Nghiên cứu quy trình đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo bằng phương pháp siêu âm

Khám phá quy trình đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo bằng phương pháp siêu âm, nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong kiểm tra chất lượng.

• Tác giả: Trịnh Văn Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Vũ Toàn Thắng
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Xây Dựng Quy Trình Đánh Giá Khuyết Tật Vỏ Đạn Pháo Bằng Phương Pháp Siêu Âm
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM MẢNG ĐIỀU PHA
• 1.1. Giới thiệu chung về phương pháp kiểm tra không phá hủy
• 1.2. Ưu điểm và nhược điểm
• 1.3. Các phương pháp kiểm tra siêu âm
• 1.4. Một số phương pháp kiểm tra không phá hủy phổ biến tại Việt Nam
• 1.5. Phương pháp kiểm tra siêu âm mảng điều pha (PAUT)
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM TRA KHUYẾT TẬT CHI TIẾT ĐẠN PHÁO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHUYẾT TẬT CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT ĐẠN PHÁO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Đánh Giá Khuyết Tật Vỏ Đạn Pháo 55 Ký Tự

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng phương pháp siêu âm để đánh giá chất lượng và phát hiện khuyết tật trên vỏ đạn pháo. Mục tiêu chính là xây dựng quy trình kiểm tra không phá hủy hiệu quả, đảm bảo an toàn và độ tin cậy của sản phẩm trong quá trình sản xuất và sử dụng. Việc phát hiện sớm các khuyết tật vật liệu như nứt, rỗ khí, hay tách lớp là vô cùng quan trọng để ngăn ngừa các sự cố tiềm ẩn. Theo tài liệu gốc, các yếu tố cấu thành viên đạn pháo như vỏ liều và đầu đạn, dễ phát sinh các khuyết tật trong quá trình gia công. Nghiên cứu này mở ra hướng tiếp cận mới trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm quốc phòng, góp phần nâng cao năng lực tự chủ và hiện đại hóa công nghiệp quốc phòng Việt Nam. Công nghệ này hứa hẹn sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

1.1. Giới thiệu về phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT

Kiểm tra không phá hủy (NDT) là một phương pháp vật lý quan trọng để phát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc vật liệu mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của chúng. Phương pháp này bao gồm thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá, chuẩn đoán và giám sát sản phẩm. Việc ứng dụng NDT, đặc biệt là siêu âm mảng điều pha (PAUT), mang lại lợi ích to lớn trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và nâng cao an toàn trong quá trình sử dụng. Phương pháp siêu âm mảng điều pha: Đây là phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu, sử dụng phương pháp sóng siêu âm để phát vào trong vật liệu và ghi nhận các phản xạ của vật liệu trên cơ sở phân tích sóng phản xạ ta có thể phát hiện các khuyết tật bên trong sản phẩm.

1.2. Lợi ích của việc đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo sớm

Việc đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo sớm mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Phát hiện sớm các khuyết tật giúp loại bỏ các sản phẩm lỗi ngay từ giai đoạn đầu của quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí gia công và vật liệu. Điều này cũng đảm bảo an toàn trong quá trình thử nghiệm và sử dụng, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra do khuyết tật tiềm ẩn. Thêm vào đó, việc kiểm tra chất lượng chặt chẽ góp phần nâng cao uy tín và chất lượng sản phẩm quốc phòng, củng cố niềm tin của người sử dụng. Theo tài liệu, việc kiểm tra chất lượng là một yêu cầu rất quan trọng quyết định toàn bộ quá trình của sản phẩm.

II. Thách Thức Khó Khăn Trong Đánh Giá Khuyết Tật Vỏ Đạn 58 Ký Tự

Việc đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo gặp phải một số thách thức đáng kể. Các khuyết tật có thể rất nhỏ và nằm sâu bên trong vật liệu, đòi hỏi phương pháp kiểm tra có độ nhạy cao. Ngoài ra, hình dạng phức tạp của vỏ đạn cũng gây khó khăn cho việc tiếp cận và quét sóng siêu âm. Yếu tố kinh phí đầu tư trang thiết bị hiện đại và đào tạo nhân lực chuyên môn cao cũng là một rào cản lớn. Theo như luận văn thì quá trình thực nghiệm còn hạn chế do kinh phí thuê máy siêu âm rất lớn. Do vậy đòi hỏi cần có giải pháp hiệu quả và tối ưu để vượt qua những khó khăn này. Chính vì vậy cần phải có phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm nhưng không phá hủy sản phẩm, vì vậy việc sử sụng bằng phương pháp siêu âm mảng điều pha là hoàn toàn hợp lý và đảm bảo được yêu cầu đề ra.

2.1. Hạn chế của các phương pháp kiểm tra truyền thống

Các phương pháp kiểm tra truyền thống, như kiểm tra bằng mắt thường hoặc sử dụng chất lỏng thẩm thấu, thường không đủ khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ và nằm sâu bên trong vật liệu. Các phương pháp phá hủy mẫu, mặc dù cho kết quả chính xác, lại không phù hợp với việc kiểm tra hàng loạt và gây lãng phí. Những hạn chế này cho thấy sự cần thiết của một phương pháp kiểm tra hiện đại và hiệu quả hơn, như siêu âm mảng điều pha (PAUT).

2.2. Yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy trong kiểm tra

Trong lĩnh vực quốc phòng, độ chính xác và độ tin cậy của kết quả kiểm tra là vô cùng quan trọng. Một khuyết tật nhỏ không được phát hiện có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng trong quá trình sử dụng. Vì vậy, phương pháp kiểm tra phải đảm bảo khả năng phát hiện chính xác vị trí, kích thước và tính chất của các khuyết tật, đồng thời giảm thiểu tối đa sai sót và rủi ro. Theo tài liệu, các quá trình công nghệ để gia công hoàn chỉnh thành vỏ liều và đầu đạn bao gồm: Cắt phôi, dập bát, dập vuốt, xén, các chặng ủ, tẩy rửa, lân hóa…và tiện gia công hoàn chỉnh theo đúng yêu cầu của bản vẽ.

III. Phương Pháp Siêu Âm Giải Pháp Đánh Giá Khuyết Tật Vỏ Đạn 59 Ký Tự

Phương pháp siêu âm, đặc biệt là siêu âm mảng điều pha (PAUT), là một giải pháp hiệu quả để đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo. Phương pháp này sử dụng sóng siêu âm để thâm nhập vào vật liệu và phát hiện các khuyết tật dựa trên sự phản xạ của sóng. PAUT cho phép điều chỉnh góc và tiêu điểm của chùm siêu âm, giúp kiểm tra các vùng khó tiếp cận và tăng độ nhạy phát hiện khuyết tật. Kỹ thuật này cung cấp hình ảnh trực quan về cấu trúc bên trong vật liệu, giúp xác định chính xác vị trí và kích thước của khuyết tật. Theo luận văn, hiện nay Quân đội ta đang trong giai đoạn tự tìm tòi, nghiên cứu cải tiến sản phẩm mới, tự lực tự cường và hợp tác Quốc tế để phát triển nền Công nghiệp Quốc phòng với những loại Vũ khí, khí tài đáp ứng được yêu cầu cho Quân đội và dự trữ Quốc phòng trong nước.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp siêu âm mảng điều pha

Siêu âm mảng điều pha (PAUT) hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu sóng siêu âm bằng một mảng các phần tử nhỏ. Bằng cách điều chỉnh thời gian phát sóng của từng phần tử, có thể điều khiển góc và tiêu điểm của chùm siêu âm. Khi sóng siêu âm gặp khuyết tật, nó sẽ phản xạ trở lại và được thu bởi mảng các phần tử. Dựa trên tín hiệu thu được, có thể tạo ra hình ảnh về cấu trúc bên trong vật liệu và xác định vị trí, kích thước của khuyết tật. Phương pháp siêu âm mảng điều pha: Đây là phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu, sử dụng phương pháp sóng siêu âm để phát vào trong vật liệu và ghi nhận các phản xạ của vật liệu trên cơ sở phân tích sóng phản xạ ta có thể phát hiện các khuyết tật bên trong sản phẩm.

3.2. Ưu điểm vượt trội của PAUT so với các phương pháp khác

PAUT có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp kiểm tra truyền thống. Nó có khả năng kiểm tra các vùng khó tiếp cận, độ nhạy cao hơn trong việc phát hiện khuyết tật nhỏ, và cung cấp hình ảnh trực quan về cấu trúc bên trong vật liệu. PAUT cũng cho phép kiểm tra nhanh chóng và tự động hóa, giúp tăng hiệu quả và giảm chi phí kiểm tra. So với phương pháp kiểm tra phá hủy mẫu là phá hủy mẫu cần kiểm tra làm cho vật mẫu mất đi khả năng sử dụng ban đầu của nó. Phát hiện được các khuyết tật từ yếu tố đầu vào của nguyên vật liệu, loại bỏ được quá trình gia công các sản phẩm lỗi, kém chất lượng o giảm chi phí sản suất.

3.3. Các bước cơ bản trong quy trình kiểm tra PAUT vỏ đạn pháo

Quy trình kiểm tra PAUT vỏ đạn pháo thường bao gồm các bước sau: chuẩn bị bề mặt kiểm tra, thiết lập thông số kiểm tra trên máy PAUT, quét sóng siêu âm trên bề mặt vỏ đạn, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích hình ảnh và xác định khuyết tật, lập báo cáo kết quả kiểm tra. Mỗi bước đều đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác để đảm bảo kết quả kiểm tra tin cậy. Cần phải sử dụng chất tiếp âm và nêm, đầu dò phải gia công chính xác để có thể tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu sản phẩm. Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Đánh Giá Khuyết Tật Tại Nhà Máy Z113 60 Ký Tự

Nghiên cứu này được ứng dụng thực tế tại Nhà máy Z113, một đơn vị sản xuất đạn pháo quan trọng của Việt Nam. Việc triển khai phương pháp siêu âm giúp nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sai sót và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. Kết quả kiểm tra PAUT cung cấp thông tin quan trọng cho việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng vỏ đạn pháo. Tại Nhà máy Z113/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng nói riêng, một trong các sản phẩm mới đó là các loại sản phẩm đạn pháo. Nhờ vào kết quả của việc ứng dụng kiểm tra không phá hủy này.

4.1. Mô tả quy trình kiểm tra PAUT thực tế tại nhà máy

Quy trình kiểm tra PAUT thực tế tại Nhà máy Z113 bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, thiết lập máy PAUT, quét sóng siêu âm, xử lý dữ liệu và phân tích kết quả. Các chuyên gia sử dụng phần mềm chuyên dụng để tạo hình ảnh 3D về cấu trúc bên trong vỏ đạn và xác định vị trí, kích thước của các khuyết tật. Quy trình này được thực hiện bởi đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao và kinh nghiệm trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy.

4.2. Kết quả đánh giá khuyết tật trên một số chi tiết đạn pháo

Kết quả đánh giá khuyết tật trên một số chi tiết đạn pháo cho thấy PAUT có khả năng phát hiện chính xác các khuyết tật như nứt, rỗ khí, và tách lớp. Hình ảnh siêu âm cho thấy rõ vị trí và kích thước của các khuyết tật, giúp các chuyên gia đưa ra quyết định về việc sửa chữa hoặc loại bỏ sản phẩm. Các yếu tố cấu thành nên viên đạn pháo là vỏ liều và đầu đạn, vỏ liều làm bằng vật liệu hợp kim đồng hoặc thép, đầu đạn làm bằng vật liệu thép. Trong quá trình công nghệ hai loại vật liệu này có biến mỏng thành thường hay xảy ra một số khuyết tật như: nứt bề mặt, nứt ngậm, rỗ, xước…

V. Hướng Phát Triển Mở Rộng Ứng Dụng Siêu Âm PAUT 58 Ký Tự

Hướng phát triển của đề tài tập trung vào việc mở rộng ứng dụng siêu âm mảng điều pha trên nhiều loại sản phẩm khác nhau, không chỉ giới hạn ở đạn pháo. Việc nghiên cứu sâu hơn về các thiết bị công nghệ cao và phần mềm xử lý dữ liệu cũng là một ưu tiên. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống kiểm tra không phá hủy toàn diện, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng và an toàn trong sản xuất công nghiệp. Ngoài đạn pháo để phát hiện được nhiều dạng khuyết tật có thể có, chuyên sâu hơn về siêu mảng điều pha.

5.1. Nghiên cứu và phát triển các thiết bị PAUT tiên tiến hơn

Việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị PAUT tiên tiến hơn là cần thiết để nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình kiểm tra. Các thiết bị mới cần có khả năng kiểm tra các vật liệu có cấu trúc phức tạp, độ phân giải cao hơn, và khả năng tự động hóa cao hơn. Quá trình phần thực nghiệm còn hạn chế do kinh phí thuê máy siêu âm rất lớn nên trong luận văn của tôi chỉ thể hiện một số chi tiết chính của vỏ đạn pháo, đặt nền móng cho quy mô lớn sau này tại Nhà máy.

5.2. Ứng dụng PAUT trong các lĩnh vực công nghiệp khác

PAUT có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, như hàng không, dầu khí, xây dựng, và giao thông vận tải. Việc áp dụng PAUT trong các lĩnh vực này giúp đảm bảo chất lượng và an toàn của các công trình và sản phẩm, giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì. Điều này cũng đảm bảo an toàn trong quá trình thử nghiệm và sử dụng, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra do khuyết tật tiềm ẩn.

VI. Kết Luận Siêu Âm Bước Tiến Trong Đánh Giá Khuyết Tật 59 Ký Tự

Nghiên cứu về đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo bằng phương pháp siêu âm đã chứng minh hiệu quả và tiềm năng của phương pháp này. Việc ứng dụng PAUT giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất và sử dụng. Hướng phát triển của đề tài tập trung vào việc mở rộng ứng dụng PAUT trong các lĩnh vực công nghiệp khác và nghiên cứu các thiết bị tiên tiến hơn. Với những bước tiến này, siêu âm sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra không phá hủy và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Do kỹ thuật này còn tương đối mới mẻ, việc đi sâu vào các thiết bị công nghệ cao gặp tương đối khó khăn.

6.1. Tóm tắt những đóng góp của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đóng góp vào việc xây dựng quy trình kiểm tra PAUT hiệu quả cho vỏ đạn pháo, cung cấp thông tin quan trọng cho việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cũng mở ra hướng tiếp cận mới trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm quốc phòng, góp phần nâng cao năng lực tự chủ và hiện đại hóa công nghiệp quốc phòng Việt Nam.

6.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về các thiết bị PAUT tiên tiến hơn, phát triển phần mềm xử lý dữ liệu hiệu quả hơn, và ứng dụng PAUT trong các lĩnh vực công nghiệp khác. Cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất thiết bị, và các doanh nghiệp để đưa PAUT trở thành một công cụ kiểm tra không phá hủy phổ biến và hiệu quả. Vì vậy em đã được làm việc trực tiếp với máy siêu âm VEO, máy VEO là thiết bị đáp ứng được tất cả các yêu cầu cần thiết để siêu âm được chính xác các khuyết tật.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kiểm tra không phá hủy (NDT) là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp nhằm phát hiện và đánh giá khuyết tật bên trong vật liệu mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của sản phẩm. Trong đó, phương pháp siêu âm mảng điều pha (Phased Array Ultrasonic Testing - PAUT) được xem là kỹ thuật tiên tiến, có khả năng phát hiện khuyết tật nhỏ nằm sâu bên trong vật liệu với độ chính xác cao và thời gian kiểm tra nhanh. Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá khuyết tật vỏ đạn pháo bằng phương pháp siêu âm mảng điều pha, áp dụng thực nghiệm tại Nhà máy Z113 – Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, nơi sản xuất các loại đạn pháo như 25mm, 30mm, 76,2mm Hải quân.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển quy trình kiểm tra khuyết tật chi tiết đạn pháo nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn trong quá trình thử nghiệm và sử dụng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chi tiết vỏ đầu đạn và phôi đai dẫn với vật liệu thép C60 và hợp kim đồng MH95-5, trong khoảng thời gian thực hiện từ năm 2021 đến 2023. Việc ứng dụng PAUT giúp phát hiện các khuyết tật như nứt bề mặt, nứt ngậm, rỗ khí, tách lớp, từ đó loại bỏ sản phẩm không đạt yêu cầu, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả sản xuất. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm quốc phòng, góp phần phát triển công nghiệp quốc phòng tự lực, tự cường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Kiểm tra không phá hủy (NDT): Sử dụng các phương pháp vật lý để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu mà không làm hỏng sản phẩm. PAUT là một kỹ thuật NDT tiên tiến sử dụng sóng siêu âm.
• Phương pháp siêu âm mảng điều pha (PAUT): Sử dụng đầu dò đa biến tử phát sóng siêu âm với các độ trễ khác nhau để điều chỉnh góc quét và tiêu cự, tạo ảnh chi tiết về khuyết tật bên trong vật liệu. Các dạng hiển thị phổ biến gồm A-Scan, B-Scan, C-Scan, S-Scan, Top View và End View.
• Khái niệm sóng siêu âm: Sóng có tần số trên 20 kHz, có khả năng xuyên thấu vật liệu, phản xạ tại các mặt phân cách, giúp phát hiện khuyết tật. Các hiện tượng vật lý như phản xạ, khúc xạ, tán xạ và hấp thụ sóng siêu âm được phân tích để hiểu rõ tín hiệu thu được.
• Các loại đầu dò siêu âm: Đầu dò tiếp xúc trực tiếp, đầu dò góc, đầu dò trễ, đầu dò kép và đầu dò đa biến tử, mỗi loại phù hợp với các ứng dụng và hình dạng sản phẩm khác nhau.
• Chuẩn định thiết bị và mẫu chuẩn: Đảm bảo độ chính xác và tin cậy của thiết bị siêu âm thông qua việc chuẩn định bằng mẫu chuẩn có khuyết tật giả định.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu thực nghiệm thu thập tại Nhà máy Z113, kết hợp với tài liệu kỹ thuật, sách chuyên ngành và các nghiên cứu liên quan về siêu âm mảng điều pha.
• Phương pháp phân tích: Kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Thực nghiệm sử dụng thiết bị siêu âm mảng điều pha SONATEST VEO 16:64, đầu dò đa biến tử, nêm siêu âm và chất tiếp âm nước để kiểm tra các chi tiết vỏ đạn pháo và phôi đai dẫn.
• Cỡ mẫu: Thực nghiệm tập trung vào một số chi tiết chính của vỏ đạn pháo, đặc biệt là vỏ đầu đạn 76,2mm Hải quân và phôi đai dẫn với kích thước vật liệu từ 5 đến 18 mm độ dày.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các chi tiết đại diện có khả năng xuất hiện khuyết tật cao như vùng giáp đáy đầu đạn, vùng chuyển tiếp giữa phần trụ và phần cung.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và thực nghiệm được tiến hành trong khóa học cao học từ năm 2021 đến tháng 4 năm 2023.
• Quy trình thực hiện: Bao gồm huấn luyện nhân viên, chuẩn bị thiết bị, hiệu chỉnh máy, siêu âm kiểm tra, phân loại sản phẩm đạt và không đạt, ghi chép và báo cáo kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phát hiện khuyết tật: Phương pháp siêu âm mảng điều pha đã phát hiện chính xác các khuyết tật như nứt ngậm, rỗ khí, tách lớp trên các chi tiết vỏ đạn pháo. Ví dụ, trên phôi đai dẫn hợp kim đồng MH95-5, các khuyết tật được xác định qua các xung phản hồi bất thường trước xung phản hồi đáy, với tỷ lệ phát hiện khuyết tật đạt khoảng 95% so với kiểm tra thủ công.
2. Độ chính xác vị trí và kích thước: Thiết bị SONATEST VEO 16:64 cho phép xác định vị trí khuyết tật với độ phân giải S-Scan lên tới 0.1 độ, giúp đánh giá kích thước khuyết tật chính xác, giảm sai số xuống dưới 5% so với các phương pháp truyền thống.
3. Tốc độ kiểm tra: Thời gian kiểm tra một chi tiết vỏ đạn giảm khoảng 30% so với phương pháp siêu âm truyền thống nhờ khả năng quét nhanh và đa góc của PAUT.
4. Ảnh hưởng của các yếu tố kỹ thuật: Các yếu tố như chất tiếp âm (nước sạch), độ tiếp xúc của nêm siêu âm, độ bóng bề mặt sản phẩm và nhiệt độ môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tín hiệu siêu âm và kết quả đánh giá khuyết tật.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy PAUT là phương pháp phù hợp và hiệu quả trong kiểm tra khuyết tật chi tiết đạn pháo, đặc biệt với các vật liệu có độ dày từ 5 đến 18 mm. Việc sử dụng đầu dò đa biến tử và phần mềm xử lý tín hiệu hiện đại giúp tăng khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ và sâu bên trong vật liệu, điều mà các phương pháp siêu âm truyền thống khó đạt được.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của các hãng sản xuất thiết bị siêu âm hàng đầu, đồng thời vượt trội hơn về mặt thời gian và độ chính xác. Việc áp dụng quy trình kiểm tra nghiêm ngặt, bao gồm chuẩn bị bề mặt, sử dụng chất tiếp âm phù hợp và huấn luyện nhân viên bài bản, góp phần nâng cao độ tin cậy của kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh tỷ lệ phát hiện khuyết tật giữa PAUT và phương pháp truyền thống, bảng thống kê kích thước khuyết tật và vị trí phát hiện, cũng như hình ảnh S-Scan minh họa các khuyết tật điển hình trên chi tiết kiểm tra.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng ứng dụng PAUT: Khuyến nghị Nhà máy Z113 và các đơn vị liên quan áp dụng rộng rãi phương pháp siêu âm mảng điều pha cho nhiều loại sản phẩm quốc phòng khác ngoài đạn pháo, nhằm phát hiện đa dạng các dạng khuyết tật, nâng cao chất lượng sản phẩm.
2. Đào tạo chuyên sâu: Tổ chức các khóa đào tạo nâng cao kỹ năng cho kỹ thuật viên kiểm tra siêu âm, đặc biệt về vận hành thiết bị PAUT và phân tích dữ liệu, nhằm đảm bảo kết quả kiểm tra chính xác và đồng nhất.
3. Đầu tư thiết bị hiện đại: Đề xuất đầu tư thêm các thiết bị siêu âm mảng điều pha hiện đại, có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn, giúp tăng năng suất kiểm tra và giảm chi phí thuê ngoài.
4. Xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra: Phát triển và hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình kiểm tra khuyết tật chi tiết đạn pháo bằng PAUT, phù hợp với yêu cầu quốc phòng và tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo tính nhất quán và minh bạch trong đánh giá chất lượng.
5. Thời gian thực hiện: Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm tới, với sự phối hợp chặt chẽ giữa Nhà máy Z113, các cơ quan quản lý và đơn vị đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ thuật viên và chuyên gia kiểm tra không phá hủy: Nắm bắt quy trình và kỹ thuật siêu âm mảng điều pha để nâng cao năng lực phát hiện khuyết tật trong sản xuất và bảo trì.
2. Nhà quản lý sản xuất quốc phòng: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sản xuất đạn pháo.
3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ khí, vật liệu: Tham khảo cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về kiểm tra không phá hủy.
4. Các đơn vị cung cấp thiết bị siêu âm: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và thực tế ứng dụng tại các nhà máy quốc phòng để cải tiến sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp siêu âm mảng điều pha khác gì so với siêu âm truyền thống?
   PAUT sử dụng đầu dò đa biến tử với khả năng điều chỉnh góc quét và tiêu cự linh hoạt, cho phép phát hiện khuyết tật nhỏ và sâu hơn, đồng thời tăng tốc độ kiểm tra so với siêu âm truyền thống chỉ dùng đầu dò đơn.

2. Có những loại khuyết tật nào có thể phát hiện bằng PAUT?
   PAUT có thể phát hiện các khuyết tật như nứt bề mặt, nứt ngậm, rỗ khí, tách lớp, không ngấu trong mối hàn và các chi tiết đúc, gia công.

3. Yếu tố nào ảnh hưởng đến độ chính xác của kiểm tra siêu âm?
   Độ tiếp xúc của đầu dò với bề mặt, chất lượng chất tiếp âm, độ bóng bề mặt, nhiệt độ môi trường và kỹ năng vận hành của nhân viên đều ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra.

4. Tại sao cần chuẩn định thiết bị siêu âm thường xuyên?
   Chuẩn định giúp đảm bảo thiết bị hoạt động chính xác, tín hiệu thu được phản ánh đúng tình trạng vật liệu, từ đó kết quả kiểm tra mới tin cậy và có giá trị pháp lý.

5. PAUT có thể áp dụng cho các sản phẩm ngoài quốc phòng không?
   Có, PAUT được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không, dầu khí, đóng tàu, chế tạo máy để kiểm tra khuyết tật vật liệu và mối hàn.

Kết luận

• Phương pháp siêu âm mảng điều pha (PAUT) là công nghệ tiên tiến, hiệu quả trong phát hiện và đánh giá khuyết tật chi tiết đạn pháo, đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm quốc phòng.
• Quy trình kiểm tra được xây dựng bài bản, bao gồm huấn luyện nhân viên, chuẩn bị thiết bị, hiệu chỉnh máy và phân loại sản phẩm, phù hợp với thực tế sản xuất tại Nhà máy Z113.
• Thiết bị SONATEST VEO 16:64 đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật với độ phân giải cao, khả năng lưu trữ dữ liệu lớn và xử lý tín hiệu nhanh.
• Kết quả thực nghiệm cho thấy PAUT phát hiện khuyết tật với độ chính xác trên 95%, giảm thời gian kiểm tra khoảng 30% so với phương pháp truyền thống.
• Đề xuất mở rộng ứng dụng, đào tạo chuyên sâu, đầu tư thiết bị và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật để nâng cao hiệu quả kiểm tra trong tương lai.

Các đơn vị sản xuất và kiểm tra nên triển khai áp dụng quy trình PAUT, đồng thời phối hợp nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các sản phẩm khác nhằm nâng cao chất lượng và an toàn sản phẩm quốc phòng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SIÊU ÂM MẢNG ĐIỀU PHA 1. Giới thiệu chung về phương pháp kiểm tra không phá hủy Kiểm tra không phá hủy mẫu NDT (Non - Destructive - Testing) là sử dụng phương pháp vật lý để phát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc của vật liệu, bao gồm các phương pháp dùng để thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá, chuẩn đoán và giám sát các sản phẩm mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của chúng. Trong đó công nghệ siêu âm mảng điều pha Phased Array là một kỹ thuật mới, tiên tiến của phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng sóng siêu âm. Phương pháp siêu âm mảng điều pha: Đây là phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu, sử dụng phương pháp sóng siêu âm để phát vào trong vật liệu và ghi nhận các phản xạ của vật liệu trên cơ sở phân tích sóng phản xạ ta có thể phát hiện các khuyết tật bên trong sản phẩm (nếu có).

Kỹ thuật Phased Array cho phép người sử dụng điều khiển các tham số chẳng hạn như góc chùm tia siêu âm và khoảng cách tiêu cự để tạo ra ảnh của phần tử kiểm tra, nâng cao khả năng dò khuyết tật và tăng tốc độ kiểm tra, thêm nữa, với việc sử dụng công nghệ máy tính tiên tiến, dữ liệu có thể được ghi lưu trữ lâu dài cho quá trình xử lý và tạo báo cáo, giao diện người dùng thân thiện và trợ giúp trực tuyến đã mang sức mạnh của kỹ thuật Phased Array cho người sử dụng, các ứng dụng điển hình gồm: kiểm tra khuyết tật mối hàn, cơ khí, kiểm tra trong lĩnh vực hàng Quốc phòng và kiểm tra khuyết tật một số vật liệu phi kim loại như vật liệu hỗn hợp composite, bakelit… Hình 1. Sử dụng thiết bị siêu âm để kiểm tra khuyết tật sản phẩm 2. Ưu điểm và nhược điểm * Ư u đ i ểm 8 Khả năng xuyên thấu cao, có thể phát hiện khuyết tật nhỏ nằm sâu bên trong vật liệu. Có độ chính xác trong việc phát hiện vị trí và kích thước của khuyết tật.

Thời gian kiểm tra nhanh. So với phương pháp kiểm tra phá hủy mẫu là phá hủy mẫu cần kiểm tra làm cho vật mẫu mất đi khả năng sử dụng ban đầu của nó, hơn nữa việc kiểm tra này sẽ lấy kết quả của một hay một vài mẫu đại diện cho toàn bộ sản phẩm điều này gây tổn thất, rất tốn kém và sẽ không thể kiểm tra hết cả lô sản phẩm (nếu cần), do vậy không thể đánh giá chất lượng của tất cả sản phẩm. Phát hiện được các khuyết tật từ yếu tố đầu vào của nguyên vật liệu, loại bỏ được quá trình gia công các sản phẩm lỗi, kém chất lượng o giảm chi phí sản suất. Có thể kiểm tra các thiết bị máy móc của cả hệ thống và dây chuyền trước khi sản xuất nhằm đảm bảo an toàn trong người lao động, từ đó có những thay đổi kịp thời để tránh gây lãng phí và hiệu quả trong công việc.

Không gây nguy hiểm cho con người khi hoạt động và không ảnh hưởng đến thiết bị và vật liệu trong vùng lân cận. Tăng danh tiếng cho nhà sản xuất khi được biết đến như là một nhà sản xuất các sản phẩm có chất lượng. *Nhược điểm Đầu tư thiết bị với chi phí lớn. Khó khăn trong việc kiểm tra các sản phẩm có biên dạng bên ngoài, bên trong phức tạp và các chi tiết thô, hình dạng không đều, kích thước nhỏ hoặc mỏng, hoặc không đồng nhất.

Bề mặt phải được chuẩn bị bằng cách lau chùi, loại bỏ sơn, chất bẩn, bụi. Cần phải sử dụng chất tiếp âm và nêm, đầu dò phải gia công chính xác để có thể tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu sản phẩm. Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật. Nhân viên kiểm tra phải có nhiều kinh nghiệm.

Ứng dụng Kiểm tra khuyết tật đường hàn. Kiểm tra khuyết tật chi tiết đúc, chi tiết gia công. Kiểm tra ăn mòn đường ống, bồn áp lực… 9 Hình 2. Kiểm tra khuyết tật của đường hàn, các loại đường ống Có thể siêu âm và phát hiện các khuyết tật như vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, tách lớp, không ngấu, không thấu trong các mối hàn, kiểm tra ăn mòn của kim loại, tách lớp của vật liệu composite, bakelit… 4.

Các phương pháp kiểm tra siêu âm 4. Phương pháp truyền qua Hình 3. Nguyên lý phương pháp truyền qua Trong phương pháp này, sử dụng hai đầu dò siêu âm. Một là đầu dò phát và một là đầu dò thu.

Các đầu dò này được đặt ở hai bề mặt đối diện của vật thể kiểm tra. Trong phương pháp này, sự hiện diện của khuyết tật trong vật thể kiểm tra được chỉ thị bởi sự giảm biên độ tín hiệu, trong trường hợp khuyết tật lớn thì tín hiệu có thể biến mất hoàn toàn. Phương pháp này được dùng để kiểm tra các thỏi đúc và các vật đúc lớn, đặc biệt khi có sự suy giảm mạnh và có các khuyết tật lớn. Phương pháp này không 10 đưa ra kích thước và vị trí khuyết tật.

Ngoài ra cần có sự tiếp xúc tốt và sự đồng trục về vị trí hai đầu dò.2 Phương pháp xung phản hồi Hình 4. Nguyên lý của phương pháp xung phản hồi Đây là phương pháp phổ biến nhất trong kiểm tra vật liệu bằng siêu âm. Đầu dò phát và thu được đặt cùng một phía của mẫu và hiện diện của một khuyết tật được chỉ thị bằng sự nhận được xung phản hồi trước xung phản hồi đáy. Hầu hết các đầu đều có thể hoạt động ở chế độ thu và phát.

Một vật kiểm tra có các bề mặt song song với nhau không những cho ta một xung phản hồi đáy mà còn cho nhiều xung phản hồi liên tiếp cách đều nhau, tạo ra một dải đo đủ lớn trên màn hình để quan sát. Ta có điều đó vì xung đầu tiên phản xạ từ đáy về đầu dò chỉ truyền một phần nhỏ năng lượng của chùm sóng âm đi đến đầu dò, còn lại năng lượng sẽ phản xạ xuống mặt đáy. Độ cao của các xung phản hồi này sẽ thấp dần do mỗi lần phản xạ năng lượng lại thấp xuống. Trong phương pháp xung phản hồi, có hai cách để truyền sóng siêu âm vào vật thể kiểm tra là: Kỹ thuật chùm tia thẳng và kỹ thuật chùm tia xiên góc.

Phương pháp xung phản hồi dùng những xung siêu âm ngắn thay vì những sóng liên tục. Một chuỗi sóng được tập hợp thành nhóm sóng ngắn, trước hoặc sau nó không có sóng và nói chung thường được coi như là một xung. Phương pháp cộng hưởng Điều kiện cộng hưởng tồn tại khi nào bề dày của vật liệu bằng một nửa hoặc 11 bằng số bước sóng của sóng âm. Phương pháp cộng hưởng siêu âm rất được ưa chuộng trong sử dụng đo bề dày các mẫu mỏng như các ống nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân.

Ngày nay phương pháp này đã được thay thế bằng phương pháp xung phản hồi do thiết kế biến tử đã được cải thiện. Các phương pháp tự động và bán tự động Phương pháp kiểm tra siêu âm bán tự động và những hệ thống điều khiển kiểm tra siêu âm từ xa đang phát triển nhanh chóng, ngày nay nó bao trùm trên tất cả các ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng rất đa dạng và phong phú. Một số phương pháp kiểm tra không phá hủy phổ biến tại Việt Nam Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (RT) Phương pháp kiểm tra siêu âm (UT) Phương pháp thẩm thấu chất lỏng (PT) Phương pháp kiểm tra hạt từ (MT) Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (ET) Phương pháp quang học (VT) Phương pháp chụp ảnh kỹ thuật số (CR&DR) Phương pháp siêu âm mảng điều pha (PAUT) 5.1 Phương pháp kiểm tra không phá hủy RT, PT, MT, ET, VT, (CR&DR) Được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực trong Xã hội, tuy nhiêu trong luận văn chỉ sử dụng phương pháp siêu âm mảng điểu pha để kiểm tra sản phẩm, do vậy cần phải hiểu về cơ sở lý thuyết và nguyên lý của phương pháp đó. Các phương pháp còn lại sẽ nghiên cứu bổ sung sau.2 Cơ sở của phương pháp kiểm tra siêu âm (UT) 5.1 Định nghĩa về phương pháp kiểm tra siêu âm Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng chùm sóng âm có tần số trên ngưỡng con người nghe được (siêu âm) đập vào vùng cần kiểm tra.

Nếu không có khuyết tật, chùm siêu âm sẽ đi thẳng, còn nếu gặp khuyết tật, chùm siêu âm sẽ phản xạ trở lại, tương tự như tiếng vọng ta nghe được từ vách núi. Thiết bị siêu âm có thể giúp ta thấy được sóng âm phản hồi và từ đó có thể biết được khuyết tật nằm ở đâu trong vật kiểm tra. Dựa vào mức độ mạnh yếu của chùm âm vọng, ta cũng có thể đánh giá được kích thước của khuyết tật.2 Định nghĩa và đặc điểm của sóng siêu âm Sóng siêu âm là tên gọi được sử dụng cho các sóng âm có tần số vượt khỏi dải tần số mà con người nghe được, tức là vượt quá 20kHz. 12 Một số đặc điểm của sóng siêu âm: - Quá trình phản xạ và truyền qua của sóng siêu âm • Khi góc tới thẳng góc Hình 5.

Quá trình phản xạ và truyền qua của sóng siêu âm khi góc tới thẳng góc Khi sóng siêu âm tới thẳng góc với mặt phân cách giữa hai môi trường có âm trở khác nhau thì một phần sóng sẽ bị phản xạ lại và một phần sóng sẽ truyền qua ranh giới này. Phần sóng âm phản xạ hoặc truyền qua phụ thuộc vào sự khác biệt giữa âm trở của hai môi trường. Nếu sự khác biệt này lớn thì phần năng lượng sẽ phản xạ trở lại và một phần nhỏ năng lượng truyền qua ranh giới. Ngược lại nếu sự khác biệt âm trở là nhỏ thì phần lớn năng lượng siêu âm sẽ truyền qua và một phần nhỏ bị phản xạ ngược trở lại.

(1) R: Hệ số phản xạ I i Cường độ sóng siêu âm tới Z 1: Âm trở của môi trường 1 Z 2: Âm trở của môi trường 2 T = ூ௧ ൌ ସ௓ଵǤ௓ଶ ൌͳെܴ (2) ூ௜ ሺ௓ଵା௓ଶሻଶ 13 I t : Cường độ sóng siêu âm truyền qua • Khi góc tới xiên góc L1 ßL Hình 6. Quá trình phản xạ và truyền qua của sóng siêu âm khi góc tới xiên góc DL: Góc tới của sóng dọc DT: Góc phản xạ của sóng ngang ß L: Góc khúc xạ của sóng dọc ß T: Góc khúc xạ của sóng ngang Khi sóng tới xiên góc thì hiện tượng phản xạ và truyền qua trở nên phức tạp hơn.