Ứng dụng và cơ chế hoạt động của máy đo độ dày vật liệu siêu âm

Máy đo độ dày vật liệu siêu âm là giải pháp đo chiều dày nhanh, chính xác mà không phá hủy mẫu – bạn đã thực sự hiểu được cơ chế vận hành và ứng dụng của nó? Tiếp tục đọc để khám phá chi tiết chuyên sâu khiến bạn không thể bỏ lỡ.

1. Ứng dụng của máy đo độ dày vật liệu siêu âm trong công nghiệp

Trong thế giới công nghiệp hiện đại, việc kiểm tra chất lượng và an toàn của vật liệu đóng vai trò sống còn. Máy đo độ dày siêu âm đã trở thành một công cụ kiểm tra không phá hủy (NDT) được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng đo lường chính xác mà không làm tổn hại đến vật thể. Thiết bị này đặc biệt hữu ích trong việc giám sát các cấu trúc mà việc tiếp cận chỉ có thể thực hiện từ một phía.

1.1 Kiểm tra ăn mòn và hao mòn

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của máy đo độ dày siêu âm là đo lường mức độ ăn mòn. Các hệ thống đường ống, bồn chứa, nồi hơi và các cấu trúc kim loại khác trong ngành dầu khí, hóa chất, hàng hải thường xuyên phải đối mặt với sự xuống cấp do ăn mòn. 

Việc đo đạc định kỳ giúp các kỹ sư theo dõi sự suy giảm độ dày, từ đó đưa ra quyết định bảo trì hoặc thay thế kịp thời, ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng như rò rỉ, nổ, đảm bảo an toàn cho con người và tài sản.

1.2 Kiểm soát chất lượng sản xuất

Trong sản xuất, độ dày là một trong những thông số quan trọng nhất quyết định chất lượng sản phẩm. Các nhà máy sản xuất thép, nhôm, nhựa hay kính đều sử dụng thiết bị đo độ dày kim loại để kiểm tra sản phẩm đầu ra, đảm bảo chúng đáp ứng đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật. 

Ví dụ, trong ngành công nghiệp ô tô, máy đo độ dày vật liệu siêu âm được dùng để kiểm tra độ dày của thân xe, các chi tiết động cơ, và cả lớp sơn phủ.

1.3 Ứng dụng trong xây dựng và hàng không

Trong ngành xây dựng, thiết bị này được sử dụng để kiểm tra độ dày của tường, cầu, kết cấu bê tông cốt thép nhằm đánh giá tình trạng và khả năng chịu lực. Còn trong ngành hàng không, máy đo độ dày siêu âm đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra thân máy bay, cánh và các bộ phận quan trọng khác để phát hiện các vết nứt, mỏng do mỏi vật liệu, đảm bảo an toàn cho các chuyến bay.

2. Cơ chế hoạt động của máy đo độ dày vật liệu siêu âm

Để hiểu rõ hơn về cách máy đo độ dày hoạt động, chúng ta cần tìm hiểu về các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý vật lý đằng sau nó.

2.1 Đặc điểm kỹ thuật của máy đo độ dày siêu âm

Các máy đo độ dày siêu âm hiện đại thường có nhiều tính năng vượt trội:

• Dải đo rộng: Có thể đo được độ dày từ vài mm cho đến hàng chục centimet, thậm chí là vài mét, tùy thuộc vào loại đầu dò và vật liệu.
• Độ chính xác cao: Độ phân giải có thể đạt tới 0.01 mm, giúp các phép đo cực kỳ tin cậy.
• Nhiều chế độ đo: Hầu hết các máy đều có các chế độ đo cơ bản như Single Echo(đơn xung) và chế độ nâng cao như Multiple Echo (đa xung). Chế độ Multiple Echo đặc biệt hữu ích khi cần bỏ qua các lớp sơn, lớp phủ dày để đo chính xác độ dày vật liệu nền.
• Khả năng lưu trữ và phân tích dữ liệu: Nhiều thiết bị hiện nay được trang bị bộ nhớ trong để lưu trữ kết quả, hỗ trợ kết nối với máy tính để phân tích và lập báo cáo, giúp việc quản lý dữ liệu trở nên dễ dàng hơn.
• Đa dạng đầu dò: Tùy vào loại vật liệu, nhiệt độ và hình dạng bề mặt, người dùng có thể lựa chọn đầu dò phù hợp, bao gồm đầu dò tần số cao, đầu dò nhiệt độ cao, đầu dò cho bề mặt cong, v.v.

2.2 Cơ chế hoạt động của máy dùng sóng siêu âm

Máy đo độ dày vật liệu siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý truyền và phản xạ của sóng âm có tần số cao. Sóng siêu âm là dạng dao động cơ học vượt quá giới hạn nghe được của tai người (trên 20 kHz). Trong thực tế kiểm tra, dải tần số sử dụng phổ biến nằm trong khoảng từ 500 kHz đến 20 MHz, nhưng cũng có những thiết bị chuyên dụng có thể hoạt động ở mức thấp hơn (50 kHz) hoặc cao hơn đến hàng trăm MHz tùy theo ứng dụng.

Khi đo, đầu dò siêu âm (transducer) sẽ phát ra một xung sóng âm ngắn nhờ biến tử áp điện được kích thích bởi tín hiệu điện. Sóng này truyền qua vật liệu cần kiểm tra, đến bề mặt đối diện hoặc mặt phân cách giữa hai lớp vật liệu, sau đó phản xạ trở lại. Đầu dò sẽ thu tín hiệu phản xạ và biến đổi thành tín hiệu điện để thiết bị xử lý. Về bản chất, máy giống như một “thiết bị nghe vọng âm” từ bên trong vật liệu.

Để tính chiều dày (T), thiết bị đo dựa trên công thức: T = V × (t/2)

***Trong đó:

- T:chiều dày vật liệu cần đo

- V:vận tốc truyền sóng trong vật liệu

- t: thời gian sóng đi và trở lại đầu dò

Vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào đặc tính cơ học của vật liệu – thường nhanh hơn ở vật liệu cứng (như thép) và chậm hơn ở vật liệu mềm (như nhựa). Nhiệt độ cũng có thể làm thay đổi vận tốc này, vì vậy việc hiệu chuẩn thiết bị theo đúng loại vật liệu là bước bắt buộc để đảm bảo độ chính xác.

Một yếu tố quan trọng khác là môi trường truyền âm. Sóng siêu âm trong dải MHz không thể lan truyền hiệu quả qua không khí, do đó cần sử dụng chất tiếp âm (couplant) để lấp đầy khoảng hở giữa đầu dò và bề mặt vật liệu. Những chất thường dùng gồm glycerin, dầu, gel, nước hoặc propylene glycol. Chỉ cần một lớp mỏng couplant cũng đủ để cải thiện khả năng truyền sóng.

Trong thực tế, có ba phương pháp đo thời gian truyền sóng siêu âm phổ biến:

• Phương pháp xung – vọng (pulse-echo): đo khoảng thời gian từ xung phát đến xung phản xạ đầu tiên. Đây là cách thông dụng nhất.
• Đo từ mặt trước đến mặt đáy: xác định khoảng thời gian giữa tín hiệu phản xạ bề mặt trước và mặt đáy vật liệu.
• Đo khoảng cách giữa hai xung đáy liên tiếp: áp dụng trong một số ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao hoặc bề mặt phức tạp.

Tùy vào loại vật liệu, độ dày và yêu cầu đo, kỹ thuật viên sẽ lựa chọn phương pháp đo phù hợp.

3. Lợi ích và vấn đề thường gặp khi dùng thiết bị đo độ dày kim loại

3.1 Lợi ích của việc sử dụng máy đo độ dày siêu âm

• Đo lường không phá hủy: Đây là ưu điểm lớn nhất, giúp kiểm tra độ dày mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc hay tính toàn vẹn của vật liệu.
• Tăng cường an toàn và độ tin cậy: Việc kiểm tra định kỳ giúp phát hiện sớm các vấn đề như ăn mòn, giảm thiểu rủi ro sự cố, tăng tuổi thọ của thiết bị và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.
• Tiết kiệm chi phí: Bằng cách kiểm soát chất lượng từ sớm, các doanh nghiệp có thể giảm thiểu chi phí sửa chữa, thay thế và tránh được những tổn thất do ngừng sản xuất.
• Đa năng: Máy đo độ dày siêu âm có thể đo được nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại, nhựa, gốm sứ đến composite, chỉ cần thay đổi đầu dò hoặc hiệu chuẩn lại vận tốc sóng.
• Thao tác đơn giản: Hầu hết các máy đo cầm tay đều được thiết kế thân thiện, dễ sử dụng, cho kết quả tức thời chỉ sau vài giây.

3.2 Những vấn đề thường gặp khi sử dụng thiết bị

• Bề mặt không lý tưởng: Bề mặt quá gồ ghề, lồi lõm hoặc có nhiệt độ cao sẽ gây khó khăn cho việc tiếp xúc đầu dò, dẫn đến kết quả không chính xác. Cần xử lý bề mặt trước khi đo.
• Cần hiệu chuẩn: Vận tốc sóng âm khác nhau trong mỗi vật liệu. Vì vậy, máy phải được hiệu chuẩn đúng với loại vật liệu cần đo để đảm bảo độ chính xác.
• Ảnh hưởng của lớp phủ: Các lớp sơn hoặc lớp phủ dày có thể làm sai lệch kết quả đo nếu sử dụng chế độ Single Echo. Khi đó, cần sử dụng chế độ Multiple Echo hoặc loại bỏ lớp phủ.
• Yêu cầu kỹ năng người dùng: Mặc dù dễ sử dụng, việc đo lường trong các môi trường phức tạp hay với vật liệu đặc biệt vẫn đòi hỏi người dùng có kiến thức và kinh nghiệm nhất định để đưa ra kết quả đáng tin cậy.

>>> Bạn có thể xem thêm bài viết liên quan:Những điều cần biết về máy đo độ dày vật liệu để hiểu rõ hơn về lựa chọn và tiêu chí lựa chọn thiết bị tương ứng.

Hy vọng bài viết này đã mang đến cho bạn cái nhìn sâu hơn về ứng dụng và cơ chế hoạt động của máy đo độ dày vật liệu siêu âm. Nếu bạn quan tâm và muốn tìm hiểu thêm về các thiết bị kiểm tra công nghiệp khác, đừng quên theo dõi website của chúng tôi để cập nhật những bài viết chuyên sâu và hữu ích nhất nhé.