Ảnh hưởng của mép mối hàn khi sử dụng phương pháp siêu âm FMC/TFM

Ảnh hưởng của mép mối hàn khi sử dụng phương pháp siêu âm FMC/TFM

Tác giả: Nguyễn Trọng Quốc Khánh



Sử dụng siêu âm truyền thống trong kiểm tra mối hàn
Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng hiệu ứng lan truyền của sóng âm trong vật liệu cần kiểm tra. Sóng siêu âm lan truyền trong môi trường đồng nhất theo đường thẳng cho đến khi gặp bất liên tục hay khuyết tật, tại đó, một phần âm thanh bị phản xạ ngược trở lại. Trong kiểm tra siêu âm mối hàn, các khuyết tật không ngấu, rỗ khí, ngậm xỉ, nứt chân trong mối hàn sẽ làm phản xạ phản xạ, nhiễu xạ sóng âm. Sử dụng thiết bị kiểm tra siêu âm khuyết tật như EPOCH 650 có thể thu nhận tín hiệu xung phản hồi và phán đoán về vị trí, độ lớn và hình dạng các khuyết tật hàn.


Kiểm tra mối hàn với siêu âm truyền thống

Trong kiểm tra siêu âm khuyết tật mối hàn thủ công truyền thống, kỹ thuật hay sử dụng là kỹ thuật xung – dội. Đầu dò siêu âm thông thường có 1 biến tử dùng để phát và thu nhận tín hiệu.

Sử dụng siêu âm Phased Array trong kiểm tra mối hàn
Phương pháp kiểm tra siêu âm đầu dò dãy tổ hợp pha hay Phased Array là kỹ thuật kiểm tra siêu âm, trong đó đầu dò thường có từ 16 đến 256 biến tử nhỏ riêng biệt, mỗi biến tử có thể được kích hoạt độc lập. Cũng như đối với đầu dò thông thường, các đầu dò dãy tổ hợp pha có thể được thiết kế cho sử dụng tiếp xúc trực tiếp, hoặc kết hợp với nêm để tạo góc khi kiểm tra mối hàn.


Kiểm tra mối hàn với siêu âm Phased Array

Không giống như các thiết bị kiểm tra khuyết tật siêu âm thông thường, hệ thống dãy tổ hợp pha có thể quét chùm âm theo một dải góc nằm trên mặt phẳng khúc xạ hoặc theo đường tuyến tính, hoặc hội tụ ở những độ sâu khác nhau, do đó tăng tính linh hoạt và khả năng tìm kiếm trong thiết lập kiểm tra, với một đầu dò có thể phát các góc độ từ 45 tới 70 độ vào bao quát toàn bộ các vị trí có thể xuất hiện khuyết tật trong mối hàn.

Phương pháp siêu âm Full Matrix Capture và Total Focusing (FMC/TFM)
FMC là một kỹ thuật thu thập dữ liệu siêu âm, khi đó tín hiệu được thu nhận từ mọi phần tử của đầu dò mảng tuyến tính. Kỹ thuật lần đầu tiên được giới thiệu cho NDT bởi Holmes et all vào năm 2005 và đã được sử dụng với siêu âm y tế trong nhiều năm trước đó. Dữ liệu được thu thập bằng cách sử dụng kỹ thuật “1 phát và tất cả thu”, với phần tử đầu tiên đóng vai trò là biến tử phát, và với mọi phần tử còn lại đóng vai trò là biến tử thu dữ liệu. Quá trình lặp lại cho đến khi tất cả các biến tử đều phát tín hiệu; tạo ra một tập hợp đầy đủ các dữ liệu với n2 A-scan. Vì năng lượng trong vật liệu tại bất kỳ thời điểm nào được tạo ra chỉ từ một biến tử duy nhất, nên kỹ thuật này thường được gọi là phương pháp thu thập dữ liệu tuần tự.


Trình tự thu thập dữ liệu với FMC
Hình ảnh của FMC sẽ được xử lý bằng phương pháp Total Focussing Method (TFM), ở đó một lưới các điểm ảnh của vùng dữ liệu cần quan tâm sẽ được điền các thông tin về biên độ lấy được từ dữ liệu thu thập được sử dụng FMC. Vùng dữ liệu được chia lưới và đối với mỗi điểm trên lưới này, các tiêu điểm được tính cho toàn bộ tập hợp các phần tử của đầu dò mảng pha. Tất cả các tín hiệu được thay đổi và dịch pha tương ứng trước khi tổng hợp lại tại mọi điểm của lưới. Xử lý này kết thúc khi việc xây dựng dữ liệu được thực hiện cho mọi điểm của lưới.

Hướng truyền sóng và chế độ kiểm tra
Trong sơ đồ mô hình hóa và xử lý dữ liệu FMC, Chế độ hay Mode cho biết các dạng sóng âm nào được sử dụng trong thuật toán tái tạo và hình ảnh (Xung dội – LL, TT, TTTT) (Tandem – TTT, TLL, LLT, LLL, LTT, TTL). Ví dụ, chế độ TTTT trong FMC là chế độ xung dội, phát sóng cắt khúc xạ (hoặc sóng ngang T) vào trong mẫu kiểm tra. Sau đó, sóng ngang được phản xạ từ mặt đáy phía sau (TT) và gặp khuyết tật (TTT). Sóng ngang được phản xạ trở lại từ khuyết tật đến bề mặt đáy phía sau và được nhận bởi đầu dò (TTTT).

Các chế độ như LL cho biết chế độ kiểm tra này tạo ra sóng dọc và nhận sóng dọc phản xạ trực tiếp từ khuyết tật.


Chế độ TT và TTT trong kiểm tra TFM

Kết luận
Khi kiểm tra mối hàn V hoặc Double V bằng TFM cho thấy các giới hạn so với Phased Array. Tuy nhiên TFM vẫn là một phương pháp có nhiều tiềm năng phát triển, đặc biệt với các mối hàn chữ J hay mối hàn có vách thẳng đứng (trong khi vẫn cần lưu ý đến các điểm hạn chế)