English
Ý KIẾN
Nguồn gốc của Tiêu chuẩn AWS D1.1 / D1.5: Đánh giá chỉ thị bằng kỹ thuật kiểm tra siêu âm
Theo Gary S. Martin
Bài viết sau đây nêu ra ý kiến của tác giả và không nhất thiết phản ánh đến ý kiến của Hiệp hội hàn Hoa Kỳ, Hiệp hội Kiểm tra Không phá hủy Hoa Kỳ.
Là một kỹ thuật viên kiểm tra siêu âm (UT), bạn đã bao giờ được giao nhiệm vụ yêu cầu bạn sử dụng kỹ thuật UT được chỉ định trong tiêu chuẩn AWS D1.1 (phần hàn kết cấu – Thép) hoặc D1.5 (phần hàn cầu nối) của Hiệp hội hàn Hoa Kỳ chưa? Ý kiến của bạn là gì? Bạn có nghĩ rằng nó đã lỗi thời? Bạn có thắc mắc tại sao nó không gọi đường cong DAC (đường hiệu chỉnh biên độ khoảng cách) hay DGS (khoảng cách / khuếch đại sóng / kích thước) không? Hoặc, bạn có nghĩ rằng kỹ thuật này là một kỹ thuật thuần túy thôi, và tự hỏi tại sao mọi người không sử dụng nó? Trong cuộc sống, có nhiều kiến khác nhau trong tất cả các khía cạnh của việc kiểm tra và thử nghiệm vật liệu.
Bất kể ý kiến của bạn là gì, bạn có thể tự hỏi rằng “ai”, “làm thế nào” và “khi nào” đằng sau sự phát triển của kỹ thuật này. Hãy đọc tiếp và tôi sẽ tiết lộ một số câu trả lời cho những câu hỏi bí ẩn này.
Bài viết này sẽ không chỉ dẫn về cách kiểm tra UT theo tiêu chuẩn AWS D1.1 hoặc D1.5, vì đã có nhiều bài báo viết chi tiết hơn về chủ đề này đã được lưu hành. Thay vào đó, tôi sẽ cung cấp tổng quan về kỹ thuật UT cùng với lịch sử về sự phát triển của các tiêu chuẩn.
Tổng quan về kỹ thuật
Trừ khi bạn có bản sao của tiêu chuẩn AWS D1.1 hoặc đã quen thuộc với nội dung Phần F (Kiểm tra siêu âm đối với các mối hàn rãnh) hoặc bạn đã có kinh nghiệm sử dụng kỹ thuật này, nếu không, bạn có thể không hiểu những gì tôi đang nói trong phần còn lại của bài báo này. Vì vậy, trong phần sau, một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về kỹ thuật này sẽ được cung cấp. Thay vì sử dụng một mẫu tham chiếu hoặc một khối có nhiều khuyết tật nhân tạo để chuẩn hóa đường cong loại bỏ khuyết tật, kỹ thuật đánh giá chỉ thị trong tiêu chuẩn AWS D1.1 / 1.5 dựa vào tín hiệu từ một phản xạ tiêu chuẩn duy nhất và một phương trình để mô tả chỉ thị phản hồi khi siêu âm có được chấp nhận hay không ( AWS 2015a, 2015b, 2020). (Lưu ý rằng tôi đã sử dụng từ “tiêu chuẩn hóa”, vì gần đây tôi đã được báo lại rằng từ “hiệu chuẩn” là để thử nghiệm thiết bị là một thuật ngữ không phù hợp theo tiêu chuẩn ASTM E1316. Khi bạn thiết lập máy UT để thực hiện một kỹ thuật kiểm tra cụ thể, bạn đang tiêu chuẩn hóa nó, không phải hiệu chuẩn).
Bước cơ bản đầu tiên trong việc áp dụng phần F của tiêu chuẩn AWS (lưu ý rằng có các kỹ thuật kiểm tra khác được phép áp dụng tiêu chuẩn này, nhưng chúng phải được kỹ sư phê duyệt) là chuẩn hóa phản ứng đối với lỗ khoan cạnh bên có đường kính 0,060 in. (0,15 mm) trong một khối tham chiếu của Viện hàn quốc tế (IIW) với chiều cao màn hình mong muốn (lựa chọn của người vận hành trong khoảng 40% đến 60% chiều cao toàn màn hình [% FSH]). Thiết bị ghi nhận độ khuếch đại decibel (dB) làm mức tham chiếu, được gọi là biến b. Tiếp theo, người vận hành quét mối hàn đã chọn theo hướng dẫn trong tiêu chuẩn. Khi một chỉ thị nhiễu xung xuất hiện trên màn hình, người vận hành sẽ điều chỉnh mức tăng hoặc giảm để đạt đến% FSH đã chọn đã được xác định trong quá trình chuẩn hóa. Điều này được gọi là biến a. Sau đó, thiết bị tính toán lấy giá trị (a) trừ đi giá trị khuếch đại tham chiếu (b) và giá trị suy giảm sóng siêu âm (c). Sự suy giảm tín hiệu siêu âm được xác định bằng cách lấy giá trị đường truyền sóng siêu âm trừ đi 1 in, và sau đó nhân đôi phần còn lại. Phần còn lại cuối cùng là để đánh giá chỉ định, đó là biến d (Công thức 1).
Một số bạn có thể chỉ ra rằng công thức này không hoạt động nếu bạn đang sử dụng một thiết bị có tính suy hao, và các bạn đã đúng. Tuy nhiên, tiêu chuẩn có một công thức phù hợp cho việc này đó là đảo ngược giá trị độ khuếch đại tham chiếu và chỉ thị (Công thức 2). Sau đây là các công thức như được chỉ định trong tiêu chuẩn:
(Công thức 1) Với thiết bị có khuếch đại sóng (in dB): a – b – c = d
(Công thức 2) Với thiết bị có độ suy hao (in dB): b – a – c = d
Sau khi xác định được d, so sánh với các tiêu chí chấp nhận thích hợp trong tiêu chuẩn D1.1 bảng 8.2 hoặc 8.3 (trong phiên bản 2020) hoặc bảng 6.2 hoặc 6.3 (trong phiên bản 2015), tùy thuộc vào loại chịu tải kết cấu và so sánh giá trị theo kích thước mối hàn và góc đầu dò thích hợp. Có bốn khoảng giá trị gián đoạn phụ thuộc vào giá trị d và xác định sự chấp nhận dựa trên độ dài của chỉ thị. Loại A bị từ chối bất kể độ dài của chỉ thị, loại D được chấp nhận bất kể độ dài, và B và C được giới hạn ở độ dài tối đa tương ứng là 0,75 và 2 inch (1,9 và 5,1 cm). Có những chi tiết khác, chẳng hạn như khoảng cách cũng cần xem xét. Máy UT kỹ thuật số hiện đại ngày nay có các tùy chọn phần mềm tính toán giá trị d liên tục, giả sử người vận hành đã nhập giá trị khuếch đại tham chiếu thích hợp và độ dày mối hàn.
Những gì được mô tả ở đây chỉ là những điều cơ bản nhất của kỹ thuật này. Có nhiều yêu cầu khác liên quan đến kích thước, tần số, góc và kiểu quét của đầu dò.
Lịch sử của tiêu chuẩn AWS
Là một người thực thi kiểm tra siêu âm (UT), lần đầu tiên thấy bài viết này, bạn có thể nghĩ rằng việc sử dụng các kỹ thuật DAC hoặc DGS đơn giản hơn nhiều để chuẩn hóa và sử dụng. Tôi sẽ không tranh luận về điểm đó, nhưng bạn phải hiểu hai điều về những cơ quan viết tiêu chuẩn. Họ có xu hướng chậm áp dụng công nghệ mới và cũng chậm loại bỏ các kỹ thuật dường như không còn hữu ích nữa.
Hãy xem các thiết bị kiểm tra UT vào đầu đến giữa những năm 1960, khi lần đầu tiên chúng được đề cập trong tiêu chuẩn kết cấu thép AWS. Không có thiết bị kỹ thuật số, không có màn hình tinh thể lỏng (LCD) hoặc màn hình màu và phần mềm không có khả năng tạo đường cong DAC hoặc DGS điện tử — chỉ có màn hình máy hiện sóng ống tia âm cực, lớp phủ lưới mylar và bút dầu. Mặc dù tôi không có bằng chứng chắc chắn rằng thiết bị và kỹ thuật hiện đại là động lực chính trong việc nhóm phụ trách đã phát triển kỹ thuật AWS, nhưng tôi chắc chắn rằng điều đó có một số ảnh hưởng nhất định. Tôi nghi ngờ rằng các vết bút chì dầu hằn trên màn hình mylar có thể khiến các thành viên nhóm phát triển quan tâm vào điều đó. Điều tôi có thể nói với bạn là kỹ thuật này vẫn đang được sử dụng và các kết cấu đã được kiểm tra đúng cách bằng kỹ thuật này đã đáp ứng các yêu cầu về tuổi thọ và thiết kế cho sự phục vụ của chúng.
Năm 1928, nhà khoa học Liên Xô Sergei Y. Sokolov đã chứng minh cách sử dụng sóng siêu âm để phát hiện các khuyết tật trong kim loại. Năm 1969, khái niệm AWS trong xây dựng và xây cầu lần đầu tiên được giới thiệu để hướng dẫn tiến hành kiểm tra UT đối với các mối hàn (Shenefelt 1971). Như bạn có thể thấy, đã mất khoảng bốn thập kỷ để chuyển từ khái niệm sang tiêu chuẩn. Bạn có thể thắc mắc tại sao lại mất nhiều thời gian để áp dụng công nghệ này vào tiêu chuẩn AWS. Có rất nhiều yếu tố cần xem xét ở đây:
- Bất kỳ công nghệ mới nổi nào đều phải ổn định và được thiết lập tốt để sử dụng chung, và không phải là công nghệ chỉ dùng trong phòng thí nghiệm.
- Phải có đủ thiết bị sẵn có về mặt thương mại, đủ hỗ trợ về vật chất hay kỹ thuật và cơ sở hạ tầng.
- Phải có đủ sản phẩm, dịch vụ và sự sẵn sàng tiêu chuẩn hóa cho thiết bị cần thiết để thực hiện phương pháp kiểm tra.
- Phải có đủ sự cạnh tranh và phát triển trên thị trường để thiết bị có giá cả phải chăng và phổ biến rộng rãi.
- Phải có đủ người vận hành được đào tạo, có kỹ năng và kinh nghiệm để kỹ thuật đó luôn sẵn sàng, có thể triển khai và giá cả phải chăng.
- Các cơ quan viết tiêu chuẩn trao đổi thông tin với các tình nguyện viên thường chỉ gặp nhau vài lần trong năm và làm việc dựa theo thời gian của họ để đề xuất nội dung tiêu chuẩn.
- Quá trình phê duyệt nội dung tiêu chuẩn có thể mất nhiều năm để trình bày, đánh giá nhận xét, viết lại, thảo luận, bỏ phiếu và xuất bản.
Cần lưu ý rằng nội dung tiêu chuẩn này được tạo ra trước khi email, máy tính cá nhân hoặc hội nghị trực tuyến được phổ biến rộng rãi. Nó được thực hiện thông qua các cuộc gặp mặt trực tiếp, các cuộc điện thoại trực tiếp, fax và thư từ ở Hoa Kỳ.
Các quy định UT lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1969 dưới dạng Phụ lục C cho cả tiêu chuẩn AWS D1.0, mối hàn trong xây dựng tòa nhà và D2.0, mối hàn cho Đường cao tốc và Cầu đường sắt (tương ứng là D1.1 và D1.5). Một nhóm phụ trách đã được chỉ định để phát triển những điều đã trở thành tiêu chuẩn UT mới. Bao gồm George A. Shenefelt của American Bridge (Ambridge), Dexter A. Olssen của Bethlehem Steel, và Bill Carnes của Phòng thí nghiệm Pittsburgh. Shenefelt đã dành 40 năm trong Ambridge và bị ám ảnh bởi độ tin cậy. Góc và khoảng cách là công việc hàng ngày của anh ấy. Ông tin tưởng hoàn toàn vào kết quả nghiên cứu UT do Joseph và Herbert Krautkramer công bố vào đầu những năm 1960, cụ thể là kích thước của một vật phản xạ có thể được đo bằng biên độ phản ứng của nó. Ông đã phát triển tiêu chuẩn tin rằng biên độ phản xạ âm từ một dấu hiệu là thước đo chính xác về mức độ nghiêm trọng về cấu trúc của nó.
Mỗi khi một tiêu chuẩn mới được phát hành, sẽ có một số sự quan tâm của chính phủ và trường đại học. Mặc dù các xem xét và nghiên cứu sau đó đã chỉ ra một số sai sót trong các giả định đằng sau kỹ thuật này, nhưng về tổng thể, nó được hỗ trợ như một kỹ thuật kiểm tra có hiệu quả, có thể sản xuất và hiệu quả về chi phí. Nó có khả năng xác định rằng không có khuyết tật nào có khả năng gây ra hỏng hóc trong hầu hết các điều kiện (Shenefelt 1971). Hầu như không có thay đổi đáng kể nào của nội dung tiêu chuẩn kể từ khi được giới thiệu vào năm 1969, và nó vẫn được sử dụng rộng rãi tại thời điểm xuất bản bài báo này.
Khi nhóm đề tài, đứng đầu là Shenefelt bắt đầu công việc của họ, họ được hướng dẫn rằng nội dung tiêu chuẩn phải có tính chất đơn giản, để tất cả các nhà khai thác đều có thể đạt được kết quả giống nhau. Ban quản lý hội đồng D1 cũng nhấn mạnh rằng tiêu chuẩn phương pháp siêu âm phải tương ứng với tiêu chuẩn của phương pháp chụp ảnh bức xạ (RT) càng chặt chẽ càng tốt.
Vì tiêu chuẩn của phương pháp chụp ảnh bức xạ sử dụng độ dày xuyên thấu bằng 2% độ dày mối hàn để đánh giá chất lượng ảnh chụp X quang và 2% thường được coi là độ nhạy chấp nhận tối đa, nên nhóm đề tài đã xem xét 2% là độ nhạy chiều dày mối hàn tương tự khi thiết lập tiêu chuẩn siêu âm.
Những điều cơ bản của kỹ thuật siêu âm
Những ứng dụng chính xác của từng đầu dò, tần số, kích thước và góc của đầu dò đều được quy định trong tiêu chuẩn để đạt được kết quả nhất quán và có thể lặp lại. Việc sử dụng các góc, kích thước, tần số hoặc bề mặt mối hàn khác nhau có thể dẫn đến việc kiểm tra kỹ hơn hoặc đơn giản hơn so với quy định. Cơ sở cho kỹ thuật này được minh họa trong Hình 1.
Giả sử rằng một khuyết tật đường hàn định hướng theo hướng nghiêm trọng nhất, nó sẽ vuông góc với các đường hàn (gây tổn hại nhất cho kết cấu mối hàn), xếp hạng decibel dựa trên ứng dụng của vị trí A như thể hiện trong Hình 1. Vì vị trí này không thể thực hiện để kiểm tra mối hàn, lựa chọn vị trí B, C hoặc D sẽ được sử dụng, với độ nhạy thêm 6dB đối với góc 20° không thuận lợi giữa vị trí A và B; 9 dB giữa vị trí A và C; và 11 dB giữa A và D. Những yếu tố này được xây dựng trong các mức chấp nhận của tiêu chuẩn
Yếu tố suy giảm sóng âm là lý do mà một số lời chỉ trích trong quá khứ hướng vào kỹ thuật này. Mặc dù nó không chính xác về mặt kỹ thuật như chúng ta biết, song nó vẫn cho kết quả có ý nghĩa và đáng tin cậy. Dưới đây là các giả định được đưa ra khi nó được phát triển:
- Suy giảm âm là tuyến tính
- Không có suy giảm trong inch đầu tiên (2,5 cm)
- Độ nhạy là 2%, vì thế các khuyết tật lớn hơn được bỏ qua đối với các khu vực dày hơn
- Mất 3 dB giữa 70° và 60°; Mất 2 dB giữa 60° và 45°
- Người vận hành phải lưu ý rằng có những hạn chế đối với việc áp dụng kỹ thuật này. Đó là:
- UT chỉ áp dụng cho mối hàn rãnh và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có độ dày từ 0,31 đến 8 in. (8 và 200 mm), bao gồm cả.
- Nghiêm cấm kiểm tra các liên kết ống – ống, liên kết chữ T, chữ Y hoặc chữ K.
- Người vận hành phải tiến hành dò quét dọc trên toàn bộ bề mặt vật liệu để kiểm tra xem dưới vùng dò quét có bất kỳ mặt phản xạ phẳng nào (khuyết tật tách lớp) có thể gây nhiễu cho sóng âm trong lần kiểm tra tiếp theo hay không.
Nếu số lượng hoặc kích thước của vùng phản xạ phẳng trong vùng quét là đáng kể thì có thể cần sử dụng các phương pháp hoặc kỹ thuật kiểm tra khác. Kỹ thuật viên Cấp độ III cần nắm thông tin khi điều này xảy ra.
Kết luận
Bản cập nhật của tiêu chuẩn AWS D1.1 đã được xuất bản vào năm 2020 (AWS 2020). Theo ý kiến của tôi, vẫn còn một số sai sót trong tiêu chuẩn hiện tại liên quan đến kỹ thuật này. Bao gồm:
- Bảng góc thử nghiệm (bảng 8.7) không có giải pháp cho các mối nối chữ T hoặc các khớp nối góc có độ dày vật liệu trên 7 inch (17,78 cm).
- Các thiết bị kiểm tra siêu âm kỹ thuật số hiện đại có thể đo đường truyền âm và giá trị decibel đến chữ số thập phân thứ ba và thứ hai tương ứng, nhưng độ dài khuyết tật tùy thuộc vào sự đánh giá của người vận hành và giá trị decibel có thể được thay đổi đáng kể tùy thuộc vào bề mặt hoàn thiện, bộ gá ghép và lực ấn đầu dò.
- Bảng góc đầu dò dựa trên độ dày vật liệu và các bảng tiêu chí chấp nhận dựa trên độ dày mối hàn và phạm vi độ dày không được căn chỉnh nhất quán.
- Giới hạn định mức giữa các góc của đầu dò không phù hợp với các phép đo xác định trong Hình 1, như được chỉ ra trong Bảng 1. Các giá trị trong phần tô màu xanh lam là nhất quán; các sắc thái khác thì không.
Kết luận, có một số sai sót về các giả định kỹ thuật trong AWS dẫn đến một số khác biệt. Tuy nhiên, kỹ thuật được quy định trong AWS vẫn được sử dụng rộng rãi và trong lịch sử đã được chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả, có thể tái tạo và tiết kiệm chi phí để tìm kiếm các khuyết tật có thể dẫn đến hỏng kết cấu.
Trong thập kỷ qua, các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy nói chung, và kỹ thuật kiểm tra siêu âm nói riêng ngày càng được áp dụng phổ biến trong kiểm tra đường hàn tại các khu công nghiệp tại Việt Nam. Yêu cầu kiểm tra trong các quy trình ngày càng nghiêm ngặt đòi hỏi độ chính xác cao. Các nhà sản xuất thiết bị kiểm tra siêu âm ngày càng chú trọng nâng cấp sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường.
Trung tâm Đánh giá không phá hủy (NDE) là trong những đơn vị hàng đầu trong đào tạo kiểm tra không phá hủy tại Việt Nam. Hàng năm, trung tâm đã tổ chức đào tạo cho nhiều đơn vị triển khai NDT. Nhằm đáp ứng lại nhu cầu được tìm hiểu và học tập kiểm tra không phá hủy, Trung tâm NDE đã đầu tư đầy đủ trang thiết bị nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho học viên.
Bên cạnh các phương pháp kiểm tra không phá hủy thông thường, nhu cầu đào tạo nhân lực về kiểm tra không phá hủy các kỹ thuật tiên tiến đang ngày một tăng bao gồm các nhân sự thực hiện trực tiếp và gián tiếp thực hiện giải đoán kết quả. Nhận thức được xu hướng này, trong thời gian qua, các chuyên gia và giảng viên về Đào tạo NDT của Trung tâm NDE đã xây dựng và tổ chức thành công các chương trình đào tạo về:
- Kiểm tra Siêu âm mảng điều pha (PAUT);
- Kiểm tra Nhiễu xạ thời gian bay (TOFD);
- Kiểm tra Chụp ảnh kỹ thuật số (CR/DR);
- Kiểm tra Điện từ trường với các kỹ thuật: dòng điện xoáy (ECT), đo trường dòng xoay chiều (ACFM),…
Trên thực tế, các khóa học đã tổ chức nhận được sự ghi nhận, đánh giá cao từ phía khách hàng cũng như học viên tham gia học.
Các khóa học được thiết kế đa dạng các hình thức: trực tuyến/online (đối với các giờ học lý thuyết), trực tiếp tại cơ sở của NDE hoặc tổ chức riêng theo khóa tại Văn phòng Công ty/Đơn vị có nhu cầu.
Học viên tham gia khóa học được cấp phát giáo trình đào tạo, tài liệu tham khảo. Bên cạnh đó, học viên còn được thực hành kiểm tra trên các bộ mẫu chứa khuyết tật và vận hành các hệ thống thiết bị hiện đại được sử dụng phổ biến trong kiểm tra NDT, hoặc sẽ được hướng dẫn trực tiếp trên hệ thiết bị đang sử dụng tại Công ty.
TÁC GIẢ
Gary S. Martin: ASNT NDT cấp III (MT, PT, UT, VT); Greenville, Nam Carolina; martinga111@live.com
Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Tác giả hiện là thành viên của Ủy ban tiêu chuẩn AWS D1. Các ý kiến được nêu ở đây là của riêng anh ấy và không được nêu ra thay mặt cho AWS hoặc Ủy ban AWS D1.
THAM KHẢO
AWS, 2015a, D1.1 / D1.1M: 2015, tiêu chuẩn hàn kết cấu – thép, Hiệp hội hàn Hoa Kỳ, Miami, FL.
AWS, 2015b, D1.5M / D1.5: 2015, tiêu chuẩn hàn cầu (Ấn bản chung với AASHTO), Hiệp hội hàn Hoa Kỳ, Miami, FL.
AWS, 2020, D1.1 / D1.1M: 2020, tiêu chuẩn Kết cấu hàn – Thép, Hiệp hội hàn Hoa Kỳ, Miami, FL.
Shenefelt, G.A., 1971, “Những yêu cầu kiểm tra siêu âm của Quy chuẩn xây dựng AWS 1969 và thông số kỹ thuật cầu,” Tạp chí hàn, tháng 5, trang 342–349.
Biên dịch: Nguyễn Minh Đức
Nhóm Truyền thông thông tin
