Tổng quan
Mặc dù siêu âm nhiễu xạ thời gian bay (TOFD) có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, công dụng chính của nó là kiểm tra mối hàn nhanh chóng. Kỹ thuật kiểm tra còn được gọi là kỹ thuật quét TOFD vuông góc. Kể từ khi TOFD được giới thiệu vào những năm 1970, việc sử dụng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy đáng tin cậy và dễ dàng này đã tăng đều. Có thể thực hiện kiểm tra thủ công với TOFD, tuy nhiên, kỹ thuật này thường được thực hiện kết hợp với thiết bị lưu dữ liệu, bộ mã hóa hoặc bộ quét công nghiệp. Để đạt có được sự tuân thủ theo code ở Bắc Mỹ, TOFD thường được kết hợp với các kỹ thuật kiểm tra siêu âm mảng theo phương pháp xung-dội để kiểm tra được các vùng mũ và chân của mối hàn.
TOFD có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các kỹ thuật siêu âm khác. Một số kỹ thuật kiểm tra TOFD phổ biến nhất là:
- TOFD sử dụng độc lập
- TOFD sử dụng với nhiều kênh
- TOFD theo kiểu xung-dội / sóng mặt
- TOFD kết hợp với PAUT
- Kỹ thuật quét TOFD song song
- TOFD một phía (Single-sided TOFD)
Lý thuyết TOFD cơ bản
TOFD thường được thực hiện bằng cách sử dụng sóng dọc làm phương pháp phát hiện chính. Cảm biến siêu âm được đặt ở mỗi bên của mối hàn. Một cảm biến gửi chùm siêu âm vào vật liệu và cảm biến còn lại nhận được tín hiệu siêu âm phản xạ và nhiễu xạ từ bất liên tục. TOFD có phạm vi bao phủ rộng với một chùm tia đơn bằng cách sử dụng nguyên lý lan truyền chùm siêu âm bên trong nêm và vật liệu được kiểm tra. Khi chùm tia tiếp xúc với bất liên tục hoặc vết nứt, năng lượng nhiễu xạ phản hồi và được truyền theo mọi hướng. Đo thời gian di chuyển (bay) của chùm tia nhiễu xạ cho phép phát hiện và định cỡ bất liên tục chính xác và rất đáng tin cậy, ngay cả khi vết nứt không vuông góc với chùm tia siêu âm. Trong khi kiểm tra TOFD, tín hiệu dạng quét A được thu thập và sử dụng để tạo hình ảnh quét B (mặt bên) của mối hàn. Phân tích được thực hiện ngay trên thiết bị hoặc sử dụng phần mềm trên máy tính, và con trỏ được sử dụng để để đo chiều dài và chiều cao của bất liên tục.
Trong khi TOFD là kỹ thuật nhanh, tương đối hiệu quả, phát hiện được các khuyết tật có hướng và hình dạng bất kỳ và khả năng đánh giá kích thước khuyết tật chính xác, TOFD lại có những mặt hạn chế cố hữu ở các vùng gần mặt trên và mặt dưới của vật liệu. Phased Array bổ xung hoàn hảo cho các hạn chế này và còn cung cấp các thông tin khác giúp cho việc đánh giá khuyết tật chính xác và đơn giản hơn rất nhiều.
Ưu điểm của TOFD
- Kiểm tra mối hàn với một lần quét
- Tốc độ quét rất nhanh
- Cài đặt không phụ thuộc vào cấu hình mối hàn, chỉ phụ thuộc chiều dày vật liệu
- Đánh giá chính xác kích thước khuyết tật
- Nhạy và sử dụng được cho hầu hết các loại khuyết tật khác nhau
- Không bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện bề mặt mối hàn và không yêu cầu cao về chất tiếp âm
Ưu điểm của Phased Array
- Giảm thời gian quét và kiểm tra so với chụp ảnh phóng xạ
- Kiểm tra toàn bộ các vùng của mối hàn với một lần quét, bổ xung các mặt hạn chế của TOFD
- Dễ dàng tìm, phân loại và đánh giá khuyết tật so với siêu âm thường trên OmniScan hoặc sử dụng máy tính
- Dữ liệu thu được có đầy đủ A-Scan cùng với hình ảnh C-Scan cho phép thay thế chụp ảnh phóng xạ
Sử dụng OmniScan MX và SX khi kiểm tra TOFD
Olympus OmniScan MX2 với mô-đun UT2 và OmniScan® SX là những giải pháp mạnh mẽ với chi phí hợp lý khi kiểm tra TOFD. Đại diện cho những phát triển mới nhất về phần mềm và phần cứng, OmniScan SX và mô-đun UT2 cho OmniScan MX2 được thiết kế để kiểm tra mối hàn bằng kỹ thuật TOFD nhanh chóng và dễ dàng. Nhiều cải tiến hiệu suất và tỷ lệ tín hiệu/nhiễu hàng đầu cung cấp cho bạn chất lượng dữ liệu tối ưu để kiểm tra TOFD.
- Module siêu âm mới OmniScan MX2 UT2 cung cấp giải pháp mạnh, tiết kiệm để kiểm tra TOFD. Kiểm tra siêu âm nhiễu xạ trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn bao giờ hết.
- Việc hỗ trợ tới 8 nhóm kiểm tra cùng với giao diện hiển thị đồng thời nhiều kênh TOFD cùng lúc giúp OmniScan trở thành một thiết bị cơ động, phù hợp cho kiểm tra TOFD độc lập hay kết hợp với PAUT.
Cải tiến chính
- Công cụ dạng hỏi đáp hướng dẫn qua các thiết lập cụ thể để kiểm tra TOFD.
- Công cụ hiệu chuẩn khoảng cách giữa hai đầu dò (PCS).
- Hình ảnh B-scan dễ đọc hơn.
- Hiển thị đồng thời nhiều kênh TOFD (trên OmniScan MX2).
- Xử lý chuẩn tín hiệu sóng mặt
- Tần số lặp lại xung cao hơn (PRF).
- Điện áp cao hơn (lên tới 340 V); không cần đến bộ tiền khuếch đại.
- Chức năng đồng bộ và làm thẳng sóng bề mặt đã được tối ưu hóa giúp đọc kết quả TOFD dễ dàng. Sóng mặt được tối ưu và làm phẳng cũng cho phép đánh giá độ sâu chính xác hơn.
Khi kết hợp các ưu điểm trên, bạn có thể thiết lập kiểm tra TOFD nhanh hơn và đơn giản hơn bao giờ hết, giải thích kết quả dễ dàng hơn và đánh giá kích thước khuyết tật chính xác hơn giúp tăng năng suất tổng thể.
Thiết bị và Phụ kiện sử dụng trong kiểm tra TOFD
- Thiết bị OmniScan phải được sử dụng với đầu dò, nêm, và phần cứng phù hợp để có thể kiểm tra các cấu hình mối hàn khác nhau theo yêu cầu của khách hàng. Thiết bị hỗ trợ tới 2 kênh TOFD (4 đầu dò) trong một lần quét.
- Đầu dò TOFD cùng nêm có nhiều loại hỗ trợ độ dày vật liệu khác nhau.
- Thiết bị OmniScan hỗ trợ sẵn cho một kênh TOFD. Không phải sử dụng phần cứng đặc biệt nếu chỉ kiểm tra với 1 kênh TOFD (2 đầu dò).
- Khi sử dụng 2 hoặc nhiều hơn kênh tín hiệu TOFD, OmniScan phải sử dụng một bộ chuyển đổi kết nối đến đầu dò và mượn 2 kênh từ 128 kênh của máy Phased Array.
- TOFD đòi hỏi phải có một bộ gá đầu dò thích hợp để có thể hoạt động hiệu quả.
- Với 2 kênh TOFD, có thể sử dụng bộ gá nhỏ gọn HSMT Compact hỗ trợ tới 2 kênh TOFD cùng lúc (4 đầu dò).
- Thông thường, với các mối hàn có chiều dày lớn, phải sử dụng 2 hoặc 3 kênh TOFD để có thể kiểm tra được toàn bộ chiều dày.
Lựa chọn đầu dò và nêm khi kiểm tra TOFD
TOFD thường được ứng dụng để kiểm tra toàn bộ mối hàn hay kiểm tra khảo sát nhanh ăn mòn vật liệu. Trong hầu hết các trường hợp, có thể kiểm tra mối hàn chỉ sử dụng duy nhất một cặp đầu dò TOFD. Phương án đặt đầu dò TOFD cần được thực hiện để đảm bảo độ bao phủ của chùm âm cần cân nhắc một số yếu tố, bao gồm lựa chọn tần số đầu dò dựa trên chiều dày vật liệu kiểm tra. Tần số đầu dò được lựa chọn tương tự như với ứng dụng siêu âm Xung-dội thông thường. Ngoài ra, kích thước biến tử của đầu dò cũng được lựa chọn dựa trên loại vật liệu kiểm tra. Đầu dò có kích thước biến tử lớn hơn cho xung có năng lượng lớn và phù hợp với các đường truyền âm dài, tuy nhiên đầu dò có kích thước nhỏ lại cho góc mở lớn hơn để kiểm tra được phạm vi rộng hơn.
Đầu dò TOFD thường là đầu dò có độ dập xung cao, phát sóng dọc với độ phân giải tốt. Các đầu dò này sử dụng biến tử độ nhay cao, băng thông rộng với tần số từ 2.25 MHz tới 15 MHz và đường kính biến tử từ 3 mm (0.25″) tới 12 mm (0.50″). Các đầu dò này cũng được sử dụng với nêm TOFD thiết kế để tạo sóng dọc trong thép.
| Chiều dày (t) mm | Số kênh TOFD | Dải chiều dày | Đầu dò | Góc phát (độ) | Tần số (MHz) | Biến tử (mm) |
| 6-10 | 1 | 0~t | C563-SM | 70 | 10 | 3 |
| 10-15 | 1 | 0~t | C563-SM | 70 | 10 | 3 |
| 15-35 | 1 | 0~t | C544-SM | 60, 70 | 10 | 6 |
| 35-50 | 1 | 0~t | C543-SM | 60, 70 | 5 | 6 |
| 50-100 | 2 | 0~t/2 | C543-SM | 60, 70 | 5 | 6 |
| t/2~t | C568-SM | 45, 60 | 5 | 10 | ||
| 100-200 | 3 | 0~t/3 | C543-SM | 60, 70 | 5 | 6 |
| t/3~ 2t/3 | C568-SM | 45, 60 | 5 | 10 | ||
| 2t/3-t | C541-SM | 45, 60 | 5 | 13 | ||
| 200-300 | 4 | 0~t/4 | C543-SM | 60,70 | 5 | 6 |
| t/4~ 2t/4 | C568-SM | 45, 60 | 5 | 10 | ||
| 2t/4~ 3t/4 | C566-SM | 45, 60 | 2.25 | 10 | ||
| 3t/4~ t | C540-SM | 45 | 2.25 | 13 |
Nêm TOFD bọc thép với X-Value ngắn IHS hay nêm IHC
Thay thế cho các nêm chế tạo hoàn toàn bằng Rexolite, bộ nêm TOFD bọc thép không gỉ tăng độ bền, độ chịu mài mòn và mang lại giá trị X-Value ngắn, giúp đặt đầu dò sát chân mối hàn.
- Chịu mài mòn tốt và tiếp âm tốt hơn do không cần chân carbide
- X-Value ngắn (3 mm) cho phép kiểm tra các vị trí gần bề mặt hơn
- Độ bền cao
