Các đầu dò siêu âm trong siêu âm khuyết tật mối hàn

Siêu âm được sinh ra khi sử dụng đặc tính áp điện của các vật liệu xác định. Vật liệu áp điện xuất hiện tự nhiên có thạch anh. Tuy nhiên các vật liệu áp điện được sử dụng rộng rãi là các sản phẩm gốm đơn tinh thể nhân tạo. Phổ biến nhất là PZT (Ziconate titanate chì). Gần đây một số vật liệu polime đã được phát minh và chúng cũng có tính chất áp điện và ứng dụng trong một số trường hợp đặc biệt

1.Hiệu ứng áp-điện, siêu âm khuyết tật

Nếu một điện tích được tác động lên một tinh thể áp điện thì tinh thể có thể thay đổi hình dạng, hoặc dãn ra hoặc co lại phụ thuộc vào điện tích tác động là dương hay âm. Do đó nếu tác động một điện tích thay đổi thì tinh thể sẽ dao động. Phụ thuộc vào kích thước vật lý tức là độ dày của tinh thể thì sẽ có tần số cộng hưởng tương ứng. Điều này giống như cốc chứa nước rung với tần số cao hơn hay thấp hơn khi động nhẹ vào nó và phụ thuộc vào lượng nước có trong cốc. Điều này có nghĩa là tần số hoạt động của một đầu dò siêu âm không bị ảnh hưởng bởi tần số của điện áp tác động mà bởi độ dày của tinh thể.
Ngược lại tinh thể áp điện chịu các dao động cơ học sẽ sinh ra dòng điện xoay chiều nhỏ. Điện áp của dòng xoay chiều tỷ lệ thuận với độ lớn của dao động nhận được.

2. Thiết kế đầu dò – siêu âm khuyết tật

Các đầu do cho kiểm tra NDE có thể là đơn tinh thể hoặc đa tinh thể. Chúng được thiết kế để có thể phát ra loại lan truyền sóng đặc biệt trong vật liệu kiểm tra ở một tần số nào đó. Thông thường các tần số của đầu dò là 1Mhz, 2Mhz, 4Mhz và 5Mhz. Các tần số cao hơn các tần số này được sử dụng với các trường hợp đặc biệt khác.
Trong kiểm tra tiếp xúc tinh thể đầu dò được gắn trên một đế bảo vệ, thường là Plexiglas hoặc gốm để tránh tinh thể khỏi bị hỏng. Mặt khác các đầu dò kiểm tra chúng không yêu cầu một đế như vậy vì ở đây tinh thể không phải chịu mài mòn

Góc nêm và góc bị khúc xạ trogn siêu âm khuyết tật mối hàn

Hình 1 Góc nêm và góc bị khúc xạ

Nếu khả năng cho lan truyền lớn hơn một dạng sóng thì có thể xuất hiện đồng thời các dạng sóng khác nhau trong đầu dò. Điều này rõ ràng là không mong muốn. Do vậy đế đầu dò thường được chế tạo từ Perspex. Vật liệu này là chất rắn có khả năng mài mòn hợp lý. Tuy nhiên nó có một vài đặc tính giống như chất lỏng: chỉ có dạng sóng nén là lan truyền trong đó. Trong một vài trường hợp các tinh thể được gắn vào các đế gốm. Để giảm thiểu các trục trặc với các sóng ngang, trong đế các đầu dò có đế gốm phải được cấu tạo cực kỳ mỏng. Các đế này được sử dụng chỉ cho các đầu dò sóng nén 0⁰. Tinh thể và vật liệu đế phải tiếp xúc với nhau.

Các sóng ngang, creeping, nén nghiêng và các sóng bề mặt được sinh ra trong các vật liệu kiểm tra bằng cách khống chế cẩn thận “góc nêm” của đế đầu dò perspex. Trong thép ví dụ với góc nêm < 27.37⁰ (góc tới hạn thứ nhất) cả hai dạng sóng nén và sóng ngang được sinh ra trong thép, khi góc nêm tiến đến 0⁰ thì năng lượng của sóng nén tăng lên.

Góc bị khúc xạ theo góc nêm cho nêm perpex trên mép ferrit trong siêu âm mối hàn

Hình 2: Góc bị khúc xạ theo góc nêm cho nêm perpex trên mép ferrit.

Trong vỏ của đầu dò luôn chứa vật liệu làm nhụt âm. Chúng phục vụ hai mục đích (a) hấp thụ âm được truyền từ phía sau của biến tử và (b) làm nhụt tinh thể để tránh hiện tượng ngân quá mức do đó sinh ra một xung ngắn của năng lượng âm và làm giảm vùng chết. Các vật liệu này thường là vonframaraldite, mặc dù có một số vật liệu khác cũng có thể dùng được. Một vài đầu dò có chứa cuộn trở kháng nhỏ để cho nhụt tinh thể về điện.
Hầu hết các đầu dò đơn tinh thể sử dụng vật liệu làm nhụt giống như vỏ phía trước của đầu dò. Nó giúp hấp thụ các xung phản xạ nội tại, làm giảm số lượng xung này quay trở lại tinh thể, tiếp tục làm giảm vùng chết của đầu dò này. Các đầu dò máy siêu âm mối hàn khác được mô tả trên hình 28 được lắp đặt trên một đế của đầu dò được thiết kế rất công phu để tránh các sóng âm bị phản xạ nội tại quay trở lại tinh thể.

Hình 3 Đầu dò sóng nén tinh thể

Hình 4 Đầu dò sóng nén tinh thể đôi

Trong các đầu dò đơn tinh thể thì tinh thể làm hai nhiệm vụ phát và thu. Đây là nguyên nhân gây nên vùng chết do tinh thể tiếp tục rung sau khi xung phát đã kết thúc. Các đầu dò kép hạn chế vùng chết bằng việc cách ly đầu phát và đầu thu bằng một hàng rào cách âm. Do đó chúng được sử dụng để kiểm tra khuyết tật vùng gần bề mặt. Tuy nhiên các đầu dò đơn tinh thể “có khả năng xuyên thấu mạnh hơn” và do vậy có khả năng được sử dụng ở các vật liệu dày hơn. Các đầu dò đơn tinh thể còn được sử dụng rộng rãi hơn sẽ được trình bầy ở sau.

Đầu dò tinh thể đơn sóng trượt trogn siêu âm mối hàn

Hình 5 Đầu dò tinh thể đơn sóng trượt

Đầu dò tinh thể đơn sóng trượt trong siêu âm mối hàn

Hình 6 Đầu dò đơn tinh thể (loại có thể thay đổi được)

Trên đây là lý thuyết siêu âm được áp dụng vào việc siêu âm khuyết tật mối hàn, giúp phát hiện các khuyết tật trong mối hàn nhanh và chính xác.

Rất mong trở thành nhà cung cấp thiết bị kiểm tra mối hàn và hỗ trợ công tác kiểm định cho quý khách hàng. Xin liên hệ theo địa chỉ dưới đây để nhận được tư vấn model phù hợp nhất :

CÔNG TY CỔ PHẦN THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN & ĐO KIỂM
Địa chỉ :   Số 12/942, đường Láng, quận Đống Đa, Hà Nội
Tel : 04.8582.2159                                      Fax : 04.3791.7621
Website : lavme.vn Email : sales@lavme.vn
Contact :  Kỹ sư Hứa Anh Tuấn
Cell       : 0936 36 8731                              Email : huatuanmtp@gmail.com