Khi áp lực thị trường buộc các nhà sản xuất ống phải tìm cách tăng năng suất trong khi vẫn tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, việc lựa chọn phương pháp kiểm tra và hệ thống hỗ trợ tốt nhất trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Trong khi nhiều nhà sản xuất ống dựa vào kiểm tra cuối cùng, thì trong nhiều trường hợp, các nhà sản xuất sử dụng thử nghiệm xa hơn trong quá trình sản xuất để phát hiện sớm vật liệu hoặc quy trình bị lỗi. Điều này không chỉ làm giảm phế liệu mà còn giảm chi phí liên quan đến việc xử lý vật liệu bị lỗi. Cách tiếp cận này cuối cùng chuyển thành lợi nhuận cao hơn. Vì những lý do này, việc bổ sung hệ thống kiểm tra không phá hủy (NDT) vào nhà máy là một giải pháp kinh tế hợp lý.
Nhiều yếu tố—loại vật liệu, đường kính, độ dày thành ống, tốc độ xử lý và phương pháp hàn hoặc tạo hình ống—quyết định thử nghiệm tốt nhất. Các yếu tố này cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn các tính năng trong phương pháp kiểm tra được sử dụng.
Kiểm tra dòng điện xoáy (ET) được sử dụng trong nhiều ứng dụng đường ống. Đây là một thử nghiệm có chi phí tương đối thấp và có thể được sử dụng trong các ứng dụng đường ống có thành mỏng, thường có độ dày thành lên tới 0,250 inch. Nó phù hợp với các vật liệu từ tính và phi từ tính.
Cảm biến hoặc cuộn dây thử nghiệm được chia thành hai loại cơ bản: cuộn bao quanh và cuộn tiếp tuyến. Cuộn dây bao quanh kiểm tra toàn bộ mặt cắt ngang của ống, trong khi cuộn dây tiếp tuyến chỉ kiểm tra khu vực hàn.
Cuộn dây quấn quanh phát hiện các khuyết tật trong toàn bộ dải đầu vào, không chỉ vùng hàn và chúng có xu hướng hiệu quả hơn khi thử nghiệm các kích thước nhỏ hơn 2 inch đường kính. Chúng cũng chịu được sự trôi của miếng đệm. Một nhược điểm lớn là việc đưa dải đầu vào qua máy cán đòi hỏi các bước bổ sung và cẩn thận hơn khi đưa nó qua cuộn dây thử nghiệm. Ngoài ra, nếu cuộn dây thử nghiệm vừa khít với đường kính, mối hàn không đạt có thể khiến ống bật ra, làm hỏng cuộn dây thử nghiệm.
Cuộn dây tiếp tuyến kiểm tra một phần nhỏ chu vi của ống. Trong các ứng dụng có đường kính lớn, sử dụng cuộn dây tiếp tuyến thay vì cuộn dây quấn quanh thường mang lại tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt hơn (một thước đo cường độ tín hiệu thử nghiệm so với tín hiệu tĩnh ở nền). Cuộn dây tiếp tuyến cũng không yêu cầu ren và dễ hiệu chuẩn hơn bên ngoài máy nghiền. Nhược điểm là chúng chỉ kiểm tra vùng hàn. Nó phù hợp với các ống có đường kính lớn và có thể được sử dụng cho các kích thước nhỏ nếu vị trí mối hàn được kiểm soát tốt.
Cả hai loại cuộn dây đều có thể kiểm tra các điểm gián đoạn không liên tục. Kiểm tra khuyết tật, còn được gọi là kiểm tra khoảng trống hoặc độ lệch, liên tục so sánh mối hàn với phần liền kề của kim loại cơ bản và nhạy cảm với những thay đổi nhỏ do điểm gián đoạn gây ra. Lý tưởng để phát hiện các khuyết tật ngắn như lỗ kim hoặc mối hàn nhảy, phương pháp chính được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng cán.
Bài kiểm tra thứ hai, phương pháp tuyệt đối, phát hiện ra những sai sót rõ ràng. Dạng ET đơn giản nhất này yêu cầu người vận hành phải cân bằng điện tử hệ thống trên các vật liệu tốt. Ngoài việc tìm ra những thay đổi chung, liên tục, phương pháp này còn phát hiện ra những thay đổi về độ dày thành.
Việc sử dụng hai phương pháp ET này không nhất thiết phải quá rắc rối. Nếu thiết bị được trang bị, chúng có thể được sử dụng đồng thời với một cuộn dây thử nghiệm duy nhất.
Cuối cùng, vị trí vật lý của máy thử nghiệm là rất quan trọng. Các đặc điểm như nhiệt độ môi trường và độ rung của máy nghiền (truyền đến ống) có thể ảnh hưởng đến vị trí đặt. Đặt cuộn dây thử nghiệm gần hộp hàn giúp người vận hành có thông tin ngay lập tức về quy trình hàn. Tuy nhiên, có thể cần đến các cảm biến chịu nhiệt hoặc làm mát bổ sung. Đặt cuộn dây thử nghiệm gần đầu máy nghiền có thể phát hiện ra các khuyết tật do quá trình định cỡ hoặc định hình gây ra; tuy nhiên, có nhiều khả năng xảy ra kết quả dương tính giả hơn vì vị trí này đưa cảm biến đến gần hệ thống cắt hơn, nơi có nhiều khả năng phát hiện ra Độ rung trong quá trình cưa hoặc cắt.
Kiểm tra siêu âm (UT) sử dụng các xung năng lượng điện và chuyển đổi nó thành năng lượng âm thanh tần số cao. Các sóng âm này được truyền đến vật liệu đang thử nghiệm thông qua các phương tiện như nước hoặc chất làm mát máy nghiền. Âm thanh có tính định hướng; hướng của cảm biến xác định hệ thống đang tìm kiếm khuyết tật hay đo độ dày thành. Một bộ đầu dò có thể tạo ra đường viền của vùng hàn. Phương pháp UT không bị giới hạn bởi độ dày thành ống.
Để sử dụng quy trình UT như một công cụ đo lường, người vận hành cần định hướng đầu dò sao cho vuông góc với ống. Sóng âm đi vào OD đến ống, dội lại ID và quay trở lại đầu dò. Hệ thống đo thời gian truyền — thời gian sóng âm truyền từ OD đến ID — và chuyển đổi thời gian thành phép đo độ dày. Tùy thuộc vào điều kiện của nhà máy, thiết lập này có thể đo độ dày thành ống với độ chính xác ± 0,001 inch.
Để phát hiện các khuyết tật vật liệu, người vận hành đặt đầu dò ở một góc xiên. Sóng âm đi vào từ OD, truyền đến ID, phản xạ trở lại OD và truyền dọc theo bức tường theo cách đó. Sự gián đoạn hàn khiến sóng âm phản xạ; nó đi theo cùng một đường dẫn trở lại cảm biến, cảm biến chuyển đổi nó trở lại thành năng lượng điện và tạo ra màn hình hiển thị trực quan cho biết vị trí khuyết tật. Tín hiệu cũng đi qua cổng khuyết tật, cổng này sẽ kích hoạt báo động để thông báo cho người vận hành hoặc kích hoạt hệ thống sơn đánh dấu vị trí khuyết tật.
Hệ thống UT có thể sử dụng một bộ chuyển đổi đơn (hoặc nhiều bộ chuyển đổi tinh thể đơn) hoặc bộ chuyển đổi mảng pha.
Các UT truyền thống sử dụng một hoặc nhiều đầu dò tinh thể đơn. Số lượng cảm biến phụ thuộc vào chiều dài khuyết tật dự kiến, tốc độ đường truyền và các yêu cầu thử nghiệm khác.
UT mảng pha sử dụng nhiều phần tử đầu dò trong một thân máy. Hệ thống điều khiển điều khiển sóng âm thanh bằng điện tử mà không cần định vị lại các phần tử đầu dò để quét vùng hàn. Hệ thống có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, chẳng hạn như phát hiện khuyết tật, đo độ dày thành và theo dõi những thay đổi trong quá trình vệ sinh vùng hàn. Các chế độ kiểm tra và đo lường này có thể được thực hiện đồng thời. Điều quan trọng là phương pháp mảng pha có thể chịu được một số trôi hàn vì mảng có thể bao phủ một diện tích lớn hơn so với các cảm biến vị trí cố định truyền thống.
Phương pháp NDT thứ ba, Rò rỉ từ tính (MFL), được sử dụng để kiểm tra các đường ống có đường kính lớn, thành dày, cấp từ tính. Phương pháp này lý tưởng cho các ứng dụng dầu khí.
MFL sử dụng từ trường DC mạnh đi qua ống hoặc thành ống. Cường độ từ trường đạt đến mức bão hòa hoàn toàn hoặc điểm mà bất kỳ sự gia tăng nào trong lực từ hóa cũng không dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong mật độ từ thông. Khi các đường sức từ gặp phải một khuyết tật trong vật liệu, sự biến dạng từ thông do đó có thể khiến nó phát ra hoặc nổi bọt trên bề mặt.
Một đầu dò quấn dây đơn giản chạy qua từ trường có thể phát hiện ra những bong bóng như vậy. Giống như các ứng dụng cảm ứng từ khác, hệ thống yêu cầu chuyển động tương đối giữa vật liệu được thử nghiệm và đầu dò. Chuyển động này đạt được bằng cách xoay cụm nam châm và đầu dò xung quanh chu vi của ống hoặc đường ống. Để tăng tốc độ xử lý, thiết lập này sử dụng các đầu dò bổ sung (lại là một mảng) hoặc nhiều mảng.
Bộ phận MFL quay có thể phát hiện các khuyết tật theo chiều dọc hoặc chiều ngang. Sự khác biệt nằm ở hướng của các cấu trúc từ hóa và thiết kế đầu dò. Trong cả hai trường hợp, bộ lọc tín hiệu đều xử lý quá trình phát hiện khuyết tật và phân biệt giữa các vị trí ID và OD.
MFL tương tự như ET và hai loại này bổ sung cho nhau. ET phù hợp với các sản phẩm có độ dày thành nhỏ hơn 0,250 inch, trong khi MFL được sử dụng cho các sản phẩm có độ dày thành lớn hơn mức này.
Một ưu điểm của MFL so với UT là khả năng phát hiện các khuyết tật không lý tưởng. Ví dụ, MFL có thể dễ dàng phát hiện các khuyết tật xoắn ốc. Các khuyết tật theo hướng xiên như vậy có thể được phát hiện bằng UT, nhưng cần có cài đặt cụ thể cho góc mong đợi.
Bạn có muốn biết thêm thông tin về chủ đề này không? Hiệp hội các nhà sản xuất và chế tạo (FMA) có thêm thông tin. Các tác giả Phil Meinczinger và William Hoffmann sẽ cung cấp thông tin và hướng dẫn trong một ngày đầy đủ về các nguyên tắc, tùy chọn thiết bị, thiết lập và sử dụng các quy trình này. Cuộc họp được tổ chức vào ngày 10 tháng 11 tại trụ sở chính của FMA ở Elgin, Illinois (gần Chicago). Đăng ký tham dự trực tuyến và trực tiếp đang mở. Tìm hiểu thêm.
Tube & Pipe Journal trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại vào năm 1990. Ngày nay, đây vẫn là ấn phẩm duy nhất ở Bắc Mỹ chuyên về ngành này và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia về ống.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Phiên bản kỹ thuật số của The Tube & Pipe Journal hiện đã có thể truy cập đầy đủ, giúp bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí STAMPING, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, dễ dàng truy cập vào các nguồn tài nguyên giá trị của ngành.