Đo chiều dày bằng siêu âm là kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ được sử dụng rộng rãi để đo độ dày vật liệu từ một bên. Thiết bị đo chiều dày siêu âm đầu tiên, sử dụng nguyên lý thu từ sóng siêu âm, được giới thiệu vào cuối năm 1940. Thiết bị nhỏ, xách tay tiện lợi cho nhiều ứng dụng khác nhau trở nên rộng rãi vào năm 1970. Sau đó với công nghệ vi xử lý tiên tiến đã đưa chúng lên tầm cao mới với những thiết bị nhỏ, tinh vi, dễ sử dụng.

Kiểm tra độ dày vật liệu bằng siêu âm là gì?

Đo chiều dày bằng siêu âm là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT), nó được sử dụng để đo chiều dày vật liệu từ một bên, ví dụ như đo độ dày của ống chống giếng khoan từ phía bên trong lòng giếng. Các thiết bị đo chiều dày bằng siêu âm có thể chỉ định để đo độ dày cho các đối tượng kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, sợi thủy tinh, gốm và thủy tinh. Có thể đo chiều dày các sản phẩm nhựa đùn hoặc kim loại cán trên dây truyền và cũng có thể đo từng lớp hoặc lớp vỏ trong cấu trúc nhiều lớp. Mực chất lỏng và các mẫu sinh vật học cũng có thể đo. Đo bằng siêu âm luôn hoàn toàn là không phá huỷ, không cần cắt hoặc phân đoạn. Vật liệu không thích hợp để đo bằng siêu âm thông thường là gỗ, giấy, bê tông và sản phẩm bọt.

Đo chiều dày bằng siêu âm là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) (ảnh minh họa)

Nguyên lý hoạt động của phương pháp

Siêu âm là sóng âm ở tần số cao hơn giới hạn của con người có thể nghe được. Dải tần số siêu âm trong máy kiểm tra thường sử dụng trong khoảng giữa 200kHz và 20 MHz, trong một số thiết bị đặc biệt người ta có thể sử dụng tần số thấp đến 50kHz hoặc cao tới 200MHz. Dù ở tần số nào, sóng âm cũng là các dao động cơ học truyền qua môi trường dẫn âm theo các định luật cơ bản của vật lý về sóng âm.

Thiết bị đo chiều dày bằng siêu âm hoạt động trên nguyên tắc đo chính xác thời gian giữa hai xung siêu âm liên tiếp nhau vọng về đầu thu do phản xạ từ mặt đáy của chi tiết. Tức là, phép đo chiều dày bằng siêu âm được thực hiện từ một bên theo kỹ thuật đo thời gian giữa 2 xung siêu âm liên tiếp vọng về đầu thu do phản xạ từ mặt phân giới phía xa đầu thu.

Đầu dò của thiết bị vốn là một tinh thể áp điện, khi phát nó sẽ được kích hoạt bởi xung điện rất ngắn có biên độ khoảng 400Vpp, độ rộng vừa đủ để tạo ra chỉ một chu kỳ sóng siêu âm (vài μs). Sóng siêu âm này sẽ truyền vào chi tiết kiểm tra, đập vào mặt đáy và phản xạ trở lại. Một phần năng lượng sóng phản xạ sẽ đi vào đầu dò, trong khi phần lớn năng lượng sóng vẫn tiếp tục phản xạ từ mặt phân giới bên này. Như vậy năng lượng sóng sẽ tiếp tục phản xạ qua lại giữa hai mặt phân giới cho đến khi triệt tiêu hoàn toàn. Do tính chất áp điện, đầu dò sẽ chuyển sóng âm phản xạ thu được thành tín hiệu điện.

Các vật liệu khác nhau truyền sóng âm với vận tốc khác nhau (ảnh minh họa)

Các vật liệu khác nhau truyền sóng âm với vận tốc khác nhau, nhanh trong các vật liệu cứng và chậm hơn trong vật liệu mềm. Vận tốc âm có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Do vậy luôn luôn phải chuẩn thiết bị đo chiều dày bằng siêu âm với vận tốc âm trong vật liệu cần đo, độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào phép chuẩn này.

Có ba cách thông dụng để đo khoảng thời gian sóng âm truyền qua chi tiết::

• Cách 1: Đo khoảng thời gian giữa xung kích phát sóng âm và xung phản xạ đầu tiên từ mặt đáy của chi tiết.

• Cách 2 : Đo khoảng thời gian giữa xung phản xạ từ mặt trước và từ mặt đáy đầu tiên của chi tiết.

• Cách 3: Đo khoảng thời gian giữa hai xung phản xạ từ mặt đáy liên tiếp.

Dạng đầu dò và cách đo cụ thể sẽ tùy theo ứng dụng mà lựa chọn thích hợp.

Các loại đầu dò siêu âm

Để đo chính xác chiều dày của vật liệu qua siêu âm, người thực hiện phải lựa chọn được đầu dò siêu âm phù hợp với từng vật liệu:

Đầu dò tiếp xúc: Đầu dò tiếp xúc trực tiếp với chi tiết kiểm tra. Phép đo với đầu dò tiếp xúc thường thực hiện đơn giản nhất và là sự lựa chọn đầu tiên cho các ứng dụng đo chiều dày bằng siêu âm thông dụng hơn là để đo sự ăn mòn.

Đầu dò trễ: Nó dùng để đo vật liệu mỏng vì cần phải tách xung phát ra khỏi xung phản xạ từ mặt đáy. Đầu dò trễ có thể sử dụng như phần tử cách nhiệt, bảo vệ đầu dò nhạy với nhiệt độ khi tiếp xúc với chi tiết nóng và đầu dò trễ này cũng có thể được tạo hình dạng hoặc đường bao để tiếp âm với các mặt cong đột ngột hoặc những vị trí khó tiếp cận.

Đầu dò nhúng: Chúng có thể được sử dụng để đo các sản phẩm chuyển động trên dây chuyền, phép đo quét trong trường hợp đo độ dày hay khuyết tật của ống chống giếng khoan dầu khí…

Đầu dò kép: Đầu dò phát và thu riêng rẽ được gắn phần trễ nghiêng một góc nhỏ để hội tụ sóng âm ở khoảng cách đã chọn trong chi tiết. Mặc dù phép đo với đầu dò kép đôi khi không được chính xác như các loại đầu dò khác, nhưng chúng thực hiện tốt trong các ứng dụng kiểm tra sự ăn mòn.

Kiểm định viên LDT thực hiện kiểm tra độ dày vật liệu (ảnh minh họa)

Liên hệ thực hiện kiểm tra độ dày vật liệu bằng siêu âm

Phương pháp kiểm tra độ dày vật liệu bằng siêu âm là một kỹ thuật đòi hỏi người thực hiện phải có chuyên môn vững, đã từng kiểm tra bằng kỹ thuật này nhiều lần cũng như liên tục được đào tạo nhằm nâng cao kiến thức. Bên cạnh đó, trang thiết bị đi kèm liên tục được đổi mới nhằm kết quả thu được luôn có độ chính xác cao. Công ty cổ phần LDT là một trong số ít đơn vị có đủ điều kiện thực hiện kiểm tra độ dày vật liệu bằng siêu âm. Với đội ngũ kiểm định viên giỏi, trang thiết bị hiện đại, chính sách hậu mãi chu đáo, giá cả dịch vụ cạnh tranh… chắc chắn sẽ khiến mọi khách hàng cảm thấy hài lòng.

Để được biết thêm thông tin về phương pháp kiểm tra độ dày vật liệu bằng siêu âm, quý khách hàng vui lòng liên hệ tới Trung tâm kiểm định an toàn – Công ty cổ phần LDT, điện thoại 02543. 594445 hoặc đến trực tiếp địa chỉ Trung tâm ở đường số 6, KCN Đông Xuyên, P.Rạch Dừa, TP. Vũng Tàu.