Chụp ảnh phóng xạ mối hàn kiểm tra không phá hủy mẫu trong các quá trình sản xuất công nghiệp

Trong các ứng dụng công nghệ cao, chụp ảnh phóng xạ mối hàn kiểm tra không phá hủy mẫu là một ứng dụng thiết thực và có tầm quan trọng nhất định trong các quá trình sản xuất công nghiệp. Một ứng dụng nổi bật của kỹ thuật Hạt nhân vào công nghệ kiểm tra không phá hủy mẫu là phương pháp chụp ảnh bức xạ.
Chụp ảnh phóng xạ mối hàn công nghiệp thường được áp dụng cho các sản phẩm như vật rèn, đúc, hàn, là phương pháp phát hiện tin cậy nhất các bất liên tục thể tích nằm trong vật liệu kiểm tra trong công nghiệp (nồi hơi, đường ống áp lực, kết cấu mối hàn..), được áp dụng ở hầu hết các giai đoạn sản xuất khác nhau từ vật liệu phôi ban đầu đến các quá trình thi công, kiểm soát chất lượng sản phẩm cuối cùng cũng như kiểm tra bảo trì, bảo dưỡng khi sản phẩm đã đem vào sử dụng.
Ngày nay, phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu, kiểm tra chụp ảnh phóng xạ mối hàn đã được ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới và ngày càng chứng tỏ được vai trò của chúng trong các ngành công nghiệp trọng điểm của Việt Nam và đem lại những hiệu quả kinh tế kỹ thuật đã được xã hội thừa nhận nhưng trong thực tế, vì nhiều lý do, việc áp dụng các phương pháp này vẫn đang ở mức độ hết sức hạn chế.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn này đi vào nghiên cứu thực nghiệm công nghệ kiểm tra không phá hủy mẫu với đối tượng nghiên cứu chính là phương pháp chụp ảnh phóng xạ công nghiệp với máy phát tia X công nghiệp “RIGAKU-200EGM” tại Trung tâm Đào tạo – Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt để kiểm tra và giải đoán khuyết tật hàn của một số vật liệu kim loại thép có cấu hình khác nhau: dạng tấm phẳng, dạng ống tròn và dạng chữ T. Để từ đó có thể mở rộng ra nghiên cứu nhiều hơn về công nghệ kiểm tra không hủy mẫu và đem vào ứng dụng nhiều hơn trong thực tế.

Ngoài phần mở đầu và kết luận, trong khuôn khổ của luận văn bao gồm.

Tổng quan: Trình bày tổng quan về phương pháp chụp ảnh phóng xạ mối hàn kiểm tra không phá hủy mẫu; cơ sở vật lý của phương pháp chụp ảnh phóng xạ; kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ tia X; phim và chất lượng ảnh.

Phương pháp thực nghiệm: Thiết bị và dụng cụ dùng trong thực nghiệm; qui trình tiến hành thực nghiệm mẫu thực nghiệm và bố trí thực nghiệm.

Kết quả và thảo luận: Trình bày kết quả thực nghiệm đo được đánh giá kết quả và đọc các khuyết tật đối với từng mẫu vật.

Phương pháp thực nghiệm
Thiết bị và dụng cụ thực nghiệm
Hệ điều khiển

Hệ điều khiển bao gồm các phím chức năng giúp cho người vận hành có thể xác lập hoặc cài đặt các thông số cần thiết như: Cao áp, thời gian v.v., khi chụp ảnh phóng xạ mối hàn.

Để tăng cường cảnh báo và đảm bảo an toàn bức xạ nhằm giảm tối đa những rủi ro có thể xảy ra cho nhân viên vận hành và những người có liên quan, phòng đặt hệ điều khiển có gắn một đèn đỏ chớp nháy khi máy phát tia-X đang làm việc. Ngoài ra, cửa ngăn cách giữa phòng phát và phòng điều khiển có gắn một hệ thống tự động ngắt điện khi có người vô tình mở cửa trong khi máy phát đang làm việc.

Hình 2.1. Hệ điều khiển

Trên bàn điều khiển luôn có một máy đo liều xách tay hoạt động nhằm kiểm soát suất liều có cảnh báo bằng âm thanh, bất cứ khi nào ra vào phòng đặt ống phát tia X nhân viên vận hành cũng phải mang máy đo liều xách tay để kiểm tra mức phóng xạ.

Máy phát tia X tại Trung tâm Đào tạo Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt Ống phát tia X được đặt trong phòng số hai với kích thước xung quanh 2.5x3.2m², nền và các tường bao quanh đủ dày (40cm) để đảm bảo các chỉ tiêu về an toàn bức xạ cho các nhân viên thao tác tại phòng số 1. Giá trị suất liều phông tự nhiên đo được là 0.15mSv/h.

máy phát tia X

Hình 2.2. Máy phát tia X

Các giá trị về suất liều khi máy phát làm việc ở cao áp cực đại (200kV) đã được kiểm tra tại các vị trí

Buồng rửa và sấy phim
Buồng rửa phim là một phòng tối có diện tích đủ lớn cho công việc chuẩn bị phim, một đèn đọc phim và một phần diện tích để đặt các thiết bị cần thiết cho quá trình tráng rửa phim (hình 2.4) Ánh sáng trong buồng tối phải đảm bảo là ánh sáng an toàn cho quá trình xử lý phim. Ngoài ra trong phòng tối còn có các thiết bị phụ trợ khác như: Giá treo phim, máy sấy, đồng hồ thời gian và máy đo độ đen.

Trong đó: 1. Thùng chứa dung dịch acid acetic; 2. Thùng chứa dung dịch hãm;
3. Nước rửa phim; 4. Thùng chứa dung dịch giũ phim 5. Thùng chứa dung dịch hiện
máy sấy và giá treo phim

·   Chuẩn bị phim: Trong những trường hợp sử dụng phim có kích thước lớn hơn yêu cầu thì cần cắt phim, phủ màn tăng cường và bao bọc vỏ chắn sáng trước khi chiếu chụp (phải được tiến hành trong phòng tối với ánh sáng an toàn).
·   Đo chiếu dày mẫu chụp để:
-   Chọn bộ chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) phù hợp.
-   Sử dụng giản đồ liều chiếu dành cho thép chọn giá trị cao áp và thời gian chiếu.
·   Mang theo máy đo liều xách tay vào phòng gá lắp phim cùng mẫu vật cần chụp và đặt bộ chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) ở bề mặt mẫu vật phía gần nguồn phát.
·   Khởi động máy phát, đặt giá trị cao áp và thời gian chiếu theo yêu cầu. Chờ 10 đến 15 phút để đảm bảo máy đã ở tình trạng hoạt động ổn định. Kiểm tra lại và tiến hành chiếu chụp.

Tiến hành xử lí phim đã chụp Chuẩn bị dung dịch xử lý phim

Pha dung dịch xử lý phim (dùng khay):
-Thuốc hiện phim (Developer): 1 lít nước nước sạch + 120 ml dung dịch Hi- Rendol A.
-Thuốc dừng hiện (Stopper): Lấy 40 ml axít chuyên dụng pha vào 1 lít nước sạch và khuấy đều.
-Thuốc hãm phim (Fixer): Lấy 875 ml dung dịch Hi-Renfix pha vào 1 lít nước sạch và khuấy đều.
-Rửa phim (Washer): Dùng nước sạch có dòng chảy đối lưu.

Tráng rửa phim: Theo các bước đã quy định.

-Hiện ảnh: Phim sau khi chụp mang vào phòng tối, sau đó nhúng vào dung dịch hiện (thùng số 5) trong khoảng thời gian là 5 phút.
-Hãm phim: Trong dung dịch hãm (thùng số 2) để khoảng thời gian 5 phút để đến khi phim mất đi màu vàng sữa ban đầu.
-Rửa phim: Rửa phim bằng nước sạch (thùng số 3) và ít nhất là rửa trong 30
phút.
Lưu ý: Tất cả các công đoạn nêu trên phải được tiến hành trong phòng tối và
nhiệt độ từ 18 đến 22⁰C.
-Làm khô phim: Sấy phim ở nhiệt độ 50⁰C trong khoảng thời gian là 15 phút đến 30 phút.

Đọc phim và ghi nhận kết quả

Sử dụng đèn đọc phim và máy đo mật độ như đã nêu ở chương 6, mục 6.4. Đo độ đen ghi nhận kết quả và tính toán, đánh giá độ nhạy và giải đoán khuyết tật.
Thực nghiệm xác định độ nhạy được tiến hành bằng cách sử dụng bộ chỉ thị chất lượng ảnh của Hiệp hội kiểm tra vật liệu Đức (DIN). Chọn bộ IQI hợp lý để chụp cùng các mẫu có chiều dày khác nhau tốt nhất là một trong hai giây ở giữa phải có đường kính cỡ 2 % chiều dày mẫu vật.
Nhận diện các khuyết tật (nếu có), xác định vị trí và kích thước của chúng

Kết quả thực nghiệm
Mối hàn đối tiếp
Tấm T202
v Các bảng kết quả
Bảng 3.1. Độ đen của phim chụp mẫu T202

Mã số phim	Vị trí 1	Vị trí 2	Vị trí 3	Trung bình	Đạt/Không đạt
T202	1.8	2.2	2.0	2.0	Đạt

Bảng 3.2. Độ nhạy phim chụp mẫu T202

Mã số phim	Chỉ số chất lượng ảnh (DIN)	Độ nhạy (%)	Đạt/không đạt
T202	13	2%	Đạt

1: Ngậm xỉ dạng dây: 20 mm
Hàn không thấu chân toàn bộ mối hàn.
Tất cả các khuyết tật trên đều không chấp nhận được.
Kết quả thu được sau khi thực nghiệm về độ nhạy và độ đen đối với tất cả mẫu vật là đều đạt tiêu chuẩn về độ đen và độ nhạy. Kết quả thu được phù hợp với tài liệu kĩ thuật của máy nói riêng và phương pháp chụp ảnh phóng xạ tia X nói chung. Từ các phim thu được, người thực nghiệm dễ dàng xác định được các khuyết tật có trong các mẫu vật. Các khuyết tật đọc được từ phim chụp của hầu hết các mẫu vật đều không phù hợp với tiêu chuẩn về đánh giá chất lượng mối hàn. Từ hình ảnh các khuyết tật đã trình bày ở trên thấy được chỉ có mẫu P13.4 là không có khuyết tật, mối hàn đều và đẹp phù hợp với tiêu chuẩn.

Trên cơ sở của những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về khóa luận: “ Kiểm tra và giải đoán khuyết tật cảu một số vật liệu kim loại trong sản phẩm công nghiệp bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ tia X”
Bằng các phương pháp thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan. Khóa luận
đã:
Về lý thuyết, đưa ra một số đặc trưng của bức xạ và quá trình phát bức xạ
của tia X và tia Gamma, những nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ.
Vận dụng những lý thuyết đã tìm hiểu được lựa chọn ra các đặc trưng cơ bản, các thiết bị - dụng cụ, loại phim sử dụng, đánh giá chất lượng ảnh, phương pháp xác định liều chiếu. Đưa ra một số kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ dành cho mối hàn đối tiếp, mối hàn chi vi ống, mối hàn chữ T.
Nhận biết được một số loại siêu âm mối hàn và một số loại khuyết tật ở bên trong kim loại mối hàn.
Đưa ra một số tiêu chuẩn đánh giá kết quả của kiểm tra không phá hủy, tiêu chuẩn chấp nhận cho kết cấu mối hàn, các khuyết tật mối hàn.
Trình bày chi tiết các bước xử lý phim sau khi đã chụp và quá trình tráng rửa phim theo đúng quy trình. Đây là bước quan trọng vì phim sau khi rửa đạt chất lượng tốt thì kết quả giải đoán mới chính xác.
Về thực nghiệm, đã ứng dụng được phương pháp chụp ảnh phóng xạ tia X đê kiểm tra và giải đoán chất lượng của hai mối hàn đối tiếp: T202, TL10; hai mối hàn ống tròn là P60.4, P13.4; hai mối hàn chữ T là T10.10 và T11.10 trên hệ máy phát tia X “ RIGAKU-200EGM” và hệ tráng rửa phim của hãng Fuji.
Sau quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thực nghiệm, tôi đã thu thập và tích lũy được nhiều kinh nghiệm và kiến thức bổ ích, đặc biệt là về phương pháp chụp ảnh phóng xạ. Trong quá trình thực nghiệm cũng còn xảy ra nhiều vấn đề sai sót nhưng đều đã khắc phục được.
Riêng về máy phát tia X “ RIGAKU-200EGM”. Sau một thời gian hoạt động một vài thông số đã bị thay đổi nên cần phải tính toán lại cho đúng với giá trị thực tế tại thời điểm hiện tại để kết quả đạt được là tối ưu. Ngoài ra còn cần phải hiệu chỉnh lại các thồng số khác đã giảm theo thời gian sử dùn như: giản đồ liều chiếu, kích thước chùm tia…..

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo của đề tài

Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử,... đòi hỏi phải có các công nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người sử dụng. Trở ngại chính của chụp ảnh bằng phóng xạ là sự nguy hiểm cho các nhân viên vận hành bị chiếu xạ có thể gây nguy hại cho các mô cơ thể. Do đó cần yêu cầu một sự vận hành chính xác và thái độ nghiêm túc cao trong quá trình làm việc. Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ. Nên, xu hướng đầu tư hiện nay, người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao hơn như phương pháp kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm,...