Tiêu chuẩn kiểm tra siêu âm nào áp dụng cho thanh hợp kim dùng trong các ứng dụng trọng yếu?

Không có một tiêu chuẩn kiểm tra siêu âm duy nhất nào tự động áp dụng cho mọi thanh hợp kim quan trọng. Yêu cầu chi phối trước hết phải xuất phát từ quy cách vật liệu, bản vẽ, đơn đặt hàng của khách hàng hoặc quy chuẩn áp dụng. Tiêu chuẩn siêu âm sau đó xác định cách thức tiến hành kiểm tra, trong khi tài liệu vật liệu hoặc tài liệu mua sắm xác định mức độ chấp nhận được.

Đối với các nhà quản lý chất lượng và an toàn, câu hỏi thực tế không chỉ đơn giản là “có tiêu chuẩn UT nào?” Mà là liệu tiêu chuẩn được lựa chọn có phù hợp với dạng sản phẩm của thanh, nhóm hợp kim, quy trình gia công dự kiến và hậu quả của một bất liên tục bên trong hay không. Ví dụ, một thanh nền niken dùng cho bu lông tua-bin không nên được quy định theo cùng cách với một thanh chống ăn mòn dùng cho chi tiết cơ khí không chịu áp lực.

Bắt đầu từ quy cách sản phẩm chi phối

Các thanh quan trọng thường được cung cấp theo tiêu chuẩn vật liệu, quy cách vật liệu hàng không vũ trụ, quy cách của khách hàng hoặc yêu cầu mua hàng riêng cho dự án. Các tài liệu này có thể đã nêu rõ phương pháp siêu âm bắt buộc, cấp kiểm tra, phạm vi quét và tiêu chí chấp nhận. Khi đã có quy định như vậy, một quy trình UT chung không thể thay thế chúng.

Sự phân biệt này quan trọng vì nhiều quy cách vật liệu hợp kim xác định thành phần hóa học, tính chất cơ học, xử lý nhiệt, kích thước và tình trạng bề mặt, nhưng có thể không quy định một hệ thống chấp nhận siêu âm hoàn chỉnh cho mọi kích thước và ứng dụng. Một đơn đặt hàng chỉ ghi “đã kiểm tra UT” sẽ để lại quá nhiều chỗ cho việc diễn giải. Nó không xác định phương pháp quét, độ nhạy, chuẩn tham chiếu, kích thước chỉ thị cần báo cáo hoặc ngưỡng loại bỏ.

Đối với một thanh hợp kim quan trọng, yêu cầu kiểm tra tối thiểu cần xác định:

• Dạng sản phẩm: thanh cán, phôi thanh, thanh chồn hoặc phôi rèn.
• Mác hợp kim, trạng thái xử lý nhiệt và dải đường kính.
• Hướng và phạm vi kiểm tra, bao gồm quét dọc trục và quét ngang khi cần thiết.
• Quy trình UT hoặc tiêu chuẩn phương pháp áp dụng.
• Cấp chấp nhận hoặc giới hạn chấp nhận bằng số.
• Loại phản xạ chuẩn và phương pháp hiệu chuẩn.
• Yêu cầu về báo cáo, truy xuất nguồn gốc và kiểm tra lại.

Các tiêu chuẩn phổ biến và phạm vi áp dụng

Đối với các thanh thép được sản xuất theo yêu cầu châu Âu, EN 10308 thường có liên quan. Tiêu chuẩn này đề cập đến kiểm tra siêu âm thanh thép và cung cấp khuôn khổ cho quy trình kiểm tra và các cấp chất lượng. Tiêu chuẩn này hữu ích nhất khi sản phẩm giao là thanh rõ ràng và yêu cầu hợp đồng dựa trên các tiêu chuẩn thanh thép châu Âu.

Khi hạng mục được cung cấp là chi tiết rèn thay vì thanh do nhà máy sản xuất, EN 10228-3 có nhiều khả năng là tài liệu tham chiếu châu Âu phù hợp. Tiêu chuẩn này bao gồm kiểm tra siêu âm các chi tiết rèn thép. Lộ trình sản xuất rất quan trọng: một thanh đã được chồn, đột lỗ hoặc rèn mạnh thành phôi gần với hình dạng cuối có thể không còn được kiểm soát đầy đủ chỉ bằng yêu cầu kiểm tra thanh.

Trong các quy cách Bắc Mỹ, ASTM A388/A388M được sử dụng rộng rãi để kiểm tra siêu âm chi tiết rèn thép. Đây là quy trình được công nhận để xác định các bất liên tục bên trong chi tiết rèn, nhưng không nên được coi là tiêu chuẩn phổ quát cho mọi thanh hợp kim cao hoặc thanh nền niken. Việc sử dụng cần phù hợp về mặt kỹ thuật với đáp ứng siêu âm của hợp kim và dạng sản phẩm được cung cấp.

ASTM E2375 cung cấp quy trình chung cho kiểm tra siêu âm các sản phẩm gia công biến dạng. Tiêu chuẩn này có thể hỗ trợ xây dựng quy trình kiểm tra khi tiêu chuẩn sản phẩm dẫn chiếu đến một quy trình UT chung hoặc khi bên mua phải xác định kế hoạch kiểm tra phù hợp riêng. ASTM E114 là một quy trình kiểm tra siêu âm xung-phản hồi chung khác có thể được dẫn chiếu để kiểm soát phương pháp. Bản thân không tài liệu nào trong hai tài liệu này cho nhà cung cấp biết kích thước bất liên tục nào có thể chấp nhận được đối với một ứng dụng cụ thể có yêu cầu an toàn nghiêm ngặt.

Các ứng dụng hàng không vũ trụ và các ứng dụng có hậu quả nghiêm trọng khác thường dựa vào các yêu cầu riêng theo vật liệu và các quy cách kiểm tra siêu âm hàng không vũ trụ, bao gồm AMS 2154 khi được viện dẫn theo hợp đồng. Các yêu cầu này thường quy định chặt chẽ hơn về cấp kiểm tra, phản xạ hiệu chuẩn, phạm vi kiểm tra và chỉ thị cho phép. Phiên bản chính xác, cấp kiểm tra và các điều khoản bổ sung của khách hàng cần được nêu trong hồ sơ mua sắm thay vì suy đoán từ tên vật liệu như Inconel, Waspaloy hoặc Hastelloy.

Vì sao nhóm hợp kim làm thay đổi quyết định kiểm tra

Kiểm tra siêu âm chịu ảnh hưởng của cấu trúc hạt, độ suy giảm, tình trạng bề mặt, đường kính thanh và mức độ gia công biến dạng xuyên suốt tiết diện. Các biến số này có thể đặc biệt quan trọng đối với hợp kim nền niken và hợp kim nhiệt độ cao. Cấu trúc hạt thô hoặc vi cấu trúc không đồng đều có thể làm giảm độ rõ của tín hiệu, khiến quy trình được phát triển cho thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp không phù hợp nếu chưa được xác nhận.

Vì lý do này, tiêu chuẩn kiểm tra cần đi kèm với quy trình đã được đánh giá cho đúng hợp kim và trạng thái thực tế. Một quy trình có độ tin cậy kỹ thuật xác định tần số đầu dò, phương pháp ghép âm, tốc độ quét, phương pháp hiệu chuẩn, xử lý vùng chết và phương pháp đánh giá dựa trên độ nhạy có thể đạt được. Quy định một chỉ thị có thể loại bỏ nhỏ không thực tế mà không xem xét độ suy giảm của vật liệu có thể gây tranh chấp mà không cải thiện an toàn.

Điều tương tự cũng áp dụng khi các thanh sẽ được gia công thành các chi tiết tiếp xúc với nhiệt độ cao, áp suất hoặc môi trường ăn mòn. Vật liệu được sử dụng trước công đoạn củaỐng hợp kim nhiệt độ cao, chi tiết tua-bin, thiết bị buồng đốt, bộ phận trao đổi nhiệt hoặc thiết bị quy trình hóa chất có thể cần kiểm soát chất lượng bên trong chặt chẽ hơn, vì một bất liên tục ẩn có thể trở nên nghiêm trọng hơn sau gia công hoặc chu trình nhiệt.

Tiêu chí chấp nhận quan trọng hơn từ “siêu âm”

Chứng chỉ UT có thể xác nhận rằng việc kiểm tra đã được thực hiện, nhưng không tự động xác nhận tính phù hợp cho điều kiện làm việc quan trọng. Chứng chỉ cần được xem xét cùng với các tiêu chí chấp nhận đã nêu. Các nhà quản lý cần kiểm tra xem kết quả có được thể hiện dưới dạng cấp chất lượng, so sánh phản xạ chuẩn, ngưỡng biên độ, kích thước bất liên tục tối đa cho phép hay chỉ thị loại bỏ được xác định hay không.

Các yêu cầu chấp nhận cũng cần phân biệt giữa phản xạ đơn lẻ và các chỉ thị tập trung thành cụm. Một phản xạ nhỏ đơn lẻ có thể có ý nghĩa khác với nhiều chỉ thị tập trung trong vùng chịu ứng suất cao. Nếu thanh sẽ được cắt thành nhiều phần, định dạng báo cáo bắt buộc cần thể hiện vị trí của mọi chỉ thị liên quan để các հատված bị ảnh hưởng có thể được loại bỏ hoặc xử lý trước khi gia công.

Các lỗi quy định thường gặp

Lỗi phổ biến nhất là áp dụng tiêu chuẩn UT cho chi tiết rèn đối với toàn bộ vật liệu thanh mà không xác nhận lộ trình sản xuất và hợp kim có hỗ trợ phương pháp đó hay không. Lỗi ngược lại là chấp nhận chứng chỉ thanh chung sau khi quá trình rèn hoặc xử lý nhiệt đáng kể đã làm thay đổi trạng thái vật liệu.

Một yêu cầu yếu khác là “kiểm tra siêu âm 100%” mà không xác định phạm vi kiểm tra. Quét dọc trục toàn chiều dài có thể bỏ sót các bất liên tục được phát hiện tốt hơn từ hướng khác. Các vùng đầu mút, mất chất ghép âm, vết do thao tác và chuyển tiếp đường kính đều có thể làm giảm phạm vi kiểm tra hiệu quả. Một yêu cầu đầy đủ xác định các vùng được kiểm tra và cách xử lý các vùng không thể kiểm tra.

Việc chấp nhận báo cáo kiểm tra chỉ nêu “đạt” hoặc “được chấp nhận” cũng tiềm ẩn rủi ro. Đối với các ứng dụng liên quan đến an toàn, báo cáo cần xác định tiêu chuẩn chi phối, phiên bản quy trình, hiệu chuẩn thiết bị, nhận dạng vật liệu, phạm vi kiểm tra, mức chấp nhận và kết quả. Tài liệu này cần thiết để chứng minh rằng việc kiểm tra đã giải quyết trạng thái được đặt hàng thay vì một tiêu chuẩn nội bộ không xác định.

Quy tắc lựa chọn thực tế

Sử dụng quy cách vật liệu hoặc quy cách của người dùng cuối làm thẩm quyền đầu tiên. Chọn tiêu chuẩn thanh như EN 10308 khi sản phẩm được cung cấp dưới dạng thanh thép theo khuôn khổ châu Âu áp dụng. Sử dụng yêu cầu định hướng cho chi tiết rèn như EN 10228-3 hoặc ASTM A388/A388M khi dạng giao hàng và cơ sở hợp đồng thực sự là chi tiết rèn. Đối với các thanh hợp kim niken, coban hoặc hợp kim nhiệt độ cao cấp hàng không vũ trụ, tuân theo quy cách vật liệu AMS áp dụng và mọi yêu cầu kiểm tra siêu âm được viện dẫn, bao gồm cấp và phiên bản được quy định.

Khi không có tài liệu bắt buộc, bên mua nên ban hành yêu cầu UT bằng văn bản được xây dựng dựa trên hậu quả trong quá trình sử dụng và khả năng sản xuất. Yêu cầu này cần được nhà sản xuất vật liệu, cơ quan kiểm tra và nhà thiết kế chi tiết xem xét trước khi bắt đầu sản xuất. Bước đó ngăn ngừa kết quả thường gặp là một thanh đáp ứng tuyên bố siêu âm chung nhưng không đáp ứng kỳ vọng chất lượng khắt khe hơn của chi tiết quan trọng hoàn thiện.