Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT)

Một số thì thao tác đơn giản để thực hiện, một số khác thì khó. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một số kỹ thuật NDT phổ biến hơn trong ngành. Ngay cả khi bạn đã biết về tất cả các kỹ thuật này, điều này vẫn có thể coi là một sự bổ sung tốt về những điều cơ bản. Nếu bạn chưa biết về những kỹ thuật này, bạn có thể học được điều gì đó mới.

NDT là gì?

NDT là viết tắt của Non Destructive Testing hay Kiểm tra không phá hủy đề cập đến một loạt các phương pháp kiểm tra cho phép đánh giá và thu thập dữ liệu về vật liệu, hệ thống hoặc thành phần mà không làm thay đổi hay hư hại vật cần kiểm tra.

NDT thường được sử dụng như một thuật ngữ chung để chỉ các phương pháp kiểm tra không phá hủy, công cụ kiểm tra, hoặc thậm chí toàn bộ lĩnh vực kiểm tra không phá hủy.

Mục đích của NDT

Đối với các ứng dụng trong thực tế, mục tiêu của NDT là đảm bảo rằng các công trình, cơ sở hạ tầng quan trọng, sản phẩm được duy trì đúng cách để tránh tai nạn cũng như đảm bảo chất lượng.

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật (bất liên tục) có thể xuất hiện trong vật liệu như vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu trong các mối hàn, kiểm tra ăm mòn kim loại, tách lớp của vật liệu composite, đo độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông, đo bề dày vật liệu, bề dày màng sơn, độ dày lớp mạ, xác định kích thước và định vị cốt thép trong bê tông.

Mục đích của việc kiểm tra nhằm đánh giá đặc tính của vật liệu, thành phần, cấu trúc hoặc hệ thống về sự khác biệt đặc trưng hoặc khuyết tật và sự không liên tục dựa trên các tiêu chí kỹ thuật được quy định mà không gây ra thiệt hại cho bộ phận được thử nghiệm ban đầu sau khi kết thúc quá trình kiểm tra. 

Việc đánh giá có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất cũng như đảm bảo tính toàn vẹn trong quá trình sử dụng vật liệu, thiết bị. Đánh giá tính chất vật liệu, thiết bị trước khi xảy ra các hư hỏng nặng hơn.

Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) phổ biến

Trực quan (VT)

Kiểm tra trực quan (Visual Testing - VT) còn được gọi là kiểm tra bằng mắt là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất liên quan đến việc người vận hành khi nhìn vào mẫu thử. Kiểm tra trực quan có thể được hỗ trợ bằng cách sử dụng các công cụ quang học như kính lúp, kính hiển vi hoặc hệ thống đo quang học tự động .

Phương pháp này cho phép phát hiện sự ăn mòn, lệch lạc, hư hỏng, vết nứt, sai lệch kích thước v.v. Kiểm tra trực quan vốn có trong hầu hết các loại NDT khác vì chúng thường yêu cầu người vận hành tìm kiếm, đánh giá các khiếm khuyết trước khi thực hiện các bước kiểm tra khác.

Huỳnh quang tia X (XRF)

Huỳnh quang tia X (X-Ray Flourescence - XRF) là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy được sử dụng khá phổ biến hiện nay. Phương pháp XRF hỗ trợ mạnh mẽ trong việc phát hiện thành phần nguyên tố (ppm) có trong mẫu thử thông qua tín hiệu và cường độ huỳnh quang phát ra của mẫu thử sau khi chiếu tia X vào nó.

XRF rất nhạy với các nguyên tố kim loại, nhất là các nguyên tố từ nhôm (Al) đến Uranium (U). Ngoài phân tích thành phần nguyên tố, XRF còn được ứng dụng trong phân tích độ dày các lớp mạ của vật liệu. XRF là một công nghệ đặc biệt hữu ích ở lĩnh vực đo độ dày lớp mạ kim loại, nhất là kim loại quý hiếm, có thể dùng cho bất kỳ lớp mạ kim loại nào, từ một lớp tới bốn lớp, kể cả lớp mạ hợp kim.

Siêu âm (UT)

Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) là một nhóm các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng sóng siêu âm tần số cao, ngắn để xác định các lỗ hổng trong vật liệu. Phương thức hoạt động bằng cách phát ra sóng vào một vật liệu. Bằng cách đo các sóng này, các đặc tính của vật liệu và các khuyết tật bên trong có thể được xác định. 

Các thiết bị UT bao gồm bộ tạo xung và bộ thu, bộ chuyển đổi và màn hình hiển thị. Người sử dụng đòi hỏi phải có một kinh nghiệm nhất định khi sử dụng các thiết bị siêu âm. Các kỹ thuật siêu âm đơn giản có thể hỗ trợ người dùng đo độ dày vật liệu, phát hiện khuyết tật, kiểm tra mối hàn với các loại đầu dò phù hợp.

Ngoài ra có một số loại kỹ thuật kiểm tra siêu âm tiên tiến khác:

• Kỹ thuật siêu âm mảng điều pha (Phased Array Ultrasonic Testing – PAUT) là kỹ thuật sử dụng một tập hợp các đầu dò siêu âm được tạo thành từ nhiều phần tử nhỏ. Mỗi phần tử trong hệ thống PAUT có thể phát xung riêng lẻ. Điều này được thực hiện với thời gian được tính toán bằng máy tính, thông qua một quá trình được gọi là phân kỳ. Điều này cho phép hệ thống điều hướng chùm tia hội tụ qua nhiều góc độ và khoảng cách tiêu cự khác nhau.
• Kỹ thuật siêm âm dải rộng (Long Range Ultrasonic Testing – LRUT) là kỹ thuật nâng cao cho phép kiểm tra khối lượng lớn vật liệu từ một điểm thử nghiệm duy nhất. Phương pháp này hoạt động bằng cách cố định các vòng đầu dò đồng nhất xung quanh một đường ống. Các vòng này sau đó tạo ra một loạt các sóng hướng dẫn tần số thấp. Các sóng sau đó có thể truyền đối xứng dọc theo trục ống. Điều này cung cấp độ che phủ hoàn toàn của thành ống. Kỹ thuật này được sử dụng để phát hiện và phân tích các tín hiệu siêu âm nhận được do mất kim loại như ăn mòn và xói mòn.

Dòng điện xoáy (ET)

Kiểm tra dòng điện xoáy (Eddy Current Testing - ET) là một kỹ thuật được sử dụng để phát hiện các lỗ hổng hoặc sự ăn mòn trong vật liệu sắt từ. Nó cũng có thể đo độ dày của các vật liệu nói trên. 

Kỹ thuật này hoạt động bằng cách áp dụng một điện áp vào một đầu dò xoáy. Cuộn dây tạo ra một từ trường thay đổi bằng cách sử dụng dòng điện xoay chiều, sau khi từ trường này tương tác với mẫu thử tạo ra dòng điện xoáy. 

Các biến thiên về pha và độ lớn của các dòng điện này được theo dõi bằng cách sử dụng cuộn dây thứ hai, hoặc bằng cách đo các thay đổi đối với dòng điện chạy trong cuộn dây kích từ. Sự hiện diện của bất kỳ lỗ hổng nào sẽ gây ra sự thay đổi trong trường dòng điện xoáy và sự thay đổi tương ứng trong pha và biên độ của tín hiệu đo được.

Phương pháp này cũng có thể được sử dụng trên các vật liệu cách nhiệt.

Kiểm tra Thẩm thấu (PT)

Kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing - PT) là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang để phát hiện các lỗi bề mặt trên các bộ phận và thiết bị có thể không được nhìn thấy. Kỹ thuật này hoạt động thông qua nguyên tắc "hoạt động mao dẫn", một quá trình mà chất lỏng chảy vào một không gian hẹp (µm) mà không cần sự trợ giúp của trọng lực. 

Vì là một trong những kỹ thuật NDT dễ nhất và ít tốn kém nhất để thực hiện, PT là một trong những kỹ thuật kiểm tra được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả dầu khí.

Mặc dù phương pháp này hiệu quả do tính đơn giản và chính xác, nhưng nó cũng có những nhược điểm. Nó chỉ có thể phát hiện những sai sót trên bề mặt. Vì vậy, đối với các lỗ hổng dưới bề mặt, một kỹ thuật như kiểm tra hạt từ tính (MT) là thích hợp hơn.

Kiểm tra Từ tính (MT)

Kiểm tra hạt từ tính (Magnetic Particle Testing - MT) được sử dụng để phát hiện các lỗ hổng trên bề mặt và gần bề mặt trong hầu hết các vật liệu sắt từ như sắt, niken và coban, và một số hợp kim của chúng. Do không cần chuẩn bị bề mặt theo yêu cầu của các phương pháp thử không phá hủy khác, nên việc tiến hành MT tương đối nhanh và dễ dàng. Điều này đã làm cho nó trở thành một trong những kỹ thuật NDT được sử dụng phổ biến.

Nội soi - Kiểm tra trực quan từ xa (RVI)

Kiểm tra bằng hình ảnh từ xa (Remote Visual Inspection - RVI) là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy có từ những năm 1970, sử dụng nhiều loại máy quay video, ống soi video, máy ảnh điều khiển từ xa, trình thu thập thông tin và các công cụ chuyên dụng khác để kiểm tra từ xa các bộ phận có bị ăn mòn và hư hỏng hay không. RVI cho phép người vận hành có thể kiểm tra các khu vực nguy hiểm, hoặc khu vực khó tiếp cận trực tiếp (đường ống có kích thước nhỏ, sâu, tuabin phản lực)

Chụp ảnh phóng xạ (RT)

Kiểm tra bức xạ (Radiographic Testing - RT) là một phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng tia X hoặc tia gamma để kiểm tra cấu trúc bên trong của các thành phần được sản xuất để xác định bất kỳ sai sót hoặc khuyết tật nào.

Trong kiểm tra bức xạ, phần kiểm tra được đặt giữa nguồn bức xạ và phim (hoặc máy dò detector). Sự khác biệt về mật độ và độ dày vật liệu của thành phần thử nghiệm sẽ làm suy giảm bức xạ xuyên qua các quá trình tương tác liên quan đến tán xạ và hấp thụ. Sự khác biệt về độ hấp thụ sau đó được ghi lại trên (các) phim hoặc thông qua máy tính tích hợp. 

Trong chụp X quang công nghiệp có sẵn một số phương pháp hình ảnh, các kỹ thuật để hiển thị hình ảnh cuối cùng, chẳng hạn như Chụp X quang Phim (2D), Chụp X quang Thời gian Thực (RTR), Chụp X quang Điện toán (CT), Chụp X quang Kỹ thuật số (DR) và Chụp X quang Điện toán (CR).

Rò rỉ từ thông (MFL)

Rò rỉ từ thông (Magnatic Flux Leakage - MFL) sử dụng một nam châm cực mạnh để tạo ra từ trường bão hòa các kết cấu thép như đường ống, cáp thép, băng tải và bể chứa. Theo đó, một cảm biến được sử dụng để phát hiện những thay đổi về mật độ từ thông cho thấy bất kỳ sự giảm sút nào của vật liệu do rỗ, xói mòn hoặc ăn mòn vật liệu.

MFL được đánh giá là phương pháp kiểm tra có tốc độ nhanh, nhạy cảm với các dạng khuyết tật khác nhau, có thể kiểm tra ở những nơi khó tiếp cận và đôi khi không yêu cầu ngừng hoạt động sản xuất.

Phát xạ âm (AE)

Phát xạ âm (Acoustic Emission Testing - AE) đề cập đến việc sóng đàn hồi tạo ra bởi sự thay đổi ứng suất đột ngột trong vật liệu. Khi một cấu trúc phải chịu một kích thích bên ngoài (thay đổi áp suất, tải trọng hoặc nhiệt độ), các nguồn cục bộ sẽ kích hoạt giải phóng năng lượng, dưới dạng sóng ứng suất, lan truyền lên bề mặt và được các cảm biến ghi lại. Với thiết bị và thiết lập phù hợp, có thể xác định được các chuyển động ở mức picometers (10 -12 m).

Việc phát hiện và phân tích tín hiệu AE có thể cung cấp thông tin có giá trị về nguồn gốc và tầm quan trọng của bất liên tục trong vật liệu. Do tính linh hoạt của Thử nghiệm phát xạ âm (AET), nó có nhiều ứng dụng công nghiệp (ví dụ: đánh giá tính toàn vẹn của cấu trúc, phát hiện khuyết tật, kiểm tra rò rỉ hoặc giám sát chất lượng mối hàn) và được sử dụng rộng rãi như một công cụ nghiên cứu.

Radar xuyên đất (GPR)

Radar xuyên đất (Ground-penetrating radar - GPR) là một phương pháp của địa vật lý thăm dò, thực hiện phát xung sóng điện từ vào môi trường đất đá. Khi gặp ranh giới các khối có hằng số điện môi khác nhau, sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ một phần sóng. Thu nhận sóng tại các điểm quan sát xác định, và xử lý phân tích sẽ xác định được các ranh giới đó.

Tên gọi Radar quét được hiểu là thu sóng phản xạ, còn thu sóng truyền qua thì gọi là chiếu sóng. Phương pháp được dùng trong tìm khoáng sản, nước ngầm, điều tra địa chất môi trường - tai biến tự nhiên, hố sụt (Sinkhole), karst, đới có nguy cơ lở đất ven sông, tìm vật chưa nổ (UXO), khảo cổ, kiểm tra công trình mà không gây phá hủy để tìm các ổ rỗng như tổ mối, lỗi trong nền đường,…

Tại Việt Nam, phương pháp khảo sát này được quy chuẩn trong TCVN 9426: 2012

So sánh các phương pháp kiểm tra không phá hủy