Ứng dụng kiểm tra siêu âm dưới nước

Lịch sử kiểm tra siêu âm dưới nước

Thử nghiệm siêu âm (UT) đã được triển khai trong môi trường dưới nước cho các ứng dụng công nghiệp kể từ khi các giàn khoan ngoài khơi được lắp đặt vào cuối những năm 1940 và 1950. Cho đến năm 1953, không có quy định hoặc yêu cầu nào đối với việc kiểm tra các cấu trúc ngầm ngoại trừ trường hợp yêu cầu từ chủ sở hữu / nhà vận hành. Mãi đến năm 1970, Cơ quan Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (OHSA) mới cấp phép để tiến hành và / hoặc yêu cầu kiểm tra các công trình trong vùng biển Hoa Kỳ, nhưng vẫn có rất ít thay đổi.

Các đơn vị vận hành vẫn là người chịu trách nhiệm cuối cùng và thường là đơn vị yêu cầu kiểm tra, mặc dù không phải tất cả các nhà điều hành đều thống nhất cách tiếp cận. Trong bài đăng trên blog này, chúng ta sẽ thảo luận về hai vấn đề: ứng dụng của các phương pháp và kỹ thuật kiểm tra thử nghiệm siêu âm được sử dụng trong môi trường dưới nước và các khuyến nghị về mức đào tạo hoặc chứng chỉ tối thiểu để thực hiện NDT dưới nước.

Kiểm tra siêu âm dưới nước

Các phương pháp kiểm tra UT đã được triển khai dưới nước vì các lý do giống như ứng dụnug “bên trên” – để phát hiện, định vị, xác định và định cỡ bất liên tục, cũng như thu được các phép đo độ dày của vật liệu. Thiết bị được sử dụng dưới nước rất giống với thiết bị siêu âm trên mặt đất, trong một số trường hợp, chỉ đơn giản là cùng một thiết bị được sửa đổi để sử dụng dưới nước. Cho dù đó là thiết bị được sửa đổi, hoặc được chế tạo cho phù hợp, có hai cách kiểm tra chính; thiết bị kín chịu nước và những thiết bị được nối cáp để truyền tiếp tín hiệu và dữ liệu lên trên mặt nước.

Trong những ngày đầu sử dụng UT dưới nước, các thợ lặn chỉ cần sử dụng một đầu dò được kết nối với một sợi cáp dài dẫn tới bên trên. Thợ lặn sẽ đặt đầu dò tại vị trí quan tâm và kết quả đọc sẽ được thực hiện từ kỹ thuật viên bên trên, người điều khiển thiết bị UT. Ngày nay, nhiều thiết bị cũng thiết kế và chế tạo đặc biệt để sử dụng dưới nước. Màn hình dưới nước giúp thợ lặn quan sát và giải thích tín hiệu trực tiếp, cũng như hỗ trợ người kiểm tra trong điều kiện “zero-vis” (không có tầm nhìn). Các hệ thống này cũng đã được thiết kế và điều chỉnh để lắp đặt trên các phương tiện vận hành từ xa (ROV) triển khai hệ thống đến khu vực quan tâm.

Các phương pháp & kỹ thuật UT dưới nước

Các chuyên gia NDT thực hiện NDT khi lặn dưới nước. UT là một phương pháp NDT có thể được ASNT chứng nhận.

Siêu âm có nhiều ứng dụng dưới nước và đã không ngừng phát triển thành các ứng dụng mới có thể tận dụng các khả năng của thiết bị. Công nghệ đang tiến bộ nhanh chóng, đưa ra thị trường những kỹ thuật, cũng như khả năng của thiết bị mới để kiểm tra những vật liệu mới. Ở đây chúng ta sẽ đề cập đến một vài các tùy chọn khả thi hiện có.

Kiểm tra độ dày siêu âm (UTM)

UTM công nghiệp lần đầu tiên được sử dụng dưới nước để đo độ dày đơn giản trong kết cấu thép. Giờ đây, nó được sử dụng để kiểm tra độ dày trên nhiều loại vật liệu có thể lan truyền dạng sóng cơ học, nhưng chủ yếu được sử dụng cho thép, bê tông và gỗ. Biết được độ dày còn lại của thành vật liệu là quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc, cũng như đối với các tính toán giới hạn áp suất. UTM theo truyền thống là một kỹ thuật thủ công và cũng giống như các ứng dụng khác, được điều khiển bởi người vận hành. Công việc này được thực hiện bằng cách thợ lặn thao tác thủ công di chuyển đầu dò trên bề mặt của khu vực quan tâm để đạt được số đo độ dày, hoặc bằng cách sử dụng ROV giữ đầu dò lên bề mặt.

UTM cũng có thể được kết hợp vào một quy trình bán tự động được gọi là kiểm tra siêu âm tự động (AUT). Đầu dò được gắn chặt vào một cánh tay thao tác trong một hệ thống robot, sau đó có thể quét bề mặt của một bộ phận với thông số quét đã đặt. Hệ thống được sử dụng để thu thập dữ liệu nhanh hơn và đáng tin cậy hơn và có thể kết hợp chế độ hiển thị C-scan (top-view) được sử dụng để phát hiện, định cỡ và hình dung sự ăn mòn hoặc bất liên tục trong vật liệu. Các hệ thống AUT này đã được thiết kế cho cả việc triển khai với thợ lặn hoặc ROV để kiểm tra các cấu trúc, cũng như đường ống dưới nước, tàu thuyền (chẳng hạn như vỏ tàu hoặc sà lan), thành và sàn của bồn chứa v.v.

Siêu âm đầu dò góc (UT, PAUT)

Kiểm tra siêu âm tia xiên sử dụng sóng ngang (sóng cắt) được sử dụng dưới nước với những ứng dụng tương tự như kiểm tra toàn bộ thể tích của mối hàn, phát hiện vết nứt hay định cỡ. Cả hai kỹ thuật sóng ngang đơn biến tử, cũng như hệ thống mảng pha đã được điều chỉnh để sử dụng dưới nước.

Nhiễu xạ thời gian bay (TOFD)

TOFD là một công cụ rất mạnh khi được sử dụng đúng cách, cả trên và dưới mặt nước. TOFD rất nhạy với việc xác định kích thước bất liên tục trong vật liệu, cũng như đo độ sâu chính xác. TOFD cũng được triển khai để kiểm tra ăn mòn và đo độ dày thành vật liệu còn lại trong mối hàn do ăn mòn / xói mòn theo chu vi. TOFD tạo ra các kết quả đo độ dày trong mối hàn đáng tin cậy hơn nhiều so với kỹ thuật chùm tia góc, vốn cần một mặt phản xạ vuông góc để làm việc xung quanh các vùng của mối hàn.

Sóng dẫn hướng (LRUT)

Hệ thống UT sóng dẫn hướng cũng đã được điều chỉnh để sử dụng dưới nước, trong đó các đầu dò được xếp thành một vòng ở đường kính ngoài (OD) của ống và sóng xoắn được gửi qua thành ống để phát hiện các vấn đề như ăn mòn hoặc nứt.

Phát xạ âm thanh (AE)

AE đã trở nên phổ biến trong những năm qua vì ứng dụng sử dụng cho kết quả tích cực trong việc không chỉ phát hiện sự cố gián đoạn khi chúng lan truyền mà còn bởi vì AE còn có khả năng định vị từ xa vị trí vấn đề đang xảy ra. AE lần đầu tiên được sử dụng trên các công trình ngoài khơi vào đầu năm 1975, chỉ một thập kỷ sau khi kỹ thuật này lần đầu tiên được phát triển. AE sử dụng nhiều đầu dò áp điện, được kết hợp với cấu trúc ở nhiều vị trí. Tất cả các tín hiệu nhận được sẽ được gửi trở lại một hệ thống máy tính khuếch đại, điều chỉnh và xử lý các tín hiệu để một kỹ thuật viên giải thích. AE cảm nhận và ghi lại các sóng đàn hồi được tạo ra trong quá trình giải phóng năng lượng nhanh chóng từ một nguồn cục bộ bên trong vật liệu. Ví dụ: AE đủ nhạy để không chỉ “nghe thấy” các vết nứt khi chúng lan truyền, mà còn có thể phát hiện sự ăn mòn đang xảy ra. Định vị và xác định vị trí của những điểm bất liên tục này xảy ra từ sự biến đổi hoặc thời điểm xuất hiện của sóng đàn hồi đối với mỗi đầu dò.

Giám sát AE có thể ở chế độ liên tục hoặc gián đoạn. Các đầu dò có thể được cài đặt theo cách bán vĩnh cửu hoặc giữ lại để giám sát liên tục hệ thống hoặc được truy xuất và di chuyển đến một vị trí khác. Ưu điểm của AE là một khi hệ thống được cài đặt, nó có thể giám sát tài sản trong nhiều năm, sau đó hướng dẫn việc kiểm tra trực quan theo lịch trình tại các khu vực quan tâm.

Hình ảnh sóng siêu âm 3D (3D Sonar Imaging)
Đừng quên còn có sonar! Tất cả chúng ta đều biết rằng sonar sử dụng sóng siêu âm và các nguyên tắc siêu âm, nhưng phương pháp này đã được điều chỉnh để sử dụng như một công cụ kiểm tra công nghiệp dưới nước. Kính phản xạ âm và hệ thống chụp ảnh sonar đa hướng đang trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp để “nhìn” dưới nước ở những nơi có ít hoặc không tiếp cận trực tiếp được. Các hệ thống này hiện thậm chí có thể thu thập dữ liệu “trực tiếp” và hiển thị nó trong thời gian thực. Ví dụ: giả sử một thợ lặn hoặc ROV cần thực hiện kiểm tra tại một khớp hoặc khu vực cụ thể, nhưng không có khả năng quan sát trực tiếp — hình ảnh sonar 3D có thể nhìn thấy và hướng người thợ lặn hoặc ROV đến đúng khu vực cần quan tâm, xác minh rằng dữ liệu đang được thu thập là chính xác. Sonar 3D cũng có thể tạo các mô hình 3D của dữ liệu được thu thập và cung cấp các phép đo khoảng cách chính xác giữa các đối tượng, có thể vẽ điểm, và được gắn trực tiếp vào hệ thống RTK-GPS để biết vị trí trong thế giới thực. Điều này rất hữu ích khi xác định mặt cắt xung quanh các cấu trúc trên đáy biển (để duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc), xác định xem cấu trúc hoặc đường ống là tĩnh hay đã di chuyển, đồng thời xác định vị trí và xác định các đặc điểm.

Hình ảnh âm học có thể được sử dụng cho các hệ thống hình ảnh địa lý địa hình, bản đồ quy mô lớn và cũng để kiểm tra cục bộ độ nhạy cao, chẳng hạn như lập bản đồ ăn mòn trên bề mặt của đường ống. Hình ảnh âm thanh 3D ngày nay có thể dựng hình ảnh của các con số, chữ cái và khuôn mặt của Lincoln trên một đồng xu! Với nhiều ứng dụng như vậy, thật thú vị khi chờ xem những công nghệ này sẽ có thể đạt được điều gì chỉ trong một vài năm nữa.

Đào tạo cán bộ

Người kiểm tra / thợ lặn hoặc người vận hành ROV cần phải có chứng chỉ NDT đủ tiêu chuẩn và được chứng nhận để tiến hành kiểm tra và giải thích dữ liệu. Hiện tại, không có hướng dẫn hoặc khuyến nghị của ASNT hoặc BINDT / PCN cho việc đào tạo hoặc cấp chứng chỉ cho nhân viên kiểm tra NDT dưới nước. Một số công ty có xây dựng các chương trình đào tạo nội bộ trong written practice hay sổ tay chất lượng nội bộ.

Nhu cầu về trình độ chuyên môn trở nên rõ ràng hơn khi một số phương pháp kiểm tra hoặc kỹ thuật đòi hỏi phải được đào tạo và có kinh nghiệm để trở nên thành thạo, chưa kể được thực hiện trong các môi trường như không gian hạn chế (dưới nước) trong điều kiện tiếp cận và tầm nhìn hạn chế.

Khi các dụng cụ di động sử dụng dưới nước trở nên sẵn có hơn, người ta phải đặt câu hỏi về tính logic của việc cử một kỹ thuật viên NDT không đủ tiêu chuẩn thực hiện các cuộc kiểm tra mà không có sự giám sát. Đánh giá của một thợ lặn về “độ ăn mòn nói chung” có thể khá khác với đánh giá của người khác. Những quan sát như vậy có thể cần phải có ý nghĩa và ranh giới chính xác hơn để đạt được mô tả thống nhất hơn về các điều kiện. Mặc dù hệ thống video có thể được sử dụng để quan sát và ghi lại và cho phép người quan sát có trình độ chuyên môn giám sát từ bên trên, nhưng phán đoán về việc cần đo ở đâu hay cách đo thế nào vẫn nằm trong tay người thợ lặn.

Tổ chức duy nhất hiện đang cung cấp đào tạo và cấp chứng chỉ là Chương trình Chứng nhận cho Nhân viên Kiểm tra Mối hàn (CSWIP). Các chương trình này bao gồm đào tạo dưới nước cho Kiểm tra thợ lặn (3.1u, 3.2u), Kiểm tra với ROV (3.3u) và Kiểm soát viên kiểm tra dưới nước (3.4u). Mặc dù đây là một bước khởi đầu tuyệt vời, nhưng các khóa đào tạo này chỉ giới hạn trong việc sử dụng thực tế các phương pháp NDT truyền thống như kiểm tra trực quan, độ dày siêu âm, hạt từ tính, video / ảnh tĩnh và đọc điện thế catốt.

Sự thay đổi đang bắt đầu và hiện nay rất nhiều công ty bắt đầu yêu cầu nhân sự đạt được các chứng chỉ này để tiến hành kiểm tra. Xu hướng này sẽ tiếp tục phát triển, cũng như nhu cầu về nhân viên kiểm tra dưới nước được đào tạo nâng cao và chứng chỉ chuyên môn được quốc tế chấp nhận và công nhận.