So sánh hình ảnh Atlas về khuyết tật hàn và kiểm tra không phá hủy

Hiệu suất của khuyết tật hàn trên phim chụp X-quang là cơ sở quan trọng để đánh giá chất lượng hàn. Nhiều khuyết tật hàn phổ biến có đặc điểm hình ảnh riêng biệt và thông số kỹ thuật tiêu chuẩn tương ứng trên phim.

Có 18 khuyết tật điển hình, bao gồm mối hàn không đều, mối hàn chân không hoàn toàn, cốt thép không đủ, mối hàn chân, vết cắt bên ngoài, vết cắt bên trong, vết lõm chân, cháy xuyên, lẫn xỉ riêng lẻ, lẫn xỉ tuyến tính, mối hàn bên trong không hoàn toàn, mối hàn bên trong không hoàn toàn, độ xốp, độ xốp chuỗi, lẫn hạt hàn, vết nứt ngang, vết nứt đường tâm và vết nứt chân.

Bằng cách nắm vững một cách có hệ thống các đặc điểm hình ảnh và tiêu chuẩn liên quan của các khuyết tật khác nhau, người ta có thể diễn giải chính xác màng hàn và cung cấp cơ sở đáng tin cậy cho việc đánh giá chất lượng hàn. Trong các ứng dụng thực tế, cần tiến hành phân tích toàn diện kết hợp với các điều kiện quy trình cụ thể và tính chất vật liệu. Phần sau đây sẽ giới thiệu một cách có hệ thống các đặc điểm hình ảnh màng hàn, tiêu chuẩn liên quan và phương pháp diễn giải các khuyết tật hàn khác nhau.

Đặc điểm hình ảnh của các lỗi hàn phổ biến trên màng phim

1. Độ xốp

Đặc điểm hình thái: Xuất hiện dưới dạng các đốm đen tròn hoặc hình elip trên phim, có màu đen nhiều hơn ở giữa và giảm dần về phía các cạnh, có hình dạng đều đặn.

Phân loại: Có thể chia thành độ xốp riêng lẻ và độ xốp chuỗi; độ xốp chuỗi phân bố thành từng cụm.

Độ xốp hình cầu: Các đốm đen tròn hoặc hình elip có độ đen ở giữa cao, các cạnh mờ dần và đường viền rõ ràng. Có thể chia thành dạng lỗ rỗng đơn, dạng đặc, dạng chuỗi và dạng bề mặt.

Độ xốp của dải: Song song với trục mối hàn, có màu đen nhạt và đồng đều, điểm bắt đầu tròn và đầu thuôn nhọn.

Độ xốp kim xiên: Hình ảnh giống giun đất với một đầu tròn và một đầu nhọn, màu đen nhạt và đồng nhất.

Hiệu suất điển hình: Độ xốp đơn có các cạnh nông và nhẵn với đường viền đều đặn và rõ ràng; độ xốp dày phân bố thành từng cụm.

Điểm nhận dạng:

• Độ xốp đơn có đường viền mịn và rõ ràng;
• độ xốp dày đặc được tập trung lại;
• Độ xốp của chuỗi được sắp xếp dọc theo trục mối hàn.

2.Crack

Đặc điểm hình thái: Xuất hiện dưới dạng các đường đen mỏng trên màng phim với đường viền rõ ràng, phần cuối thon dần và phần giữa dày hơn một chút.

Hiệu suất cụ thể: Các đường đen mỏng, các đường răng cưa và lượn sóng, các đầu thuôn nhọn, màu đen dần mờ dần và biến mất để tạo thành một đường thẳng mảnh với các đường viền rõ ràng, thường thuôn nhọn ở cả hai đầu và rộng hơn một chút ở giữa, có thể chứa các vết nứt phóng xạ phân nhánh với màu đen nhạt.

Điểm nhận dạng:

•  Có dạng đường cong hoặc đường thẳng.
•  Có thể kèm theo sự kéo dài bóng dạng sợi.
• Có hại nhất, tất cả đều là phim loại IV.

Vết nứt ngang:

Vết nứt ở đường trung tâm:

Rễ nứt:

3. Bao gồm xỉ

Đặc điểm hình thái: Xuất hiện dưới dạng các hình dạng giống như chấm hoặc giống như dải trên phim.

Hiệu suất cụ thể: Hình ảnh trên phim là các đốm đen, dải đen hoặc khối đen có hình dạng bất thường, độ đen thay đổi không đều, đường viền không nhẵn và một số có cạnh và góc. Chúng có thể xuất hiện ở bất kỳ vị trí nào trong mối hàn, và hướng kéo dài của tạp chất xỉ dải chủ yếu song song với mối hàn.

Sự bao gồm xỉ dạng chấm: Màu đen đồng nhất, ranh giới không đều ở các cạnh và góc.

Bao gồm xỉ dải: Màu đen không đều, thường có dạng dải dày với chiều rộng không đồng đều.

Điểm nhận dạng:

• Các tạp chất xỉ không phải kim loại xuất hiện dưới dạng các đốm đen.
• Các tạp chất xỉ kim loại (như tạp chất vonfram) xuất hiện dưới dạng các đốm sáng.
• Các tạp chất xỉ dải có chiều rộng không đồng đều và màu đen không đều.

4.Hàm lượng vonfram: Hình ảnh dạng khối màu trắng có đường viền rõ ràng.

 5. Sự hợp nhất không hoàn chỉnh

Phân loại: Sự kết hợp vát không hoàn toàn và sự kết hợp không hoàn toàn giữa các lớp.

Đặc điểm của hợp nhất vát không hoàn toàn:

Hình ảnh điển hình là các đường màu đen liên tục hoặc không liên tục, với đường viền thẳng và gọn gàng, màu đen nhiều hơn ở phía gần kim loại cơ bản.

Đường viền của hình ảnh hợp nhất không hoàn chỉnh gần tâm mối hàn có thể đều hoặc không đều, cho thấy các khuyết tật dạng khối răng cưa. Vị trí của chúng trên phim là vị trí chiếu của chân mối hàn.

Phân loại và đặc điểm:

Rễ hợp nhất không hoàn toàn: Các đường màu đen liên tục hoặc không liên tục, có đường viền gọn gàng và thẳng, màu đen đậm hơn ở phía gần kim loại cơ bản.

Hợp nhất không hoàn toàn thành bên vát: Các đường màu đen có chiều rộng không đồng đều và độ đen không đều, đường viền gọn gàng ở một bên và không đều ở bên kia.

Sự hợp nhất không hoàn toàn giữa các lớp: Bóng đổ dạng khối với độ đen thấp và hình dạng không đều.

Đặc điểm của mối hàn không hoàn chỉnh giữa các lớp: Hầu hết là dạng vảy phân bố giữa các lớp kim loại hàn, có bóng nông, màu đen không đều, các đường rộng hơn và các đầu gãy không đều.

6. Sự thâm nhập không hoàn toàn

Phân loại: Độ xuyên thấu gốc không hoàn toàn, độ xuyên thấu giữa không hoàn toàn và độ xuyên thấu không vát không hoàn toàn.

Đặc điểm của sự xâm nhập không hoàn toàn của rễ: Nằm ở giữa mối hàn, xuất hiện dưới dạng một đường thẳng màu đen, liên tục hoặc không liên tục giống như dải hoặc giống như dải, với chiều rộng tùy thuộc vào khe hở giữa mối hàn. Bóng có đồng đều

độ đen và đường viền rõ ràng.

Điểm nhận dạng:

• Chiều rộng phù hợp với khe hở mặt gốc vát.
• Thường nằm ở giữa mối hàn.
• Có thể xuyên qua toàn bộ phim.

Rễ chưa hoàn toàn thâm nhập:

Độ xuyên thấu không hoàn toàn ở giữa:

7. Mối hàn không đều

Hai mặt của mối hàn không đều và lệch.

• Hình ảnh trong phim rõ ràng được chia thành hai phần với độ phơi sáng mạnh và yếu.

• Mối hàn bị lệch, chân mối hàn không được lấp đầy kim loại đầy đủ. Hình ảnh phim rõ ràng bị chia thành hai phần phơi sáng mạnh và yếu. Có một đường đen mờ dọc theo ranh giới phơi sáng mạnh và yếu.

8. Không đủ lực gia cố

Bề mặt mối hàn bị võng hoặc có rỗ, và hình ảnh phim cho thấy mật độ tiếp xúc của toàn bộ phần mối hàn tối hơn so với phần được hàn.

9. Đường hàn gốc

Kim loại hàn thừa ở gốc mối hàn. Ở giữa ảnh, có một phần sáng hơn kéo dài dọc theo đường hàn, hoặc các chấm tròn riêng lẻ.

10. Cắt tóc Undercut bên ngoài và cắt tóc Undercut bên trong

• Hình ảnh mối hàn có bóng đen không đều. Mật độ phơi sáng của hình ảnh này phải tối hơn mật độ phơi sáng của phần hàn.

•  Ở trung tâm hình ảnh mối hàn, dọc theo mép gốc của đường hàn, có những bóng đen dài và hẹp không đều.

11. Rễ bị lún

12.Đốt cháy

Phân tích so sánh các khuyết tật dễ nhầm lẫn

Đánh giá lỗi trong thông số kỹ thuật tiêu chuẩn

Hệ thống tiêu chuẩn GB: Tiêu chuẩn Quốc gia Trung Quốc GB/T 3323-2019 được chia thành bốn cấp: I, II, III và IV. Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc kiểm tra mối hàn thép, niken, titan và các vật liệu khác, đồng thời đẩy nhanh quá trình căn chỉnh với

tiêu chuẩn quốc tế.

Lưu ý/T 47013.2-2015: Chỉ định các cấp kỹ thuật (A, AB, B) để thử nghiệm chụp X-quang thiết bị chịu áp lực; làm rõ các yêu cầu thử nghiệm cho các loại vật liệu và độ dày khác nhau; phân loại và xếp loại một cách có hệ thống chất lượng các khuyết tật mối hàn.

Hệ thống tiêu chuẩn ISO: Được xây dựng bởi Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO), đại diện cho các tiêu chuẩn chung quốc tế. Các phiên bản mới nhất là ISO 17636-1:2022 và ISO 5817:2023, áp dụng cho

kiểm tra mối hàn nóng chảy của vật liệu kim loại, áp dụng ba cấp chất lượng: B, C và D.

ASME BPVC Phần V: Cung cấp các phương pháp kiểm tra siêu âm cho mối hàn; bao gồm các yêu cầu đối với khối thử nghiệm hiệu chuẩn và khối thử nghiệm so sánh độ nhạy; trình bày chi tiết các phương pháp đo chiều dài và chiều cao của tín hiệu khuyết tật.

Hệ thống tiêu chuẩn ASTM: Tiêu chuẩn ASTM của Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), với ASTM E94/E94M làm cốt lõi, áp dụng phương pháp đánh giá Cấp độ I-IV. Tiêu chuẩn này nhấn mạnh tính thực tiễn và linh hoạt hơn, cho phép một số khuyết tật vượt quá giới hạn tiêu chuẩn được chấp nhận thông qua đánh giá kỹ thuật, đồng thời cung cấp các hướng dẫn tiêu chuẩn cho kiểm tra bằng kính hiển vi, bao gồm các phương pháp xác định và đánh giá khuyết tật.

Hệ thống tiêu chuẩn EN: Tiêu chuẩn Châu Âu lấy EN1090 và ISO3834 làm khuôn khổ cốt lõi, triển khai hệ thống chứng nhận CE bắt buộc, phân loại kết cấu thép thành bốn cấp: EXC1 đến EXC4.

Hệ thống tiêu chuẩn JIS: Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản nổi tiếng với sự nghiêm ngặt. JIS Z3104 đặc biệt coi trọng việc đánh giá hiệu suất chịu mỏi của mối hàn, thường có hệ số an toàn cao hơn 20-30% so với

tiêu chuẩn quốc tế.

Phân loại lỗi và mức độ chấp nhận:

Yêu cầu về chất lượng hình ảnh và độ nhạy

So sánh các giá trị cho phép phát hiện vết nứt

Tiêu chuẩn phân loại khuyết tật

• GB/T 3323-2019 chỉ định phương pháp thử nghiệm chụp X-quang và tiêu chuẩn phân loại chất lượng cho mối hàn kim loại nóng chảy.

Cấp độ I: Không cho phép có vết nứt hoặc mối hàn không hoàn chỉnh;

Độ II: Chiều dài hợp nhất không hoàn toàn ≤3mm;

Độ III: Chiều dài hợp nhất không hoàn toàn ≤5mm;

Độ IV: Bất kỳ sự hợp nhất không hoàn chỉnh nào đều không đủ điều kiện.

• Tiêu chuẩn ISO 10675-1

Tiêu chuẩn này quy định các cấp độ chấp nhận cho kiểm tra X-quang không phá hủy mối hàn, áp dụng cho các mối hàn thép, niken, titan và hợp kim của chúng. Tiêu chuẩn cung cấp các ví dụ về tỷ lệ diện tích khuyết tật và phương pháp tính toán diện tích khuyết tật tích lũy chấp nhận được.

Sự khác biệt về đặc điểm khuyết tật của các vật liệu khác nhau

• Mối hàn thép cacbon: Độ xốp chủ yếu là tròn đều; hình ảnh hợp nhất không hoàn chỉnh có độ tương phản màu đen rõ ràng; các vết nứt chủ yếu là thẳng.
• Mối hàn thép không gỉ: Độ xốp có thể mịn hơn và đặc hơn; hình ảnh nóng chảy không hoàn chỉnh có thể mờ hơn; vết nứt có thể có nhiều nhánh hơn; do hệ số giãn nở tuyến tính lớn của thép không gỉ (khoảng 1.5 lần so với thép cacbon) nên vết nứt ứng suất có nhiều khả năng xảy ra hơn trong quá trình làm nguội.
•  Hàn hợp kim nhôm:
  • Đặc điểm độ xốp: Đường viền cạnh không rõ ràng, các chấm tròn đều đặn hoặc bóng đen giống như nhộng, với độ đen ở giữa lớn hơn và độ đen ở cạnh nhỏ hơn. Độ xốp trong hàn tự động lớn hơn so với hàn thủ công, có dạng tròn hoặc hình bầu dục với các cạnh rõ ràng.
  • Các dạng đặc biệt: Có thể xuất hiện dạng phân bố xương cá (độ xốp CO2) hoặc dạng nòng nọc (độ xốp H₂).

Gợi ý ứng dụng thực tế

Kỹ năng đánh giá phim:

Đầu tiên, hãy xác nhận các dấu phim và bốn chỉ số cơ bản; bắt đầu quan sát từ đường hàn; chú ý đến vị trí và đặc điểm phân bố của các khuyết tật.

Kỹ năng giải thích lỗi:

• Quan sát sự thay đổi độ đen: Độ xốp có độ đen ở trung tâm cao và các cạnh mờ dần; sự kết dính không hoàn toàn có độ đen lớn hơn ở một bên; tạp chất xỉ có độ đen không đều.
• Phân tích đặc điểm đường viền: Độ thâm nhập không hoàn toàn rõ ràng ở cả hai mặt; các vết nứt có khía răng cưa; tạp chất xỉ có cạnh và góc.
• Phán đoán vị trí: Các khuyết tật gốc nằm ở giữa mối hàn; mối hàn vát không hoàn toàn ở vị trí 1/2; mối hàn xen kẽ không hoàn toàn ở vị trí không xác định.
• Xác định lỗi sai: Các tinh thể hiện hình dạng như những đốm hình ngôi sao; các vết xước trên màn hình ngày càng nhiều sẽ gây ra các sọc song song, không xuất hiện lại khi tiếp xúc nhiều lần.

Những hiểu lầm phổ biến:

• Sự nhầm lẫn giữa sự thâm nhập không hoàn toàn và sự hợp nhất không hoàn toàn;
• đánh giá sai các khuyết tật bề mặt và khuyết tật bên trong;
• phân biệt giữa các lỗi giả (như vết xước trên bảng IP) và lỗi thực sự.

 Xu hướng phát triển tương lai của chụp X-quang khuyết tật hàn

Công nghệ Kiểm tra: Trí tuệ nhân tạo và học sâu đang thay đổi hoàn toàn công nghệ kiểm tra X-quang truyền thống và trở thành động lực cốt lõi cho sự phát triển trong tương lai. Các hệ thống nhận dạng khuyết tật hàn tự động dựa trên học sâu đã đạt được các ứng dụng cấp công nghiệp, với những đột phá công nghệ lớn bao gồm:

Tối ưu hóa thuật toán chuỗi YOLO: Mô hình YOLOv7 cải tiến đạt 56.8% mAP trên tập dữ liệu COCO với tốc độ phát hiện là 45FPS; YOLOv5 đạt độ chính xác nhận dạng trung bình là 94.9% đối với các hình ảnh đơn lẻ trong phát hiện khuyết tật hàn, với thời gian xử lý chỉ 19.58ms, đáp ứng các yêu cầu thời gian thực.

Ứng dụng mạng U-Net++: Hệ số Dice đạt 0.94 trong phân đoạn ảnh X-quang mối hàn và chiến lược học chuyển giao cải thiện độ chính xác của quá trình đào tạo mẫu nhỏ (<500 ảnh) lên 85%.

Công nghệ phát hiện mới thúc đẩy khả năng phát hiện để phá vỡ

Hệ thống chụp ảnh CT thời gian thực công nghiệp đã đạt được những tiến bộ đáng kể:

Độ phân giải không gian đạt (3.8+L/100)μm, điện áp ống tối đa của nguồn tia X vi tiêu điểm là 300kV. Tốc độ phát hiện cao hơn 300% so với phương pháp chụp phim truyền thống, có thể nắm bắt quỹ đạo biến dạng ứng suất nhiệt trong quá trình hàn theo thời gian thực.

Các thuật toán AI tích hợp thực hiện phân loại khuyết tật tự động, với tỷ lệ phát hiện trên 95% đối với các khuyết tật thể tích như độ xốp và tạp chất xỉ.

Những đột phá trong công nghệ thu nhỏ và liều thấp:

Nguồn tia X vi sóng trên chip do Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển có chu kỳ tương đương 50 nanomet, cho phép tạo ra tia X chuẩn trực ở cấp độ kiloelectron volt.

Công nghệ tia gamma vi bức xạ làm giảm khoảng cách bảo vệ an toàn xuống còn 1 mét, phù hợp để kiểm tra mối hàn của các ống thành mỏng có độ dày thành ≤15mm.

Chip phát hiện liều bức xạ hạt nhân X/Y đầu tiên trên thế giới chỉ có kích thước bằng một nút bấm, với phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -20℃ đến 50℃.

Việc tích hợp thử nghiệm không phá hủy đa phương thức đã trở thành sự đồng thuận của ngành:

Tích hợp nhiều công nghệ NDT vào một thiết bị duy nhất và cải thiện độ chính xác thông qua phân tích kết quả toàn diện.

Nền tảng tích hợp máy đo biên dạng 3D và máy ảnh nhiệt do các doanh nghiệp sản xuất phương tiện đường sắt phát triển đạt tỷ lệ phát hiện 99.2% các khuyết tật tổng hợp trong mối hàn của toa tàu đường sắt cao tốc.

Hai con đường kỹ thuật, hợp nhất cấp tính năng và hợp nhất cấp quyết định, phát triển song song, cân bằng giữa tính toàn diện của phát hiện và hiệu quả tính toán.

ISO 9712:2025 củng cố chứng nhận trình độ nhân sự, yêu cầu nhân sự Cấp độ 2 phải có khả năng thực hiện độc lập các hoạt động phát hiện và lập báo cáo.

Tiêu chuẩn GB/T 3323-2019 quy định độ nhạy phát hiện chụp X-quang phải đạt 2% và ISO 17636-1:2022 yêu cầu dải tần số đầu dò siêu âm phải là 1-10MHz.

GBZ 115-2023 Tiêu chuẩn bảo vệ bức xạ cho các thiết bị bức xạ năng lượng thấp cập nhật các yêu cầu về bảo vệ bức xạ, với giới hạn liều hiệu dụng hàng năm cho công chúng vẫn ở mức 1mSv.

• Những nút thắt kỹ thuật hiện tại:

Không thích ứng đủ với điều kiện làm việc phức tạp: Nhiệt độ trên 500℃ gây hỏng cảm biến và chênh lệch trở kháng âm thanh của mối nối thép/nhôm lên tới 3 lần.

Thiếu chú thích dữ liệu: Hơn 70% dữ liệu tại các khu công nghiệp không được chú thích và lỗi đăng ký không gian-thời gian của dữ liệu đa nguồn vượt quá 0.1mm.

Yêu cầu thời gian thực: Hệ thống cần đáp ứng độ trễ <200ms và các thuật toán hiện tại vẫn gặp khó khăn khi triển khai trên các thiết bị biên.

• Các lĩnh vực thăm dò biên giới:

Phát hiện dựa trên mô hình song sinh kỹ thuật số: Xây dựng mô hình hàn ảo có thể cải thiện độ chính xác dự đoán lên 30%.

Công nghệ cảm biến lượng tử: Áp dụng để phát hiện vết nứt nhỏ sớm, phá vỡ các giới hạn vật lý truyền thống.

Kỹ thuật hệ gen vật liệu: Dự đoán hiệu suất của vật liệu hàn thông qua AI và tối ưu hóa các thông số quy trình.

Tóm tắt các lỗi hàn và hình ảnh kiểm tra không phá hủy

Tóm lại, đối với các khuyết tật hàn và hình ảnh kiểm tra không phá hủy, cần phải ghi nhớ đặc điểm của 5 khuyết tật thường gặp sau đây trên hình ảnh kiểm tra, giúp đánh giá chính xác loại và kích thước của khuyết tật.

Độ xốp: Bóng đen tròn/hình elip với độ đen ở giữa cao và các cạnh mờ dần; độ xốp trong hàn tự động chủ yếu phân bố ở tâm mối hàn.

Bao gồm xỉ: Bóng đen không đều với đường viền riêng biệt; tạp chất xỉ kim loại xuất hiện dưới dạng các đốm sáng, và tạp chất xỉ không phải kim loại xuất hiện dưới dạng các đốm tối.

Sự thâm nhập không hoàn toàn: Các đường thẳng màu đen mỏng, gọn gàng ở cả hai bên, cố định tại gốc mối hàn, có chiều rộng tương ứng với khe hở mặt chân.

Sự hợp nhất không hoàn chỉnh: Chia thành ba loại – gốc (đường đen gọn gàng một mặt), vát (đường đen hình lưỡi liềm), lớp xen kẽ (bóng đen nhạt không đều).

Nứt: Những đường kẻ đen mỏng có răng cưa, rộng hơn ở giữa và thon dần về hai đầu, có hại nhất.