Luận văn Nghiên cứu chế tạo mẫu phục vụ đào tạo kỹ thuật viên kiểm tra khuyết tật hàn bằng phương pháp NDT (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo mẫu phục vụ đào tạo kỹ thuật viên kiểm tra khuyết tật hàn bằng phương pháp NDT (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MẪU PHỤC VỤ ĐÀO TẠO KỸ THUẬT VIÊN KIỂM TRA KHUYẾT TẬT HÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NDT ( CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ & SIÊU ÂM TỔ HỢP PHA) NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 1 2 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MẪU PHỤC VỤ ĐÀO TẠO KỸ THUẬT VIÊN KIỂM TRA KHUYẾT TẬT HÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NDT ( CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ&SIÊU ÂM TỔ HỢP PHA) NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 GVHD : TS. LÊ CHÍ CƯƠNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN TIẾN Giới tính: Nam Sinh ngày : 10/10/1986 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Khu 2, TT Lộc Thắng, Huyện Bảo Lâm, Tỉnh Lâm Đồng Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khu 2, Lộc Thắng, H Bảo Lâm, T Lâm Đồng. Điện thoại riêng: 0938840079 E-mail: nguyentienspk@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 01/2010 Nơi học: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: ―Nghiên cứu thiết kế máy tách trấu trong dây chuyền chế biến lúa gạo‖. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2009, ĐHSPKT Người hướng dẫn: GV: Huỳnh Minh Phú III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 04/2010 đến 11/2011 Công Ty TBCN Thăng Uy. Kỹ Thuật viên Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Từ 11/2011 đến nay Học Viên Thuật TP HCM Ngày 10 tháng 10 năm 2013 Ngƣời khai ký tên i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, trên đây là công trình nghiên cứu của tôi. Công trình được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân, tư vấn ý kiến khoa học của các chuyên gia ngành hàn, các thợ có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực Hàn-cắt kim loại, các kỹ thuật viên có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực kiểm tra khuyết tật hàn và thông qua chế tạo thực nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Chí Cƣơng. Các số liệu, kết quả được công bố trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2013 HỌC VIÊN Nguyễn Văn Tiến ii
5. LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành dưới sự hỗ trợ của đề tài ―Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật kiểm tra siêu âm phased array trong kiểm tra chất lượng mối hàn như một giải pháp thay thế phương pháp chụp ảnh phóng xạ‖ nằm trong Đề án Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Lê Chí Cƣơng, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, người đã giành nhiều thời gian định hướng, hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức quí báu trong thời gian thực hiện luận văn. Xin cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc chi nhánh Công ty TNHH Giải Pháp Kiểm Định Việt Nam (VISCO) tại TP. Hồ Chí Minh - đã nhiệt tình chia sẻ kiến thức, góp ý, hỗ trợ kiểm tra đánh giá chi tiết mẫu. Xin cảm ơn các anh – Trung tâm ứng dụng tiến bộ khoa học & công nghệ thuộc Sở Khoa Học & Công Nghệ tỉnh Đồng Nai - đã chia sẻ những kinh nghiệm thực tiễn và hỗ trợ kiểm tra đánh giá các chi tiết mẫu. Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như nghiên cứu sau này. Xin cảm ơn Gia đình và các bạn đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt thời gian vừa qua. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2013 HỌC VIÊN Nguyễn Văn Tiến iii
6. TÓM TẮT Khuyết tật hàn trong các mối hàn của đường ống gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng kết cấu hàn cũng như quá trình làm việc của chúng. Ngoài ra, theo các qui định về an toàn hoạt động trong các ngành công nghiệp hoá dầu, dầu khí, cần thực hiện kiểm tra định kỳ chất lượng các mối hàn bằng các phương pháp NDT như chụp ảnh phóng xạ, siêu âm tổ hợp pha, Từ đó, nhu cầu về chi tiết mẫu có chứa khuyết tật hàn phục vụ cho công tác đào tạo kỹ thuật viên NDT kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn ngày càng cao. Hiện tại, các chi tiết mẫu hiệu chuẩn và mẫu có chứa khuyết tật hàn thường được nhập ngoại với giá thành cao khó có thể đầu tư trên diện rộng phục vụ cho các cơ sở đào tạo về kỹ thuật kiểm tra NDT. Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các khuyết tật hàn thường xuất hiện trong mối hàn, tiêu chuẩn của các chi tiết mẫu, đề xuất quy trình công nghệ chế tạo chi tiết có chứa các khuyết tật hàn thông dụng như ngậm xỉ, thiếu ngấu, rỗ khí và nứt. Quy trình công nghệ đề xuất đã được kiểm nghiệm qua việc chế tạo các chi tiết mẫu thử nghiệm và kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ, siêu âm tổ hợp pha. Kết quả kiểm nghiệm cho kết quả tốt, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cho phép ứng dụng quy trình công nghệ chế tạo chi tiết mẫu trên diện rộng để cung cấp cho các cơ sở đào tạo kỹ thuật kiểm tra NDT. iv
7. SUMMARY Welding defects in joints weld of pipe make influence seriously on quality of welding structure as well as its working process. Besides, according to safety at work in petrochemical industry and petroleum industry, weld seam quality need to be tested by NDT techniques, such as: Radiographic testing, Ultrasonic testing phased array vv, From that point, the requirement of test specimen containing welding defects that using for NDT technician traning or checking, evaluation test specimen quality is more and more higher. At present, test specimens containing welding defects is often imported with high price. For this reason, it’s difficult for extensive invest to serve NDT testing techniques training facility. Subject studied welding defects occur popular in weld seams, standard of test specimens, proposals for welding procedure specification of producing detail containing common welding defects, such as: lack of sidewall, slag inclusions, porosity and cracks. Welding procedure specification proposed was tested through producing test specimens and testing by radiographic testing, phased array. The testings bring good results and respond technical requirement. Welding procedure specification producing test specimen is applied widely to supply for NDT testing techniques training facility. v
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu 2 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.6. Kết cấu của luận văn 3 Chƣơng 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1. Tổng quan nghiên cứu của đề tài 4 2.1.1. Tình hình nghiên cứu của đề tài ngoài nước 4 2.1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài trong nước 6 2.2. Công nghệ hàn 7 2.2.1. Mối hàn 7 2.2.2. Các loại khuyết tật hàn 10 2.2.2.1. Thiếu ngấu ( Lack of fusion) 10 2.2.2.2. Khuyết tật rỗ khí/ hốc khí 13 2.2.2.3. Khuyết tật nứt 16 2.2.2.4. Khuyết tật ngậm xỉ 20 2.3. Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 24 2.3.1. Đặc điểm của kiểm tra không phá huỷ 25 2.3.2. Ứng dụng 26 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27 3.1. Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn 27 3.1.1. Phương pháp hàn điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là khí trơ (GTAW). 27 3.1.1.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động 27 3.1.1.2. Điện cực hàn GTAW 28 3.1.1.3. Cường độ dòng điện khi hàn GTAW 29 3.1.1.4. Điện áp hồ quang 30 3.1.1.5. Khí bảo vệ 31 3.1.1.6. Kim loại điền đầy (rod hàn) 32 3.1.1.7. Ưu, khuyết điểm của phương pháp 33 3.1.2. Phương pháp hàn điện cức nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW). 33 3.1.2.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động 33 3.1.2.2. Dây hàn 34 vi
9. 3.1.2.3. Khí bảo vệ 34 3.1.2.4. Thông số hàn 35 3.1.2.5. Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp 36 3.1.3. Phương pháp hàn hồ quang tay 37 3.1.3.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động 37 3.1.3.2. Que hàn 38 3.1.3.3. Cường độ dòng điện hàn 40 3.1.3.4. Điện áp hồ quang 41 3.1.3.5. Tốc độ hàn 41 3.1.3.6. Góc độ que hàn 42 3.1.3.7. Ưu, khuyết điểm của phương pháp 42 3.1.4. Phương pháp hàn Hồ quang dưới lớp thuốc 43 3.1.4.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động 43 3.1.4.2. Cường độ dòng điện và điện áp hàn 43 3.1.4.3. Tốc độ hàn 44 3.1.4.4. Đường kính dây hàn 44 3.1.4.5. Ưu, khuyết điểm của phương pháp 45 3.1.5. Phương pháp hàn Dây hàn lõi thuốc 45 3.1.5.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động 46 3.1.5.2. Cường độ dòng điện và điện áp hàn 46 3.1.5.3. Tốc đô ̣cấp dây 47 3.1.5.4. Loại cực tính 47 3.1.5.5. Khí bảo vệ 48 3.1.5.6. Ưu, khuyết điểm của phương pháp 49 3.2. Các chi tiết mẫu 49 3.2.1. Định nghĩa 49 3.2.2. Yêu cầu kích thước hình học của chi tiết mẫu 50 3.2.3. Hình dạng, kích thước và dung sai các khuyết tật trong chi tiết mẫu 51 3.2.4. Bề mặt mẫu chi tiết 53 3.2.5. Dung sai kích thước chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53 3.2.6. Vật liệu khi chế tạo chi tiết mẫu 53 3.2.7. Các khuyết tật trong mẫu chi tiết hàn dùng trong kiểm tra bằng siêu âm 54 3.2.7.1. Loại khuyết tật 54 3.2.7.2. Vị trí khuyết tật 54 3.3. Các phƣơng pháp tạo khuyết tật 54 3.3.1. Không ngấu và thiếu ngấu chân 54 3.3.2. Ngậm xỉ (Lag Inclusions) 55 3.3.3. Rỗ khí 55 3.3.4. Nứt (Cracks) 55 3.4. Các phƣơng pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn 56 3.4.1. Phương pháp kiểm tra mối hàn bằng siêu âm tổ hợp pha 56 3.4.1.1. Quy trình kiểm tra chung 57 3.4.2. Phương pháp kiểm tra mối hàn bằng chụp ảnh phóng xạ 62 3.4.2.1. Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ 63 3.4.2.2. Giải đoán phim 64 Chƣơng 4 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHI TIẾT MẪU 66 4.1. Đề xuất chi tiết mẫu 66 4.2.1.1. Tạo vết nứt bằng ngoại lực 68 vii
10. 4.2.1.2. Cho kim loại phụ vào vũng hàn 68 4.2.1.3. Sử dụng kết hợp 2 điện cực hàn 69 4.2.1.4. Sử dụng điện cực hàn có hàm lượng cac-bon cao 69 4.2.2. Khuyết tật ngậm xỉ 70 4.2.2.1. Cấy xỉ bằng tay 70 4.2.2.2. Cấy xỉ bằng cách nghiêng điện cực 70 4.2.3. Tạo khuyết tật rỗ khí 71 4.2.3.1. Điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ 71 4.2.3.2. Sử dụng điện cực ẩm hoặc hư hỏng 71 4.2.3.3. Sử dụng điện cực có độ hút ẩm cao 72 4.2.4. Tạo khuyết tật thiếu ngấu cạnh 72 4.2.4.1. Sử dụng tấm kim loại che cạnh 72 4.2.4.2. Nghiêng điện cực 73 4.3. Đề xuất quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật. 73 4.3.1. Quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật nứt. 73 4.3.2. Quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật ngậm xỉ. 75 4.3.3. Quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật rỗ khí. 76 4.3.4. Quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật không ngấu cạnh. 78 4.4. Phƣơng pháp gia công mẫu chuẩn Navships và mẫu hiệu chuẩn cho các sản phẩm ống 80 4.4.1. Gia công mẫu chuẩn Navships 79 4.4.1.1. Mục đích 79 4.4.1.2. Các yêu cầu đối với chế tạo mẫu 80 4.4.2. Gia công mẫu hiệu chuẩn cho các sản phẩm ống 81 4.4.2.1. Mục đích 81 4.4.2.2. Các yêu cầu đối với chế tạo mẫu 81 Chƣơng 5 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM 83 5.1. Các chi tiết mẫu chế tạo thực nghiệm 83 5.1.1. Các chi tiết mẫu có chứa khuyết tật hàn 83 5.1.2. Gia công chi tiết mẫu chuẩn( Navships) 84 5.1.2.1. Chọn vật liệu 84 5.1.2.2. Bản vẽ thiết kế mẫu 84 5.1.2.3. Gia công mẫu 84 5.1.2.4. Kiểm tra đánh giá 84 5.1.3. Gia công chi tiết mẫu hiệu chuẩn cho các sản phẩm ống 85 5.1.3.1. Chọn vật liệu 85 5.1.3.2. Bản vẽ thiết kế mẫu 85 5.1.3.3. Gia công mẫu 85 5.1.3.4. Kết quả đánh giá 86 5.2. Chế tạo thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật với ống Ø60,3 mm 86 5.2.1. Chế tạo thực nghiệm mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu cạnh 86 5.2.1.1. Chọn vật liệu 86 5.2.1.2. Thiết kế mối ghép và bản vẽ chi tiết mẫu 86 5.2.1.3. Tạo khuyết tật 87 5.2.2. Chế tạo thực nghiệm mẫu khuyết tật nứt và ngậm xỉ. 90 5.2.2.1. Chọn vật liệu 90 5.2.2.2. Thiết kế mối ghép và bản vẽ chi tiết mẫu . 90 5.2.2.3. Tạo khuyết tật 91 viii
11. 5.2.3. Kiểm tra đánh giá 95 5.2.4. Nhận xét 97 5.3. Chế tạo thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật cho ống Ø 101,6 mm 98 5.3.1. Chế tạo thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu cạnh 98 5.3.1.1. Chọn vật liệu 98 5.3.1.2. Thiết kế mối ghép và bản vẽ chi tiết mẫu . 98 5.3.1.3. Tạo khuyết tật 98 5.3.2. Chế tạo thực nghiệm mẫu khuyết tật nứt và ngậm xỉ. 102 5.3.2.1. Chọn vật liệu 102 5.3.2.2. Thiết kế mối ghép và bản vẽ chi tiết mẫu . 102 5.3.2.3. Tạo khuyết tật 102 5.3.3. Kiểm tra đánh giá 106 5.3.4. Nhận xét 109 5.4. Chế tạo thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật cho ống Ø152,4 mm. 109 5.4.1. Chế tạo thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật nứt, rỗ khí và ngậm xỉ 109 5.4.1.1. Chọn vật liệu 109 5.4.1.2. Thiết kế mối ghép và bản vẽ chi tiết mẫu . 109 5.4.1.3. Tạo khuyết tật 110 5.4.2. Kiểm tra đánh giá 114 5.4.3. Nhận xét 116 Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 6.1. Kết luận 117 6.2. Kiến nghị 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 1 123 PHỤ LỤC 2 ix
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Việt PGS.TS Phó Giáo Sư Tiến Sĩ TS Tiến Sĩ LVTN Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Giảng Viên Hướng Dẫn GV Giảng Viên ĐHSPKT Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Thành Phố Hồ Chí Minh QTCN Quy Trình Công Nghệ Tiếng Anh DT Destructive Testing PA Phased Array UT Utrasonic Testing RF Radio Frequency NDT Non Destructive Testing NDE Non Destrictive Evaluation NDI Non Destructive Inspection RT Radiographic Test AE Acoustic Emission Testing LT Leak Testing VT Visual Test PT Penetrant Test MT Magnetic particle Test ET Eddy Current Test SDH Synchronous Digital Hierarchy API American Petroleum Institute x
13. AWS American Weld Society DNV Det Norske Veritas DAC Distance Amplitude Correction TVG Time Varied Gain ECA Electronic Components Association TCG Time Corrected Gain TOFD Time Of Flight Diffraction PA UT Phased Array Utrasonic Testing ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials ISO International Organization of Standardization IAEA International Atomic Energy Agency BINDT The British Institute of Non Destructive Testing TECDOC Technical Document GMAW Gas Metal Arc Welding GTAW Gas Tungsten Arc Welding SMAW Shielded Metal Arc Welding MMAW Manual Metal Arc Welding SAW Submerged Arc Welding FCAW Flux Cored Arc Welding EDM Electrical Discharge Machining CTWD Contact Tip Work Distance ESO Electrical Stick Out LSAT Line Scanning Analysis Technique P Porosity S Slag inclusion LF Lack of Fusion CR Cracks xi
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trường 4 Hình 2.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị trường 6 Hình 2.3: Một số chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị trường 6 Hình 2.4: Một số chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trường 6 Hình 2.5: Mối hàn giáp mối 8 Hình 2.6: Mối hàn góc 8 Hình 2.7: Mối hàn bẻ gờ 8 Hình 2.8: Mối hàn điểm 9 Hình 2.9: Mối hàn phức hợp 9 Hình 2.10. Khuyết tật trên bề mặt và trong mối hàn 10 Hình 2.11: Khuyết tật thiếu ngấu cạnh 11 Hình 2.12: Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp 12 Hình 2.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân 12 Hình 2.14: Các dạng khuyết tật rỗ khí 13 Hình 2.15: Rỗ khí bên trong mối hàn 14 Hình 2.16: Lỗ sâu (Worm holes) 14 Hình 2.17: Rỗ khí trên bề mặt mối hàn 15 Hình 2.18: Rỗ khí rãnh hồ quang 15 Hình 2.19: Vùng ảnh hưỡng nhiệt HAZ 17 Hình 2.20: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt dọc 17 Hình 2.21: Vị trí thường xuất hiện các vết nứt dọc 18 Hình 2.22: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt ngang 18 Hình 2.23: Vị trí các vết nứt ngang 18 Hình 2.24: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt tia 19 Hình 2.25: Vị trí vết nứt rãnh hồ quang 19 xii
15. Hình 2.26: Nứt cắt lớp ở chân mối hàn 20 Hình 2.27: Ngậm xỉ bên trong đường hàn 20 Hình 2.28: Ngậm xỉ bên trên đường hàn 20 Hình 2.29: Các vị trí thường xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ 21 Hình 2.30: Ngậm xỉ từ thuốc hàn nóng chảy trên phim chụp ảnh phóng xạ 22 Hình 2.31: Ngậm xỉ từ thuốc hàn 22 Hình 2.32: Ngậm xỉ từ các Ôxít trên phim Chụp ảnh phóng xạ 23 Hình 2.33: Ngậm xỉ từ Tungsteen trên phim chụp ảnh phóng xạ 23 Hình 2.34: Ngậm xỉ từ đồng trên phim Chụp ảnh phóng xạ 24 Hình 2.35: Các phương pháp kiểm tra NDT 25 Hình 3.1: Thiết bị hàn GTAW 28 Hình 3.2: Phân loại theo vạch màu trên điện cực hàn GTAW 29 Hình 3.3. Thiết bị hàn GMAW. 33 Hình 3.4: Máy hàn SMAW và các phụ kiện liên quan[6] 37 Hình 3.5: Nguyên lý hình thành mối hàn 38 Hình 3.6: Cấu tạo điện cực hàn SMAW 39 Hình 3.7. Đường đặc tính von-ampe 41 Hình 3.8: Nguyên lý hình thành mối hàn 43 Hình 3.9: Sự ảnh hưởng của điện áp 44 Hình 3.10: Sự ảnh hưởng đến độ ngấu của đường kính dây 45 Hình 3.11: Nguyên lý hình thành mối hàn trong hàn FCAW 46 Hình 3.12: Mối quan hệ giữa tốc độ cấp dây và dòng điện 47 Hình 3.13: Ảnh hưởng của cực tính trong hàn FCAW 47 Hình 3.14: Độ dài điện cực và Stick out 48 Hình 3.15: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn của công ty Sonaspection 50 Hình 3.16: Độ rộng vùng quét tối thiểu 51 Hình 3.16: Kích thước khuyết tật hàn 52 Hình 3.17: Một số chi tiết mẫu có khuyết tật hàn thường sử dụng trên thị trường 52 Hình 3.18: Kích thước chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53 xiii
16. Hình 3.19: Biến tử đầu dò tổ hợp pha 56 Hình 3.20: Biểu đồ dạng khối của thiết bị 57 Hình 3.21: Mẫu chuẩn V1 59 Hình 3.22: Mẫu chuẩn Navships 59 Hình 3.23: Thước đo 59 Hình 3.24: Máy tính cá nhân 59 Hình 3.25: Vùng dịch chuyển đầu dò 60 Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý kiểm tra chụp ảnh phóng xạ 63 Hình 3.27: Chụp ảnh các mối hàn 63 Hình 3.28: Chụp mối hàn đường ống 64 Hình 4.1: D là vị trí xuất hiện khuyết tật thiếu ngấu cạnh 66 Hình 4.2: Thiết kế chi tiết mẫu 66 Hình 4.3: Chuẩn bị mối ghép V đơn 67 Hình 4.4: Hình ảnh vết nứt dạng bẻ gãy 68 Hình 4.5: Kết quả vết nứt tạo ra từ việc thêm đoạn đồng vào mối hàn 69 Hình 4.6: Vết nứt hình thành khi hàn điện cực bằng gang 70 Hình 4.7: Phay rãnh tạo hóc chứa xỉ 70 Hình 4.8: Tạo hốc chứa xỉ bằng kỹ thuật điều chỉnh góc nghiên điện cực 71 Hình 4.9: Rỗ khí do thiếu khí bảo vệ 71 Hình 4.10: Rỗ khí với kỹ thuật hàn hồ quang gián đoạn 72 Hình 4.11: Sử dụng tắm kim loại chèn tạo khuyết tật 73 Hình 4.12: Nghiêng điện cực tạo khuyết tật 73 Hình 4.13: thiết kế mối ghép V đơn 74 Hình 4.14: Kỹ thuật hàn tạo khuyết tật nứt 75 Hình 4.15: thiết kế mối ghép V đơn 75 Hình 4.16: Kỹ thuật tạo khuyết tật 76 Hình 4.17: thiết kế mối ghép kiểu V đơn 77 Hình 4.18: Kỹ thuật tạo khuyết tật rỗ khí 78 Hình 4.19: thiết kế mối ghép V đơn 78 xiv
17. Hình 4.20: Kỹ thuật hàn tạo khuyết tật thiếu ngấu cạnh 79 Hình 5.1: Mẫu chuẩn Navships sau khi gia công 84 Hình 5.2: Kết quả siêu âm tổ hợp pha 85 Hình 5.3: Các mẫu hiệu chỉnh cho ống sau khi gia công 86 Hình 5.4: Kết quả siêu âm tổ hợp pha 86 Hình 5.5: Thiết kế mối ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 87 Hình 5.6: Vị trí hàn đính và xử lý mối hàn đính 87 Hình 5.7: Hàn lớp thứ nhất 88 Hình 5.8: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật rỗ khí 89 Hình 5.9: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật 89 Hình 5.10: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 90 Hình 5.11: Hàn lớp phủ 90 Hình 5.12: Thiết kế mối ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 91 Hình 5.13: Vị trí hàn đính và xử lý mối hàn đính 92 Hình 5.14: Hàn chế tạo khuyết tật nứt 93 Hình 5.15: Hàn vị trí còn lại của lớp hàn thứ nhất 93 Hình 5.16: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật 94 Hình 5.17: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 94 Hình 5.18: Hàn lớp phủ 94 Hình 5.19: Các chi tiết chứa khuyết tật 95 Hình 5.20: Các khuyết tật hàn trên phim chụp ảnh phóng xạ 96 Hình 5.21: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 96 Hình 5.22: Các khuyết tật hàn trên phim chụp ảnh phóng xạ 97 Hình 5.23: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 97 Hình 5.24: Thiết kế mối ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 98 Hình 5.25: Vị trí hàn đính và xử lý mối hàn đính 99 Hình 5.26: Hàn lớp thứ nhất 99 Hình 5.27: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật rỗ khí 101 Hình 5.28: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật 101 xv
18. Hình 5.29: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 101 Hình 5.30: Hàn lớp phủ 102 Hình 5.31: Thiết kế mối ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 102 Hình 5.32: Vị trí hàn đính và xử lý mối hàn đính 103 Hình 5.33: Hàn chế tạo khuyết tật nứt 104 Hình 5.34: Hàn vị trí còn lại của lớp hàn thứ nhất 105 Hình 5.35: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật 105 Hình 5.36: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 106 Hình 5.37: Hàn lớp phủ 106 Hình 5.38: Các chi tiết chứa khuyết tật 107 Hình 5.39: Các khuyết tật hàn trên phim chụp ảnh phóng xạ 108 Hình 5.40: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 108 Hình 5.41: Các khuyết tật hàn trên phim chụp ảnh phóng xạ 108 Hình 5.42: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 109 Hình 5.43: Thiết kế mối ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 110 Hình 5.44: Vị trí hàn đính và xử lý mối hàn đính 110 Hình 5.45: Hàn chế tạo khuyết tật nứt 111 Hình 5.46: Hàn vị trí còn lại của lớp hàn thứ nhất 112 Hình 5.47: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật rỗ khí 112 Hình 5.48: Hàn lớp đắp tạo khuyết tật 114 Hình 5.49: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 114 Hình 5.50: Hàn lớp phủ 114 Hình 5.51: Các chi tiết chứa khuyết tật 115 Hình 5.52: Các khuyết tật hàn trên phim chụp ảnh phóng xạ 116 Hình 5.53: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 116 xvi
19. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa mối hàn và mối ghép 9 Bảng 3.1: Thành phần hóa học của các điện cực vônfram 28 Bảng 3.2: Phân loại theo vạch màu trên điện cực hàn GTAW 29 Bảng 3.3: Lựa chọn đường kính điện cực và dòng điện hàn 30 Bảng 3.4: Thành phần các chất hóa học trong argon 32 Bảng 3.5: Phân loại ký hiệu que hàn theo AWS 40 Bảng 3.6: hiệu chỉnh chế độ hàn trong hàn FCAW 46 Bảng 3.7: Một vài kích thước chi tiết mẫu đang được sử dụng trên thị trường 52 Bảng 4.1: Thông tin vật liệu cơ bản 67 Bảng 4.2: Thành phần hóa học của thép ASTM A106 Grade B 67 Bảng 4.3: Thông tin vật liệu tiêu hao 67 Bảng 4.4: Các kí hiệu của thép theo tiêu chuẩn 80 Bảng 4.5:Thành phần hoá học của thép C45 theo tiêu chuẩn ISO 80 Bảng 4.6: Thông tin vật liệu cơ bản 81 Bảng 4.7: Thành phần hóa học của thép ASTM A106 Grade B 81 Bảng 5.1: Các chi tiết mẫu chứa khuyết tật 83 Bảng 5.2: Chế độ hàn tạo khuyết tật và hàn đắp 88 Bảng 5.3: Chế độ hàn cho lớp thứ nhất 92 Bảng 5.4: Kết quả đo các chi tiết mẫu 95 Bảng 5.5: Chế độ hàn tạo khuyết tật và hàn đắp 100 Bảng 5.6: Chế độ hàn cho lớp thứ nhất 104 Bảng 5.7: Kết quả đo các chi tiết mẫu 107 Bảng 5.8: Chế độ hàn cho lớp thứ nhất 111 Bảng 5.9: Chế độ hàn tạo khuyết tật và hàn đắp 112 Bảng 5.10: Kết quả đo các chi tiết mẫu 115 xvii
20. Chƣơng 1 GIỚI THIỆU Nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển một các nhanh chóng nhất là các nước phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Nga Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã đem lại những diện mạo mới cho cuộc sống con người và những công trình phục vụ cho nhu cầu của con người. Trong sự phát triển đó có, công nghệ kiểm tra không phá huỷ (NDT) là một công nghệ thiết yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp. 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. Ở nước ta công nghệ kiểm tra không phá huỷ còn mới và kỹ thuật viên kiểm tra bằng phương pháp này đang còn hạn chế. Và việc đào tạo kỹ thuật viện chuyên nghiệp đòi hỏi trang thiết bị phục vụ cho đào tạo.Với yêu cầu về trang thiết bị phải có các mẫu chuẩn, mẫu chứa các loại khuyết tật hàn để phục vụ cho đào tạo và hiệu chuẩn thiết bị. Hiện nay các mẫu được bán với giá thành cao và chưa có công ty, tổ chức nào trong nước chế tạo mẫu theo đúng tiêu chuẩn quốc tế về đào tạo kỹ thuật viên bằng phương pháp NDT. Khuyết tật hàn trong các mối hàn của đường ống gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng kết cấu hàn cũng như quá trình làm việc của chúng. Ngoài ra, theo các qui định về an toàn hoạt động trong các ngành công nghiệp hoá dầu, dầu khí, cần thực hiện kiểm tra định kỳ chất lượng các mối hàn bằng các phương pháp NDT. 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì chất lượng sản phẩm cũng được coi là một trong những yêu cầu để đánh giá kỹ thuật và công nghệ. Sản phấm chất lượng tốt không những trong khâu chế tạo mà sau quá trình hoạt động, kiểm tra sửa chữa vẫn đảm bảo được các tiêu chuẩn về chất lượng. Có rất nhiều sản phẩm, công trình yêu cầu phải đảm bảo chất lượng, trong đó có chất lượng mối hàn quyết định độ an toàn, giá trị và tuổi thọ của sản phẩm, công trình công nghiệp. Về việc phương pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn yêu cầu đội ngũ kỹ thuật viên có kiến thức chuyên môn và tay nghề. Trong phương pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng phương pháp không phá hủy ngoài việc phải đầu tư thiết bị, các doanh nghiệp đào tạo và nghiên cứu phải đầu 1