GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật cung cấp hình ảnh trực quan hóa bên trong chi tiết kiểm tra ngày càng được sử dụng nhiều và rộng rãi trong kiểm tra không phá hủy NDT hiện nay. So với các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật thông thường A-Scan, các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật với công nghệ tân tiến hiện nay có thể hiển thị một hình ảnh hai chiều với nhiều thông tin hơn về các mặt cắt tổng thể bên trong của chi tiết kiểm tra.
Đối với các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật với công nghệ tân tiến hiện nay, nó sử dụng đầu dò mảng nhiều biến tử phát và thu cùng lúc. Theo nguyên lý hoạt động, các thiết bị này có thể được chia thành ba nhóm:
- Nhóm 1 – Các thiết bị trong đó bộ đầu dò mảng về mặt vật lý nó tạo ra chùm sóng siêu âm quét trong đối tượng được kiểm tra có sự tính toán trước và được kiểm soát . Các thiết bị này được gọi là PAUT.
- Nhóm 2 – Các thiết bị xử lý lấy nét tổng thể với kỹ thuật thu thập dữ liệu ma trận đầy đủ, trong đó mỗi biến tử trong đầu dò mảng được kích hoạt phát riêng lẻ và tất cả các biến tử đều ở chế độ thu thập các tín hiệu phản hồi tại vùng quan tâm ROI nằm trong vùng trường gần. Các thiết bị này được gọi là TFM/FMC như đã được SaigonIC chúng tôi đề cập tại bài viết Các Chế Độ Kiểm Tra Trên Thiết Bị TFM A1550 IntroVisor & A1525 Solo
- Nhóm 3 – Các thiết bị xử lý lấy nét tổng thể với kỹ thuật hội tụ khẩu độ tổng hợp sử dụng một thuật toán tán xạ truyền ngược, trong đó mỗi biến tử trong đầu dò mảng cũng được kích hoạt phát riêng lẻ và tất cả các biến tử đều ở chế độ thu thập các tín hiệu phản hồi tại vùng hội tụ quan tâm ROI nằm trong vùng trường xa. Các thiết bị này được gọi là TFM/SAFT như đã được SaigonIC chúng tôi đề cập tại bài viết Các Chế Độ Kiểm Tra Trên Thiết Bị TFM A1550 IntroVisor & A1525 Solo
MÔ TẢ CÁC CÔNG NGHỆ
Các thiết bị thuộc nhóm đầu tiên chùm tia siêu âm được tạo ra bởi các biến tử liền kề nhau trong đầu dò theo trình tự có tính toán trước, chúng được hội tụ vật lý điện tử có kiểm soát vào một vùng nhất định trong chi tiết kiểm tra. Quá trình quét xảy ra do sự đảo mạch điện tử của các biến tử và những thay đổi trong tập luật hội tụ. Để có được hình ảnh chất lượng cao, công nghệ PAUT cần có nhiều đầu dò để tạo nhiều chùm tia siêu âm với các tập luật hội tụ khác nhau để phát và thu riêng lẻ nhau. Điều này sẽ gây khó khăn hoặc không cho phép các thiết bị PAUT cung cấp chất lượng hình ảnh cao và trung thực cho toàn bộ khu vực kiểm tra được hiển thị.
Đối với các thiết bị thuộc nhóm thứ hai và ba, việc nhận tín hiệu xảy ra cùng lúc cho tất cả các biến tử có trong đầu dò khi mỗi lần một biến tử phát sóng siêu âm. Với phương pháp xử lý lấy nét tổng thể có trên thiết bị, nó sẽ lấy dữ liệu waveform và sắp xếp các dữ liệu A-Scan vào không gian lưới pixel để tái thiết thành hình ảnh có chất lượng cao và trung thực hơn công nghệ PAUT. Trong đó:
Thiết bị TFM sử dụng kỹ thuật FMC sẽ truyền nhiều chùm tia siêu âm vào chi tiết kiểm tra mà không có một quy luật hội tụ nào, thay vào đó sẽ là các loại [Chế độ/Phương thức truyền âm – Modes/Paths] sẽ phải được lựa chọn phù hợp cho quá trình thu thập hoặc phân tích dữ liệu kiểm tra. Do đó bạn phải luôn đặt câu hỏi [Tôi cần phát hiện loại khuyết tật gì? Vị trí khuyết tật cần xác định nơi nào? Và khuyết tật nào có thể xuất hiện trong khi kiểm tra???] Điều này sẽ làm mất nhiều lần và thời gian kiểm tra hoặc phân tích, bởi vì [Bạn không thể biết loại khuyết tật và vị trí nó sẽ xuất hiện ở đâu trong chi tiết kiểm tra!!!]
Với TFM sử dụng kỹ thuật SAFT trên các thiết bị A1525 Solo và A1550 IntroVisor cũng sẽ truyền nhiều chùm tia siêu âm vào chi tiết kiểm tra với các góc quét từ -50° đến +50° cho sóng dọc và từ 35° đến 80° cho sóng ngang với một thuật toán truyền ngược. Điều này có nghĩa rằng [Một đường truyền âm đa kênh sẽ được sử dụng trong việc nhận tín hiệu. Trong trường hợp đường truyền âm đơn kênh, cảm biến của từng biến tử được lặp lại cho mỗi biến tử nhận và nó được kết nối bằng bộ chuyển mạch với đường truyền âm nhận tín hiệu] do đó có thể phát hiện được nhiều loại và hướng khuyết tật khác nhau trong một lần quét. Hình ảnh thu được bằng phương pháp này được xem là có chất lượng tốt và trực quan nhất, bởi vì ngoài khả năng lấy nét tổng thể, chúng có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR “Signal-to-Noise Ratio” tối đa có thể. Điều này giúp cải thiện độ tương phản hình ảnh thu được trong ứng dụng kiểm tra các đối tượng có cấu trúc vật liệu hạt thô như thép không gỉ austenetic, dupplex, nickel, inconel, kẽm, composite, nhựa, mi-ca…
Một điểm nổi bật khác trong công nghệ TFM/SAFT trên các thiết bị A1525 Solo và A1550 IntroVisor là có thể biết được [Góc thực và Đường truyền âm tại chỉ thị cần quan tâm] từ đó người sử dụng có thể sử dụng các đầu dò góc UT thường ngay trên thiết bị để kiểm chứng và xác nhận lại chúng. Theo hình ảnh kết quả bên trên, các giá trị góc thực tại chỉ thị nứt chân là [72°] và khoảng cách đường truyền âm là [69.2 mm].
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM GIỮA CÔNG NGHỆ PAUT VÀ TFM/SAFT
Các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật PAUT tạo ra chùm tia siêu âm quét tuyến tính – Linear hoặc quét quạt – Sector trong đối tượng kiểm tra. PAUT thường được hiểu là đầu dò siêu âm mảng pha có các góc có thể thay đổi và được kiểm soát. Các khái niệm như “Góc quét ban đầu” – “Góc quét cuối cùng” – “Lấy nét ở độ sâu không đổi” – “Lấy nét ở phạm vi không đổi dọc theo chùm tia” là được sử dụng.
Trên các thiết bị TFM sử dụng kỹ thuật hội tụ khẩu độ tổng hợp SAFT, được hội tụ sóng âm vào tất cả các điểm của vùng được hiển thị (phần) của đối tượng kiểm tra, thuật ngữ về góc vào và kiểu quét chùm tia không được áp dụng, bởi vì các thiết bị này sử dụng bức xạ siêu âm phân tán (tán xạ ngược), thay vì một chùm tia hẹp được hình thành vật lý hoặc tập trung đến một độ sâu hoặc phạm vi nhất định (ví dụ như ở giữa chùm tia siêu âm). Bức xạ phân tán ngay lập tức bao phủ toàn bộ hoặc hầu hết khu vực được hình dung và không xảy ra hiện tượng quét “chùm”. Lấy nét tổng thể là kết quả của quá trình xử lý kỹ thuật số của mảng tín hiệu thu được.
Dưới đây là các hình ảnh về các loại khuyết tật khác nhau thu được trên các khối mẫu được sử dụng cho việc thực nghiệm giữa thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật PAUT và TFM/SAFT A1550 IntroVisor.
A – Khối mẫu với 02 lỗ khoan đường kính 1.5 mm
Kết quả trên thiết bị siêu PAUT
Kết quả trên thiết bị siêu TFM/SAFT
B – Khối mẫu với các lỗ khoan đường kính 1.5 mm
Kết quả trên thiết bị siêu PAUT
Kết quả trên thiết bị siêu TFM/SAFT
C – Khối mẫu với các lỗ khoan đáy bằng đường kính 1.8 – 2.3 – 3.0 – 3.6 – 4.2 – 5.0 mm
Kết quả trên thiết bị siêu PAUT
Kết quả trên thiết bị siêu TFM/SAFT
D – Khối mẫu với các lỗ khoan đường kính 0.5 mm gần kề nhau
Kết quả trên thiết bị siêu PAUT
Kết quả trên thiết bị siêu TFM/SAFT
E – Khối mẫu với 03 lỗ khoan đường kính 1.5 mm và rãnh khía cắt cao 10 mm
Kết quả trên thiết bị siêu PAUT
Kết quả trên thiết bị siêu TFM/SAFT
KẾT LUẬT
- Đối với các thiết bị siêu âm mảng pha PAUT không cung cấp chất lượng hình ảnh cao và trực quan trong toàn bộ vùng hiển thị của đối tượng kiểm tra mà chỉ gần vùng lấy nét hẹp (ví dụ: ở phạm vi không đổi). Để tăng thể tích hiển thị, nó cần có nhiều đầu dò bổ sung với các tập luật hội tụ khác nhau. Điều này làm tăng chi phí đầu tư, nhiều thiết lập ban đầu cũng như việc phân tích dữ liệu, đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức và kinh nghiệm nên có thể hạn chế khả năng cải thiện năng suất của việc kiểm tra đối với người vận hành mới bắt đầu làm quen thiết bị PAUT.
- Đối với các thiết bị siêu âm phát hiện khuyết tật TFM sử dụng kỹ thuật SAFT do có sự hội tụ của khẩu độ đầu dò tại mỗi điểm trong đối tượng kiểm tra được hiển thị nên có khả năng cung cấp chất lượng hình ảnh cao và trực quan, độ phân giải cao, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tối đa, khả năng phát hiện các khuyết tật dọc theo toàn bộ chiều sâu và chiều rộng của đối tượng kiểm tra và tạo điều kiện để đảm bảo năng suất cao với sự kiểm soát sóng siêu âm tự động.
- Công nghệ TFM/SAFT trên thiết bị A1525 Solo và A1550 IntroVisor có khả năng tái tạo hình ảnh bằng cách sử dụng các thuật toán tán xạ ngược khác nhau cùng lúc trong một lần quét để xử lý dữ liệu thu thập được nên giúp phát hiện hầu như tất cả các khuyết tật với hình ảnh chất lượng cao hoặc có thể tùy chọn kiểu gián đoạn khác nhau như điểm, mặt phẳng hoặc thể tích để hiển thị trực quan hóa hình ảnh khuyết tật. Với hai cấu hình đầu dò chùm tia sóng dọc và hai cấu hình đầu dò chùm tia sóng ngang được thiết lập sẵn trên thiết bị giúp người vận hành mới có thể nhanh chóng và dễ dàng đến kiểm tra ngay lập tức cho hầu hết các đối tượng kiểm tra khác nhau mà không mất nhiều thời gian thiết lập và kiến thức cũng như kinh nghiệm trong công nghệ siêu âm mảng pha.