiển thi kết quả TOFD và PE 450 và PE 600 Figure 9: Hiển thị dạng quét B (B-scan) và TOFD Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Kết luận Tài liệu này chỉ ra rằng AUT là kỹ thuật kiểm tra siêu âm tự động được chấp nhận hoàn toàn bởi Tiêu chuẩn về bồn chứa cao áp và nồi hơi của ASME qua chuẩn riêng Code Case 2235. Tiêu chuẩn này rất thuận tiện và linh hoạt và nó yêu cầu số liệu phải được thu nhận đầy đủ, quy trình phải được lập thành văn bản, và phải qua phép thử về năng lực. Có rất nhiều hệ thống thiết bị và kỹ thuật kiểm tra siêu âm tự động thoả mãn chuẩn riêng này, chủ yếu là TOFD, PA, PE và sự kết hợp giữa chúng. Olympus NDT có một số hệ thống đáp ứng được các yêu cầu của chuẩn CC 2235, từ các hệ đa kênh cầm tay đến các hệ PA cao cấp cùng với rất nhiều bộ quét tự động và bán tự động. Tài liệu tham khảo 1. Bouma T. et al., 1996 NIL summary report no. FF 96-43, Dutch Welding Institute. 2. Charlesworth J.P. and J.A.G. Temple, 1989, “Ultrasonic Time of Flight Diffraction”, Research Studies Press. 3. BS7706, “Guide to Setting Up and Calibration of the Ultrasonic Time-Of Flight Diffraction (TOFD) Technique for the Detection, Location and Sizing of Flaws”, BSI 4. EN583_6, “Nondestructive testing – Ultrasonic examination - Part 6 : Ultrasonic time of-flight diffraction technique as a method for defect detection and sizing”, European Committee for Standardization. 5. ASTM E-2373-04, “Standard Practice for the Use of the Ultrasonic Time-Of- Flight Diffraction” (TOFD) Technique”, ASTM July 2004. 6. ASME TOFD Code, ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section V Article 4 Appendix III, “Time of Flight Diffraction (TOFD) Technique”, American Society of Mechanical Engineers, July 2004. 7. ASME Interpretation Manual, ASME B&PV Code Section V Article 4 Nonmandatory Appendix N, “Time of Flight Diffraction (TOFD) Interpretation”, 2004. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com 8. ASME B31.3 Code Case 181, “Use of Alternative Ultrasonic Examination Acceptance Criteria in ASME B31.3”, January 23, 2007. 9. M. Rana, D. Cowfer, O. Heddon and R. Boyce, “Technical Basis for ASME Section VIII Code Case 2235 on Ultrasonic Examination of Welds in Lieu of Radiography”, ASME PVP-Vol 407, Pressure Vessel and Piping Standards, Book No. H01175- 2000. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com PHỤ LỤC 3: PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH DỰA TRÊN HỆ SỐ RŨI RO RBI Giới thiệu: Trong phương pháp kiểm định được áp dụng hiện nay tại Việt nam cũng như nhiều nước khác trên thế giới, nội dung công việc kiểm định và thời hạn kiểm định được quy định một cách cố định trong các tiêu chuẩn, quy phạm. Cho đến nay, cách tiếp cận này - có tên gọi là time based inspection đã chứng tỏ sự tin cậy của nó trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị . Tuy nhiên, việc vận dụng phạm vi và thời hạn kiểm định như nhau cho các thiết bị có những điều kiện vận hành và qui mô khác nhau dẫn đến lãng phí không cần thiết trong nhiều trường hợp và thiếu thận trọng cần thiết cho nhiều trường hợp khác. Với sự phát triển không ngừng các kỹ thuật và lý thuyết kiểm định, các tổ chức đăng kiểm, các viện tiêu chuẩn và tập đoàn công nghiệp quốc tế như DNV, API, ASME, ExxonMobil v.v. đã phát triển phương pháp kiểm định dựa trên rủi ro - risk based inspection (RBI), trong đó nội dung công việc kiểm định và thời hạn kiểm định được xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của thiết bị. Định nghỉa: -Tham số rủi ro là sự lượng hóa mức độ nguy hiểm được tính toán dưới dạng tích số khả năng xảy ra (Likelihood – possibility) và tầm mức ảnh hưởng (consequence) của sự kiện (ND: sự kiện xảy ra sự cố). - RBI là công cụ có tính hệ thống giúp người sử dụng đưa ra những quyết định có liên quan đến chi phí kiểm định và bảo trì. RBI có khả năng: - Đánh giá kết quả kiểm định hiện tại để xác định độ ưu tiên của những công tác kiểm định tiếp theo. - Đánh giá những kế hoạch tương lai để có những quyết định (ND: quyết định những thay đổi cần thiết trong kế hoạch quản lý rủi ro thích ứng với kế hoạch thay đổi hay mở rộng sản xuất) - Đánh giá các thay đổi liên quan đến quá trình vận hành cơ bản khi chúng ảnh hưởng đến sự hoàn hảo (integrity) của thiết bị. - Chỉ ra những nhân tố tạo ra rủi ro có thể bị bỏ qua trong các phương thức kiểm định khác. - Định ra mức độ kiểm định tối ưu xét trên quan điểm kinh tế bằng cách xem xét sự cân bằng giữa chi phí kiểm định và mức độ giảm chỉ số rủi ro. - Xác định một "mức độ rủi ro chấp nhận được" (ND: cho tổng thể hệ thống thiết bị). Định lượng rủi ro: - Rủi ro là tổng hợp của khả năng xảy ra rủi ro và tầm mức ảnh hưởng của rủi ro. - Một trong những cách minh họa định lượng rủi ro là biểu diển 2 yếu tố khả năng và tầm mức ảnh hưởng lên hệ trục toạ độ X-Y Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Đường biểu diển hệ số rủi ro. Ma trận RBI bán định lượng Các cấp độ phân tích RBI I II III Cấp độ được định nghỉa Định tính Bán định lượng Định lượng Dự liệu đầu vào của quá rình phân tích Khoảng giá trị Số cụ thể Số cụ thể Đánh giá cơ cấu phá hủy “Cao”, “vừa”, “thấp” Hệ số phá hủy từ 1 đến 5000 Hệ số phá hủy từ 1 đến 5000 Phân tích Ma trận 5x5 Vùng bị ảnh hưởng, hệ số Vùng bị ảnh hưởng, tần Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com đánh giá mức độ phá hủy, ma trận 5x5. suất hư hỏng, lượng hóa rủi ro. Tính toán ảnh hưởng tài chính của rủi ro Chỉ tính đến sự đình trệ sản suất N/A An toàn, sản xuất và môi trường Các mức độ phân tích rủi ro theo API 581 Quy trình kiểm định dựa trên rủi ro của API có 3 mức độ phân tích: - Level I: Ở mức độ này RBI chỉ đóng vai trò như một công cụ cho phép xác định nhanh chóng những thiết bị có hệ số nguy hiểm cao mà người sử dụng cần phải khảo sát chi tiết. - Level II: Tiến gần hơn đến định lượng so với level I nhưng không hoàn toàn như level III. Có hầu hết những ưu điểm của level III nhưng lại ít đòi hỏi dữ liệu đầu vào hơn level III. - Level III: Là phương pháp định lượng hoàn toàn và cung cấp những phân tích chi tiết nhất. Tại sao chúng ta cần RBI - Đa số tiêu chuẩn kiểm định hiện hành chỉ dựa trên LOF (likelihood of failure - khả năng hư hỏng) không dựa trên COF (Consequence of failure - tầm mức ảnh hưởng của hư hỏng). (ND: mà chú ý tới tầm mức ảnh hưởng của hư hỏng là hết sức cần thiết. VD: không hợp lý chút nào nếu quan tâm 1 bình khí nén 200 lít như 1 bồn gas 200 m3) - Giảm bớt những rủi ro có tầm mức ảnh hưởng lớn. - Tăng hiệu quả của chi phí bỏ ra cho kiểm định và bảo trì. - Cung cấp những thông tin cơ bản để thay đổi khi chuyển từ 1 thiết bị có hệ số nguy hiểm thấp sang thiết bị có hệ số nguy hiểm cao. -Lượng định và hiểu những rủi ro còn tồn tại trong kế hoạch kiểm định đang áp dụng. - Lượng định được sự giảm bớt rủi ro do kết quả của hoạt động kiểm định. Lợi ích của chương trình kiểm định dựa trên rủi ro - Cung cấp 1 khả năng chỉ ra và lượng định hệ số rủi ro, tạo ra 1 công cụ hữu hiệu để quản lý những phần quan trong của dây chuyền công nghệ. - Cho phép ban lảnh đạo xem xét vấn đề an toàn 1 cách tổng thể và có hiệu quả kinh tế cao. - Giảm nguy cơ sự cố một cách có hệ thống bằng cách sử dụng một cách hợp lý hơn các phương pháp kiểm định khác nhau. - Và cải thiện độ tin cậy của toàn hệ thống. Kiểm tra không phá hủy Tổng hợp: Nguyễn Thanh Sơn - Vinamain.com Quy trình chung thực hiện phân tích RBI Các bước thực hiện chính: Bước 1 Thu nhận dữ liệu thiết kế Bước 2 Huấn luyện nhân sự Nhà máy trong sử dụng/quản lý phần mền. Bước 3: Đánh giá dữ liệu đo kiểm thu thập thời gian qua. Bước 4: Phân tích dữ liệu đo kiểm thu thập được thời gian qua. Bước 5: Kiểm soát đường ống- Sắp xếp theo hệ thống và đánh số. Bước 6: Kiểm tra trực quan bên ngoài tình trạng thiết bị tĩnh/ đường ống. Bước 7: Nghiên cứu cơ chế ăn mòn, gồm n/cứu ăn mòn bên trong/ bên ngoài t.bị, tốc độ ăn mòn, điểm tới hạn,… Bước 8: Chạy phần mền RBI phân tích các điểm tới hạn, nhận dạng điểm có mức độ rủi ro cao trên ma trận xếp hạng rủi ro. Bước 9: Lên kế hoạch kiểm tra/bảo dưỡng hệ thống tĩnh/đường ống theo kết quả RBI và cơ sở đánh giá của chuyên gia. Bước 10: Các tác vụ kiểm tra/bảo dưỡng cho từng thiết bị cụ thể .