Kiểm tra thẩm thấu trên bề mặt nóng đến 200°C — hệ System C Diffu-Therm

Vấn đề: vì sao không thể dùng penetrant thường trên bề mặt nóng

Mọi hệ kiểm tra thẩm thấu đều được hãng thiết kế và tiêu chuẩn hóa cho một dải nhiệt độ làm việc nhất định. Với hệ PT thông thường, dải này nằm quanh nhiệt độ môi trường — hệ Diffu-Therm màu đỏ công bố từ 5°C hoặc −10°C đến 50°C tùy mã.

Đưa hệ thường lên bề mặt nóng hơn dải đó thì bốn thứ hỏng cùng lúc:

1. Chất thẩm thấu bay hơi trước khi kịp thấm vào khuyết tật. Mao dẫn cần thời gian — với nứt mỏi hẹp là hàng chục phút. Trên bề mặt 120°C, dung môi mang bay hơi trong vài chục giây. Chất thẩm thấu khô lại thành lớp màng trên bề mặt thay vì chui vào khuyết tật. Kết quả: âm tính giả — báo cáo "không phát hiện khuyết tật" trên một chi tiết thực sự có nứt.

2. Độ nhớt thay đổi, đặc tính mao dẫn không còn như đã hiệu chuẩn. Chất thẩm thấu loãng ra khi nóng, sức căng bề mặt giảm — quan hệ giữa dwell time và độ nhạy không còn đúng như bảng.

3. Chất thẩm thấu đã chui vào khuyết tật bị đẩy ngược ra. Không khí trong khuyết tật giãn nở khi nóng và đẩy chất lỏng trở ra.

4. Thuốc hiện hình không tạo được lớp phủ ổn định. Developer gốc dung môi khô quá nhanh, tạo lớp dày không đều, nứt và bong. Chỉ thị không kéo ra được hoặc bị che.

Điểm nguy hiểm nhất là cả bốn hiện tượng đều dẫn tới âm tính giả, không phải dương tính giả. Dương tính giả gây tốn công kiểm tra lại. Âm tính giả cho một chi tiết nứt đi vào vận hành với hồ sơ sạch.

Khi nào phải chuyển sang hệ chịu nhiệt

Nguyên tắc: khi nhiệt độ bề mặt lúc kiểm tra vượt ra ngoài dải mà hệ vật tư đang dùng được công bố.

Các tình huống thực tế thường gặp ở Việt Nam:

• Kiểm tra mối hàn chưa nguội. Sau khi hàn xong, mối hàn còn nóng hàng chục phút đến hàng giờ tùy chiều dày. Chờ nguội hẳn để kiểm tra làm chậm tiến độ chế tạo, đặc biệt với lịch thi công nén.
• Kiểm tra sau xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) khi chi tiết còn nhiệt dư.
• Thiết bị đang vận hành hoặc vừa dừng. Đường ống hơi, bình chịu áp, thiết bị lọc hóa dầu, nồi hơi nhà máy nhiệt điện — dừng nguội hoàn toàn để kiểm tra có thể tốn nhiều ngày dừng máy.
• Kiểm tra ngoài trời dưới nắng gắt. Bề mặt thép sẫm màu phơi nắng trực tiếp ở miền Nam có thể vượt xa nhiệt độ không khí. Đây là trường hợp hay bị bỏ qua nhất vì "nhiệt độ ngoài trời chỉ 35°C" — nhưng nhiệt độ đo phải là nhiệt độ bề mặt kim loại, không phải nhiệt độ không khí.
• Chi tiết nằm gần nguồn nhiệt — lò nung, đường ống nóng lân cận.

Cách kiểm tra đơn giản: đo nhiệt độ bề mặt bằng súng đo hồng ngoại hoặc nhiệt kế tiếp xúc ngay tại vị trí sẽ kiểm tra, tại thời điểm sẽ kiểm tra. Không suy đoán từ nhiệt độ môi trường.

Yêu cầu qualification khi làm ngoài dải nhiệt tiêu chuẩn

Đây là phần có ý nghĩa hợp đồng, không chỉ kỹ thuật.

Các tiêu chuẩn kiểm tra thẩm thấu — cả ISO 3452 lẫn ASME Section V Article 6 — đều quy định một dải nhiệt độ tiêu chuẩn cho quy trình. Kiểm tra ngoài dải đó không bị cấm, nhưng phải được qualification riêng: chứng minh bằng thực nghiệm rằng quy trình vẫn phát hiện được khuyết tật ở nhiệt độ dự kiến, thường bằng cách so sánh trên mẫu chuẩn có khuyết tật đã biết ở cả nhiệt độ tiêu chuẩn lẫn nhiệt độ dự kiến.

Ba hệ quả thực tế:

1. Không thể tự ý dùng penetrant thường ở nhiệt độ cao rồi ghi vào biên bản như bình thường. Đánh giá viên có quyền bác toàn bộ kết quả.
2. Dùng hệ được hãng công bố cho dải nhiệt cao không tự động miễn qualification — nhưng nó là điều kiện cần, và làm cho việc qualification khả thi. Dùng hệ thường ngoài dải thì gần như chắc chắn trượt.
3. Chi phí qualification thường lớn hơn chênh lệch giá vật tư nhiều lần. Chọn đúng hệ ngay từ đầu rẻ hơn.

Khi lập RFQ, nếu đã biết sẽ kiểm tra ở nhiệt độ cao, nên nêu ngay để bên bán chuẩn bị đủ tài liệu kỹ thuật phục vụ qualification.

Hệ System C của Diffu-Therm

Diffu-Therm cung cấp một bộ ba hoàn chỉnh làm việc đến 200°C:

Ba điểm cần lưu ý về bộ này:

Phải dùng trọn bộ, không trộn hệ. Không dùng CDR với developer BEA của hệ thường, và ngược lại. Ba sản phẩm được thiết kế để làm việc cùng nhau ở dải nhiệt đó; thay một thành phần bằng sản phẩm hệ thường sẽ tái tạo lại đúng vấn đề mà hệ System C sinh ra để giải quyết.

Bình xịt 400 ml, không phải 500 ml như hệ PT màu thường. Chi tiết nhỏ nhưng quan trọng khi tính số lượng đặt hàng và khi lập BOM.

CDR chỉ quan sát được với thuốc hiện hình, không dùng đèn UV như BDR-L. Nếu vừa cần chịu nhiệt vừa cần độ nhạy huỳnh quang, phương án ở hệ PT không có — nhưng ở hệ MT thì có: MPS-F3 là huyền phù bột từ huỳnh quang làm việc đến 200°C.

Điều chỉnh quy trình khi kiểm tra ở nhiệt độ cao

Ngay cả khi đã dùng đúng hệ, quy trình vẫn cần điều chỉnh:

Dwell time thường ngắn hơn. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ mao dẫn. Thời gian cụ thể phải lấy theo hướng dẫn của hãng cho hệ System C, không lấy theo bảng dwell time của hệ thường.

Phải giữ bề mặt ướt trong suốt thời gian thẩm thấu. Trên bề mặt nóng, tốc độ bay hơi cao hơn nhiều — cần xịt bổ sung, và cần nhiều vật tư hơn cho cùng diện tích so với kiểm tra ở nhiệt độ thường. Khi ước tính số lượng cho RFQ nên tính dư.

Nhiệt độ phải ổn định trong lúc kiểm tra. Chi tiết đang nguội dần đi qua nhiều dải nhiệt sẽ cho kết quả không nhất quán giữa đầu và cuối ca. Nên kiểm tra khi nhiệt độ đã tương đối ổn định, hoặc chia vùng theo dải nhiệt.

An toàn lao động. Làm việc trên bề mặt trên 60°C đã đủ gây bỏng khi tiếp xúc. Cần găng chịu nhiệt, và lưu ý bình xịt aerosol không được để gần bề mặt nóng khi không dùng — áp suất trong bình tăng theo nhiệt độ.

Thông gió. Dung môi bay hơi nhanh hơn nhiều ở nhiệt độ cao, nồng độ hơi trong không khí tăng tương ứng. Kiểm tra trong không gian kín trên bề mặt nóng cần thông gió cưỡng bức và có thể cần thiết bị bảo hộ hô hấp.

Bảng chọn theo nhiệt độ bề mặt

Bảng này dùng để chọn hướng, không thay cho việc đối chiếu datasheet của lô hàng thực tế và tiêu chuẩn dự án.

So sánh: chờ nguội hay dùng hệ chịu nhiệt

Câu hỏi thực tế mà quản lý chế tạo hay phải quyết:

Chờ nguội — không tốn thêm chi phí vật tư, dùng hệ và quy trình đã quen, không cần qualification bổ sung. Đổi lại: mất thời gian, chiếm mặt bằng, và với thiết bị đang vận hành thì cái giá là thời gian dừng máy.

Dùng hệ System C — kiểm tra được ngay, giữ được tiến độ, giảm thời gian dừng máy. Đổi lại: chi phí vật tư cao hơn, tiêu hao nhiều hơn do bay hơi, và cần chuẩn bị hồ sơ qualification nếu tiêu chuẩn yêu cầu.

Ngưỡng đảo chiều thường nằm ở giá trị của thời gian. Với một mối hàn lẻ trong xưởng, chờ nguội gần như luôn hợp lý. Với một đợt kiểm tra trong kỳ dừng máy có tính bằng ngày, hoặc một dây chuyền chế tạo mà mỗi mối hàn phải chờ, hệ chịu nhiệt trả lại chi phí rất nhanh.

Cần chuẩn bị gì khi gửi RFQ vật tư chịu nhiệt

• Nhiệt độ bề mặt thực tế lúc kiểm tra — đo bằng thiết bị, không ước lượng; ghi rõ dải từ bao nhiêu đến bao nhiêu
• Nhiệt độ có ổn định không hay chi tiết đang nguội dần
• Tiêu chuẩn áp dụng và dự án có yêu cầu qualification ngoài dải nhiệt không
• Phương pháp — PT (bộ CDR/CEA/CRE) hay MT (MPS-S2, MPS-F2, MPS-F3)
• Diện tích hoặc số mét mối hàn — nhớ tính dư vì tiêu hao cao hơn ở nhiệt độ cao
• Quy cách — bình xịt 400 ml hay can
• Điều kiện làm việc — không gian kín, cần thông gió, cần trang bị bảo hộ chịu nhiệt
• Yêu cầu chứng từ — SDS, ngôn ngữ SDS, CO/CQ, EN 10204-3.1B, và tài liệu kỹ thuật phục vụ qualification nếu cần

Nếu chưa chắc nhiệt độ bề mặt, cách nhanh nhất là đo thử một điểm đại diện rồi gửi số liệu cho Fast Group — chọn sai hệ ở bước này là loại sai lầm chỉ phát hiện được khi đã kiểm tra xong và hồ sơ bị bác.