Hình G.3 - Đường cong hiệu chỉnh khoảng cách - biên độ
Hình G.4 - Chuyển động của đầu dò sóng ngang để dò các khuyết tật dọc
Hình G.5 - “Mặt phẳng mốc” đối với mối hàn giáp mép
Kích thước tính bằng milimét
Hình G.6 - Đồ thị biểu hiện đường đi của tia siêu âm
Hình G.7 - Xác định chiều dài thông thường của các khuyết tật
Phụ lục H
(tham khảo)
Kiểm tra bằng hạt từ
H.1 Phạm vi
Thử bằng hạt từ là một phương pháp kiểm tra không phá hủy để tìm ra các khuyết tật dạng bất liên tục lộ trên bề mặt của các vật liệu sắt từ. Nói chung nó không được sử dụng để tìm các khuyết tật dưới bề mặt.
Kiểm tra từ mối hàn phải được tiến hành sau khi kiểm tra bằng mắt và sau khi bào, mài chi tiết được kiểm tra.
Để áp dụng tốt phương pháp thử này yêu cầu cần có một số kỹ năng nhất định về kỹ thuật và suy luận kết quả, vì thế các yêu cầu được qui định ở đây thừa nhận việc áp dụng bởi các cán bộ có năng lực thích hợp.
Phụ lục này miêu tả các qui trình được khuyến nghị đối với kiểm tra bằng hạt từ. Có thể dùng cả bột khô và mực từ đen, màu hay phát quang. Phụ lục này không đưa ra khi nào thì áp dụng phương pháp này và cũng không đưa ra các tiêu chuẩn chấp nhận.
Các qui trình khác cũng có thể được áp dụng miễn là chúng được thỏa thuận giữa người mua, và người chế tạo và cơ quan có thẩm quyền.
H.2 Nguyên lý
Phương pháp kiểm tra này bao gồm từ hóa vùng được kiểm tra và sau đó dùng hạt từ nhỏ mịn phân bố mỏng, ở dạng khô hay ướt, phủ lên bề mặt.
Các hạt từ được hút vào các vùng không đều từ tính do có khuyết tật và các bất liên tục, do đó tạo ra các chỉ thị có thể nhìn thấy được hoặc trực tiếp hoặc bằng cách dùng "ánh sáng đen". Các hình dạng này đặc trưng cho sự hiện diện của các loại khuyết tật.
Độ nhậy của phương pháp này lớn nhất là đối với các khuyết tật bề mặt và nó bị giảm nhanh chóng theo chiều sâu dưới bề mặt.
Không xem xét đến phương pháp tạo ra từ thông, độ nhậy lớn nhất là đối với các khuyết tật nằm dài vuông góc với các đường sức và thấp nhất là đối với các khuyết tật dài song song với các đường sức. Vì thế, mỗi vùng phải kiểm tra 2 lần với các đường sức vuông góc với nhau.
H.3 Qui trình từ hóa
Tất cả các qui trình từ hóa (ví dụ đầu tiếp điện, cuộn dây, thanh có ren, ách từ, tất cả các qui trình từ hóa…) đều có thể áp dụng miễn là cường độ từ trường phải trong khoảng 2400 A/m đến 4000 A/m (ứng với cường độ từ trường gause từ 30 Oe đến Oe) 11) . Yêu cầu này không cần phải chứng minh bằng cách đo đạc trong trường hợp qui trình "đầu từ" hay "cuộn dây" để từ hóa được áp dụng như qui định trong H.6 và H.7
H.4 Môi trường kiểm tra
Các hạt từ được dùng để tìm khuyết tật được phân chia thành 3 loại như sau:
a) Bột khô
Các hạt phải được làm từ vật liệu có độ từ thẩm cao và từ trễ thấp và có kích thước và hình dáng thích hợp để tạo ra được các chỉ thị tốt. Chúng không được lẫn bụi, dầu mỡ, sơn và các dạng tạp chất ngoại lai khác có thể làm rối chức năng của chúng. Chúng phải có màu đen hay một màu nào đó mà có thể tạo ra sự tương phản thích hợp với nền của bề mặt được kiểm tra. Trong một số trường hợp các hạt phát quang cũng được dùng. Kích thước của các hạt được dùng làm bột khô nói chung là lớn hơn các hạt được dùng như mực từ.
b) Mực từ đen hay màu
Các hạt từ nói chung là lơ lửng trong dầu hay nước. Các hạt phải được làm từ vật liệu có độ từ thẩm cao và độ từ trễ thấp; Kích thước của chúng nói chung là nhỏ hơn nhiều so với kích thước của bột khô và vì thế nó cho phép xác định tốt hơn các khuyết tật bề mặt. Nói chung các hạt hoặc là nhuộm đỏ hay đen và có thể quan sát được dưới ánh sáng trắng thông thường. Chất lỏng mang phải có đủ tính lỏng để cho phép các chuyển động phù hợp với các hạt trên bề mặt.
c) Mực từ huỳnh quang
Các hạt từ trong nhũ tương được bao bọc bằng một chất có thể phát quang khi bị chiếu bằng "ánh sáng đen". Các hạt này phải được chế tạo từ các vật liệu có độ từ thẩm cao và độ từ trễ thấp và kích thước của chúng nói chung nhỏ hơn kích thước của mực từ đen hay mầu nên cho phép độ xác định cao hơn đối với các vết nứt bề mặt rất nhỏ. Chất lỏng mang không được có độ phát quang tự nhiên dưới "ánh sáng đen" và phải có độ lỏng thỏa mãn.
Đối với mực từ, nồng độ các hạt từ trong chất lỏng mang là quan trọng nhất và phải được duy trì trong các giới hạn được người sản xuất hạt đưa ra và phải được kiểm tra thường xuyên. Là một nhũ tương, nó phải được quấy thường xuyên trước khi dùng để đảm bảo sự phân bố đều đặn các hạt cứng trong chất lỏng.
Phải tránh làm bẩn chất huyền phù bởi các chất ngoại lai có thể ảnh hưởng xấu đến sự phân bố riêng và nồng độ của nhũ tương, hoặc cường độ là đặc trưng hay định nghĩa của các hạt từ.
H.5 Điều kiện bề mặt
Tất cả các bề mặt được kiểm tra phải sạch và khô. Đối với việc áp dụng này, "sạch" có nghĩa là không chứa dầu, mỡ bụi, cát, gỉ sét hay vẩy bong và các chất ngoại lai khác có thể làm rối tính hiệu quả của phép thử.
Một lớp mỏng môi trường tương phản (ví dụ sơn) có thể giúp cho việc kiểm tra cải thiện sự tương phản của việc tích tụ các hạt với đế. Khi sử dụng qui trình "đầu tiếp điện" để từ hóa thì tất cả các vật liệu cách điện phải được loại bỏ tại các điểm cần có tiếp xúc điện.
Cần phải khử sạch mỡ trên bề mặt chuẩn bị trước khi kiểm tra bằng mực từ.
Nói chung, có thể thu được các kết quả tốt khi bề mặt như trong điều kiện hàn, cán, đúc hay rèn. Tuy nhiên, chuẩn bị bề mặt bằng cách mài hay phay có thể là cần thiết khi các bất liên tục bề mặt làm nhòe chỉ thị của khuyết tật.
H.6 Qui trình từ hóa "đầu tiếp điện"
H.6.1 Qui trình từ hóa
Diện tích được kiểm tra phải được từ hóa vòng tròn bằng các tiếp xúc điện loại que điện, di động được, được ép chặt vào bề mặt.
Để tránh tạo hồ quang, một bảng điều khiển từ xa có thể được tạo ra ở các tay của đầu tiếp điện được cung cấp để cho phép người thao tác đóng mạch vào sau khi đầu tiếp điện được đặt vào vị trí thích hợp và tắt mạch điện trước khi đưa đầu tiếp điện ra ngoài.
Cần chú ý ngăn chặn việc nung nóng quá cục bộ, phóng hồ quang hay cháy bề mặt được kiểm tra, đặc biệt trong thép cácbon cao, thép có độ bền cao hay các vật liệu hợp kim khi các vết cứng hay các vết nứt có thể xuất hiiện. Trong trường hợp các thép đặc biệt dễ biến cứng, trước khi thử phải biết chắc rằng qui trình không có ảnh hưởng có hại lên vật liệu được kiểm tra.
Các điểm tiếp xúc trên bề mặt và các đỉnh của đầu tiếp điện phải luôn luôn trong điều kiện rất sạch và nên dùng các thiết bị chuyên dụng để làm giảm điện trở tiếp xúc và tránh việc làm bẩn do phóng hồ quang hay nung nóng quá cục bộ gây ra.
Nếu hồ quang hay quá nhiệt tại các điểm tiếp xúc có thể xảy ra thì phải coi chúng là những khuyết tật và phải chú ý thích đáng.
H.6.2 Khoảng cách đầu tiếp điện
Khoảng cách đầu tiếp điện được khuyến nghị thay đổi từ khoảng 150 mm đến 300 mm. Nó có thể được giảm đến 75 mm tùy theo hình dạng của diện tích được thử. Khoảng cách đầu tiếp điện nhỏ hơn 75 mm nói chung là không thích hợp.
H.6.3 Hướng từ hóa
Trên mỗi diện tích ít nhất phải thực hiện 2 lần kiểm tra riêng biệt. Các đầu tiếp điện phải được đặt sao cho dòng từ hóa trong quá trình lần thử này xấp xỉ vuông góc với dòng từ hóa của lần thử kia.
Đối với các mối hàn, việc tìm các khuyết tật dọc nên được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí các đầu tiếp điện trên kim loại mẹ liền kề ở cả hai phía của mối hàn, ngoài vùng ảnh hưởng nhiệt, như vậy hướng dòng từ hóa tạo thành một góc 20o đến 30o với trục mối hàn, (xem các Hình H.1a và Hình H.1b). Chiều dài được kiểm tra phải phủ nhau 40 mm đến 50 mm để đảm bảo bao trùm các vùng mà sự tích tụ các hạt chung quanh que chọc che khuất các khuyết tật có thể.
Đối với các việc tìm các khuyết tật ngang phải thực hiện kiểm tra với hướng của dòng từ tạo một góc 90o đến 120o với trục mối hàn. Khoảng cách giữa các que chọc trong 2 vùng liên tiếp được kiểm tra không được lớn hơn 100 mm (xem Hình H.1c).
H.6.4 Dòng từ hóa
Thông thường sử dụng các dòng từ hóa xoay chiều hay được chỉnh lưu nửa chu kỳ 12)
Máy phát dòng được cung cấp với một điện kế đo dòng từ hóa. Trong trường hợp dòng thay đổi thì ampe kế phải được hiệu chỉnh về giá trị dòng hiệu dụng, và trong trường hợp được chỉnh lưu nửa sóng, thì ampe kế phải được điều chỉnh về giá trị dòng hiệu dụng thích ứng cho nửa chu kỳ 13)
Nói chung, giá trị của dòng xoay chiều hay dòng được chỉnh lưu nửa chu kỳ được dùng cho qui trình đầu tiếp điện để từ hóa là khoảng 4 A đến 6 A cho mỗi milimét khoảng cách giữa các đầu tiếp điện. Dòng cao hơn được dùng cho từ hóa bằng dòng điện một chiều, phụ thuộc vào chiều dày của vật liệu 14)
H.7 Qui trình từ hóa bằng cuộn dây
H.7.1. Quy trình từ hóa
Từ hóa được tạo ra khi cho một dòng điện chạy qua một vòng hay một cuộn dây đặt chung quanh chi tiết hay tiết diện cần kiểm tra. Cuộn dây có thể được chế tạo bằng cáp mềm được bọc bao quanh chi tiết. Nó tạo ra một từ trường song song với trục của cuộn dây (từ hóa dọc).
H.7.2 Khoảng cách từ cuộn dây đến bề mặt kiểm tra
Khi kiểm tra các mối hàn chu vi hay các vùng của các thanh thì vòng hay cuộn không được đặt quá gần vùng cần kiểm tra để ngăn chặn các hạt (đặc biệt là bột khô) bị hút mạnh dưới cuộn dây. Tuy nhiên, để thỏa mãn phép thử, diện tích cần kiểm tra phải cách cuộn dây không xa hơn từ 200 mm đến 250 mm.
H.7.3 Hướng từ hóa
Trên mỗi vùng cần tiến hành kiểm tra ít nhất 2 lần tách biệt. Lần thứ hai phải có dòng từ hóa xấp xỉ vuông góc với dòng từ hóa của lần kiểm tra thứ nhất tại vùng đó. Có thể dùng cách từ hóa khác cho lần kiểm tra thứ hai, miễn là phải chọn cùng một môi trường kiểm tra.
H.7.4 Dòng từ hóa
Dòng từ hóa xoay chiều, một chiều 15) hay được chỉnh lưu nửa chu kỳ được sử dụng 12).
Máy phát dòng phải được cung cấp cùng với một ampe kế để đo dòng từ hóa. Trong trường hợp dòng một chiều hay xoay chiều, ampe kế phải được hiệu chỉnh về giá trị dòng hiệu dụng và trong trường hợp dòng được chỉnh lưu nửa chu kỳ, ampe kế phải được hiệu chỉnh về giá trị dòng hiệu dụng ứng với nửa chu kỳ 13).
Dòng phải sao cho tạo ra trên vùng được kiểm tra một cường độ từ trường từ 2400 A/m đến 4000 A/m (cường độ từ trường gauss từ 30 Oe đến 50 Oe) 16)
H.8.1 Bột khô
Bột khô được rắc nhẹ, nên dùng súng phun bột, hay có thể dùng tay rắc bột cẩn thận lên bề mặt cần kiểm tra. Chỗ rắc quá nhiều bột sẽ được giảm đi bằng dòng không khí nhẹ nhàng. Dòng không khí phải được kiểm tra sao cho nó không làm xáo trộn hay loại bỏ nhẹ các dấu vết hạt được giữ.
H.8.2 Mực từ
Mực từ được áp dụng ngay trước khi bắt đầu và / hoặc trong quá trình từ hóa, tốt nhất là bằng cách phun, nhưng cũng có thể áp dụng bằng cách cho chảy lên, nhúng hay dùng một bàn chải mềm, nếu làm cẩn thận, thì cũng thích hợp. Các dụng cụ để áp dụng môi trường thử phải sao cho chúng không rửa sạch hay loại bỏ các dấu vết hạt được giữ.
H.9 Quan sát các chỉ thị
H.9.1 Thời gian kiểm tra
Thực hiện một phần kiểm tra bằng mắt sự tồn tại của chỉ thị hạt từ trong quá trình từ hóa, và tiếp tục cho đến khi nào cần thiết sau khi môi trường thử ổn định bao phủ toàn bộ diện tích cần được kiểm tra.
Thời gian tổng cộng của quá trình từ hóa phải cho phép tạo nên các dấu vết hạt từ.
H.9.2 Bột hay mực từ đen hay mầu
Khi dùng bột từ hay mực từ đen hay mầu thì vùng cần kiểm tra phải được chiếu sáng bằng ánh sáng tự nhiên hay ánh sáng nhân tạo để đánh giá đúng sự tích tụ các hạt trên bề mặt cần kiểm tra. Trong mọi trường hợp, phải tránh điều kiện nhìn chói quá. Cho phép dùng kính có độ phóng đại nhỏ trong các trường hợp còn nghi ngờ.
H.9.3 Các bột từ hay mực từ huỳnh quang
Khi sử dụng các bột từ hay mực phát quang, thì phòng hay khoảng không nơi tiến hành thí nghiệm phải tối, và quan sát bề mặt cần kiểm tra dưới "ánh sáng đen" 17)
Đèn phát ánh sáng đen cho phép đạt được độ ánh sáng chói để kiểm tra. Để bảo vệ cho người thao tác và tập trung chùm ánh sáng vào vùng cần kiểm tra nên dùng đèn có gương phản chiếu. Cường độ của đèn ánh sáng đen phải phù hợp với diện tích cần kiểm tra.
Ít nhất 5 phút trước khi bắt đầu kiểm tra phải để cho mắt quen dần với điều kiện độ ánh sáng xung quanh giảm. Người thao tác phải tránh nhìn trực tiếp vào ánh sáng đen, hay vào các vùng có tác dụng như một tấm gương phản chiếu ánh sáng đen.
H.9.4 Suy luận kết quả
Các bất liên tục và các khuyết tật sẽ được chỉ ra bằng sự duy trì các hạt từ. Các khuyết tật lộ trên bề mặt nói chung chỉ rõ các hình dạng dễ xác định. Các khuyết tật nằm dưới bề mặt có thể thể hiện bởi các đường nới rộng ra với hình dạng cong nào đó và đôi khi là các đường bị gián đoạn.
Tuy nhiên, tất cả các chỉ thị được tạo ra khi kiểm tra bằng hạt từ không cần thiết đại diện có các khuyết tật bởi vì các chỉ thị không liên quan (do, ví dụ gồ ghề bề mặt liên tiếp nhau, sự thay đổi dạng hình học, sự thay đổi độ từ thấm, ví dụ, trên biên giới giữa mối hàn và kim loại mẹ…) có thể gặp phải. Nếu các chỉ thị chắc chắn là không liên quan thì mỗi dạng chỉ thị phải được khảo sát và nếu cần thiết thì bề mặt phải được làm sạch, bằng phẳng và xử lý hạt bằng một qui trình thích hợp.
Nếu kiểm tra lại được tiến hành bằng một môi trường kiểm tra khác thì toàn bộ mực từ phải được làm sạch và bề mặt phải được sấy khô phù hợp nếu sử dụng bột khô. Nếu bề mặt đã được xử lý bằng mực từ đen hay mầu thì phải tiến hành làm sạch cẩn thận trước khi dùng mực từ huỳnh quang bởi vì mực từ đen hay mầu có thể phản ứng với mực từ huỳnh quang, dẫn đến kết quả là làm dập tắt một phần hay toàn bộ sự huỳnh quang.
H.10 Làm sạch và khử từ sau khi kiểm tra
Sau khi kiểm tra không cần thiết phải loại bỏ (làm sạch) bột từ khô trừ khi phải tiến hành các thao tác hàn trên chi tiết được kiểm tra.
Mực từ chỉ cần phải làm sạch trong các trường hợp khi chúng có thể ảnh hưởng xấu đến quá trình tiếp theo hay tới các yêu cầu vận hành. Đặc biệt quan trọng là chất kiểm tra dư lại có thể kết hợp với các nhân tố khác trong khi vận hành để tạo ra sự ăn mòn.
Khử từ sau khi kiểm tra, đặc biệt khi sử dụng dòng một chiều hay dòng được chỉnh lưu nửa chu kỳ thì phải tiến hành khử từ chỉ khi từ dư có thể làm rối các thao tác hàn hay vận hành sau này của bình.
H.11 Biên bản thử
Người chế tạo phải ghi chép các kết quả thử hạt từ gồm các thông tin sau:
a) các tài liệu liên quan đến chế tạo và mối hàn cần được kiểm tra; nếu gia công bề mặt và / hoặc chất tương phản được sử dụng thì phải nêu trong biên bản;
b) qui trình từ hóa được dùng (với các số liệu về khoảng cách đầu tiếp điện, số vòng trong cuộn dây, dòng từ hóa);
c) chất kiểm tra được dùng;
d) miêu tả và vị trí của tất cả các tín hiệu có liên quan (vẽ phác họa khi thích hợp) và các hành động đã thực hiện.
Kích thước tính bằng milimét
Hình H.1 - Hướng từ hóa
11) Trong cách diễn tả này, A/m chỉ dòng tổng cộng trên 1 mét. Nếu sự từ hóa được thực hiện bởi dòng điện l trong một cuộn có t vòng trên mét, cường độ từ trường là lt.
12) Sử dụng dòng điện một chiều hay dòng được chỉnh lưu nửa chu kỳ có thể gây ra từ hóa vĩnh cửu. Do khó khăn về khử từ các chi tiết lớn, trừ cách nhiệt luyện, nếu cần phải khử từ thì nên dùng dòng điện xoay chiều.
13) Máy thương mại dùng dòng được chỉnh lưu nửa sóng có thể có ampe kế được hiệu chỉnh bằng các cách khác nhau, trong các ví dụ như vậy, có thể áp dụng các tỷ số sau đây:
I (r.m.s - nửa chu kỳ) = 2,2 l (chu kỳ trung bình)
I (nửa chu kỳ trung bình) = 2 l (chu kỳ trung bình)
I (giá trị đỉnh) = 3,14 l (chu kỳ trung bình)
Giá trị của I (chu kỳ trung bình) được đo bằng ampe kế DC nói với dây cáp của đầu tiếp điện. (Ampe kế từ vĩnh cửu hoặc không có chỉnh lưu).
14) Chuyển động của các hạt từ khi dòng đóng mạch có thể cho chỉ thị liệu cường độ từ trường có đủ không. Một số loại thiết bị hiện nay có thể tạo ra các chỉ thị thích hợp cho mục đích này.
15) Dòng một pha hay ba pha xoay chiều được chỉnh lưu hai nửa chu kỳ được xem như tương đương với dòng một chiều thực tế.
16) Cường độ từ trường phụ thuộc vào cường độ dòng điện, số vòng cuộn dây, chiều dài (và đường kính) của chi tiết được kiểm tra và khoảng cách của vùng được kiểm tra đến cuộn dây.
Trong thực tế tồn tại các quan hệ gần đúng sau đây giữa cường độ từ trường và đường kính của chi tiết:
4 A đến 6 A trên một milimét đường kính.
Chuyển động của các hạt từ khi dòng điện đổi chiều có thể cho tín hiệu (liệu) cường độ của từ trường có đủ mạnh hay không: có một vài loại thiết bị để tạo ra các tín hiệu thích hợp cho mục đích này.
17) Ánh sáng đen là bức xạ cực tím có chiều dài sóng từ 320 nm đến 400 nm và một đỉnh (peak) trên 365 nm. Trong dải này, bức xạ cực tím là có hại đối với da và mặt con người.