Kiểm tra không phá hủy công viên giải trí: Các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy thông dụng

Giới thiệu về kiểm tra không phá hủy

Thử nghiệm không phá hủy (NDT) đối với cơ sở hạ tầng của công viên giải trí là rất quan trọng đối với hoạt động an toàn của nhiều trò chơi. Phần lớn cơ sở hạ tầng công viên giải trí được chế tạo từ thép kết cấu theo Tiêu chuẩn hàn kết cấu D1.1 ^[1] của Hiệp hội hàn Hoa Kỳ (AWS) hoặc thông số kỹ thuật tương đương từ các đơn vị sản xuất trò chơi. Cơ sở hạ tầng công viên giải trí bao gồm nhiều thứ, từ tàu lượn siêu tốc khổng lồ đến các thanh đỡ, chốt, bu lông nhỏ hơn. Nhiều thành phần kết cấu được phủ một lớp sơn rất dày ngăn cản việc kiểm tra trực tiếp bằng mắt thường. Ngoài ra, nhiều bộ phận như bánh răng và chốt được phủ một lớp dầu mỡ gây khó khăn cho thử nghiệm không phá hủy. Do đó, việc kiểm tra không phá hủy các bộ phận của công viên giải trí yêu cầu loại bỏ lớp phủ và/hoặc tẩy dầu mỡ trước khi thực hiện kiểm tra trực quan (VT), kiểm tra hạt từ tính (MT).

Một số phương pháp NDT tiên tiến như Kiểm tra dòng điện xoáy (ET), kiểm tra dòng điện xoáy mảng pha (ECA) và Kiểm tra trường dòng điện xoay chiều (ACFM) cho thấy khả năng kiểm tra các bề mặt mà không cần chuẩn bị nhiều. Kiểm tra không phá hủy do nhân viên kiểm tra không phá hủy có trình độ chuyên môn thực hiện thường xuyên trên khung, trục, giá đỡ và đường ray. Mục tiêu kiểm tra là các vết nứt trong quá trình sử dụng và hao mòn kim loại do mài mòn hoặc ăn mòn. Các chuyên gia kiểm tra không phá hủy sẽ định vị và định lượng chính xác mức độ khuyết tật trong vật liệu.

Kiểm tra không phá hủy trực quan

Thử nghiệm trực quan là tuyến phòng thủ đầu tiên cho tất cả cơ sở hạ tầng của công viên giải trí bao gồm các mối hàn, các bộ phận nhỏ và các bộ phận phức tạp lớn. Có thể phân biệt khoảng 80% các chỉ thị khuyết tật bằng cách kiểm tra trực quan kỹ lưỡng. Bằng cách sử dụng kính lúp, ánh sáng với độ phóng đại thích hợp, người kiểm tra NDT có thể xác định phần lớn các cơ chế hư hỏng hay gặp phải trên vô số bộ phận khác nhau được tìm thấy trong ngành công nghiệp công viên giải trí. Kiểm tra trực quan là một điểm khởi đầu tuyệt vời, nhưng kỹ thuật kém, ánh sáng không đủ và các bộ phận bị bẩn có xu hướng che khuất các dấu hiệu tới mắt thường. Thử nghiệm không phá hủy được thực hiện theo Bộ luật về nồi hơi và bình chịu áp suất của Hiệp hội Hoa Kỳ (ASME BVPC), AWS D1.1 và hướng dẫn của nhà sản xuất công trình trò chơi.

Kiểm tra hạt từ huỳnh quang

Kỹ thuật bổ sung phổ biến nhất cho thử nghiệm trực quan trong ngành công nghiệp giải trí là thử nghiệm hạt từ tính (MT). Cả MT khô và MT ướt đều phổ biến với MT được sử dụng thường xuyên hơn vì phương pháp này hiệu quả hơn trong việc phát hiện các khuyết tật nhỏ ^[1]. Kỹ thuật này được thực hiện bằng cách khai thác bản chất của từ trường. Từ trường được đưa vào phần thử nghiệm bằng cách sử dụng các cuộn dây và gông từ tiêu chuẩn. Trường rò rỉ từ thông được tạo ra xung quanh các vết nứt trên bề mặt. Trường rò rỉ này hút các hạt sắt nhỏ đến vị trí vết nứt, tạo ra các chỉ thị do nứt và thiếu ngấu. Ngược lại với kỹ thuật khô, kỹ thuật huỳnh quang làm nổi bật khu vực cần quan tâm khi được quan sát dưới ánh sáng tia cực tím thích hợp. Thử nghiệm hạt từ tính huỳnh quang ướt (WFMT) là kỹ thuật được ưa chuộng hơn một phần do độ nhạy cao hơn đối với các khuyết tật nhỏ hơn. Độ nhạy cao hơn có được bởi tính di động của hạt MT ướt cao hơn và độ nhạy của mắt người đối với màu vàng lục phát ra từ dung dịch MT ướt. Mặc dù xác suất phát hiện cao, nhưng MT không thể định lượng độ sâu của các chỉ thị nằm sâu dưới bề mặt.

Kiểm tra dòng điện xoáy – Từ trường dòng điện đổi chiều

ET là một kỹ thuật kiểm tra điện từ được số hóa và định lượng thông qua một mạch cầu đơn giản và một tập hợp các quy trình khuếch đại tín hiệu trước và sau. Kỹ thuật đo dòng điện đổi chiều (ACFM) là một nhánh của kỹ thuật ET được phát triển trong ngành dầu khí để kiểm tra các mối hàn cơ sở hạ tầng dưới nước. Ưu điểm chính của ACFM là khả năng phát hiện và đánh giá kích thước vết nứt theo chiều sâu bên dưới lớp phủ dày tới 3mm. Trong ET và ACFM, khi tín hiệu được “cân bằng” và cho đầu ra ở mức 0, không gây ra hiện tượng lệch mặt phẳng trở kháng trên màn hình.

ACFM khác với ET thông thường vì nó triển khai cấu hình cuộn dây kép và giám sát sự thay đổi hướng cụ thể trong từ trường do các vết nứt bề mặt tạo ra. Mảng ACFM được quét song song với chân mối hàn và đo hai thành phần từ trường trực giao được tạo ra bởi các vết nứt bề mặt. Hai thành phần được đo là Bx tương ứng với chiều dài vết nứt và Bz cung cấp thông tin về độ sâu. Những thay đổi trong Bx và Bz được theo dõi trên biểu đồ ACFM được hiển thị bên dưới.

Kiểm tra dòng điện xoáy

Thử nghiệm dòng xoáy tiêu chuẩn có thể được thực hiện để xác nhận thử nghiệm hạt từ tính và trực quan nhưng thường không được sử dụng như một phương pháp phát hiện vết nứt chính. Nhân viên NDT sử dụng ET để xác minh và giúp định lượng độ sâu của các vết nứt trên bề mặt đang sử dụng. Vì thử nghiệm dòng điện xoáy là một phương pháp thử nghiệm khá nhạy nên nhiều yếu tố có thể làm sai lệch cách giải đoán của người kiểm tra. Gần như không thể xác định loại cơ chế hư hại được hiển thị trên màn hình nếu không sử dụng kiểm tra trực quan và phóng to các chỉ thị nhỏ. Ngoài ra, các phương sai hình học và luyện kim khác có thể ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra. Nguyên nhân phổ biến nhất là hiện tượng trôi hay hiệu ứng cạnh ^[3]. Đây là nơi từ trường do cuộn dây tạo ra gặp cạnh của bộ phận làm cho các dòng từ thông biến dạng. Quá trình này ảnh hưởng đến từ trường sơ cấp và thứ cấp trong chi tiết, từ đó ảnh hưởng đến điện áp (dòng điện xoáy) được tạo ra bởi các từ trường làm tín hiệu bị trôi trên màn hình. Một hạn chế lớn khác đối với ECT là tốc độ và độ sâu kiểm tra. Phương pháp thử nghiệm này yêu cầu tốc độ quét chậm và đảm bảo góc đầu dò tiếp xúc thích hợp để thu được dữ liệu có thể sử dụng được. Độ sâu của dòng điện xoáy (skin effect), bị ảnh hưởng bởi tính chất vật liệu và dải tần số của đầu dò và loại vật liệu.

thử nghiệm dòng xoáy công viên giải trí thử nghiệm không phá hủy NDT
Hình 3: Thiết lập hiệu chuẩn ET trên phiếu kiểm tra thép carbon

Kiểm tra dòng điện xoáy mảng pha

Dòng điện xoáy mảng pha (ECA) là một kỹ thuật thử nghiệm không phá hủy tiên tiến khác sử dụng tốt trong kiểm tra không phá hủy công viên giải trí. Các nguyên tắc làm việc cơ bản của ECA giống như ET thông thường ngoại trừ có nhiều cuộn dây chứa trong đầu dò mảng. ECA được xây dựng bằng cách sử dụng cuộn dây trong bảng mạch in nhiều lớp với đầu dò ở lớp dưới và đầu dò cuộn dây phản xạ ở lớp trên. Đầu dò phản xạ dòng điện xoáy cung cấp khả năng bù trừ động cho các bề mặt gồ ghề và các mối hàn có mũ. Trong cấu hình này, cực của tín hiệu dòng điện xoáy có thể cung cấp mối tương quan với hướng vết nứt so với trục cuộn dây.

Công dụng chính của ECA là đánh giá sự ăn mòn ID/OD trên đường ống, do vậy có thể được áp dụng cho vô số cấu trúc được tìm thấy trong các công viên giải trí. Từ ống đường ray vuông/tròn, đến vết rỗ trên trục, ECT cung cấp đánh giá định lượng về sự ăn mòn, xói mòn và mài mòn do dịch vụ xảy ra trên các cấu trúc này. ECA là một phương pháp nhạy và có các hạn chế tương tự như ECT thông thường, vấn đề chính là phương pháp này dễ bị ảnh hưởng bởi thay đổi tính thấm. Vì lý do này, việc kiểm tra mối hàn bằng ECA gặp khó khăn do sự thay đổi nhiệt đầu vào khác nhau trong quá trình xử lý nhiệt và hàn. Nhiệt độ khác nhau trong toàn bộ vật liệu hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt thường làm giảm tính thấm từ (mức độ nhạy cảm của vật liệu đối với từ trường bên ngoài).

Tài liệu tham khảo

1. AWS D1.1/D1.1M:2020, Quy tắc hàn thép kết cấu
2. ASTM F1193-18a: Thực hành tiêu chuẩn về chất lượng, sản xuất và xây dựng thiết bị và trò chơi giải trí
3. Thực hành tiêu chuẩn ASTM E1444/E1444M để kiểm tra hạt từ tính
4. Thực hành tiêu chuẩn để kiểm tra các mối hàn bằng kỹ thuật đo trường điện xoay chiều
5. Thực hành tiêu chuẩn ASTM E3052-21 để kiểm tra các mối hàn thép carbon bằng cách sử dụng dòng điện xoáy mảng pha