Luận văn Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (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 TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA MỐI HÀN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU BẰNG KỸ THUẬT KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 6 5 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA MỐI HÀN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU BẰNG KỸ THUẬT KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Thiện Ngôn Tp. Hồ Chí Minh – tháng 10/2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN TRUNG DŨNG Giới tính: Nam Sinh ngày : 09/02/1975 Nơi sinh: Nghệ an Quê quán: Phƣờng Hƣng Dũng, thành phố Vinh, tỉng Nghệ An Dân tộc: Kinh Đơn vị công tác: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0918356149 Fax: E-mail: trungdunghui@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao Đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1992 đến 09/1996 Nơi học : Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Kỹ thuật Vinh Ngành học: Công nghệ hàn 2. Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/1996 đến 09/2000 Nơi học: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Ngành học: Công Nghệ Cơ Khí Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và lập quy trình công nghệ gia công mũi khoan Ø16 chuôi côn. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 11/2001 đến 11/2003 Trƣờng CĐ Nghề Cơ Điện Giáo viên và Thủy Lợi Đông Nam Bộ Từ 11/2003 đến hiện nay Trƣờng ĐHCN TP.HCM Giảng Viên Ngày 07 tháng 10 năm 2015 Ngƣời viết ký tên Nguyễn Trung Dũng i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, trên đây là công trình nghiên cứu của tôi. Công trình đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân, tƣ vấn ý kiến khoa học của các chuyên gia ngành hàn, các thợ có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực hàn, các kỹ thuật viên có kinh nghiệm trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy và thông qua chế tạo thực nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn. Các số liệu, kết quả đƣợc công bố trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa đƣợc đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác. TP Hồ Chí Minh Ngày 07 tháng 10 năm 2015 Nguyễn Trung Dũng ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “ Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy, Cô các chuyên gia, các công ty, bạn bè và gia đình. Vậy nay tôi: Tác giả trân trọng cảm ơn chân thành PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học qúi báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Chí Cƣơng, ngƣời đã giành nhiều thời gian định hƣớng, hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức quí báu trong thời gian tác giả thực hiện luận văn. Tác giả trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Tác giả trân trọng cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc Công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt Nam (Visco) – đã nhiệt tình chia sẻ kiến thức, góp ý, hỗ trợ kiểm tra đánh giá về siêu âm chi tiết mẫu. Tác giả trân trọng cảm ơn anh Phạm Chí Sỹ - Bộ phận kiểm định thuộc Công ty kiểm định độc lập SGS, Thụy Sĩ - đã chia sẻ những kinh nghiệm thực tiễn và hỗ trợ kiểm tra đánh giá về chụp ảnh phóng xạ các chi tiết mẫu. Tác giả trân trọng cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí Trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM, cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành khóa học của mình. Tác giả trân trọng cảm ơn Gia đình đã luôn động viên, chia sẻ khó khăn trong suốt quá trình tác giả học tập và thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn. Học viên thực hiện Nguyễn Trung Dũng iii
6. TÓM TẮT Sự tham gia của các kim loại khác nhau trong một kết cấu đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. chủ yếu để đạt đƣợc tính chất cơ học tốt của vật liệu hoặc là khối lƣợng riêng thấp hoặc chống ăn mòn tốt hoặc tính chất điện tốt của vật liệu thứ hai. Tuy nhiên hiệu quả của hàn kim loại khác nhau đã đặt ra một thách thức lớn về công nghệ do sự khác biệt về tính chất cơ nhiệt và hóa học của vật liệu trong liên kết khi hàn hai vật liệu thép cacbon A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit A240M 316L. Cho nên việc nghiên cứu các thông số hàn, quy trình hàn để từ đó đƣa ra giải pháp kỹ thuật để thực hiện liên kết hàn này là cấp thiết và quá trình hàn thích hợp đƣợc lựa chọn là hàn TIG. Đây là một quá trình hàn hồ quang sử dụng điện cực không nóng chảy để thực hiện quá trình hàn. Lựa chọn trị số của các thông số đầu vào đóng một vai trò rất quan trọng trong việc xác định chất lƣợng của liên kết hàn. Sau khi hàn, mẫu hàn đƣợc kiểm tra bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (chụp ảnh phóng xạ và siêu âm). Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các khuyết tật hàn thƣờng xuất hiện nhất trong mối hàn hai vật liệu thép cacbon A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit A240M 316L. Đề xuất QTCN chế tạo chi tiết có chứa các khuyết tật hàn thông dụng nhƣ thiếu thấu và nứt. QTCN đề xuất đã đƣợc kiểm nghiệm qua việc chế tạo các chi tiết mẫu thử nghiệm và kiểm tra bằng phƣơng pháp X-quang, siêu âm tổ hợp pha. Kiểm nghiệm cho kết quả tốt, đáp ứng đƣợc các yêu cầu kỹ thuật cho phép ứng dụng QTCN chế tạo chi tiết mẫu để phục vụ cho công tác đào tạo và phát triển kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mới. iv
7. ABSTRACT The involvement of different metals in a structure has been widely used in the industries. Primarily to achieve better mechanical properties of the materials or the low specific weight or good corrosion resistance or good electrical properties of the second material. However, the effect of different metals welded posed a major challenge of technology because differences in thermal, mechanical and chemistry properties of materials in welded joint two materials are mild steel A516 Grade 65 and austenitic stainless steel A240M 316L. So the research of welding parameters, welding processes in order to offer technical solutions to perform welded joint is urgent and appropriate welding process was selected as TIG (Tungsten Inert Gas), TIG welding is an arc welding process that uses a non-consumable tungsten electrode to produce the weld. Selection of the levels of the input parameters and filler metals are very significant role in determining the quality of a weld joint. After welding, technical non-destructive testing (radiographic testing and ultrasonic testing) have been conducted. Subject studied the most commonly required defect types in weld seams, when welded joint two materials are mild steel A516 Grade 65 and austenitic stainless steel A240M 316L. Proposals for welding procedure specification of producing detail containing common welding defects, such as: lack of penetration, and cracks. Welding procedure specification proposed was tested through producing test specimens and testing by radiographic testing and ultrasonic testing. The testings bring good results and respond technical requirement. Welding procedure specification producing test specimen is applied to required for training purposes, developing new non-destructive testing techniques. v
8. MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn 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 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3 1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu 4 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 1.6. Nội dung đề tài 5 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 6 2.1. GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI HÀN 6 2.1.1 Thép không gỉ 6 2.1.1.1 Phân loại 7 2.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép không gỉ 8 2.1.1.3 Tính hàn của thép không gỉ austenit 8 2.1.1.4 Công nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp hàn TIG 14 2.1.2 Thép cacbon 15 vi
9. 2.1.2.1 Phân loại 16 2.1.2.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép cacbon 17 2.1.2.3 Tính hàn của thép A516 Grade 65 17 2.1.2,4 Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp hàn TIG 18 2.2 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn TIG 19 2.2.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn TIG 19 2.2.2 Đặc điểm của quá trình hàn 20 2.2.3 Điện cực hàn TIG 20 2.2,4 Cƣờng độ dòng điện khi hàn TIG 22 2.2.5 Điện áp hồ quang 23 2.2.6 Khí bảo vệ 24 2.2.7 Kim loại đắp (dây hàn phụ) 25 2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 25 2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 25 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài 26 2.3.3 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài 28 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29 3.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP HÀN THÉP CACBON VÀ THÉP KHÔNG GỈ 29 3.1.1 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ (Explosive Welding Process) 29 3.1.2 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát 29 3.1.3 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện tiếp xúc điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process). 32 3.1.4 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn hồ quang 33 3.1.4.1 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG 33 3.1.4.2 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn TIG 34 3.2 KHUYẾT TẬT MỐI HÀN 34 3.2.1 Ngậm xỉ (Solid inclusions) 35 3.2.2 Thiếu ngấu (Lack of fusion) 36 3.2.3 Không thấu (Lack of penetration) 39 vii
10. 3.2,4 Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities) 41 3.2.5 Nứt (Cracks) 43 3.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA KHUYẾT TẬT MỐI HÀN 47 3.3.1 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT-Ultrasonic Test) 48 3.3.1.1 Qui trình chung 49 3.3.1.2 Kiểm tra mối hàn giáp mối 50 3.3.2 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ. 55 CHƢƠNG 4: QUY TRÌNH HÀN HAI VẬT LIỆU KHÁC NHAU 58 4.1 PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO MẪU HÀN GIÁP MỐI 58 4.1.1. Đề xuất phƣơng án 58 4.1.2. Lựa chọn phƣơng án 60 4.2 PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO MẪU HÀN CÓ KHUYẾT TẬT 60 4.2.1 Đề xuất phƣơng án chế tạo mẫu hàn có khuyết tật thiếu thấu chân 60 4.2.2 Đề xuất phƣơng án chế tạo mẫu hàn cókhuyết tật nứt 62 4.2.3 Lựa chọn phƣơng án 65 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 66 5.1 XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN GIÁP MỐI 66 5.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn 66 5.1.1.1 Kích thƣớc chi tiết mẫu 66 5.1.1.2 Thiết kế mối ghép 66 5.1.1.3 Lựa chọn vật liệu hàn 67 5.1.2 Hàn đính 69 5.1.2.1 Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính 69 5.1.2.2 Xử lý biến dạng hàn 71 5.1.3 Hàn 73 5.1.3.1 Năng lƣợng đƣờng (Heat input). 73 5.1.3.2 Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass temperature) 74 5.1.3.3 Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn. 74 5.1.4 Kiểm tra 75 5.1.5 Trang thiết bị hàn 75 viii
11. 5.2 THỰC NGHIỆM QUI TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN 76 5.2.1 Quy trình hàn sơ bộ chế tạo thực nghiệm mẫu hàn 76 5.2.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn TS1-TC1 76 5.2.1.2 Hàn đính 79 5.2.1.3 Hàn 81 5.2.1.4 Kiểm tra 88 5.2.2 Quy trình hàn chế tạo thực nghiệm mẫu hàn 90 5.2.2.1 Chuẩn bị mẫu hàn. 90 5.2.2.2 Hàn đính. 90 5.2.2.3 Hàn 91 5.2.2,4 Kiểm tra. 94 5.3 QUY TRÌNH HÀN CHẾ TẠO KHUYẾT TẬT. 98 5.3.1 Qui trình hàn chi tiết mẫu có khuyết tật thiếu thấu chân 98 5.3.2 Qui trình hàn chi tiết mẫu có khuyết tật nứt 100 5.4 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM MẪU KHUYẾT TẬT THIẾU THẤU CHÂN 102 5.4.1 Chọn kim loại cơ bản: 102 5.4.2 Thiết kế mối ghép. 102 5.4.3 Tạo khuyết tật. 103 5.4.3.1 Hàn đính. 103 5.4.3.2 Hàn lớp chân 1. 104 5.4.3.3 Hàn các lớp đắp: 105 5.4.3.4 Hàn lớp phủ: 107 5.4.3.5 Hàn mặt sau. 108 5.4.3.6 Kiểm tra đánh giá: 110 5.4.3.7 Nhận xét 113 5.5 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM MẪU KHUYẾT TẬT NỨT. 114 5.5.1 Chọn kim loại cơ bản: 114 5.5.2 Thiết kế mối ghép. 114 5.5.3 Tạo khuyết tật: 114 5.5.3.1 Hàn đính. 114 ix
12. 5.5.3.2 Hàn lớp chân: 115 5.5.3.3 Hàn lớp đắp 117 5.5.3.4 Hàn lớp phủ: 118 5.5.3.5 Hàn mặt sau. 119 5.5.3.6 Kiểm tra đánh giá: 121 5.5.3.7 Nhận xét 124 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 126 6.1 KẾT LUẬN 126 6.2 KIẾN NGHỊ 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC 130 x
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AISI American Iron and Steel Institute ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials AWS American Welding Society CR Crack GMAW Gas Metal Arc Welding GTAW Gas Tungsten Arc Welding HAZ Heat Affected Zones LP Lack of Penetration MAG Metal Active Gas MIG Metal Inert Gas NDE Non - Destructive Evaluation NDI Non - Destructive Inspection NDT Non - Destructive Testing PA Phased Array RT Radiographic Test SAW Sumerge Arc Welding SMAW Shield Metal Arc Welding TIG Tungsten Inert Gas UT Ultrasonic Test xi
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép không gỉ A240 316L [20] 8 Bảng 2.2: Cơ tính của thép không gỉ A240 316L [20] 8 Bảng 2.3: Thành phần hóa học của thép A516 Grade 65 [20] 17 Bảng 2.4: Cơ tính của thép A516 Grade 65 [20] 17 Bảng 2.5: Thành phần hóa học của các điện cực vônfram [3] 21 Bảng 2.6: Phân loại theo vạch màu trên điện cực hàn TIG [3] 21 Bảng 2.7: Lựa chọn đƣờng kinh điện cực và dòng điện hàn [3] 23 Bảng 2.8: Thành phần các chất hóa học trong khí argon [3] 24 Bảng 3.1: Chọn góc đầu dò theo chiều dày vật hàn 51 Bảng 5.1: Thành phần hóa học của dây hàn phụ [11] 69 Bảng 5.2: Cơ tính của Dây hàn phụ TG-309L [11] 69 Bảng 5.3: Khoảng cách giữa các môi hàn đính [19] 70 Bảng 5.4: Biến dạng góc khi hàn giáp mối [2] 72 Bảng 5.5:Thông số kỹ thuật cơ bản của máy hàn TIG OTC Daihen Accutig 300P [30] 76 Bảng 5.7: Bảng tổng hợp các thông số của chế độ hàn mẫu TC1-TS1 88 Bảng5.8: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC2 - TS2 và TC3 - TS3 93 Bảng 5.9: Kết quả kiểm tra các chi tiết mẫu khuyết tật thiếu thấu chân 111 Bảng 5.10: Chế độ hàn cho lớp thứ nhất khuyết tật nứt. 115 Bảng 5.11: Kết quả đo kiểm các chi tiết mẫu có khuyết tật nứt. 121 xii
15. DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Sản xuất hệ vỏ & ống trao đổi nhiệt sử dụng hai vật liệu 2 Hình 1.2: Liên kết hàn giáp mối thép cacbon – thép không gỉ 3 Hình 2.1. Giản đồ Schaeffler [28] 6 Hình 2.2. Kết tinh kim loại mối hàn một pha  [1] 9 Hình 2.3. Kết tinh kim loại mối hàn hai pha  + [1] 9 Hình 2.4. Giản đồ Delong và số ferit FN [28] 11 Hình 2.5. Các dạng ăn mòn tinh giới 13 Hình 2.6. Thiết bị hàn TIG [25] 19 Hình 2.7. Phân loại theo vạch mầu trên điện cực hàn TIG [25] 22 Hình 3.1. Hàn liên kết thép cacbon - thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ 29 Hình 3.2. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát ngoáy 30 Hình 3.3. Hàn liên kết thép cacbon - thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát quay 31 Hình 3.4. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn điện tiếp xúc điểm điện trở 33 Hình 3.5. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG 34 Hình 3.6. Nguyên lý phƣơng pháp hàn TIG và sản phẩm hàn thép cacbon – thép không gỉ 34 Hình 3.7. Mối hàn ngậm xỉ 35 Hình 3.8. Sơ đồ phân loại các khuyết tật ngậm xỉ [20] 35 Hình 3.9. Các vị trí thƣờng xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ 36 Hình 3.10. Phân loại khuyết tật thiếu ngấu [21] 37 Hình 3.11. Khuyết tật thiếu ngấu cạnh [18] 37 Hình 3.12. Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp [18] 38 Hình 3.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân [18] 38 Hình 3.14. Phân loại khuyết tật không thấu [21] 39 xiii
16. Hình 3.15. Khuyết tật không thấu [21] 40 Hình 3.16. Khuyết tật thiếu thấu chân [21] 40 Hình 3.17. Phân loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [21] 42 Hình 3.18. Các dạng khuyết tật rỗ khí 42 Hình 3.19. Rỗ khí bên trong mối hàn [21] 43 Hình 3.20. Phân loại khuyết tật nứt 44 Hình 3.21. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt dọc 44 Hình 3.22. Vị trí thƣờng xuất hiện các vết nứt dọc 45 Hình 3.23. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt ngang 45 Hình 3.24. Vị trí các vết nứt ngang 45 Hình 3.25. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt tia 46 Hình 3.26. Vị trí vết nứt rãnh hồ quang 46 Hình 3.27. Nứt Cắt lớp ở chân mối hàn [21] 47 Hình 3.28. Nguyên lý phát hiện khuyết tật bằng phƣơng pháp siêu âm. 49 Hình 3.29. Sơ đồ dò liên kết giáp hàn mối. 51 Hình 3.30. Quét mối hàn với tấm chèn (insert) 52 Hình 3.31. Quét mối hàn với đệm lót phía sau 52 Hình 3.32. Dò hai đầu dò bằng kỹ thuật Tandem (Pich - Catch) 53 Hình 3.33. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết hàn vát mép V [6] 53 Hình 3.34. Vùng dịch chuyển đầu dò siêu âm [6] 54 Hình 3.35. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết giáp hàn mối chữ V và X [6] 54 Hình 3.36. Sơ đồ hoạt động kiểm tra phóng xạ 55 Hình 3.37. Kiểm tra mối hàn giáp mối bằng X quang 56 Hình 4.1. Mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V có tấm lót [27] 58 Hình 4.2. Mặt sau mối hàn thép không gỉ [28]. 59 Hình 4.3. Mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V với khí bảo vệ mặt sau.[27] 59 Hình 4.4. Mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V hàn hai phía. 60 Hình 4.5. Sử dụng lá kim loại chèn tạo khuyết tật thiếu ngấu chân [29] 61 Hình 4.6. Khuyết tật thiếu ngấu chân đƣợc tạo ra bằng EDM [29] 62 Hình 4.7. Khuyết tật thiếu thấu [29] 62 xiv
17. Hình 4.8. Hình ảnh vết nứt dạng bẻ gãy 63 Hình 4.9. Kết quả vết nứt tạo ra từ việc thêm đồng vào mối hàn 63 Hình 4.10. Vết nứt hình thành khi hàn sử dụng điện cực bằng gang. 64 Hình 5.4. Trình tự thực hiện mối hàn đính [19] 70 Hình 5.5. Mài vát điểm đầu và cuối mối hàn đính 71 Hình 5.6. Mối hàn vát cạnh chữ X 71 Hình 5.7. Bố trí thứ tự đƣờng hàn hợp lý [19] 71 Hình 5.8. Kẹp chặt khi hàn [29] 72 Hình 5.9. Tạo biến dạng ngƣợc khi hàn [19] 72 Hình 5.10. Xác định góc biến dạng ngƣợc β bằng thực nghiệm. 73 Hình 5.11. Bố trí các lớp hàn và thứ tự hàn các đƣờng hàn 75 Hình 5.12. Kích thƣớc mối ghép hàn 77 Hình 5.13. Kích thƣớc và phôi mẫu sau khi cắt 77 Hình 5.14. Kích thƣớc vát cạnh phôi mẫu 78 Hình 5.15. Làm sạch tấm phôi mẫu 79 Hình 5.16. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đính 79 Hình 5.17. Đồ gá sử dụng khi hàn đính 80 Hình 5.18. Kích thƣớc, khoảng cách và thứ tự mối hàn đính 80 Hình 5.19. Tạo biến dạng ngƣợc mẫu hàn 80 Hình 5.20. Trình tự bố trí các lớp hàn 81 Hình 5.21. Hàn lớp chân mẫu hàn TC1-TS1 81 Hình 5.22. Kiểm tra nhiệt độ giữa các đƣờng hàn 82 Hình 5.23. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 2 mẫu hàn TC1-TS1 83 Hình 5.24. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 2 83 Hình 5.25. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 3 84 Hình 5.26. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 3 84 Hình 5.27. Kích thƣớc mối hàn lớp phủ. 84 Hình 5.28. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 6 85 Hình 5.29. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 6 85 Hình 5.30. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 7 86 xv
18. Hình 5.31. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 7 86 Hình 5.32. Kích thƣớc rãnh mài 87 Hình 5.33. Mặt sau đƣờng hàn mẫu hàn TC1-TS1 87 Hình 5.34. Mặt sau mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 8 88 Hình 5.35. Khuyết tật thiếu thấu chân trên phim X-quang 89 Hình 5.36. Báo cáo khuyết tật thiếu thấu chân khi siêu âm. 89 Hình 5.37. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC2 - TS2 91 Hình 5.38. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn TC2 - TS2 92 Hình 5.39. Hàn đƣờng hàn 8 mẫu hàn TC2-TS2 92 Hình 5.40. Hàn đƣờng hàn 9 93 Hình 5.41. Hình ảnh mẫu hàn TC2-TS2 trên phim X-quang 94 Hình 5.42. Hình ảnh mẫu hàn TC3-TS3 trên phim X-quang 94 Hình 5.43. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC2 - TS2 . 95 Hình 5.44. Hình ảnh năm mẫu hàn. 95 Hình 5.45. Hình ảnh mẫu hàn S1-C1 trên phim X-quang 96 Hình 5.45. Hình ảnh mẫu hàn S2-C2 trên phim X-quang 96 Hình 5.46. Hình ảnh mẫu hàn S3-C3 trên phim X-quang 96 Hình 5.47. Hình ảnh mẫu hàn S4-C4 trên phim X-quang 97 Hình 5.48. Hình ảnh mẫu hàn S5-C5 trên phim X-quang 97 Hình 5.49. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn C1 – S1 . 97 Hình 5.50. Mối ghép chữ V tạo khuyết tật thiếu thấu chân 98 Hình 5.51. Vị trí khuyết tật thiếu thấu chân 99 Hình 5.52. Trình tự hàn và vị trí dự kiến khuyết tật thiếu thấu chân 100 Hình 5.53. Mối ghép chữ V tạo khuyết tật nứt 101 Hình 5.54. Trình tự hàn và vị trí khuyết tật nứt. 102 Hình 5.55. Thiết kế mối ghép kiểu V đơn và vị trí khuyết tật nứt dự kiến 103 Hình 5.56. Trình tự hàn và vị trí khuyết tật thiếu thấu chân LP.S - LP.C. 103 Hình 5.57. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đính mẫu LP.S-LP.C. 104 Hình 5.58. Kích thƣớc và vị trí khuyết tật trên mẫu hàn LP.S - LP.C. 104 Hình 5.59. Hàn vị trí còn lại của lớp thứ nhất mẫu LP.S - LP.C. 105 xvi
19. Hình 5.60. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 2 và 4 mẫu LP.S-LP.C. 106 Hình 5.61. Mẫu LP.S-LP.C sau khi hàn đƣờng hàn 4 lớp đắp. 106 Hình 5.62. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 3 và 5 mẫu LP.S-LP.C. 107 Hình 5.63. Mẫu LP.S-LP.C sau khi hàn đƣờng hàn 5 lớp đắp. 107 Hình 5.64. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 7 lớp phủ 108 Hình 5.65. Mẫu LP.S - LP.C sau khi hàn xong lớp phủ. 108 Hình 5.66. Mài rãnh mặt sau mẫu khuyết tật thiếu thấu chân. 108 Hình 5.67. Hàn lấp rãnh mài mẫu LP.S-LP.C. 109 Hình 5.68. Mẫu LP.S-LP.C sau khi hàn xong mặt sau. 110 Hình 5.69. Các mẫu khuyết tật thiếu thấu chân đã chế tạo 110 Hình 5.70. Khuyết tật hàn mẫu LP.S1-LP.C1 trên phim X-quang 111 Hình 5.71. Khuyết tật hàn mẫu LP.S1-LP.C1 khi siêu âm phased array. 111 Hình 5.72. Khuyết tật hàn mẫu LP.S2-LP.C2 trên phim X-quang. 112 Hình 5.73. Khuyết tật hàn mẫu LP.S2-LP.C2 khi siêu âm phased array. 112 Hình 5.74. Khuyết tật hàn mẫu LP.S3-LP.C3 trên phim X-quang 112 Hình 5.75. Khuyết tật hàn mẫu LP.S3-LP.C3 khi siêu âm phased array. 113 Hình 5.76. Thiết kế mối ghép và vị trí khuyết tật nứt dự kiến 114 Hình 5.77. Trình tự bố trí lớp hàn khi mẫu khuyết tật nứt 114 Hình 5.78. Hàn đính mẫu khuyết tật nứt 115 Hình 5.79. Hàn chế tạo khuyết tật nứt 116 Hình 5.80. Hàn phủ vết nứt và vị trí còn lại của lớp hàn thứ nhất mẫu CR.S-CR.C. . 116 Hình 5.81. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 2 của lớp đắp mẫu CR.S-CR.C. 117 Hình 5.82. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn 3 của lớp đắp mẫu CR.S-CR.C. 118 Hình 5.83. Mẫu CR.S-CR.C sau khi hàn xong lớp đắp. 118 Hình 5.84. Mẫu CR.S-CR.C sau khi hàn xong lớp phủ. 119 Hình 5.85. Mài rãnh mặt sau mẫu khuyết tật nứt. 119 Hình 5.86. Hàn đƣờng hàn 8 mặt sau mẫu khuyết tật nứt. 121 Hình 5.87. Các chi tiết mẫu có khuyết tật nứt đƣợc chế tạo 121 Hình 5.88. Khuyết tật nứt mẫu CR.S1-CR.C1 trên phim X quang 122 Hình 5.89. Khuyết tật nứt mẫu CR.S1-CR.C1 khi siêu âm phased array 122 xvii
20. Hình 5.90. Khuyết tật nứt mẫu CR.S2 - CR.C2 trên phim X quang. 123 Hình 5.91. Kết quả siêu âm khuyết tật nứt mẫu CR.S2 - CR.C2 123 Hình 5.92. Khuyết tật nứt mẫu CR.S3 - CR.C3 trên phim X quang. 124 Hình 5.93. Khuyết tật nứt mẫu CR.S3-CR.C3 khi siêu âm phased array 124 xviii
21. CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU Trong công nghiệp hóa chất các dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục trong các điều kiện công nghệ khắc nghiệt đƣợc khống chế rất nghiêm ngặt và một môi trƣờng hóa chất gây nên han gỉ, hƣ hỏng cho các thiết bị, máy móc. Theo số liệu thống kê mới nhất, trong các nhà máy hóa chất chi phí dành cho bảo vệ chống ăn mòn chiếm 70 - 80% chi phí sửa chữa và dịch vụ sửa chữa trong năm. Do vậy, ngƣời ta ngày càng chú ý hơn đến việc bảo vệ chống ăn mòn thiết bị công nghệ để đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục, không bị gián đoạn. Một trong các kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn là lựa chọn loại vật liệu chế tạo nên kết cấu, máy móc có khả năng làm chậm quá trình ăn mòn. Thép không gỉ, thép hợp kim cao chịu ăn mòn trên cơ sở thép crôm – niken có giá thành cao, là một trong những vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp hóa chất để chế tạo các thiết bị, máy móc sản xuất hóa chất. Tuy vậy, ngƣời ta không thể sử dụng thép hợp kim để chế tạo hoàn toàn một kết cấu máy vì lý do kinh tế, mà chỉ sử dụng chúng cho từng vị trí công nghệ có yêu cầu cao về nhiệt và chống mòn. Từ đây, vấn đề sử dụng các kết cấu đƣợc hình thành từ hai loại vật liệu là thép cacbon và thép không gỉ đã đƣợc đặt ra. Để đáp ứng điều này, các nhà chế tạo máy đã đƣa ra giải pháp là sử dụng đồng thời thép hợp kim (thép không gỉ) và thép cacbon trong một kết cấu bằng kỹ thuật hàn. Đây là một vấn đề khó khăn vì trong thực tế, để xây dựng một qui trình hàn thép không gỉ - thép cacbon là không đơn giản vì chúng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật mà còn phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời thợ. Ngoài ra, để xây dựng qui trình này cần tiến hành một số lƣợng lớn thực nghiệm với các mác thép cụ thể để đảm bảo đƣợc chất lƣợng mối hàn sao cho khi qua kiểm tra, đánh giá phân tích không có các khuyết tật hàn. Đây là các nội dung chính đƣợc quan tâm đề cập đến trong quá trình thực hiện nghiên cứu. 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Việc tham gia của các kim loại khác nhau trong cùng một kết cấu nói chung là một thách thức lớn về công nghệ vì sự khác biệt trong các tính chất lý tính, cơ 1
22. S K L 0 0 2 1 5 4