Góc của tia trong vật không phải góc cơ khí của nêm
Đầu dò góc dùng khúc xạ và chuyển đổi dạng sóng để đưa năng lượng theo hướng phù hợp vào vật kiểm tra. Evident trình bày định luật Snell và sự phụ thuộc của góc khúc xạ vào vận tốc trong từng môi trường. [1] Vì vậy một ký hiệu góc trên nêm chỉ có ý nghĩa khi gắn với loại sóng và vật liệu được giả định.
Bài này xét tia trung tâm trong hai môi trường đồng nhất, mặt phân cách phẳng và một tấm có hai mặt song song. Các vận tốc, chiều dày và độ không đảm bảo đều là dữ liệu giả định. Mô hình tọa độ không tự xác nhận khả năng phản hồi của bất liên tục hoặc mức độ bao phủ của một quy trình kiểm tra.
Đổi góc bằng định luật khúc xạ
Gọi α là góc tới trong nêm, θ là góc sóng ngang trong tấm; cả hai đo từ pháp tuyến. Chọn vận tốc sóng dọc trong nêm c_w=2,73 mm/µs, sóng ngang trong tấm c_S=3,25 mm/µs và sóng dọc trong tấm c_L=5,9 mm/µs. Khi có nghiệm truyền tương ứng:
sinα/c_w = sinθ/c_S.
Muốn θ=60°, góc tới tính được α=46,673989°. Hai góc tới tới hạn trong mô hình là asin(c_w/c_L)=27,562238° và asin(c_w/c_S)=57,140120°. Góc vừa chọn nằm giữa chúng: nghiệm sóng dọc khúc xạ lan truyền trong khối không còn tồn tại theo hình học tia, còn nghiệm sóng ngang vẫn có.
Không suy từ kết quả này rằng toàn bộ năng lượng phát đã vào sóng ngang. Phản xạ tại mặt phân cách, đặc tính tiếp âm và các hiện tượng ở biên còn ảnh hưởng năng lượng. Định luật Snell xác định hướng của nghiệm, không tự cho hệ số truyền năng lượng.
Lấy đạo hàm ở trạng thái trên, dθ/dα=(c_S/c_w)cosα/cosθ=1,633687 rad/rad. Một thay đổi nhỏ 0,5° của góc tới có thể đổi góc khúc xạ khoảng 0,817°. Góc càng gần tiếp tuyến, hệ số có thể càng lớn; một thay đổi nhỏ ở nêm không luôn tạo thay đổi nhỏ tương đương trong vật.
Nửa khoảng nhảy, khoảng nhảy và chiều dài chặng
Cho chiều dày t=25 mm, θ=60°. Chặng đầu đi từ mặt trên tới mặt dưới. Tam giác vuông cho chiều dài đường truyền một chặng l=t/cosθ=50 mm, hình chiếu bề mặt của chặng bằng t tanθ=43,301270 mm.
Sau phản xạ gương ở mặt dưới và quay về mặt trên, tia đã đi hai chặng. Khoảng nhảy đầy đủ theo bề mặt là:
X_skip = 2t tanθ = 86,602540 mm.
Đường truyền tương ứng trong vật bằng 2t/cosθ=100 mm. Hai số 86,602540 và 100 cùng đơn vị nhưng mô tả hai đường khác nhau. Không nhập khoảng nhảy bề mặt làm chiều dài âm trong phép hiệu chỉnh thời gian.
Evident mô tả đường tia xuống đáy rồi phản xạ lên và việc dịch đầu dò để quét vùng mối hàn. Tài liệu cũng phân biệt tín hiệu từ hình dạng liên kết với tín hiệu cần phân tích thêm. [2] Một phép tính giao tia với vùng hàn chỉ là bước hình học, chưa chứng minh toàn bộ vùng đó được kiểm tra với độ nhạy yêu cầu.
Gập đường thẳng để xác định chiều sâu
Giả sử đã hiệu chỉnh độ trễ và vận tốc để có s là chiều dài một chiều từ điểm ra tia tới vị trí phản xạ, không phải tổng đường đi về. Tưởng tượng phản xạ bằng cách trải các lớp tấm liên tiếp theo chiều sâu. Trong hình trải:
x = s sinθ; y = s cosθ.
Với 0≤y≤t, chiều sâu thật z=y. Với t≤y≤2t, z=2t−y. Với 2t≤y≤3t, z=y−2t. Có thể tiếp tục gập qua các mặt nếu các giả thiết phản xạ còn phù hợp.
Tại s=75 mm, y=37,5 mm nằm ở chặng thứ hai. Kết quả z=50−37,5=12,5 mm và x=64,951905 mm. Nếu bỏ qua nhánh, lấy z=s cosθ sẽ báo 37,5 mm trong tấm chỉ dày 25 mm. Sai số này không do máy bấm; đó là chọn sai hình học.
Tại s=125 mm, y=62,5 mm thuộc chặng thứ ba và cũng cho z=12,5 mm, nhưng hình chiếu x=108,253175 mm. Cùng một chiều sâu có thể tương ứng nhiều vị trí trên các chặng khác nhau. Không thể định vị chỉ bằng cột chiều sâu mà bỏ đường truyền và hướng quét.
Điểm ra tia phải có mốc rõ ràng
Nếu tọa độ điểm ra tia trên cấu kiện là x_0=100 mm và tia hướng theo chiều x tăng, tọa độ chỉ thị của ví dụ s=75 là 164,951905 mm. Giả sử mép trước nêm nằm ở 112 mm; khoảng từ mép ấy đến hình chiếu chỉ thị chỉ bằng 52,951905 mm.
Nếu lấy tọa độ mép trước 112 mm rồi cộng trực tiếp x=64,951905 mm như thể đó là điểm ra tia, sai lệch vị trí bằng 12 mm. Khi đổi hướng quét, công thức tọa độ đổi thành x_0−s sinθ; không sửa bằng cách đổi dấu chiều sâu.
Bản ghi cần nêu vị trí đang tham chiếu tới điểm ra tia, mép nêm hay mốc trên hệ quét. Một dấu vẽ trên vỏ đầu dò không thay thế việc xác định vị trí ra tia của cấu hình đang dùng.
Sai góc ảnh hưởng mạnh khi đường truyền dài
Trong chặng thứ hai, z=2t−s cosθ. Hệ số nhạy theo góc là ∂z/∂θ=s sinθ. Tại s=75 mm, θ=60°, nó bằng 64,951905 mm/rad. Sai góc 1° tạo thay đổi tuyến tính khoảng 1,133625 mm ở chiều sâu; sai hình chiếu bề mặt khoảng s cosθ×π/180=0,654498 mm.
Tính đúng tại 59° cho z=11,372144 mm; tại 61° cho z=13,639278 mm. Hai gia số không đối xứng hoàn toàn vì hàm lượng giác phi tuyến. Đồng thời, khoảng nhảy đầy đủ tăng từ 86,602540 mm ở 60° lên 90,202388 mm ở 61°.
Dựng một ngân sách độc lập với u(t)=0,15 mm, u(s)=0,3 mm và u(θ)=0,5°=0,00872665 rad. Khi vị trí chắc chắn ở chặng thứ hai:
u²(z) = 4u²(t)+cos²θ u²(s)+(s sinθ)²u²(θ).
Kết quả u(z)=0,658617 mm. Phần do góc lớn hơn riêng từng phần do chiều dày hay thời gian. Nếu s và θ cùng suy từ một vận tốc chưa chắc chắn, chúng có thể tương quan; khi ấy không được dùng ngân sách độc lập này nguyên trạng.
Gần mặt phản xạ cần xét chuyển nhánh
Ở s=50 mm, tia vừa chạm đáy z=25 mm. Với s=49 hoặc 51 mm và góc không đổi, chiều sâu đều bằng 24,5 mm. Gần điểm ấy:
z = 25−|s cos60°−25|.
Hàm chiều sâu liên tục nhưng đạo hàm đổi dấu. Một khoảng sai số đường truyền đi qua ranh chặng sẽ cho phân bố chiều sâu lệch, không còn được mô tả tốt bằng một độ nhạy tuyến tính duy nhất. Cần truyền các giá trị qua đúng từng nhánh hoặc dùng mô phỏng đầu vào; không để công thức tạo chiều sâu lớn hơn chiều dày chỉ vì quên gập.
Giới hạn của mô hình tấm phẳng
Đối với quét theo chu vi ống, pháp tuyến thay đổi theo vị trí. Tài liệu CSC của Evident giải thích rằng chiều sâu, hình chiếu bề mặt và chặng phải hiệu chỉnh theo độ cong; có trường hợp tia không gặp mặt trong để tạo khoảng nhảy như trong tấm phẳng. [3] Khi đó công thức 2t tanθ không còn mô tả đúng hình học.
Tương tự, vận tốc dị hướng hoặc các lớp vật liệu khác nhau có thể làm tia đổi hướng trong đường đi. Bản thân một chùm âm còn có bề rộng, không phải một đường vô hạn mảnh. Bài tính nên được lưu như phép kiểm tọa độ của một mô hình xác định; hồ sơ kiểm tra thực cần thêm xác minh góc, điểm ra tia, đường truyền và phản hồi trên mẫu tham chiếu phù hợp.
Nguồn tham khảo
[1] An Introduction to Angle Beam Assemblies — Evident Industrial Resources. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] 5.2 Angle Beam Inspection — Evident; Ultrasonic Flaw Detection Tutorial. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Theory and Use of Curved Surface Correction (CSC) Software in Evident NDT EPOCH Series Flaw Detectors — Evident Industrial Resources. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
Đầu dò góc dùng khúc xạ và chuyển đổi dạng sóng để đưa năng lượng theo hướng phù hợp vào vật kiểm tra. Evident trình bày định luật Snell và sự phụ thuộc của góc khúc xạ vào vận tốc trong từng môi trường. [1] Vì vậy một ký hiệu góc trên nêm chỉ có ý nghĩa khi gắn với loại sóng và vật liệu được giả định.
Bài này xét tia trung tâm trong hai môi trường đồng nhất, mặt phân cách phẳng và một tấm có hai mặt song song. Các vận tốc, chiều dày và độ không đảm bảo đều là dữ liệu giả định. Mô hình tọa độ không tự xác nhận khả năng phản hồi của bất liên tục hoặc mức độ bao phủ của một quy trình kiểm tra.
Đổi góc bằng định luật khúc xạ
Gọi α là góc tới trong nêm, θ là góc sóng ngang trong tấm; cả hai đo từ pháp tuyến. Chọn vận tốc sóng dọc trong nêm c_w=2,73 mm/µs, sóng ngang trong tấm c_S=3,25 mm/µs và sóng dọc trong tấm c_L=5,9 mm/µs. Khi có nghiệm truyền tương ứng:
sinα/c_w = sinθ/c_S.
Muốn θ=60°, góc tới tính được α=46,673989°. Hai góc tới tới hạn trong mô hình là asin(c_w/c_L)=27,562238° và asin(c_w/c_S)=57,140120°. Góc vừa chọn nằm giữa chúng: nghiệm sóng dọc khúc xạ lan truyền trong khối không còn tồn tại theo hình học tia, còn nghiệm sóng ngang vẫn có.
Không suy từ kết quả này rằng toàn bộ năng lượng phát đã vào sóng ngang. Phản xạ tại mặt phân cách, đặc tính tiếp âm và các hiện tượng ở biên còn ảnh hưởng năng lượng. Định luật Snell xác định hướng của nghiệm, không tự cho hệ số truyền năng lượng.
Lấy đạo hàm ở trạng thái trên, dθ/dα=(c_S/c_w)cosα/cosθ=1,633687 rad/rad. Một thay đổi nhỏ 0,5° của góc tới có thể đổi góc khúc xạ khoảng 0,817°. Góc càng gần tiếp tuyến, hệ số có thể càng lớn; một thay đổi nhỏ ở nêm không luôn tạo thay đổi nhỏ tương đương trong vật.
Nửa khoảng nhảy, khoảng nhảy và chiều dài chặng
Cho chiều dày t=25 mm, θ=60°. Chặng đầu đi từ mặt trên tới mặt dưới. Tam giác vuông cho chiều dài đường truyền một chặng l=t/cosθ=50 mm, hình chiếu bề mặt của chặng bằng t tanθ=43,301270 mm.
Sau phản xạ gương ở mặt dưới và quay về mặt trên, tia đã đi hai chặng. Khoảng nhảy đầy đủ theo bề mặt là:
X_skip = 2t tanθ = 86,602540 mm.
Đường truyền tương ứng trong vật bằng 2t/cosθ=100 mm. Hai số 86,602540 và 100 cùng đơn vị nhưng mô tả hai đường khác nhau. Không nhập khoảng nhảy bề mặt làm chiều dài âm trong phép hiệu chỉnh thời gian.
Evident mô tả đường tia xuống đáy rồi phản xạ lên và việc dịch đầu dò để quét vùng mối hàn. Tài liệu cũng phân biệt tín hiệu từ hình dạng liên kết với tín hiệu cần phân tích thêm. [2] Một phép tính giao tia với vùng hàn chỉ là bước hình học, chưa chứng minh toàn bộ vùng đó được kiểm tra với độ nhạy yêu cầu.
Gập đường thẳng để xác định chiều sâu
Giả sử đã hiệu chỉnh độ trễ và vận tốc để có s là chiều dài một chiều từ điểm ra tia tới vị trí phản xạ, không phải tổng đường đi về. Tưởng tượng phản xạ bằng cách trải các lớp tấm liên tiếp theo chiều sâu. Trong hình trải:
x = s sinθ; y = s cosθ.
Với 0≤y≤t, chiều sâu thật z=y. Với t≤y≤2t, z=2t−y. Với 2t≤y≤3t, z=y−2t. Có thể tiếp tục gập qua các mặt nếu các giả thiết phản xạ còn phù hợp.
Tại s=75 mm, y=37,5 mm nằm ở chặng thứ hai. Kết quả z=50−37,5=12,5 mm và x=64,951905 mm. Nếu bỏ qua nhánh, lấy z=s cosθ sẽ báo 37,5 mm trong tấm chỉ dày 25 mm. Sai số này không do máy bấm; đó là chọn sai hình học.
Tại s=125 mm, y=62,5 mm thuộc chặng thứ ba và cũng cho z=12,5 mm, nhưng hình chiếu x=108,253175 mm. Cùng một chiều sâu có thể tương ứng nhiều vị trí trên các chặng khác nhau. Không thể định vị chỉ bằng cột chiều sâu mà bỏ đường truyền và hướng quét.
Điểm ra tia phải có mốc rõ ràng
Nếu tọa độ điểm ra tia trên cấu kiện là x_0=100 mm và tia hướng theo chiều x tăng, tọa độ chỉ thị của ví dụ s=75 là 164,951905 mm. Giả sử mép trước nêm nằm ở 112 mm; khoảng từ mép ấy đến hình chiếu chỉ thị chỉ bằng 52,951905 mm.
Nếu lấy tọa độ mép trước 112 mm rồi cộng trực tiếp x=64,951905 mm như thể đó là điểm ra tia, sai lệch vị trí bằng 12 mm. Khi đổi hướng quét, công thức tọa độ đổi thành x_0−s sinθ; không sửa bằng cách đổi dấu chiều sâu.
Bản ghi cần nêu vị trí đang tham chiếu tới điểm ra tia, mép nêm hay mốc trên hệ quét. Một dấu vẽ trên vỏ đầu dò không thay thế việc xác định vị trí ra tia của cấu hình đang dùng.
Sai góc ảnh hưởng mạnh khi đường truyền dài
Trong chặng thứ hai, z=2t−s cosθ. Hệ số nhạy theo góc là ∂z/∂θ=s sinθ. Tại s=75 mm, θ=60°, nó bằng 64,951905 mm/rad. Sai góc 1° tạo thay đổi tuyến tính khoảng 1,133625 mm ở chiều sâu; sai hình chiếu bề mặt khoảng s cosθ×π/180=0,654498 mm.
Tính đúng tại 59° cho z=11,372144 mm; tại 61° cho z=13,639278 mm. Hai gia số không đối xứng hoàn toàn vì hàm lượng giác phi tuyến. Đồng thời, khoảng nhảy đầy đủ tăng từ 86,602540 mm ở 60° lên 90,202388 mm ở 61°.
Dựng một ngân sách độc lập với u(t)=0,15 mm, u(s)=0,3 mm và u(θ)=0,5°=0,00872665 rad. Khi vị trí chắc chắn ở chặng thứ hai:
u²(z) = 4u²(t)+cos²θ u²(s)+(s sinθ)²u²(θ).
Kết quả u(z)=0,658617 mm. Phần do góc lớn hơn riêng từng phần do chiều dày hay thời gian. Nếu s và θ cùng suy từ một vận tốc chưa chắc chắn, chúng có thể tương quan; khi ấy không được dùng ngân sách độc lập này nguyên trạng.
Gần mặt phản xạ cần xét chuyển nhánh
Ở s=50 mm, tia vừa chạm đáy z=25 mm. Với s=49 hoặc 51 mm và góc không đổi, chiều sâu đều bằng 24,5 mm. Gần điểm ấy:
z = 25−|s cos60°−25|.
Hàm chiều sâu liên tục nhưng đạo hàm đổi dấu. Một khoảng sai số đường truyền đi qua ranh chặng sẽ cho phân bố chiều sâu lệch, không còn được mô tả tốt bằng một độ nhạy tuyến tính duy nhất. Cần truyền các giá trị qua đúng từng nhánh hoặc dùng mô phỏng đầu vào; không để công thức tạo chiều sâu lớn hơn chiều dày chỉ vì quên gập.
Giới hạn của mô hình tấm phẳng
Đối với quét theo chu vi ống, pháp tuyến thay đổi theo vị trí. Tài liệu CSC của Evident giải thích rằng chiều sâu, hình chiếu bề mặt và chặng phải hiệu chỉnh theo độ cong; có trường hợp tia không gặp mặt trong để tạo khoảng nhảy như trong tấm phẳng. [3] Khi đó công thức 2t tanθ không còn mô tả đúng hình học.
Tương tự, vận tốc dị hướng hoặc các lớp vật liệu khác nhau có thể làm tia đổi hướng trong đường đi. Bản thân một chùm âm còn có bề rộng, không phải một đường vô hạn mảnh. Bài tính nên được lưu như phép kiểm tọa độ của một mô hình xác định; hồ sơ kiểm tra thực cần thêm xác minh góc, điểm ra tia, đường truyền và phản hồi trên mẫu tham chiếu phù hợp.
Nguồn tham khảo
[1] An Introduction to Angle Beam Assemblies — Evident Industrial Resources. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] 5.2 Angle Beam Inspection — Evident; Ultrasonic Flaw Detection Tutorial. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Theory and Use of Curved Surface Correction (CSC) Software in Evident NDT EPOCH Series Flaw Detectors — Evident Industrial Resources. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
