Sử dụng siêu âm trong kiểm tra độ đồng nhất vật lý của vàng miếng

Tổng quan

Các thỏi vàng thường bị làm gian lận bằng cách sử dụng các tạp chất hay các kim loại giá rẻ khác với mật độ gần như tương đương với vàng. Các tạp chất này rất khó hoặc gần như không thể phát hiện được thông qua các phương pháp như các phương pháp tỷ khối, chụp ảnh phóng xạ, phân tích thành phần hợp kim, do vậy khi cần xác định chính xác, các thỏi vàng phải được khoan hoặc cắt ra ở các vị trí nghi ngờ. Tuy nhiên có thể xác định mật độ của vàng bằng cách sử dụng các kiểm tra siêu âm mà không cần phải thực hiện các việc khoan, cắt hay thay đổi thỏi vàng.

Thiết bị

Sử dụng thiết bị siêu âm thông thường hay Phased Array của Olympus NDT có thể thực hiện được các công việc kiểm tra này. Tần số đầu dò sử dụng thường là loại 2.25 MHz.

Để xác định một thỏi vàng có bị lẫn các tạp chất hay không, chỉ mấy một vài phút với kiểm tra siêu âm. Tốc độ kiểm tra sẽ được cải thiện hơn khi sử dụng Phased Array.

Thủ tục thực hiện

Thay đổi các thỏi vàng thông qua việc làm lẫn tạp chất sẽ gây ra các thay đổi với sóng âm truyền trong các thỏi vàng. Đặt các vật liệu không phải vàng sẽ thay đổi hình dạng sóng âm phản hồi. Với các thỏi vàng có các lõi tạp chất lớn có thể phát hiện được thông qua việc quan sát sự thay đổi của vận tốc sóng âm.

Phương pháp sử dụng Xung/Vọng

Sóng âm lan truyền trong vật liệu đồng nhất sẽ tiếp tục truyền theo cùng một hướng cho đến khi gặp các bề mặt với vật liệu khác, gây ra hiện tượng phản xạ của sóng âm. Thiết bị siêu âm thông thường và siêu âm Phased Array sử dụng sóng siêu âm với tần số cao, phát ra từ đầu dò siêu âm. Năng lượng sóng âm vào thỏi vàng sẽ thay đổi đặc tính khi gặp các tạp chất hoặc kim loại khác.

Phương pháp kiểm tra sử dụng một đầu dò đặt lên thỏi vàng không lẫn tạp chất và quan sát sóng âm phản xạ từ bề mặt đáy. Khi có bất kỳ xung phản xạ nào xuất hiện giữa bề mặt trước và bề mặt đáy, thỏi vàng cần được thực hiện các kiểm tra thêm để đảm bảo phát hiện ra các lỗ rỗng hoặc các tạp chất khác.

Thỏi vàng có lõi tạp chất và thỏi vàng không có lõi tạp chất
Thỏi vàng có lõi tạp chất và thỏi vàng không có lõi tạp chất

Trên thiết bị siêu âm thông thường, tín hiệu quan sát được với thỏi vàng lẫn tạp chất (bên phải) và không lẫn tạp chất (bên trái) như sau:

       

Với thiết bị Phased Array, hình ảnh hiển thị trực quan hơn và cho phép phát hiện được một vùng lớn hơn mà không phải di chuyển đầu dò nhiều. Hình bên trái là thỏi vàng không lẫn tạp chất và hình bên phải là thỏi vàng lẫn tạp chất.

       

Phương pháp đo vận tốc

Vận tốc sóng âm trong vàng nguyên chất là 3,240 m/S. Các vật liệu tạp chất cứng hơn trong thỏi vàng sẽ có vận tốc lớn hơn, do đó làm thay đổi vận tốc sóng âm trong thỏi vàng. Bằng cách phát hiện vận tốc thay đổi, sẽ cho phép kết luận thỏi vàng đã có thể bị làm lẫn tạp chất.

Phương pháp này sử dụng một đầu dò đặt vào thỏi vàng và xác định sóng âm phản hồi từ bề mặt đáy. Nếu vị trí sóng âm phản hồi cho chiều dày (độ sâu) không giống với chiều dày thực của thỏi vàng, khi đó vận tốc sóng âm trong thỏi vàng đã thay đổi và thỏi vàng cần được xác định lại bằng các phương pháp khác.

Ghi chú: Với một số thay đổi nhỏ về đầu dò, thiết bị cũng có thể được sử dụng để kiểm tra các kim loại quý khác như Vàng hay bạch kim.

Các lợi thế khi sử dụng Phased Array so với siêu âm thông thường

Với ứng dụng kiểm tra vàng, để đảm bảo sự ổn định của tín hiệu cũng như chiều dày chính xác của nêm cũng như không làm xước bề mặt của thỏi vàng (tương đối mềm), tốt nhất là sử dụng đầu dò đặc biệt thiết kế để kiểm tra nhúng. Với ứng dụng kiểm tra nhúng này, thiết bị cần hỗ trợ chế độ Gate Syncronization hay Floating gate để loại bỏ chiều dày lớp hay các thay đổi trên bề mặt thỏi vàng, chỉ kiểm tra phần còn lại của thỏi vàng.

  • Một số đầu dò Phased Array của Olympus có độ dài lên tới 70mm nên có thể kiểm tra và phát hiện một vùng lớn của thỏi vàng mà không cần di chuyển đầu dò nhiều.
  • Phải đo rất nhiều điểm với thiết bị siêu âm thông thường mới có thể có được kết quả như với siêu âm Phased Array.
  • Đầu dò và thiết bị Phased Array của Olympus có thể hiện thị đồng thời nhiều vị trí xung phản xạ đáy, rất dễ quan sát.
  • Trong trường hợp không thể sử dụng kiểm tra nhúng, nên sử dụng nêm cứng thay cho các nêm bánh xe hay nêm bằng cao su do các nêm vật liệu dẻo sẽ thay đổi chiều dày khi chịu lực nén, giảm tính chính xác của phép đo.