BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC

b Ứng dụng: - Kiểm tra bằng mắt thường được sử dụng để kiểm tra bề mặt bên trong và bên ngoài của nhiều loại thiết bị bao gồm bồn chứa, bình chịu áp lực, đường ống và các thiết bị khác..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Tạ Đăng Khoa Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

Phạm Thanh Thảo Nguyên 1914396

Tp.HCM, ngày 22 tháng 02 năm 2022

Đèn chiếu sáng, gương, hệ thống máy tính và máy phân tích hình ảnh kỹ thuật số có thể được sử dụng để nâng cao độ chính xác

Trên hình là minh họa cho phương pháp này trong công nghiệp

b) Ứng dụng:

- Kiểm tra bằng mắt thường được sử dụng để kiểm tra bề mặt bên trong và bên ngoài của nhiều loại thiết bị bao gồm bồn chứa, bình chịu áp lực, đường ống và các thiết

bị khác

- Quan sát bằng mắt các vết nứt, lỗ thủng, chi tiết bị biến dạng cong, vênh, xoắn,

- Quan sát bằng các thiết bị quang học như: kính lúp, kính hiển vi,… Thường dùng

để quan sát các khuyết tật trong rãnh then, quan sát sự ăn khớp của các bánh răng c) Ưu - nhược điểm:

Ưu điểm của nó là

_ Chỉ phát hiện được các khuyết tật ở trên bề mặt

_ Nhìn chung là chỉ có khả năng phát hiện các khuyết tật với kích thước lớn

_ Phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người tiến hành kiểm tra

2) Kiểm tra mối hàn bằng mắt:

– Kiểm tra bằng dưỡng: Dưỡng là các mẫu chế tạo sẵn theo các tiêu chuẩn đã định Chỉ cần tiến hành ướm các dưỡng vào mỗi hàn để kiểm tra chiều rộng và chiều cao của mối hàn đã khớp với các tiêu chuẩn hay chưa

- Khái niệm về dung sai:

 Khi làm ra một sản phẩm, không thể chế tạo kích thước, vị trí, hình dáng chính xác một cách tuyệt đối để có sản phẩm giống hệt như mong muốn và giống nhau hàng loạt, vì việc gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan như độ chính xác của dụng cụ, thiết bị gia công, dụng cụ đo, trình độ tay nghề của người thợ… Do đó mọi sản phẩm khi thiết kế cần tính đến một sai số cho phép sao cho đảm bảo tốt các yêu cầu kĩ thuật, chức năng làm việc và giá thành hợp lý

 Dung sai đặc trưng cho độ chính xác yêu cầu của kích thước hay còn gọi là độ chính xác thiết kế và được ghi kèm với kích thước danh nghĩa trên bản vẽ kỹ thuật a) Khái niệm đo đạc

Đo độ chính xác kích thước, độ chính xác hình dạng và độ chính xác vị trí của các bộ phận bằng các công cụ và dụng cụ đo

Về phân loại các phương pháp đo đạc

Thì có 3 phương pháp đo là: đo trực tiếp, đo gián tiếp và đo phân tích

Phương pháp đo gián tiếp: Dùng để xác định kích thước gián tiếp bằng cách thông qua các kết quả đo các đại lượng có liên quan

Phương pháp đo phân tích (hay đo từng bộ phận): Phương pháp này ít được sử dụng hơn, dùng để xác định các thông số của chi tiết riêng biệt không bị phụ thuộc vào các yếu tố liên quan

Kế đến là các loại dụng cụ đo thông dụng mà các bạn có thể thấy trên slide

c) Dụng cụ đo:

_ Thước kẹp

_ Panme

Panme, thước kẹp là những dụng cụ đo lường kích thước phổ biến nhất, với ưu điểm giá

rẻ, dễ sử dụng, dễ bảo quản, gọn nhẹ, tính ổn định cao, độ bền cao Mẫu mã đa dạng như hiển thị cơ, hiển thị đồng hồ, hiển thị điện tử Có nhiều loại đầu đo với các ứng dụng khác nhau như đo khoảng cách, đường kính trong ngoài, đo ren, đo điểm, đo sâu…

Thước kẹp đo được với kích thước lớn, có thể lên đến cả mét tuy nhiên độ phân giải không cao, chỉ 0.01mm, ngoài ra độ chính xác còn phụ thuộc vào tay người đo

Panme có độ chính xác cao hơn đến 0.001mm, nhưng khoảng đo tối đa chỉ 25mm nên rất bất tiện khi đo với các loại kích thước khác nhau

Calip là dụng cụ đo gồm hai chân hoặc hàm điều chỉnh để đo khoảng cách giữa hai mặt đối diện của một vật thể Chúng thường được dùng để đo độ dày và đường kính bên trong hoặc bên ngoài mà thang đo không thể đo được

Trong sản xuất hàng loạt, dụng cụ đo calip được sử dụng cực kỳ rộng rãi Bởi chúng cho phép thu nhận các chi tiết có kích thước nằm trong phạm vi dung sai Đồng thời loại bỏ các chi tiết có kích thước nằm ngoài phạm vi dung sai

Tiếp nữa là Ứng dụng của phương pháp đo đạc

d) Ứng dụng

- Đo khe hở giữa hai bề mặt tiếp xúc

- Đo độ căng, độ lệch tâm

- Dùng calip, đồng hồ so để xác định kích thước hoặc mức độ sai lệch kích thước e) Ưu – nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Độ chính xác cao hơn phương pháp trực quan

- Yêu cầu kỹ năng của người vận hành được giảm xuống

- Giảm thời gian tính toán và ghi chép

 Nhược điểm:

- Đối với các dụng cụ đòi hỏi đọc thủ công thì độ chính xác không cao

- Các dụng cụ điện tử có thể gặp trục trặc và gây sai số

4) Kiểm tra không phá hủy để tìm các khuyết tật ẩn:

Đầu tiên có thể kể đến là phương pháp siêu âm

a) Phương pháp siêu âm:

 Khái niệm:

Kiểm tra siêu âm dựa trên sự lan truyền của sóng siêu âm trong đối tượng hoặc vật liệu

được kiểm tra Trong hầu hết các ứng dụng phổ biến phương pháp này, các sóng xung siêu

âm rất ngắn với tần số trung tâm nằm trong khoảng 0,1-15 MHz và đôi khi lên đến 50 MHz, được truyền vào vật liệu để phát hiện các lỗ hổng bên trong hoặc để đặc trưng cho vật liệu Một ví dụ phổ biến là đo độ dày bằng siêu âm, kiểm tra độ dày của đối tượng thử nghiệm, chẳng hạn, để theo dõi sự ăn mòn đường ống

 Ứng dụng:

- Kiểm tra siêu âm thường được thực hiện trên thép và các kim loại, hợp kim khác,

nó cũng có thể được sử dụng trên bê tông, gỗ và vật liệu tổng hợp mặc dù độ phân giải thấp hơn

- Nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm thép và nhôm xây dựng, luyện kim, sản xuất, hàng không vũ trụ, ô tô và các lĩnh vực giao thông vận tải khác

 Nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý:

1)- đầu dò phát; 2)- vật kiểm; 3)- khuyết tật; 4)- đầu dò thu (truyền qua);

5)- đầu dò thu (phản hồi)

Sóng siêu âm truyền qua môi trường kèm theo sự suy giảm năng lượng do tính chất của môi trường Cường độ sóng âm hoặc được đo sau khi phản xạ (xung phản hồi) tại các mặt phân cách (khuyết tật) hoặc đo tại bề mặt đối diện của vật kiểm tra (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ được phát hiện và phân tích để xác định sự có mặt của khuyết tật

và vị trí của nó Mức độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía đối diện với bề mặt phân cách và ở phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặc trưng của vật liệu đó

Ưu điểm của phương pháp này:

 Ưu điểm:

 Khả năng xuyên thấu cao, cho phép phát hiện các lỗ hổng sâu trong bộ phận

 Độ nhạy cao, cho phép phát hiện các sai sót cực kỳ nhỏ

 Độ chính xác cao hơn các phương pháp không phá hủy khác trong việc xác định độ sâu của các khuyết tật bên trong và độ dày của các bộ phận có bề mặt song song

 Có thể ước tính kích thước, hướng, hình dạng và bản chất của các khuyết tật

 Có thể ước tính cấu trúc của hợp kim của các thành phần có các đặc tính âm học khác nhau

 Không nguy hiểm cho các hoạt động hoặc cho nhân viên gần đó và không ảnh hưởng đến thiết bị và vật liệu ở khu vực lân cận

 Có khả năng hoạt động di động hoặc tự động hóa cao

Đây là phương pháp sử dụng tia X hoặc tia Gamma là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, tần số dao động và năng lượng rất cao có thể đi xuyên qua toàn bộ chiều dày của mẫu vật cần kiểm tra

Một phần tia bức xạ bị hấp thụ, một phần sẽ đi qua mẫu kiểm tra, lượng hấp thụ và lượng

đi qua được xác định theo chiều dày của mẫu vật Khi có khuyết tật bên trong vật liệu, chiều dày hấp thục bức xạ sẽ giảm, điều này tạo phần khác biệt trong phần hấp thụ, được ghi lại trên phim ở dạng hình ảnh gọi là ảnh bức xạ Giải đoán phim chúng ta sẽ phát hiện các khuyết tật bên trong vật một cách chính xác

Hai nguồn bức xạ hay sử dụng nguồn phát tia X và nguồn phát tia Gamma Hai dạng tia này đều có những đặc tính tương tự nhau:

 Các tia này không thể nhìn, cảm nhận, chúng làm cho các chất phát huỳnh quang Chúng tác động lên lớp nhũ tương phim ảnh và làm đen phim ảnh

c) Quy trình kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ

_ Cho một mặt tiếp xúc tia gamma hoặc tia X xuyên qua mẫu vật đang được kiểm tra _ Sự khác biệt về độ dày và mật độ (đồng nhất) của mẫu vật được tỷ lệ thuận với sự hấp thụ bức xạ xuyên qua của đầu dò

_ Khi rửa một film X quang thì các đặc tính bên trong của mẫu vật được hiển thị ra trên film, cho biết các vùng sáng hơn hoặc tối hơn trên ảnh

Nhờ đó mà nó được ứng dụng vào trong hàn

d) Ứng dụng

Trong hàn (kiểm tra và phân loại các mối hàn trên đường ống điều áp, bình chịu áp lực, thùng chứa dung tích lớn, đường ống và một số mối hàn kết cấu), trong đúc các bộ phận hoặc kiểm tra các mảnh ghép, trong kiểm tra thực phẩm và kiểm soát hành lý, trong phân loại và tái chế, bảo dưỡng máy bay, đạn đạo, trong kiểm tra tuabin, trong xác định đặc tính

bề mặt, đo độ dày lớp phủ, hàng giả kiểm soát ma túy,…

e) Ưu – nhược điểm:

 Ưu điểm:

Dễ dàng xác định hình dạng, kích thước và bản chất của khuyết tật trên phim cảm quang

và phim có thể được lưu trữ để tham khảo trong tương lai

 Nhược điểm:

Việc đầu tư và chi phí cho thiết bị kiểm tra tương đối cao và cần có các biện pháp an toàn tương ứng chống bức xạ nên chỉ dùng để kiểm tra các bộ phận quan trọng hoặc không thể xác định được bằng kiểm tra siêu âm

 Ưu điểm của kiểm tra siêu âm tự động so với chụp ảnh phóng xạ

 Giảm tiếp xúc với bức xạ ion hóa

 Tăng năng suất (thời gian kiểm tra trên mỗi mối hàn)

 Không yêu cầu làm việc ngoài giờ

 Cải thiện tỷ lệ sửa (định cỡ tốt hơn để đưa ra quyết định chính xác)

 Đo kích thước theo chiều dày sử dụng trong Đánh giá tới hạn chuyên gia

(ECA) và Đánh giá tay nghề

 Kiểm tra tốt các mối hàn có đường kính từ 20 mm trở lên

 Độ dày từ 4mm

5) Kiểm tra chất thâm nhập thuốc nhuộm

a) Khái niệm

Kiểm tra chất thâm nhập thuốc nhuộm hay còn gọi là kiểm tra chất nhuộm màu, là

một phương pháp kiểm tra được áp dụng rộng rãi và chi phí thấp được sử dụng để kiểm tra

các khuyết tật phá vỡ bề mặt trong tất cả các vật liệu không xốp (kim loại, nhựa, hoặc gốm sứ) Sử dụng các chất lỏng có tính thẩm thấu cao

b) Lịch sử

Phương pháp thử dầu và thử phấn trắng được sử dụng trong ngành đường sắt vào đầu những năm 1900 là phương pháp đầu tiên được công nhận sử dụng các nguyên tắc của chất thẩm thấu để phát hiện các vết nứt Phương pháp pháp thử dầu và thử phấn trắng sử dụng dung môi dầu để làm sạch, sau đó áp dụng một lớp phủ đánh bóng hoặc phấn, hấp thụ dầu từ các vết nứt để lộ vị trí của chúng Ngay sau đó một loại thuốc nhuộm đã được thêm vào chất lỏng Đến những năm 1940, chất nhuộm huỳnh quang hoặc màu nhìn thấy được đã được thêm vào dầu dùng để xuyên qua các vật thể thử nghiệm

Kinh nghiệm cho thấy nhiệt độ và thời gian ngâm rất quan trọng

c) Nguyên tắc

Khi phun một lớp chất lỏng kiểm tra lên bề mặt, do lực mao dẫn của chất lỏng với thành rắn, chất lỏng kiểm tra sẽ thâm nhập (ngấm) vào các vùng khuyết tật trên bề mặt, sau khi loại bỏ phần chất lỏng dư và phun chất hiển thị màu lên bề mặt thì các vùng khuyết tật trên

Làm sạch bề mặt đối tượng cần kiểm tra bằng cách sử dụng chất làm sạch bề mặt

Bề mặt thử nghiệm được làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, sơn, dầu, mỡ hoặc bất kỳ cặn lỏng nào để có thể giữ cho chất xâm nhập không bị lỗi hoặc gây ra các chỉ dẫn không liên quan hoặc sai Các phương pháp làm sạch có thể bao gồm làm sạch bằng dung môi, làm sạch bằng kiềm, tẩy dầu mỡ bằng hơi Mục tiêu cuối cùng của bước này là một bề mặt sạch, khô

và không bị nhiễm bẩn

Tiếp theo là

Trải chất thẩm thấu (Penetrant) lên bề mặt đối tượng cần kiểm tra

Chất thẩm thấu thường là một chất lỏng di động có màu sặc sỡ và khả năng thấm ướt cao Chất thẩm thấu được cho phép sử dụng phải có "thời gian tồn tại" từ 5 đến 30 phút để thẩm thấu

Tiếp tục với việc sử dụng chất hiển thị màu

Sử dụng chất hiển thị màu

Sau khi loại bỏ phần thẩm thấu dư ta phun chất hiển thị màu lên bề mặt sau 2 phút chúng

ta sẽ thấy hình dạng của khuyết tật qua chất hiển thị màu

Kế đến là tiến hành kiểm tra

Việc kiểm tra bề mặt thử nghiệm phải diễn ra sau khi sử dụng chất hiển thị màu từ 10 đến

30 phút và phụ thuộc vào chất thẩm thấu và chất hiển thị được sử dụng Thời gian này cho

phép sự thẩm thấu xảy ra

Cuối cùng là làm sạch bề mặt

Làm sạch bề mặt

Bề mặt kiểm tra thường được làm sạch sau khi kiểm tra và ghi lại các khuyết tật

Phương pháp này nó có ưu điểm là

f) Ưu – nhược điểm:

 Ưu điểm chính là tốc độ kiểm tra nhanh và chi phí thấp

 Nhược điểm:

- Chỉ phát hiện được các lỗ hổng trên bề mặt và có thể gây kích ứng da

- Việc kiểm tra phải trên bề mặt sạch nhẵn

- Tiến hành thử nghiệm trên các bề mặt gồ ghề, chẳng hạn như các mối hàn, s gây khó khăn cho việc loại bỏ chất xâm nhập và có thể dẫn đến sai số

II KIỂM TRA MỐI NỐI

1) Khái niệm về kiểm tra vật liệu

a) Giới thiệu những khuyết tật vật liệu thông thường

b) Kiểm tra vật liệu gồm 3 nhiệm vụ:

• Xác định tính công nghệ của vật liệu, thí dụ như độ bền, độ cứng và khả năng gia công Nhờ đó người ta sẽ có được sự hướng dẫn cho việc sử dụng vật liệu

• Kiểm tra lại chi tiết đã hoàn tất thí dụ vết nứt hay sai sót trong xử lý nhiệt Nhờ đó ngăn ngừa được việc sử dụng phôi có khuyết tật và sẽ gây hư hại

• Xác định nguyên nhân tổn hại nơi những chi tiết bị vỡ (Hình 1) Qua đó người ta sẽ lựa chọn vật liệu phù hợp hơn và tránh những tổn hại tương tự về sau

2) Khuyết tật mối hàn

Những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, làm giảm độ bền và khả năng làm việc của nó, được gọi là những khuyết tật hàn Các khuyết tật hàn do rất nhiều nguyên nhân gây ra Nó có liên quan tới các yếu tố như kim loại hàn, chế độ hàn và quy trình công nghệ Sự tồn tại của những khuyết tật đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của mối hàn cũng như cơ tính

của toàn bộ kết cấu Do đó, người thợ hàn phải chọn quy phạm hàn chính xác và nghiêm chỉnh chấp hành các quy trình hàn

Các khuyết tật hàn bao gồm:

1 Nứt

Nứt là khuyết tật nguy hiểm nhất trong mối hàn

 Nứt nóng (Hot crack): còn gọi là nứt trong quá trình đông đặc, thường xảy ra trong quá trình hàn hoặc quá trình kết tinh của mối hàn

 Nứt nguội: Được gọi là vết nứt tự phát, vết nứt nguội thường xảy ra sau khi quá trình đông đặc hoàn tất

 Nứt hình sao (Crater crack): Thường hình thành ở gần cuối mối hàn, vết nứt hình sao xuất hiện khi không có đủ thể tích để bù sự co ngót của kim loại mối hàn

 Nứt chân (Toe crack): Cũng là vết nứt nguội, có thể là kết quả của độ ẩm có trong vùng hàn

 Nứt gốc mối hàn (Root crack): Bắt đầu từ vùng root, những vết nứt dọc này kéo dài vào trong vùng hàn do ứng suất co ngót cao

 Vết nứt vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ): Các vết nứt HAZ nằm ở khu vực giữa mối hàn và vật liệu cơ bản Chúng có thể song song với mối hàn hoặc vuông góc với đường hàn

2 Thiếu ngấu (LoF) là thuật ngữ không đầy đủ của ngấu không hoàn toàn, xảy ra khi

có sự liên kết không hoàn toàn giữa vùng hàn và kim loại cơ bản hay với vùng mũ mối hàn và làm suy yếu mối hàn

3 Không thấu (Lack of Penetration)

Không thấu (LoP) là khi kim loại hàn không điền đầy cho toàn bộ chiều cao mối hàn Khiếm khuyết này thường xảy ra do khoảng cách giữa các kim loại cần hàn với nhau qua

xa

4 Ngậm xỉ (Slag Inclusion)

Là vật liệu phi kim loại ở thể rắn nằm lại trong kim loại hàn hoặc giữa kim loại hàn và vật liệu cơ bản Xỉ có thể bị kẹt trong quá trình thuốc bọc que hàn hoặc vật liệu bảo vệ chảy ra trong vùng hàn