Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện ứng dụng trong kiểm tra không phá hủy

Kiểm tra hạt từ là một phương pháp không phá hủy thường áp dụng để phát hiện các bất liên tục bề mặt và gần bề mặt trong các vật liệu sắt từ. Quy trình chung là từ hóa bộ phận kiểm tra bằng kỹ thuật trực tiếp hoặc gián tiếp. Kỹ thuật trực tiếp thực hiện bằng cách cho dòng điện chạy qua đối tượng kiểm tra để tạo từ trường trong nó. Còn kỹ thuật từ hóa gián tiếp được thực hiện bằng cách cho dòng điện chạy qua vật dẫn khác đặt gần đối tượng kiểm tra và tạo ra từ trường bên trong nó.

Các thiết bị hiện nay và các kỹ thuật của phương pháp kiểm tra hạt từ đã được phát triển đầu tiên vào năm 1928 bởi A. V. dForest và F. B. Doane. Một thiết bị dùng để từ hóa gián tiếp đối tượng kiểm tra trong phương pháp kiểm tra hạt từ là thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện (electromagnetic yoke). Về bản chất, thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện bao gồm chủ yếu là một nam châm điện dùng để từ hóa vật liệu sắt từ trong kiểm tra các bất liên tục trên bề mặt hoặc gần bề mặt của vật liệu cần kiểm tra.

Hiện tại ở trong nước có khoảng trên 1000 thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện và đều là sản phẩm nhập khẩu nguyên chiếc với giá trung bình 660 USD/máy và hàng năm các cơ sở kiểm tra không phá hủy ở Việt Nam (trên 60 Công ty) phải mua sắm khoảng 100 thiết bị loại này. Phương pháp hạt từ có từ rất sớm và được ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1970. Tuy vậy, các công bố về nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện là rất ít.

Hơn nữa, xét nhu cầu thực tiễn của loại thiết bị này ở Việt Nam ngày càng gia tăng, năm 2017, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Đánh giá không phá hủy do TS. Nguyễn Hữu Đức làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị kiểm tra hạt từ sử dụng nam châm điện ứng dụng trong kiểm tra không phá hủy”.

Về cấu tạo, nguyên lý của thiết bị được chế tạo là khá đơn giản: cấu tạo được mô tả theo dạng khối với một số thông số chính về mức chất lượng cần đạt của sản phẩm đã đăng ký là:

a) từ trường tạo ra lực từ để nâng được mẫu chuẩn có trọng lượng tối thiểu 45 N (với dòng điện xoay chiều) hoặc 135 N (với dòng điện một chiều) khi khoảng cách giữa hai chân trong khoảng giá trị 50 mm ÷ 100 mm;

b) kích thước: 300 × 200 × 50 mm;

c) khối lượng nhỏ hơn 3,5 kg;

d) khoảng cách hai chân thay đổi được trong khoảng từ 15 mm ÷ 260 mm (có thể mở rộng hơn);

e) dùng nguồn điện xoay chiều 220 V - 50 Hz hoặc nguồn điện một chiều. Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra MT: Khi cho dòng điện qua cuộn dây thì từ trường nó sinh ra trong lõi từ (vùng có cuộn dây) có cảm ứng từ. Từ trường do cuộn dây sinh ra được lõi từ “truyền” đến bề mặt của đối tượng cần kiểm tra. Các đường sức từ trường chạy qua đối tượng cần kiểm tra và tại những chỗ có bất liên tục (khuyết tật) ở bề mặt (hoặc gần bề mặt) của đối tượng cần kiểm tra sẽ tạo ra từ trường rò. Khi khuyết tật vuông góc với đường sức từ thì từ trường rò sẽ lớn hơn so với trường hợp khuyết tật xiên góc với đường sức từ.

Các thông số của thiết bị kiểm tra không phá hủy:

- Từ trường tạo ra lực từ để nâng được mẫu chuẩn có trọng lượng tối thiểu 45 khi khoảng cách giữa hai chân trong khoảng giá trị 50 mm ÷ 100 mm,

- Khối lượng: 3,4 kg

- Khoảng mở rộng của hai chân: 0 ÷ 280 mm

- Kích thước: 258 × 195 × 49 mm

Nhóm nghiên cứu cũng đã cải tiến sản phẩm để chế tạo sản phẩm thế hệ thứ hai có thiết kế nhỏ gọn và khối lượng cũng nhỏ hơn (< 2,5 kg). Các sản phẩm của nghiên cứu đạt được những thông số như đã đăng ký và tương đương với các sản phẩm thương mại hiện có trên thị trường.

*Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 14890/2017) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Nguồn: Cục Thông tin KH&CN quốc gia