Một vệt màu chứa nhiều quá trình
Trong kiểm tra thẩm thấu PT, chất lỏng đi vào bất liên tục thông ra bề mặt rồi tạo một chỉ thị quan sát được sau xử lý. Kích thước vệt hiện không chỉ do hình học chỗ hở quyết định. Khả năng thấm, lượng chất còn giữ lại, sự lan trên bề mặt và cách quan sát đều tham gia.
Magnaflux mô tả vai trò chất hiện trong việc kéo chất thẩm thấu trở ra và làm nó lan quanh bất liên tục để tăng khả năng nhìn thấy. [1] Vì thế, chiều rộng vệt màu không được dùng trực tiếp như độ mở vết nứt. Bài này dùng các mô hình đơn giản để giải thích cơ chế; không xây dựng thời gian thấm hay tiêu chí nghiệm thu cho một sản phẩm cụ thể.
Mao dẫn mạnh hơn chưa chắc thấm nhanh hơn
Xét một ống mao dẫn tròn nằm ngang, bán kính r, chứa khí có thể thoát ra ngoài. Chất lỏng Newton có độ nhớt động lực η, sức căng bề mặt γ và góc tiếp xúc θ đo trong pha lỏng. Bỏ trọng lực, quán tính, trượt thành và thay đổi tính chất. Áp suất mao dẫn là Δp_c=2γcosθ/r.
Lưu lượng Poiseuille qua chiều dài đã thấm l bằng Q=πr⁴Δp_c/(8ηl). Vì Q=πr² dl/dt, tích phân với l=0 tại t=0 cho:
l²=γr cosθ·t/(2η).
Đây là dạng quan hệ Washburn cho những giả thiết tương ứng. [2] Nó cho l tỷ lệ căn thời gian; vận tốc không giữ cố định. Khi r giảm, áp suất mao dẫn tăng nhưng sức cản nhớt tăng mạnh hơn, nên l tại cùng t lại giảm theo√r.
Các chỗ hở thực trong mối hàn không phải ống tròn nhẵn. Mô hình chỉ giúp kiểm xu thế và đơn vị. Khe hình tấm, hình dạng thắt cổ, bề mặt nhiễm bẩn hoặc góc tiếp xúc biến thiên cần biểu thức khác hoặc dữ liệu thực nghiệm.
Ví dụ số hoàn toàn giả định
Cho γ=0,0300 N/m, η=0,00600 Pa·s, r=1,00 µm và θ=30°. Áp suất mao dẫn tính được51.961,524 Pa. Thời gian mô hình để l đạt2,00 mm bằng2ηl²/(γr cosθ)=1,847521 s. Đây không phải thời gian thấm PT được khuyến nghị; nó mô tả một mao quản lý tưởng nhỏ, thông khí, không có bước xử lý bề mặt.
Giảm r còn0,500 µm làm Δp_c tăng gấp đôi nhưng thời gian đạt cùng2 mm tăng thành3,695042 s. Tăng η gấp đôi cũng tăng thời gian gấp đôi. Nếu chỉ thay θ từ30° thành75°, thời gian tăng3,346065 lần, thành6,181925 s, dù r và η giữ nguyên.
Khi θ tiến tới90°, cosθ tiến tới0 và thời gian dự báo tăng mạnh. Với θ lớn hơn90°, mô hình không còn cho thấm tự phát theo hướng đã xét. TWI lưu ý chất bẩn có thể vừa chiếm thể tích trong bất liên tục vừa làm thay đổi góc tiếp xúc. [3] Không thể quy mọi thay đổi thời gian thấm cho nhiệt độ hoặc độ nhớt riêng lẻ.
Khí bị giữ làm đổi điều kiện biên
Để thấy vai trò thoát khí, xét riêng một mao quản kín ở đầu xa, ban đầu chứa khí lý tưởng ở p_0=100 kPa, dài L_0=2,00 mm. Bỏ hòa tan khí, rò khí và thay đổi nhiệt độ; áp suất lỏng bên ngoài giữ p_0. Khi lỏng đi sâu l, khí còn chiều dài L_0−l và áp suất p_g=p_0L_0/(L_0−l).
Cân bằng cuối yêu cầu p_g−p_0=Δp_c. Từ đó:
l_eq/L_0=Δp_c/(p_0+Δp_c).
Với Δp_c của ví dụ, tỷ phần thấm cân bằng chỉ0,341939, tức l_eq=0,683877 mm. Tăng thời gian vô hạn trong đúng mô hình vẫn không đưa l tới2 mm. Phép tính không khẳng định mọi vết nứt có giới hạn này; nó chỉ chứng minh vì sao không thể dùng công thức mao quản thông khí cho mọi hình học kín.
Trong thực tế, khí có thể thoát qua nhánh khác, hòa tan hoặc thay đổi nhiệt độ; những cơ chế ấy sẽ đổi đáp án. Kết luận cần dựa trên điều kiện biên, không chỉ trên một con số áp suất mao dẫn lớn.
Lượng chất hiện không đồng nhất với chiều dài bất liên tục
Giả sử hai rãnh giả định đều dài3 mm. Rãnh A có bề rộng trung bình0,010 mm và sâu0,20 mm; rãnh B rộng0,005 mm và sâu0,80 mm. Nếu coi hai rãnh là hộp chữ nhật, thể tích lần lượt0,006 và0,012 mm³. Cùng chiều dài nhưng rãnh B chứa được gấp đôi thể tích nếu đầy hoàn toàn.
Đó chưa phải tỷ số độ sáng vệt hiện. Một phần chất có thể bị lấy đi, giữ sâu hoặc phân tán trên diện tích khác nhau. TWI nêu thể tích, chiều dài và tình trạng bẩn cùng ảnh hưởng khả năng tạo chỉ thị có thể nhận biết. [3] Phép tính hộp chỉ tách rõ đại lượng hình học nào đang thay đổi.
Một mô hình vệt lan và ngưỡng quan sát
Để nghiên cứu riêng ảnh hưởng lan, tự đặt biên dạng tín hiệu một chiều y(x)=A exp[−x²/(2σ²)], với tổng diện tích dưới đường bằng1 đơn vị tín hiệu·mm. Khi ấy A=1/(√(2π)σ). Đây là mô hình toán học của một vệt, không là định luật phát triển chất hiện PT.
Chọn ngưỡng quan sát h=0,500 đơn vị tín hiệu. Nếu A>h, bề rộng phần vượt ngưỡng bằng:
W=2σ√[2ln(A/h)].
Với σ=0,100 mm, đỉnh A=3,989423 và W=0,407607 mm. Khi vệt lan tới σ=0,200 mm, đỉnh giảm còn1,994711 nhưng W tăng thành0,665407 mm. Tại σ=0,400 mm, W=0,940127 mm. Tổng tín hiệu vẫn bằng1, trong khi cả đỉnh và bề rộng quan sát đã thay đổi.
Nếu σ tăng tới1,00 mm, A chỉ0,398942, thấp hơn ngưỡng; mô hình không còn vùng vượt ngưỡng dù tín hiệu tích phân chưa mất. Do đó “lan rộng hơn” không luôn đồng nghĩa “dễ thấy hơn”. Ngưỡng, nền và nhiễu phải được giữ nhất quán khi so hai ảnh.
Có thể tìm cực đại W bằng cách viết A/h=K/σ với K=1/(√(2π)h). Đạo hàm W² theo σ cho ln(K/σ)=1/2. Trong ví dụ σ*=0,483941 mm và W_max=0,967883 mm. Đây là cực trị của mô hình vệt bảo toàn diện tích, không phải thời gian quan sát tối ưu hoặc ngưỡng tiêu chuẩn.
Đo chiều dài ảnh cần mốc và mặt phẳng
Giả sử ảnh cho chiều dài chỉ thị3,20 mm sau hiệu chuẩn tỷ lệ theo một phương, nhưng bề mặt nghiêng20° theo chính phương ấy so với mặt ảnh. Trong xấp xỉ chiếu trực giao, chiều dài trên mặt là3,20/cos20°=3,405369 mm. Một thước chuẩn nằm trên mặt phẳng khác có thể không sửa đúng sai lệch này.
Nếu hai đầu chỉ thị được định vị với bất định chuẩn0,050 mm độc lập, đóng góp vào bất định chiều dài ảnh là√2×0,050=0,070711 mm. Sai lệch tỷ lệ ảnh hoặc ngưỡng chung cần xét riêng; chúng không nhất thiết độc lập giữa hai đầu. Một đoạn dài đo được rõ chưa cho biết độ sâu hoặc độ mở của chỗ hở.
Giữ dấu vết của điều kiện quan sát
Hồ sơ PT có ích khi giữ ảnh gốc, thước chuẩn, thời điểm quan sát, điều kiện chiếu sáng và phiên bản quy tắc đánh giá. Những dữ liệu ấy giúp phân biệt một thay đổi của bất liên tục với thay đổi của cách tạo hoặc đọc chỉ thị. Magnaflux nêu thời gian thấm phụ thuộc vật liệu và nhiệt độ, cần kiểm chứng cho điều kiện áp dụng. [1]
Các mô hình trong bài cho thấy ba câu hỏi khác nhau: chất lỏng vào được bao sâu, lượng chất nào tạo vệt và vệt nào vượt ngưỡng quan sát. Không thể thay cả ba bằng một chiều dài hoặc một thời gian duy nhất. Kết luận chấp nhận vẫn phải dựa trên phương pháp và tiêu chí áp dụng cho đối tượng thật.
Nguồn tham khảo
[1] FAQs — Liquid Penetrant Inspection — Magnaflux. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] The Dynamics of Capillary Flow — Physical Review 17, 273 (1921) — Edward W. Washburn; American Physical Society. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Flaw entrapment efficiency of a penetrant inspection — TWI. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
Trong kiểm tra thẩm thấu PT, chất lỏng đi vào bất liên tục thông ra bề mặt rồi tạo một chỉ thị quan sát được sau xử lý. Kích thước vệt hiện không chỉ do hình học chỗ hở quyết định. Khả năng thấm, lượng chất còn giữ lại, sự lan trên bề mặt và cách quan sát đều tham gia.
Magnaflux mô tả vai trò chất hiện trong việc kéo chất thẩm thấu trở ra và làm nó lan quanh bất liên tục để tăng khả năng nhìn thấy. [1] Vì thế, chiều rộng vệt màu không được dùng trực tiếp như độ mở vết nứt. Bài này dùng các mô hình đơn giản để giải thích cơ chế; không xây dựng thời gian thấm hay tiêu chí nghiệm thu cho một sản phẩm cụ thể.
Mao dẫn mạnh hơn chưa chắc thấm nhanh hơn
Xét một ống mao dẫn tròn nằm ngang, bán kính r, chứa khí có thể thoát ra ngoài. Chất lỏng Newton có độ nhớt động lực η, sức căng bề mặt γ và góc tiếp xúc θ đo trong pha lỏng. Bỏ trọng lực, quán tính, trượt thành và thay đổi tính chất. Áp suất mao dẫn là Δp_c=2γcosθ/r.
Lưu lượng Poiseuille qua chiều dài đã thấm l bằng Q=πr⁴Δp_c/(8ηl). Vì Q=πr² dl/dt, tích phân với l=0 tại t=0 cho:
l²=γr cosθ·t/(2η).
Đây là dạng quan hệ Washburn cho những giả thiết tương ứng. [2] Nó cho l tỷ lệ căn thời gian; vận tốc không giữ cố định. Khi r giảm, áp suất mao dẫn tăng nhưng sức cản nhớt tăng mạnh hơn, nên l tại cùng t lại giảm theo√r.
Các chỗ hở thực trong mối hàn không phải ống tròn nhẵn. Mô hình chỉ giúp kiểm xu thế và đơn vị. Khe hình tấm, hình dạng thắt cổ, bề mặt nhiễm bẩn hoặc góc tiếp xúc biến thiên cần biểu thức khác hoặc dữ liệu thực nghiệm.
Ví dụ số hoàn toàn giả định
Cho γ=0,0300 N/m, η=0,00600 Pa·s, r=1,00 µm và θ=30°. Áp suất mao dẫn tính được51.961,524 Pa. Thời gian mô hình để l đạt2,00 mm bằng2ηl²/(γr cosθ)=1,847521 s. Đây không phải thời gian thấm PT được khuyến nghị; nó mô tả một mao quản lý tưởng nhỏ, thông khí, không có bước xử lý bề mặt.
Giảm r còn0,500 µm làm Δp_c tăng gấp đôi nhưng thời gian đạt cùng2 mm tăng thành3,695042 s. Tăng η gấp đôi cũng tăng thời gian gấp đôi. Nếu chỉ thay θ từ30° thành75°, thời gian tăng3,346065 lần, thành6,181925 s, dù r và η giữ nguyên.
Khi θ tiến tới90°, cosθ tiến tới0 và thời gian dự báo tăng mạnh. Với θ lớn hơn90°, mô hình không còn cho thấm tự phát theo hướng đã xét. TWI lưu ý chất bẩn có thể vừa chiếm thể tích trong bất liên tục vừa làm thay đổi góc tiếp xúc. [3] Không thể quy mọi thay đổi thời gian thấm cho nhiệt độ hoặc độ nhớt riêng lẻ.
Khí bị giữ làm đổi điều kiện biên
Để thấy vai trò thoát khí, xét riêng một mao quản kín ở đầu xa, ban đầu chứa khí lý tưởng ở p_0=100 kPa, dài L_0=2,00 mm. Bỏ hòa tan khí, rò khí và thay đổi nhiệt độ; áp suất lỏng bên ngoài giữ p_0. Khi lỏng đi sâu l, khí còn chiều dài L_0−l và áp suất p_g=p_0L_0/(L_0−l).
Cân bằng cuối yêu cầu p_g−p_0=Δp_c. Từ đó:
l_eq/L_0=Δp_c/(p_0+Δp_c).
Với Δp_c của ví dụ, tỷ phần thấm cân bằng chỉ0,341939, tức l_eq=0,683877 mm. Tăng thời gian vô hạn trong đúng mô hình vẫn không đưa l tới2 mm. Phép tính không khẳng định mọi vết nứt có giới hạn này; nó chỉ chứng minh vì sao không thể dùng công thức mao quản thông khí cho mọi hình học kín.
Trong thực tế, khí có thể thoát qua nhánh khác, hòa tan hoặc thay đổi nhiệt độ; những cơ chế ấy sẽ đổi đáp án. Kết luận cần dựa trên điều kiện biên, không chỉ trên một con số áp suất mao dẫn lớn.
Lượng chất hiện không đồng nhất với chiều dài bất liên tục
Giả sử hai rãnh giả định đều dài3 mm. Rãnh A có bề rộng trung bình0,010 mm và sâu0,20 mm; rãnh B rộng0,005 mm và sâu0,80 mm. Nếu coi hai rãnh là hộp chữ nhật, thể tích lần lượt0,006 và0,012 mm³. Cùng chiều dài nhưng rãnh B chứa được gấp đôi thể tích nếu đầy hoàn toàn.
Đó chưa phải tỷ số độ sáng vệt hiện. Một phần chất có thể bị lấy đi, giữ sâu hoặc phân tán trên diện tích khác nhau. TWI nêu thể tích, chiều dài và tình trạng bẩn cùng ảnh hưởng khả năng tạo chỉ thị có thể nhận biết. [3] Phép tính hộp chỉ tách rõ đại lượng hình học nào đang thay đổi.
Một mô hình vệt lan và ngưỡng quan sát
Để nghiên cứu riêng ảnh hưởng lan, tự đặt biên dạng tín hiệu một chiều y(x)=A exp[−x²/(2σ²)], với tổng diện tích dưới đường bằng1 đơn vị tín hiệu·mm. Khi ấy A=1/(√(2π)σ). Đây là mô hình toán học của một vệt, không là định luật phát triển chất hiện PT.
Chọn ngưỡng quan sát h=0,500 đơn vị tín hiệu. Nếu A>h, bề rộng phần vượt ngưỡng bằng:
W=2σ√[2ln(A/h)].
Với σ=0,100 mm, đỉnh A=3,989423 và W=0,407607 mm. Khi vệt lan tới σ=0,200 mm, đỉnh giảm còn1,994711 nhưng W tăng thành0,665407 mm. Tại σ=0,400 mm, W=0,940127 mm. Tổng tín hiệu vẫn bằng1, trong khi cả đỉnh và bề rộng quan sát đã thay đổi.
Nếu σ tăng tới1,00 mm, A chỉ0,398942, thấp hơn ngưỡng; mô hình không còn vùng vượt ngưỡng dù tín hiệu tích phân chưa mất. Do đó “lan rộng hơn” không luôn đồng nghĩa “dễ thấy hơn”. Ngưỡng, nền và nhiễu phải được giữ nhất quán khi so hai ảnh.
Có thể tìm cực đại W bằng cách viết A/h=K/σ với K=1/(√(2π)h). Đạo hàm W² theo σ cho ln(K/σ)=1/2. Trong ví dụ σ*=0,483941 mm và W_max=0,967883 mm. Đây là cực trị của mô hình vệt bảo toàn diện tích, không phải thời gian quan sát tối ưu hoặc ngưỡng tiêu chuẩn.
Đo chiều dài ảnh cần mốc và mặt phẳng
Giả sử ảnh cho chiều dài chỉ thị3,20 mm sau hiệu chuẩn tỷ lệ theo một phương, nhưng bề mặt nghiêng20° theo chính phương ấy so với mặt ảnh. Trong xấp xỉ chiếu trực giao, chiều dài trên mặt là3,20/cos20°=3,405369 mm. Một thước chuẩn nằm trên mặt phẳng khác có thể không sửa đúng sai lệch này.
Nếu hai đầu chỉ thị được định vị với bất định chuẩn0,050 mm độc lập, đóng góp vào bất định chiều dài ảnh là√2×0,050=0,070711 mm. Sai lệch tỷ lệ ảnh hoặc ngưỡng chung cần xét riêng; chúng không nhất thiết độc lập giữa hai đầu. Một đoạn dài đo được rõ chưa cho biết độ sâu hoặc độ mở của chỗ hở.
Giữ dấu vết của điều kiện quan sát
Hồ sơ PT có ích khi giữ ảnh gốc, thước chuẩn, thời điểm quan sát, điều kiện chiếu sáng và phiên bản quy tắc đánh giá. Những dữ liệu ấy giúp phân biệt một thay đổi của bất liên tục với thay đổi của cách tạo hoặc đọc chỉ thị. Magnaflux nêu thời gian thấm phụ thuộc vật liệu và nhiệt độ, cần kiểm chứng cho điều kiện áp dụng. [1]
Các mô hình trong bài cho thấy ba câu hỏi khác nhau: chất lỏng vào được bao sâu, lượng chất nào tạo vệt và vệt nào vượt ngưỡng quan sát. Không thể thay cả ba bằng một chiều dài hoặc một thời gian duy nhất. Kết luận chấp nhận vẫn phải dựa trên phương pháp và tiêu chí áp dụng cho đối tượng thật.
Nguồn tham khảo
[1] FAQs — Liquid Penetrant Inspection — Magnaflux. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] The Dynamics of Capillary Flow — Physical Review 17, 273 (1921) — Edward W. Washburn; American Physical Society. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Flaw entrapment efficiency of a penetrant inspection — TWI. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
