Luận văn Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền trong một số loại thép kĩ thuật

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền trong một số loại thép kĩ thuật

1. ỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- NGUYỄN XUÂN TUYÊN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SÓNG SIÊU ÂM TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT LUẬN VĂN T C SĨ K OA ỌC Hà Nội - 2017
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------- Nguyễn Xuân Tuyên NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SÓNG SIÊU ÂM TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT Chuyên ngành : Vật lý Vô tuyến và iện tử Mã số : 60440105 LUẬN VĂN T C SĨ K OA ỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. PHẠM VĂN THÀNH Hà Nội - 2017
3. Nguy n Xuân Tuyên LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Vật lý Vô tuyến – Khoa Vật lý – Trường ại học Khoa học Tự nhiên – ại học Quốc gia Hà Nội trong chương trình đào tạo thạc sĩ khoa học của nhà trường, dưới sự hướng dẫn khoa học trực tiếp của TS. Phạm Văn Thành. Trước hết, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Văn Thành, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Vật lý, Trường ại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc Gia Hà Nội và đặc biệt tới các thầy cô ở bộ môn Vật lý Vô tuyến đã cung cấp cho tôi kiến thức, kỹ năng nghiên cứu khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Th.S Lương Th Minh Thúy, cùng toàn thể gia đình, bạn bè, đ ng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập cũng như thời gian làm luận văn. Nghiên cứu này được tài trợ trong đề tài mã số CA A của Trung tâm hỗ trợ nghiên cứu Châu Á – ại học Quốc gia Hà Nội và đề tài mã số TN 16 – 06 của trường ại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội. Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2017 Học viên Nguyễn Xuân Tuyên i
4. Nguy n Xuân Tuyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i MỤC LỤC ................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. iv NH MỤC ẢNG IỂU ..................................................................................... vi BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY .................... 3 1.1. Giới thiệu kiểm tra không phá hủy[2,5]. ............................................................................ 3 1.2. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy[5] .................................................................... 4 CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ L THU ẾT KIỂM TR KH NG PH HỦ ẰNG PHƢƠNG PH P SI U M ................................................................................... 13 2.1. Lý thuyết cơ bản[3,5] ................................................................................... 13 2.2. Các dạng sóng[2,3,11] ................................................................................. 14 2.3. Các đại lượng đặc trưng cho trường âm[3] .................................................. 16 2.4. nh luật Hooke[1,3,4] ................................................................................ 18 2.5. Ứng suất trượt G[1,3,4] ................................................................................ 19 2.6. Hệ số Poisson[1,3,4] .................................................................................... 21 2.7. Ứng suất Young E[1,3,4] ............................................................................ 22 2.8. Ứng suất khối K[1,3,4] ............................................................................... 23 2.9. Hệ số phản xạ và truyền qua[3] ................................................................... 23 2.10. Sự truyền âm trong môi trường thực[3]. ...................................................... 25 2.11. Ảnh hướng của quá trình nhiệt lên quá trình truyền âm[3,17]. ................... 27 CHƢƠNG 3 : PHƢƠNG PH P THỰC NGHIỆM ............................................. 28 3.1. Chất tiếp âm [12,14]..................................................................................... 28 3.2. ầu dò siêu âm[2,3] ..................................................................................... 28 3.3. Thiết b siêu âm kiểm tra không phá hủy AN X và một số biến tử siêu âm được d ng trong đo đạc ....................................................................... 30 3.4. Lý thuyết cơ bản của sóng siêu âm truyền trong môi trường đàn h i ph thuộc vào nhiệt độ .............................................................................................. 32 CHƢƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 36 ii
5. Nguy n Xuân Tuyên 4.1. Tính chất sóng siêu âm truyền trong dầu nhờn xe máy Shell Advance AX 36 4.2. Tính chất sóng siêu âm truyền trong một số loại th p kĩ thuật ................... 39 4.3. Khảo sát, kiểm tra đánh giá mối hàn b ng s ng siêu âm d ng phương pháp xung dội ................................................................................................................ 48 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 53 iii
6. Nguy n Xuân Tuyên NH MỤC C C HÌNH VẼ ình Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh ................................................................. 4 ình Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh trong ống dài .......................................... 5 ình Phương pháp kiểm tra bức xạ .................................................................... 6 ình Phương pháp kiểm tra th m thấu ............................................................... 8 ình Phương pháp kiểm tra bột t ...................................................................... 9 ình Phương pháp kiểm tra siêu âm xung dội .................................................. 11 ình S ng ngang a , S ng dọc b [26] ............................................................... 15 ình Phương truyền s ng theo phương x .......................................................... 15 ình Mức cường độ âm .................................................................................... 17 ình nh luật ooke ....................................................................................... 18 ình Xác đ nh vận tốc s ng dọc ....................................................................... 18 ình Quy luật hấp th s ng âm ........................................................................ 20 ình Vật liệu n n .............................................................................................. 21 ình nh luật Snell ......................................................................................... 24 ình Ảnh hưởng quá trình nhiệt lên quá trình truyền âm ................................. 27 ình ầu d ...................................................................................................... 28 ình Cấu tạo đầu d siêu âm ............................................................................ 29 ình ình ảnh một số đầu d ........................................................................... 29 ình Thiết b AN X .............................................................................. 32 ình a iến tử siêu âm Olympus C -SU tần số trung tâm M z truyền âm th ng và b biến tử siêu âm ch o sử d ng để đo vận tốc truyền âm ngang 32 ình Phương pháp đo vận tốc s ng siêu âm xung dội và hệ số hấp th ......... 33 ình Sơ đ hệ đo khảo sát chất tiếp âm ............................................................ 36 ình ầu nhờn xe máy ..................................................................................... 36 ình a iá tr vận tốc siêu âm, b hệ số hấp th , c ứng suất khối của dầu nhờn xe máy Shell Advance AX ph thuộc vào nhiệt độ ............................... 38 ình Sơ đ hệ đo s ng dọc và s ng ngang ........................................................ 39 ình Th nghiệm đo s ng dọc và s ng ngang ................................................... 39 iv
7. Nguy n Xuân Tuyên ình Các loại mẫu th p ..................................................................................... 40 ình Vận tốc s ng siêu âm dọc a , vận tốc s ng siêu âm ngang b và trở kháng âm c của các mẫu th p khi nhiệt độ thay đ i ........................................ 44 ình ệ số Poisson a , ứng suất n n Young b , ứng suất trượt c , ứng suất khối K d của các loại th p khi nhiệt độ thay đ i ............................................. 46 ình ệ số hấp th a của các mẫu th p khi nhiệt độ thay đ i ...................... 47 ình Mẫu th p được hàn với cường độ d ng điện khác nhau, A a , 120A (b), I = 135A (c)........................................................................................ 48 ình Lắp đặt th nghiệm hệ đo ....................................................................... 48 ình Vận tốc siêu âm truyền qua trong các mẫu th p với cường độ d ng điện khác nhau ph thuộc vào v tr trên mối hàn ...................................................... 49 ình Xung phản h i dự đoán không c khuyến tật ........................................ 49 ình Xung phản h i dự đoán c khuyến tật ................................................... 49 v
8. Nguy n Xuân Tuyên NH MỤC ẢNG IỂU ảng Thông số kỹ thuật của thiết b AN X ............................................. 30 ảng T nh chất cơ bản của chất tiếp âm ............................................................. 37 ảng ảng số liệu tốc độ truyền âm, hệ số hấp th của dầu nhờn xe máy ......... 37 ảng Thành phần h a học của th p A S .................................................. 41 ảng Thành phần h a học của th p Cr ........................................................... 41 ảng Thành phần h a học của th p S C .......................................................... 41 ảng Thành phần h a học của th p SCM ..................................................... 42 ảng Thành phần h a học của th p SCR ...................................................... 42 ảng ệ số ph thuộc vào nhiệt độ ước t nh b ng cách nối tuyến t nh ............. 45 ảng Hệ số ph thuộc nhiệt độ của tỷ số Poisson υ, suất Young E, suất trượt , suất khối K ước tính b ng cách nối tuyến tính .............................................. 47 ảng Tốc độ s ng siêu âm truyền trong mối hàn ............................................. 48 vi
9. Nguy n Xuân Tuyên BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT NDT : Non-Destructive Testing NDE : Non-Destructive Evaluation NDI : Non-Destructive Inspection Cl : Longitudinal wave Ct : Shear wave vii
10. Nguy n Xuân Tuyên MỞ ĐẦU Hiện nay ở trên thế giới cũng như trong nước, phương pháp kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing đ ng một vai trò quan trọng trong kiểm tra chất lượng sản ph m công nghiệp, phương pháp này đã được ứng d ng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cơ kh chế tạo máy, xây dựng, chế tạo tàu thủy, hàng không, Các phương pháp kiểm tra không phá hủy được d ng để phát hiện các khuyết tật n m sâu bên trong chiều dày kết cấu bên trên bề mặt hoặc lớp dưới bề mặt. C các phương pháp kiểm tra không phá hủy chủ yếu như kiểm tra b ng th giác và quang học (visual test), kiểm tra b ng chất lỏng th m thấu hay thấm màu (penetrant test), kiểm tra b ng bột t (magnetic particle test , d ng xoáy điện (eddy cerent test), ch p ảnh bức xạ hay còn gọi là ch p phim (radiographic test), siêu âm kiểm tra (ultrasonic test), kiểm tra b ng truyền âm (acoustic emission testing), kiểm tra rò rỉ (leak testing) Ngoài ra c nh m phương pháp đặc biệt như phương pháp kỹ thuật vi sóng, bức xạ âm Trong đ , phương pháp siêu âm xung dội (Pulse-echo Ultrasonic Testing) có nhiều ưu việt và ph biến. Ưu điểm của phương pháp này là có thể phát hiện các khuyết tật nhỏ, với độ chính xác cao trong việc xác đ nh v trí và k ch thước khuyết tật cũng như chiều dày vật liệu và chỉ cần tiếp xúc t một phía của mẫu vật khảo sát Nguyên l của phương pháp siêu âm xung dội là chùm tia siêu âm được phát bởi biến tử siêu âm truyền vào bên trong mẫu vật khi gặp bề mặt không liên t c bên trong mẫu vật vết nứt, khuyến tật, s ng siêu âm s b phản xạ trở lại, các s ng phản xạ này sau đ được nhận và chuyển đ i trở lại thành t n hiệu điện bởi biến tử siêu âm. Trên cơ sở ghi và phân tích các s ng phản xạ này, chúng ta có thể xác đ nh được chiều dày kim loại cũng như độ lớn và v trí các khuyết tật bên trong kim loại. Trên cơ sở đ , tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền trong một số loại thép kỹ thuật” được khảo sát ở vùng có nhiệt độ khác nhau và khảo sát vận tốc truyền sóng siêu âm trong một số loại th p với m c đ ch nâng cao hơn n a độ ch nh xác của ph p đo 1