Siêu âm mảng pha dùng nhiều phần tử và độ trễ điện tử tạo chùm sóng, nhờ đó lái và hội tụ chùm bằng điện, rồi lưu tệp dữ liệu quét. Siêu âm thường phát một chùm cố định từ một đầu dò, người thao tác dịch đầu dò và đọc biên độ theo thời gian trên màn hình.
Kết luận trên đúng khi so cách tạo chùm và cách ghi dữ liệu của hai kỹ thuật, trên mối hàn kim loại kiểm bằng xung phản hồi. Phạm vi nguồn: một bài phổ biến kiến thức của ASNT trích từ giáo trình huấn luyện siêu âm, trang nguyên lý siêu âm của nde-ed.org, một bài mô phỏng trên tạp chí Sensors và một thử nghiệm của TWI trên mối hàn khác kim loại. Nguồn không cho mức chấp nhận khuyết tật, không cho quy định về chứng chỉ nhân sự, nên bài không nêu.
Bảng đối chiếu siêu âm mảng pha và siêu âm thường
| Tiêu chí | Siêu âm mảng pha (PAUT) | Siêu âm thường (một đầu dò) |
|---|---|---|
| Cách tạo chùm | Nhiều phần tử cộng với độ trễ điện tử; chùm hình thành do giao thoa tăng cường và triệt tiêu [1] | Một biến tử được xung điện áp cao kích thích, phát chùm cố định vào vật [2] |
| Đổi góc chùm | Lái, quét, quét quạt và hội tụ bằng điện [1]; quét quạt quét qua một dải góc chọn trước, ví dụ 40° đến 70° sóng ngang [1] | Đổi góc bằng cách đổi nêm hoặc đổi đầu dò; ASNT ghi sửa cấu hình đã lập của mảng pha nhanh hơn so với chỉnh tay thiết bị và đầu dò thường [1] |
| Điều khiển cần có | Mạch trễ chính xác tới khoảng 2 ns để đạt độ chính xác pha [1]; phần tử thường được kích theo nhóm 4 đến 32, với mối hàn thường là 16 phần tử [1] | Bộ phát/thu, biến tử và bộ hiển thị [2] |
| Cái đọc được trên màn | Ảnh quét dựng từ các luật trễ pha; phần mềm lưu và hiển thị kết quả [1] | Biên độ sóng phản hồi theo thời gian từ lúc phát tới lúc nhận [2] |
| Lưu hồ sơ | Thường yêu cầu bộ mã hoá vị trí và lưu trọn dữ liệu [1] | Nguồn không so; nde-ed.org mô tả tín hiệu hiển thị trên màn, không nói tới lưu tệp [2] |
| Tốc độ phủ vùng kiểm | Quét điện tử phủ rất nhanh, ASNT ghi thường nhanh hơn một bậc so với hệ một đầu dò dịch cơ khí [1] | Mốc so sánh của câu bên trái [1] |
| Vật lý sau khi sóng vào vật | Không đổi: sóng trong vật độc lập với cách phát ra nó [1] | Không đổi: cùng lý do [1] |
| Vật liệu khó | Luật trễ tính theo giả định vật liệu đẳng hướng và đồng nhất [3] | Gang và vật liệu hạt thô khó kiểm vì truyền âm kém, nhiễu tín hiệu cao [2] |
Nguồn [1]–[4] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 12/09/2026. Các trị số là số của nguồn tương ứng, không phải hằng số chung cho thiết bị của hãng khác.
Vì sao chùm tia lái được bằng điện?
ASNT mô tả cơ chế bằng một câu gọn: siêu âm mảng pha dùng nhiều phần tử và các độ trễ thời gian bằng điện tử để phát và thu siêu âm, tạo ra chùm tia bằng giao thoa tăng cường và triệt tiêu [1]. Mỗi phần tử được nối dây, kích xung và dịch thời gian riêng; các sóng con gặp nhau rồi cộng lại thành một mặt sóng.
Cách hiểu của bài: đổi bộ độ trễ là đổi hình dạng mặt sóng cộng lại, mà đổi bộ độ trễ chỉ là đổi con số trong máy. Đó là lý do góc và điểm hội tụ chuyển được mà tay không chạm vào đầu dò. Với siêu âm thường, góc chùm do nêm và đầu dò quyết định, muốn đổi thì phải thay chi tiết.
Điểm mấu chốt là thứ chùm tia làm được sau đó. ASNT ghi việc tạo chùm cho phép chọn góc sao cho chùm vuông góc với loại khuyết tật đang tìm, ví dụ chỗ không ngấu trong mối hàn [1]; quét quạt quét qua một dải góc chọn trước, ví dụ 40° đến 70° sóng ngang, dùng cùng một nhóm phần tử để sinh tất cả các góc [1]. Hội tụ bằng điện cải thiện rõ tỉ số tín hiệu trên nhiễu và cho phép chạy ở điện áp phát thấp hơn [1]. Quét quạt còn có ích ở chỗ mặt bằng chật, nơi cách quét thường bị hạn chế [1].
Nhưng ASNT cũng chốt một câu quan trọng cho người làm nghề: khi siêu âm đã vào trong vật, nó độc lập với cách phát ra, dù phát bằng áp điện, điện từ, laser hay mảng pha [1]. Vì thế nhiều chi tiết của siêu âm không đổi — ASNT lấy ví dụ nếu 5 MHz là tần số kiểm tối ưu với siêu âm thường thì mảng pha thường bắt đầu bằng đúng tần số, cỡ khẩu độ, tiêu cự và góc tới ấy [1]. Nguyên lý phát hiện khuyết tật bằng sóng siêu âm nằm ở siêu âm UT: nguyên lý phát hiện khuyết tật.
Luật trễ pha giả định vật liệu đồng nhất — chỗ này hay trượt
Đây là giới hạn ít được nói. Bài trên tạp chí Sensors ghi các độ trễ trong PAUT cần thông tin đặc tính danh nghĩa của vật liệu và hình học, và chúng được tính dựa trên giả định vật liệu đẳng hướng, đồng nhất [3]. Khi mối hàn không như vậy, nhóm tác giả ghi khả năng hội tụ chùm xấu đi và tỉ số tín hiệu trên nhiễu giảm [3].
Mối hàn thép austenit là ca điển hình: bài này ghi mối hàn austenit thể hiện tính dị hướng và không đồng nhất, sinh ra trong lúc kim loại đông đặc, liên quan tới hướng hạt [3]. TWI mô tả cùng vấn đề ở mối hàn khác kim loại: việc kiểm không phá huỷ các mối hàn ấy phức tạp vì tính không đồng nhất và dị hướng vốn có do hạt austenit lớn [4]. Bài trên Sensors nói thêm rằng trong phần lớn hiện trường, vật liệu vẫn được coi là đẳng hướng và đồng nhất, và kế hoạch quét được lập theo giả định đó [3].
Cách hiểu của bài: luật trễ là một phép tính đường đi của sóng. Phép tính ấy chỉ đúng bằng đúng mức mô hình vật liệu đưa vào. Vật liệu lệch khỏi mô hình thì chùm tia thật không tới chỗ mà máy vẽ. Danh sách khuyết tật hay gặp trong mối hàn xem ở khuyết tật mối hàn: nguyên nhân và cách nhận biết.
Thử nghiệm của TWI: chỗ mảng pha hơn và chỗ không hơn
TWI so hai kỹ thuật mảng pha với quy trình siêu âm thường được coi là thực hành tốt nhất, làm riêng cho một cụm ống nối hàn khác kim loại có lớp phủ [4]. Kết quả không đi về một phía.
Về định kích thước theo chiều dày, TWI ghi cả hai kỹ thuật mảng pha đều làm tốt hơn kỹ thuật thường [4]; sai số bình phương trung bình của kỹ thuật mảng pha TRL và của TOFD lần lượt là 0,52 mm và 1,04 mm [4]. Ở phía ngược lại, các lần quét nền bằng bốn góc chùm khác nhau (15, 30, 45 và 70°) không định được chiều cao theo chiều dày của rãnh nào, nhưng tỉ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của lần quét nền nhìn chung lại tốt hơn cả hai kỹ thuật mảng pha [4].
Đây là số của một cụm mẫu, một loại mối hàn, một bộ đầu dò. Bài không suy rộng ra mối hàn thép cacbon thông thường.
Ba mẹo sai về siêu âm mảng pha
Mẹo sai 1: "Mảng pha nhìn xuyên được chỗ siêu âm thường không nhìn thấy, vì chùm mạnh hơn." ASNT viết rõ ngược lại về bản chất: khi siêu âm đã vào trong vật thì nó độc lập với cách phát ra, dù phát bằng áp điện, điện từ, laser hay mảng pha [1]. Cái mảng pha đổi là cách tạo và điều khiển chùm, không phải hành vi của sóng trong kim loại.
Mẹo sai 2: "Có PAUT thì bỏ được siêu âm thường, kết quả luôn tốt hơn." Thử nghiệm của TWI cho một ca ngược: tỉ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của lần quét nền bằng đầu dò thường nhìn chung tốt hơn cả hai kỹ thuật mảng pha trên cụm mẫu đó [4]. Cùng thử nghiệm ấy, mảng pha lại hơn về định kích thước [4]. Hai tiêu chí, hai kết quả khác nhau.
Mẹo sai 3: "Máy vẽ ra ảnh quét quạt nên chỗ nào trong ảnh cũng đúng vị trí." Bài trên tạp chí Sensors ghi luật trễ được tính với giả định vật liệu đẳng hướng và đồng nhất [3], và khi mối hàn dị hướng thì hội tụ chùm xấu đi, tỉ số tín hiệu trên nhiễu giảm [3]. Ảnh vẫn hiện ra, nhưng nền hình học dựng ảnh đã lệch.
Bảng quyết định: thấy gì tại mối hàn thì làm gì
| Thấy hoặc đo được tại xưởng | Làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Cần hồ sơ quét nộp lại được, không chỉ biên bản ghi tay | Chọn cấu hình mảng pha có bộ mã hoá vị trí và lưu trọn dữ liệu | [1] |
| Mặt bằng chật, đầu dò không rê đủ đường như quy trình thường | Cân nhắc quét quạt, vì nguồn nêu đúng tình huống bị hạn chế lối quét | [1] |
| Mối hàn là thép austenit hoặc mối hàn khác kim loại, hạt thô | Không tin ảnh quét như với thép ferit; đối chiếu bằng mẫu chuẩn cùng vật liệu | [3][4] |
| Vật đúc gang hoặc vật liệu hạt thô | Lường trước truyền âm kém và nhiễu cao, cân nhắc phương pháp khác | [2] |
| Khuyết tật nghi là vết phẳng nằm song song với hướng chùm | Đổi góc chùm; nguồn ghi vết phẳng song song với chùm có thể không bị phát hiện | [2] |
| Đã có quy trình siêu âm thường chạy tốt, định chuyển sang mảng pha | Giữ tần số, cỡ khẩu độ, tiêu cự và góc tới của quy trình cũ làm điểm xuất phát | [1] |
| Cần vừa định vị vừa định chiều cao khuyết tật theo chiều dày | Đừng chọn theo tên kỹ thuật; định rõ tiêu chí nghiệm thu rồi mới chọn, vì trong thử nghiệm đã dẫn hai tiêu chí cho kết quả trái nhau | [4] |
| Thiếu mẫu chuẩn cùng vật liệu và cùng hình học | Chưa kiểm; nguồn ghi mẫu chuẩn là thứ cần cho cả hiệu chuẩn thiết bị lẫn mô tả khuyết tật | [2] |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 12/09/2026. Các câu dẫn đã được đối chiếu trên văn bản tải trực tiếp từ những địa chỉ dưới đây.
- [1] ASNT (American Society for Nondestructive Testing), NDT Overview: An Introduction to Phased Array Ultrasonic Testing — bài trích từ ấn bản thứ hai của giáo trình huấn luyện siêu âm do ASNT xuất bản: https://www.asnt.org/standards-publications/blog/ndt-overview-an-introduction-to-phased-array-ultrasonic-testing — cơ chế tạo chùm bằng độ trễ điện tử; lái, quét quạt, hội tụ; dải góc ví dụ; số phần tử theo nhóm; độ chính xác mạch trễ; sóng trong vật độc lập với cách phát; bộ mã hoá và lưu dữ liệu.
- [2] Iowa State University — nde-ed.org, Nondestructive Evaluation Techniques: Ultrasound — Basic Principles of Ultrasonic Testing: https://www.nde-ed.org/NDETechniques/Ultrasonics/Introduction/description.xhtml — cấu hình xung phản hồi; hiển thị biên độ theo thời gian; lợi thế tiếp cận một phía; cần chất tiếp âm; gang và vật liệu hạt thô; vết phẳng song song với chùm; yêu cầu mẫu chuẩn.
- [3] Sensors (MDPI, bản toàn văn mở trên PMC), Analysis of Flaw Detection Sensitivity of Phased Array Ultrasonics in Austenitic Steel Welds According to Inspection Conditions: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7795725/ — độ trễ tính theo giả định đẳng hướng, đồng nhất; hội tụ xấu đi và tỉ số tín hiệu trên nhiễu giảm ở mối hàn dị hướng; nguồn gốc dị hướng của mối hàn austenit.
- [4] TWI, Evaluation of the Phased Array Transmit-Receive Longitudinal and Time of Flight Diffraction Techniques: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/evaluation-of-the-phased-array-transmit-receive-longitudinal-and-time-of-flight-diffraction-techniques — thử nghiệm trên một cụm mối hàn khác kim loại có lớp phủ: sai số định kích thước, kết quả của các góc chùm nền, so tỉ số tín hiệu trên nhiễu.
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu (không trích nội dung, không trích mức chấp nhận): ISO 17640 Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing levels, and assessment; ISO 13588 Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of automated phased array technology; ISO 19285 Non-destructive testing of welds — Phased array ultrasonic testing (PAUT) — Acceptance levels. Tên đối chiếu trên bản xem trước công khai của ISO 17640:2018 và của bản dự thảo cuối ISO/FDIS 17635 tại cdn.standards.iteh.ai, vì trang iso.org trả mã 403 cho truy cập tự động.
Bảng này không dùng cho:
- Mức chấp nhận khuyết tật, chiều cao hay chiều dài cho phép: bài không nêu.
- Yêu cầu về chứng chỉ và bậc thợ kiểm: bài không nêu.
- So sánh thiết bị hay đầu dò của các hãng: bài không nêu.
- Kỹ thuật hội tụ toàn phần và các cách xử lý tín hiệu mới: chỉ được nhắc tên trong nguồn, không đối chiếu.
- Kiểm siêu âm vật liệu phi kim và vật liệu tổ hợp: bài không nêu.
Không xác định được từ bài này: kỹ thuật nào phát hiện được khuyết tật cụ thể trên mối hàn đang có — số của TWI gắn với một cụm mẫu và một bộ đầu dò riêng; và ngưỡng dị hướng mà từ đó luật trễ pha sai lệch đáng kể, vì nguồn đã kiểm không cho trị số.
Cần chính xác hơn: đối chiếu cách chọn phương pháp theo dạng khuyết tật ở kiểm tra không phá huỷ NDT là gì, chọn phương pháp nào, và các bậc chứng chỉ nhân sự ở chứng chỉ nhân sự NDT theo ISO 9712 và SNT-TC-1A.
Câu hỏi thường gặp
PAUT là gì? Là kỹ thuật siêu âm dùng nhiều phần tử và độ trễ thời gian bằng điện tử để phát và thu sóng, tạo chùm tia bằng giao thoa tăng cường và triệt tiêu; nhờ đó chùm được lái, quét, quét quạt và hội tụ bằng điện [1].
Quét quạt khác gì quét thường? ASNT mô tả quét quạt quét qua một dải góc chọn trước, ví dụ 40° đến 70° sóng ngang, dùng cùng một nhóm phần tử để sinh tất cả các góc [1]. Cách quét này còn có ích ở chỗ mặt bằng chật, nơi lối quét thường bị hạn chế [1].
Luật trễ pha là gì và vì sao phải quan tâm? Đó là bộ độ trễ thời gian mà máy áp cho từng phần tử để dựng chùm. Bài trên tạp chí Sensors ghi các độ trễ này cần thông tin đặc tính danh nghĩa và hình học của vật liệu, và được tính với giả định vật liệu đẳng hướng, đồng nhất [3]; mối hàn dị hướng làm hội tụ xấu đi và tỉ số tín hiệu trên nhiễu giảm [3].
Siêu âm mảng pha nhanh hơn siêu âm thường bao nhiêu? ASNT ghi quét điện tử phủ vùng kiểm rất nhanh, thường nhanh hơn một bậc so với hệ một đầu dò dịch cơ khí [1]. Đây là mức nguồn ghi kèm chữ "thường"; bài không quy ra thời gian cho một mối hàn cụ thể.
Có PAUT rồi thì bỏ siêu âm thường được không? Trong thử nghiệm của TWI trên một cụm mối hàn khác kim loại, hai kỹ thuật mảng pha định kích thước tốt hơn, nhưng tỉ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của lần quét nền bằng đầu dò thường lại nhìn chung tốt hơn [4]. Kết quả phụ thuộc tiêu chí đang xét.
Vật liệu nào khó kiểm bằng siêu âm? Trang nguyên lý của nde-ed.org nêu gang và các vật liệu hạt thô khó kiểm vì truyền âm kém và nhiễu tín hiệu cao; vật rất mỏng, rất nhỏ, mặt gồ ghề hoặc không đồng nhất cũng khó [2].