Kiểm tra không phá hủy bao gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra.

Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử dụng.

Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy trình công nghệ trong chế tạo, gia công. Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và kinh doanh của các doanh nghiệp. Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.

Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử, ... đòi hỏi phải có các công nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người sử dụng. Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ. Nên, xu hướng đầu tư hiện nay, người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao.

Những phương pháp Kiểm tra không phá hủy

Từ Kiểm tra không phá hủy (Non Destructive Test – NDT) tự nó đã giải nghĩa chính xác theo đúng nghĩa đen là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó. Nói cách khác, kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của chúng.

Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ, xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn..., kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép (trong các công trình xây dựng... ),v.v...

Có rất nhiều phương pháp NDT khác nhau như: kiểm tra siêu âm, chụp phim, kiểm thẩm thấu chất lỏng, kiểm tra bằng bột từ...; mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào. Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp.

Một số thiết bị kiểm tra không phá hủy:

1. Siêu âm phát hiện khuyết tật truyền thống

Trong tất cả các ứng dụng của kiểm tra siêu âm trong công nghiệp thì kỹ thuật kiểm tra khuyết tật là lâu đời và thông dụng nhất.

Từ những năm 1940, các định luật vật lý về sự truyền sóng âm thanh trong vật liệu rắn đã được sử dụng để phát hiện các khuyết tật nằm ẩn bên trong như các vết nứt, lỗ rỗng, rỗ khí, và các bất liên tục nằm trong kim loại, chất dẻo, và gốm sứ.

Sóng siêu âm phản xạ từ khuyết tật theo hướng có thể dự đoán được, tạo ra các xung phân biệt được hiển thị và ghi lại trên các thiết bị siêu âm xách tay.

Kiểm tra bằng siêu âm là kiểm tra không phá huỷ rất an toàn, và là phương pháp kiểm tra hữu hiệu được thiết lập trong các ngành công nghiệp chế tạo, gia công, và dịch vụ, đặc biệt trong những ứng dụng liên quan đến hàn và các kim loại kết cấu.

2. Đo chiều dày chính xác

Đo chiều dày bằng siêu âm là kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ được sử dụng rộng rãi để đo chiều dày vật liệu từ một phía.

Thiết bị siêu âm đầu tiên, sử dụng nguyên lý thu từ sóng siêu âm, được giới thiệu vào cuối năm 1940. Thiết bị nhỏ, xách tay tiện lợi cho nhiều ứng dụng khác nhau trở nên rộng rãi vào năm 1970.

Sau đó với công nghệ vi xử lý tiên tiến đã đưa chúng lên tầm cao mới với những thiết bị nhỏ, tinh vi, dễ sử dụng. Hầu như bất cứ vật liệu kỹ thuật thông thường nào đều có thể đo bằng siêu âm.

Các thiết bị đo chiều dày siêu âm có thể sử dụng cho kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, sợi thuỷ tinh, gốm, và thuỷ tinh. Có thể đo chiều dày các sản phẩm nhựa đùn hoặc kim loại cán trên dây chuyền và cũng có thể đo từng lớp hoặc lớp vỏ trong cấu trúc nhiều lớp. Mực chất lỏng và các mẫu sinh vật học cũng có thể đo.

Đo bằng siêu âm không cần cắt hoặc phân đoạn. Vật liệu không thích hợp để đo bằng siêu âm thông thường là gỗ, giấy, bê tông, và sản phẩm bọt.

3. Siêu âm chiều dày ăn mòn

Tất cả các vật làm bằng cấu trúc kim loại thông thường đều có thể bị ăn mòn. Vấn đề đặc biệt quan trọng mà nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt là đo chiều dày còn lại của thành các đường ống, bể chứa… bị ăn mòn ở bề mặt bên trong. Sự ăn mòn như vậy thường không thể phát hiện bằng phương pháp quan sát nếu không cắt hoặc tháo dời các ống hoặc bể chứa. Các cấu trúc xà, rầm bằng thép, đặc biệt các kết cấu đỡ cầu, cũng khó tránh khỏi bị ăn mòn. Ăn mòn làm giảm chiều dày cơ bản của kim loại. Nếu không được phát hiện trong thời gian dài, ăn mòn sẽ làm yếu và có thể dẫn đến các tai nạn nguy hiểm. Do các lý do về an toàn và kinh tế, những đường ống, bể chứa, hoặc cấu trúc dễ bị ăn mòn phải được kiểm tra định kỳ. Kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra không phá hủy được chấp nhận rộng rãi để thực hiện công việc đó, và kiểm tra siêu âm kim loại bị ăn mòn thường được thực hiện bằng thiết bị kiểm tra ăn mòn.

Nhiều máy đo chiều dày bằng siêu âm cầm tay được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng kiểm tra ăn mòn. Các thiết bị đo này sẽ được sử dụng với các nhóm đầu dò kép chuyên dụng, phù hợp với các dải đo và điều kiện nhiệt độ khác nhau. Trong một số ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, người sử dụng có thể yêu cầu màn hình hiển thị dạng sóng để giúp cho sự khẳng định tính hợp lệ của xung phản xạ thu được.

4. Siêu âm màu 3 chiều (Phased Array-PA)

Trong công nghiệp dầu khí sử dụng rất nhiều đường ống và ống thép. Các mối nối hàn của các đường ống này từ lúc sản xuất ra đến suốt cả thời gian sử dụng ống đều phải kiểm tra và kiểm soát. Các phương pháp kiểm tra bột từ thường được sử dụng, nhưng kỹ thuật này chỉ có khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt hoặc gần bề mặt. Kỹ thuật chụp ảnh dùng tia X cũng thường được sử dụng, nhưng kỹ thuật này mất nhiều thời gian và cần vùng an toàn xung quanh khu vực kiểm tra. Với những ứng dụng cần độ chính xác cao, thời gian thực hiện ngắn và có thể lưu giữ lại kết quả kiểm tra dưới dạng hình ảnh thì Siêu âm màu 3 chiều là một lựa chọn thích hợp. Phương pháp Siêu âm 3 chiều đã được công nhận có thế thay thế hiệu quả chụp ảnh phóng xạ.

5. Kiểm tra dòng xoáy

Ăn mòn, rỉ mục là sự hư hại của vật liệu kim loại bởi tác động hóa học (hoặc điện hóa). Thường là gây ra bởi môi trường, đôi khi do vật liệu khác. Phần rỉ mục tạo thành đó không dẫn điện, nên chúng ta sẽ đo sự mỏng đi của vật liệu cần kiểm tra. Thiết bị kiểm tra dòng xoáy rất thích hợp kiểm tra rỉ, mục, nứt gãy cho các cấu trúc mỏng, hợp kim nhôm, khi công nghệ siêu âm thường không sử dụng được, đặc biệt là trong công nghiệp hàng không và chế tạo cơ khí chính xác với vật liệu nhôm.

6. Hệ thống kiểm tra thẩm thấu

Kiểm tra thẩm thấu là một phương pháp kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật mở trên bề mặt, chẳng hạn như nứt, rỗ khí mà không thế phát hiện được bằng mắt thường. Chất lỏng thẩm thấu được phủ lên trên bề mặt và ngấm vào các khuyết tật. Sau một thời gian, nó được lau đi. Một chất hiện hình khác được xịt lên bề mặt và những khuyết tật, tại đó chất nhuộm màu ngấm vào sẽ hiện ra. Những vết này gọi là các chỉ thị. Tiêu chí chấp nhận được định nghĩa là mức độ lớn, nhỏ nào của chỉ thị thì được chấp nhận. Các hệ thống kiểm tra thẩm thấu hiện đại được xây dựng dưới dạng dây chuyền, nâng cao năng suất lao động, tiết kiệm hóa chất và giảm tác hại đến sức khỏe người thực hiện cũng như giảm tác hại đến môi trường.

7. Hệ thống kiểm tra bột từ (MT)

Mặc dù không sử dụng được với các vật liệu không nhiễm từ như thép không rỉ. MT là phương pháp có độ tin cậy và độ nhạy cao hơn, không đòi hỏi bề mặt kiểm tra phải quá sạch và nhẵn như khi kiểm tra thẩm thấu. MT được áp dụng phổ biến trong việc kiểm tra định kỳ các nồi hơi và bình áp lực có nguy cơ nứt cao sau một thời gian sử dụng như bồn chứa NH3 hóa lỏng, các nắp nồi hấp, bình khử khí, bao hơi và bao bùn của nồi hơi nhà máy nhiệt điện, bề mặt ống lò của nồi hơi ống lò ống lửa v.v. MT cũng được sử dụng như biện pháp kiểm tra bổ sung đối với các mối hàn, chi tiết gia công sau khi xử lý nhiệt. Trong phương pháp này, vùng cần kiểm tra sẽ được từ hoá bằng cách cho tiếp xúc với một nam châm điện đặc biệt được gọi là “gông từ”.

8. Máy X-Ray và phụ kiện phòng tối

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ truyền thống là một phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng tia X hoặc tia Gamma để phát hiện các bất liên tục bên trong, dùng để đo bề dày và phát hiện ăn mòn. Với việc kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ, vật liệu được chụp với tia đồng nhất từ đồng vị phóng xạ hoặc máy chiếu tia X, song song đó, một phim âm bản được định vị phía sau vật liệu cần chụp. Sau khi rửa phim, sự khác nhau về chiều dày và tỷ trọng sẽ thể hiện trên phim chụp. Chụp ảnh phóng xạ có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động do có sử dụng nguồn phóng xạ. Nguồn phóng xạ cũng được yêu cầu bảo quản ở chế độ đặc biệt, ngay cả khi không còn sử dụng nữa. Nguồn X-ray có thể thay thế cho nguồn phóng xạ và có ưu điểm là chỉ phát tia phóng xạ khi cần sử dụng và không bị giảm cường độ do chu kỳ bán rã.

9. Súng bật nảy (Súng bắng bê tông): 
Súng bật nảy là phương pháp thí nghiệm gián tiếp: cường độ chịu nén của bê tông được xác định thông qua việc xác định độ cứng (trị bật nẩy) của lớp bê tông bề mặt của kết cấu.

10. Siêu âm cường độ bê tông: 
Dựa trên sự thay đổi tốc độ lan truyền dao động của các sóng siêu âm dọc được tạo ra trong bê tông được kiểm tra như các xung lực tác dụng trong thời gian ngắn, các xung lực này được đặt vào linh kiện bê tông với tần số siêu âm. Vì cường độ bê tông phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của các thành phần của nó nên phương pháp này cho phép xác định cường độ bê tông và sự thay đổi cấu trúc của nó trong kết cấu (phát hiện được các khuyết tật và sự không đồng nhất với cấu trúc của bêtông).

Cường độ chịu nén của bê tông có thể xác định chính xác theo phương pháp không phá hủy kết hợp máy đo siêu âm và súng bắn bê tông (TCXD-171-1989). Việc sử dụng máy đo siêu âm và súng bật nẩy để kiểm tra chất lượng bêtông được thực hiện ở những trường hợp sau đây :

- Những nơi có sự nghi ngờ về chất lượng như cường độ, sự đồng nhất của bêtông do có sự cố kỹ thuật trong thi công như bị gián đoạn do mưa, do không đầm được đến nơi vì cốt thép quá dày, do xi măng không đảm bảo mà không kiểm tra được chất lượng trước khi đổ bêtông ...

- Những nơi xuất hiện vết nứt cần phải xác định chiều sâu và độ rộng.

- Kiểm tra tại công trường xây dựng tính đồng nhất vật liệu.

- Định vị độ sâu của vết nứt, khuyết tật như bọt khí trong khối bê tông.

11. Kiểm tra tách lớp bê tông: 
Sử dụng phương pháp xung-dội, có thể xác định: Chiều dày chính xác của bê tông mà không phải khoan vào cấu trúc bê tông. Phát hiện các tách lớp và lỗ rỗng bên trong cấu trúc bê tông và công trình chỉ cần tiếp xúc với một mặt của cấu trúc bê tông.

12. Kiểm tra cốt thép trong bê tông: 
Máy dò siêu âm kiểm tra cấu trúc thép không phá huỷ mẫu bê tông, kiểm tra cấu trúc cốt thép bên trong bê tông.

13. Phân tích độ ăn mòn cốt thép trong bê tông: 
Kiểm tra tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông, Kiểm tra tốc độ ăn mòn điện cực bảo vệ cho các công trình.

Một vài suy nghĩ về Công nghệ Kiểm tra không phá hủy

Hiện nay, các phương pháp kiểm tra không phá huỷ đã được ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới và ngày càng chứng tỏ vai trò của chúng trong ngành xây dựng nói chung và đối với cầu bê tông cốt thép nói riêng. Kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ đã trở nên rất phổ biến trong công tác kiểm tra chất lượng của nhiều ngành công nghiệp trọng điểm ở Việt Nam và đem lại những hiệu quả kinh tế kỹ thuật đã được xã hội thừa nhận nhưng trong thực tế, vì nhiều lý do, việc áp dụng các phương pháp này vẫn đang ở mức độ hết sức hạn chế.

Thành phố Đà Nẵng có một hệ thống cầu đường phát triển và hiện đại. Sông Hàn chạy suốt theo chiều dài thành phố, chia Đà Nẵng thành 2 nửa Đông - Tây với sự khác nhau rõ rệt. Theo qui hoạch, thành phố sẽ có khoảng 10 cây cầu bắc ngang qua dòng sông Hàn. Với hệ thống cầu phong phú và giao thông đường biển phát triển, việc kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào, kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu ...bằng phương pháp NDT sẽ đem lại những tiện ích đáng kể về tốc độ kiểm tra, về chi phí và tất nhiên giảm thiểu hủy hoại công trình so với các phương pháp cổ điển lấy mẫu thông thường, đảm bảo an toàn cho người dân trong thành phố Đà Nẵng.

Trong thời gian khai thác, bê tông có thể bị xâm thực bởi các yếu tố môi trường như hơi ẩm, hoá chất dẫn đến giảm cường độ, bị nứt hay bị phá vỡ bởi các sản phẩm rỉ cốt thép. Nguy cơ xâm thực ở Đà Nẵng phải kể đến trước hết là các cầu ở gần biển, gần các nhà máy có sử dụng hoá chất và các cầu trong thành phố trên những kênh rạch chứa nhiều nước thải chưa được xử lý. Bê tông còn có thể bị nứt quá lớn do các tác động khó lường hết được khi thiết kế, đặc biệt ở các khu vực chịu tải trọng tập trung lớn, vị trí mối nối thi công, vùng liên kết liền khối giữa kết cấu nhịp và mố trụ. Sự có mặt của các vết nứt này làm mạnh thêm mức độ xâm thực của các yếu tố môi trường.

Do đó, việc ứng dụng rộng rãi các phương pháp kiểm tra không phá huỷ đối với loại công trình này sẽ là xu hướng tất yếu. Chúng ta cần đánh giá nhu cầu, phân tích thực tiễn xây dựng và khai thác cầu bê tông cốt thép, để trên cơ sở đó định hướng cho công tác nghiên cứu, đào tạo, trợ giúp nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng các phương pháp kiểm tra không phá huỷ là hết sức cần thiết. Cầu bê tông cốt thép, cũng như các công trình xây dựng khác, trong giai đoạn thi công cần được kiểm tra để đảm bảo chất lượng theo thiết kế. Trong giai đoạn khai thác cầu cũng cần được kiểm tra thường xuyên hoặc định kỳ để phát hiện và xử lý kịp thời các nguyên nhân gây hư hỏng hoặc giảm khả năng khai thác của chúng. Đối với những cầu cần được nâng cấp để đáp ứng yêu cầu sử dụng tăng, người ta cũng cần kiểm tra đánh giá khả năng thực tế của cầu làm cơ sở cho thiết kế nâng cấp.

Ngoài ứng dụng trong ngành xây dựng, các phương pháp kiểm tra không phá huỷ còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như: đóng tàu, cơ khí chế tạo, dầu khí, năng lượng, hoá chất...Đối với các vật bằng kim loại, vật liệu rắn kiểm tra không phá hủy có thể tìm thấy các khuyết tật bên trong, đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ lặp lại cao. Các lỗi bên trong các vật liệu kỹ thuật như các kim loại và các vật liệu tổng hợp, có thể được phát hiện. Cũng có thể đo chiều dày của các thành ống, bồn chứa và các chi tiết được gia công khác mà chỉ cần tiếp cận từ một phía. Có thể tiết kiệm được nhiều thời gian, vật liệu và công sức trong các ứng dụng mà các cấu trúc bên trong không nhìn thấy được và phía bên kia khó hoặc không thể tiếp cận được.

Ở nước ta hiện nay, các đơn vị NDT của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (NLNTVN) đã trở thành địa chỉ tin cậy hàng đầu cho việc nghiên cứu triển khai ứng dụng khoa học công nghệ NDT. Trong đó, Trung tâm hạt nhân TP. HCM hiện là một trong những đơn vị trực thuộc Viện NLNTVN có doanh thu NDT chiếm trên 20% tổng doanh thu của Trung tâm. Riêng doanh thu từ dịch vụ chuyển giao kỹ thuật NDT cho các công ty khác đã lên tới hàng tỉ đồng. Trong số này có nhiều dự án của các công ty có vốn đầu tư nước ngoài như APAVE Việt Nam, Bureau Veritas, Omic - FCC Inspection Services, ADB... Còn ở Hà Nội, các dịch vụ NDT của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân Hà Nội cũng được các khách hàng tín nhiệm. Một số công trình xây dựng quan trọng mà Viện tham gia với tư cách nhà cung cấp dịch vụ NDT là cầu Việt Trì , cầu sông Gianh, cầu Hòa Bình, cầu Quán Hàu, cầu Hiệp Phước... Trong khi đó, lực lượng NDT ở Đà Nẵng và các khu vực lân cận còn rất yếu và phân tán, việc sử dụng các phương pháp NDT chủ yếu tập trung vào công nghệ kiểm tra truyền thống, mức độ còn rất sơ khai, thiếu đồng bộ, thiếu cạnh tranh và có nguy cơ mất thị trường vào tay các công ty nước ngoài.

Hiện nay định hướng chung của thành phố Đà Nẵng là tập trung cải tiến, đổi mới thiết bị công nghệ nhằm đa dạng hoá, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm và của doanh nghiệp trên thị trường trong nước và quốc tế. Cùng với yêu cầu hội nhập, yêu cầu về nâng cao chất lượng và giảm giá thành sản phẩm, công trình công nghiệp ngày càng tăng và cấp thiết. Do đó, ứng dụng và phát triển công nghệ cao vào thực tế đời sống và sản xuất là con đường tối ưu để khắc phục nguy cơ tụt hậu xa hơn nữa, nhanh chóng thực hiện được mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa của thành phố.