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)

Từ các mẫu ta dùng hai ph ơng pháp kiểm tra để phát hiện khuyết tật qua đó đánh giá hiệu qu ng d ng c a quy trình công nghệ vào chế t o mẫu.. Tuy nhiên công trình không nghiên c u sâu rộ

Trang 1

vi

M CăL C

LÝ L CH KHOA H C i

L IăCAMăĐOAN ii

L I C Mă N iii

TÓM T T iv

M C L C vi

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

DANH SÁCH CÁC B NG xiii

Ch ngă1 GI I THI U 1

1.1 Tínhăc păthi tăc aăđ ătƠi 1

1.2 ụănghĩaăkhoaăh căvƠăth căti năc aăđ ătƠi 2

1.3 M cătiêuănghiênăc uăc aăđ ătƠi 2

1.4 Đ iăt ngăvƠăph măviănghiênăc u 2

1.4.1 Đ i t ợng nghiên c u 2

1.4.2 Ph m vi nghiên c u 2

1.5 Ph ngăphápănghiênăc u 3

1.6 K tăc uăc aălu năvĕn 3

Ch ngă2 T NG QUAN NGHIÊN C UăĐ TÀI 4

2.1 T ngăquanănghiênăc uăc aăđ ătƠi 4

2.1.1 Tình hình nghiên c u c a đề tài ngoài n ớc 4

2.1.2 Tình hình nghiên c u c a đề tài trong n ớc 6

2.2 Côngăngh ăhƠn 7

2.2.1 M i hàn 7

2.2.2 Các lo i khuyết tật hàn 10

2.2.2.1 Thiếu ngấu ( Lack of fusion) 10

2.2.2.2 Khuyết tật rỗ khí/ h c khí 13

2.2.2.3 Khuyết tật n t 16

2.2.2.4 Khuyết tật ngậm xỉ 20

2.3 Cácăph ngăphápăki mătraăkhôngăpháăh y 24

2.3.1 Đặc điểm c a kiểm tra không phá huỷ 25

2.3.2 ng d ng 26

Ch ngă3 C ăS LÝ THUY T 27

3.1 C ăs ălỦăthuy tăcôngăngh ăhƠn 27

3.1.1 Ph ơng pháp hàn điện cực không nóng ch y trong môi tr ng khí b o vệ là khí trơ (GTAW) 27

3.1.1.1 Khái niệm và nguyên lỦ ho t động 27

3.1.1.2 Điện cực hàn GTAW 28

3.1.1.3 C ng độ dòng điện khi hàn GTAW 29

3.1.1.4 Điện áp hồ quang 30

3.1.1.5 Khí b o vệ 31

3.1.1.6 Kim lo i điền đầy (rod hàn) 32

3.1.1.7 u, khuyết điểm c a ph ơng pháp 33

3.1.2 Ph ơng pháp hàn điện c c nóng ch y trong môi tr ng khí b o vệ (GMAW) 33

3.1.2.2 Dây hàn 34

Trang 2

vii

3.1.2.3 Khí b o vệ 34

3.1.2.4 Thông s hàn 35

3.1.2.5 u điểm và khuyết điểm c a ph ơng pháp 36

3.1.3 Ph ơng pháp hàn hồ quang tay 37

3.1.3.2 Que hàn 38

3.1.3.3 C ng độ dòng điện hàn 40

3.1.3.4 Điện áp hồ quang 41

3.1.3.5 T c độ hàn 41

3.1.3.6 Góc độ que hàn 42

3.1.4 Ph ơng pháp hàn Hồ quang d ới lớp thu c 43

3.1.4.2 C ng độ dòng điện và điện áp hàn 43

3.1.4.3 T c độ hàn 44

3.1.4.4 Đ ng kính dây hàn 44

3.1.5 Ph ơng pháp hàn Dây hàn lõi thu c 45

3.1.5.2 C ng độ dòng điện và điện áp hàn 46

3.1.5.3 Tôc đô ̣ câp dây 47

3.1.5.4 Lo i cực tính 47

3.1.5.5 Khí b o vệ 48

3.2 Cácăchiăti tăm u 49

3.2.1 Định nghĩa 49

3.2.2 Yêu cầu kích th ớc hình học c a chi tiết mẫu 50

3.2.3 Hình d ng, kích th ớc 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 th ớc chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53

3.2.6 Vật liệu khi chế t o 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 Lo i khuyết tật 54

3.2.7.2 Vị trí khuyết tật 54

3.3 Cácăph ngăphápăt oăkhuy tăt t 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 N t (Cracks) 55

3.4 Cácăph ngăphápăki mătraăkhuy tăt tăm iăhƠn 56

3.4.1 Ph ơng pháp kiểm tra m i hàn bằng siêu âm tổ hợp pha 56

3.4.1.1 Quy trình kiểm tra chung 57

3.4.2 Ph ơng pháp kiểm tra m i hàn bằng ch p nh phóng x 62

3.4.2.1 Kỹ thuật ch p nh phóng x 63

3.4.2.2 Gi i đoán phim 64

Ch ngă4 Đ XU T QUY TRÌNH CH T O CHI TI T M U 66

4.1 Đ ăxu tăchiăti tăm u 66

4.2.1.1 T o vết n t bằng ngo i lực 68

Trang 3

viii

4.2.1.2 Cho kim lo i ph vào vũng hàn 68

4.2.1.3 Sử d ng kết hợp 2 điện cực hàn 69

4.2.1.4 Sử d ng điện cực hàn có hàm l ợng 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 T o khuyết tật rỗ khí 71

4.2.3.1 Điều chỉnh l u l ợng khí b o vệ 71

4.2.3.2 Sử d ng điện cực ẩm hoặc h h ng 71

4.2.3.3 Sử d ng điện cực có độ hút ẩm cao 72

4.2.4 T o khuyết tật thiếu ngấu c nh 72

4.2.4.1 Sử d ng tấm kim lo i che c nh 72

4.2.4.2 Nghiêng điện cực 73

4.3 Đ ăxu tăquyătrìnhăhƠnăch ăt oăchiăti tăm uăcóăkhuy tăt t 73

4.3.1 Quy trình hàn chế t o chi tiết mẫu có khuyết tật n t 73

4.3.2 Quy trình hàn chế t o chi tiết mẫu có khuyết tật ngậm xỉ 75

4.3.3 Quy trình hàn chế t o chi tiết mẫu có khuyết tật rỗ khí 76

4.3.4 Quy trình hàn chế t o chi tiết mẫu có khuyết tật không ngấu c nh 78

4.4 Ph ngăphápăgiaăcôngăm uăchu năNavshipsăvƠăm uăhi uăchu n cho các s n ph m ng 80

4.4.1 Gia công mẫu chuẩn Navships 79

4.4.1.1 M c đích 79

4.4.1.2 Các yêu cầu đ i với chế t o mẫu 80

4.4.2 Gia công mẫu hiệu chuẩn cho các s n phẩm ng 81

4.4.2.1 M c đích 81

4.4.2.2 Các yêu cầu đ i với chế t o mẫu 81

Ch ngă5 CH T O TH C NGHI M 83

5.1 Cácăchiăti tăm uăch ăt oăth cănghi m 83

5.1.1 Các chi tiết mẫu có ch a 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 B n 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 s n phẩm ng 85

5.1.3.2 B n vẽ thiết kế mẫu 85

5.1.3.3 Gia công mẫu 85

5.1.3.4 Kết qu đánh giá 86

5.2 Ch ăt oăth cănghi măchiăti tăm uăkhuy tăt tăv iă ngăØ60,3ămm 86

5.2.1 Chế t o thực nghiệm mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu c nh 86

5.2.1.2 Thiết kế m i ghép và b n vẽ chi tiết mẫu 86

5.2.1.3 T o khuyết tật 87

5.2.2 Chế t o thực nghiệm mẫu khuyết tật n t và ngậm xỉ 90

Trang 4

ix

5.2.3 Kiểm tra đánh giá 95

5.2.4 Nhận xét 97

5.3 Ch ăt oăth cănghi măchiăti tăm uăkhuy tăt tăchoă ngăØă101,6ămm 98

5.3.1 Chế t o thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu c nh 98

5.3.2 Chế t o thực nghiệm mẫu khuyết tật n t và ngậm xỉ 102

5.3.4 Nhận xét 109

5.4 Ch ăt oăth cănghi măchiăti tăm uăkhuy tăt tăchoă ngăØ152,4ămm 109

5.4.1 Chế t o thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật n t, rỗ khí và ngậm xỉ 109

5.4.3 Nhận xét 116

Ch ngă6 K T LU N VÀ KI N NGH 117

6.1 K tălu n 117

6.2 Ki năngh 117

TÀI LI U THAM KH O 119

PH L C 1 123

PH L C 2

Trang 5

NDE Non Destrictive Evaluation

NDI Non Destructive Inspection

SDH Synchronous Digital Hierarchy

Trang 6

xi

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

FCAW Flux Cored Arc Welding

EDM Electrical Discharge Machining

CTWD Contact Tip Work Distance

ESO Electrical Stick Out

LSAT Line Scanning Analysis Technique

Trang 7

xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị tr ng 4

Hình 2.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị tr ng 6

Hình 2.3: Một s chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị tr ng 6

Hình 2.4: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị tr ng 6

Hình 2.5: M i hàn giáp m i 8

Hình 2.6: M i hàn góc 8

Hình 2.7: M i hàn bẻ g 8

Hình 2.8: M i hàn điểm 9

Hình 2.9: M i hàn ph c hợp 9

Hình 2.10 Khuyết tật trên bề mặt và trong m i hàn 10

Hình 2.11: Khuyết tật thiếu ngấu c nh 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 d ng khuyết tật rỗ khí 13

Hình 2.15: Rỗ khí bên trong m i hàn 14

Hình 2.16: Lỗ sâu (Worm holes) 14

Hình 2.17: Rỗ khí trên bề mặt m i hàn 15

Hình 2.18: Rỗ khí rãnh hồ quang 15

Hình 2.19: Vùng nh h ỡng nhiệt HAZ 17

Hình 2.20: Các vị trí th ng xuất hiện vết n t dọc 17

Hình 2.21: Vị trí th ng xuất hiện các vết n t dọc 18

Hình 2.22: Các vị trí th ng xuất hiện vết n t ngang 18

Hình 2.23: Vị trí các vết n t ngang 18

Hình 2.24: Các vị trí th ng xuất hiện vết n t tia 19

Hình 2.25: Vị trí vết n t rãnh hồ quang 19

Trang 8

xiii

Hình 2.26: N t cắt lớp chân m i hàn 20

Hình 2.27: Ngậm xỉ bên trong đ ng hàn 20

Hình 2.28: Ngậm xỉ bên trên đ ng hàn 20

Hình 2.29: Các vị trí th ng xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ 21

Hình 2.30: Ngậm xỉ từ thu c hàn nóng ch y trên phim ch p nh phóng x 22

Hình 2.31: Ngậm xỉ từ thu c hàn 22

Hình 2.32: Ngậm xỉ từ các Ôxít trên phim Ch p nh phóng x 23

Hình 2.33: Ngậm xỉ từ Tungsteen trên phim ch p nh phóng x 23

Hình 2.34: Ngậm xỉ từ đồng trên phim Ch p nh phóng x 24

Hình 2.35: Các ph ơng pháp kiểm tra NDT 25

Hình 3.1: Thiết bị hàn GTAW 28

Hình 3.2: Phân lo i theo v ch màu trên điện cực hàn GTAW 29

Hình 3.3 Thiết bị hàn GMAW 33

Hình 3.4: Máy hàn SMAW và các ph kiện liên quan[6] 37

Hình 3.5: Nguyên lý hình thành m i hàn 38

Hình 3.6: Cấu t o điện cực hàn SMAW 39

Hình 3.7 Đ ng đặc tính von-ampe 41

Hình 3.8: Nguyên lý hình thành m i hàn 43

Hình 3.9: Sự nh h ng c a điện áp 44

Hình 3.10: Sự nh h ng đến độ ngấu c a đ ng kính dây 45

Hình 3.11: Nguyên lý hình thành m i hàn trong hàn FCAW 46

Hình 3.12: M i quan hệ giữa t c độ cấp dây và dòng điện 47

Hình 3.13: nh h ng c a 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 c a công ty Sonaspection 50

Hình 3.16: Độ rộng vùng quét t i thiểu 51

Hình 3.16: Kích th ớc khuyết tật hàn 52

Hình 3.17: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn th ng sử d ng trên thị tr ng 52

Hình 3.18: Kích th ớc chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53

Trang 9

xiv

Hình 3.19: Biến tử đầu dò tổ hợp pha 56

Hình 3.20: Biểu đồ d ng kh i c a thiết bị 57

Hình 3.21: Mẫu chuẩn V1 59

Hình 3.22: Mẫu chuẩn Navships 59

Hình 3.23: Th ớc 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 ch p nh phóng x 63

Hình 3.27: Ch p nh các m i hàn 63

Hình 3.28: Ch p m i hàn đ ng ng 64

Hình 4.1: D là vị trí xuất hiện khuyết tật thiếu ngấu c nh 66

Hình 4.2: Thiết kế chi tiết mẫu 66

Hình 4.3: Chuẩn bị m i ghép V đơn 67

Hình 4.4: Hình nh vết n t d ng bẻ gãy 68

Hình 4.5: Kết qu vết n t t o ra từ việc thêm đo n đồng vào m i hàn 69

Hình 4.6: Vết n t hình thành khi hàn điện cực bằng gang 70

Hình 4.7: Phay rãnh t o hóc ch a xỉ 70

Hình 4.8: T o h c ch a xỉ bằng kỹ thuật điều chỉnh góc nghiên điện cực 71

Hình 4.9: Rỗ khí do thiếu khí b o vệ 71

Hình 4.10: Rỗ khí với kỹ thuật hàn hồ quang gián đo n 72

Hình 4.11: Sử d ng tắm kim lo i chèn t o khuyết tật 73

Hình 4.12: Nghiêng điện cực t o khuyết tật 73

Hình 4.13: thiết kế m i ghép V đơn 74

Hình 4.14: Kỹ thuật hàn t o khuyết tật n t 75

Hình 4.16: Kỹ thuật t o khuyết tật 76

Hình 4.17: thiết kế m i ghép kiểu V đơn 77

Hình 4.18: Kỹ thuật t o khuyết tật rỗ khí 78

Trang 10

xv

Hình 4.20: Kỹ thuật hàn t o khuyết tật thiếu ngấu c nh 79

Hình 5.1: Mẫu chuẩn Navships sau khi gia công 84

Hình 5.2: Kết qu siêu âm tổ hợp pha 85

Hình 5.3: Các mẫu hiệu chỉnh cho ng sau khi gia công 86

Hình 5.4: Kết qu siêu âm tổ hợp pha 86

Hình 5.5: Thiết kế m i ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 87

Hình 5.6: Vị trí hàn đính và xử lý m i hàn đính 87

Hình 5.7: Hàn lớp th nhất 88

Hình 5.8: Hàn lớp đắp t o khuyết tật rỗ khí 89

Hình 5.9: Hàn lớp đắp t o khuyết tật 89

Hình 5.10: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 90

Hình 5.11: Hàn lớp ph 90

Hình 5.14: Hàn chế t o khuyết tật n t 93

Hình 5.15: Hàn vị trí còn l i c a lớp hàn th nhất 93

Hình 5.19: Các chi tiết ch a khuyết tật 95

Hình 5.20: Các khuyết tật hàn trên phim ch p nh phóng x 96

Hình 5.21: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 96

Hình 5.26: Hàn lớp th nhất 99

Trang 11

xvi

Trang 12

xvii

DANHăSỄCHăCỄCăB NG

B ng 2.1: M i quan hệ giữa m i hàn và m i ghép 9

B ng 3.1: Thành phần hóa học c a các điện cực vônfram 28

B ng 3.2: Phân lo i theo v ch màu trên điện cực hàn GTAW 29

B ng 3.3: Lựa chọn đ ng kính điện cực và dòng điện hàn 30

B ng 3.4: Thành phần các chất hóa học trong argon 32

B ng 3.5: Phân lo i ký hiệu que hàn theo AWS 40

B ng 3.6: hiệu chỉnh chế độ hàn trong hàn FCAW 46

B ng 3.7: Một vài kích th ớc chi tiết mẫu đang đ ợc sử d ng trên thị tr ng 52

B ng 4.1: Thông tin vật liệu cơ b n 67

B ng 4.2: Thành phần hóa học c a thép ASTM A106 Grade B 67

B ng 4.3: Thông tin vật liệu tiêu hao 67

B ng 4.4: Các kí hiệu c a thép theo tiêu chuẩn 80

B ng 4.5:Thành phần hoá học c a thép C45 theo tiêu chuẩn ISO 80

B ng 4.6: Thông tin vật liệu cơ b n 81

B ng 4.7: Thành phần hóa học c a thép ASTM A106 Grade B 81

B ng 5.1: Các chi tiết mẫu ch a khuyết tật 83

B ng 5.2: Chế độ hàn t o khuyết tật và hàn đắp 88

B ng 5.3: Chế độ hàn cho lớp th nhất 92

B ng 5.4: Kết qu đo các chi tiết mẫu 95

Trang 13

xviii

Trang 14

đ i t ợng mà không làm nh h ng đến kh năng sử d ng c a đ i t ợng kiểm tra

n ớc ta công nghệ kiểm tra không phá huỷ còn mới và kỹ thuật viên kiểm tra

bằng ph ơng pháp này đang còn h n chế Và việc đào t o kỹ thuật viện chuyên nghiệp đòi h i trang thiết bị ph c v cho đào t o.Với yêu cầu về trang thiết bị ph i có các mẫu chuẩn, mẫu ch a các lo i khuyết tật hàn để ph c v cho đào t o và hiệu chuẩn thiết bị

Hiện nay các mẫu đ ợc bán với giá thành cao và ch a có công ty, tổ ch c nào trong

n ớc chế t o mẫu theo đúng tiêu chuẩn qu c tế về đào t o kỹ thuật viên bằng ph ơng pháp NDT

Khuyết tật hàn trong các m i hàn c a đ ng ng gây nh h ng nghiêm trọng đến chất l ợng kết cấu hàn cũng nh quá trình làm việc c a chúng Ngoài ra, theo các qui định về an toàn ho t động trong các ngành công nghiệp hoá dầu, dầu khí, … cần

thực hiện kiểm tra định kỳ chất l ợng các m i hàn bằng các ph ơng pháp NDT

1.1 Tính c p thi t c aăđ tài

Cùng với sự phát triển không ngừng c a khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì

chất l ợng s n phẩm cũng đ ợc coi là một trong những yêu cầu để đánh giá kỹ thuật

và công nghệ S n phấm chất l ợng t t không những trong khâu chế t o mà sau quá trình ho t động, kiểm tra sửa chữa vẫn đ m b o đ ợc các tiêu chuẩn về chất l ợng Có

rất nhiều s n phẩm, công trình yêu cầu ph i đ m b o chất l ợng, trong đó có chất

l ợng m i hàn quyết định độ an toàn, giá trị và tuổi thọ c a s n phẩm, công trình công nghiệp Về việc ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật m i hàn yêu cầu đội ngũ kỹ thuật viên có kiến th c chuyên môn và tay nghề

Trong ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật m i hàn bằng ph ơng pháp không phá

h y ngoài việc ph i đầu t thiết bị, các doanh nghiệp đào t o và nghiên c u ph i đầu

Trang 15

2

t chi tiết mẫu chuẩn và mẫu có khuyết tật hàn, các chi tiết mẫu này có giá thành rất cao Nghiên c u chế t o mẫu chi tiết hàn trong n ớc nhằm góp phần gi m chi phí đầu

t cho việc đào t o kỹ thuật viên kiểm tra khuyết tật m i hàn thực sự là một yêu cầu

cấp thiết đ i với n ớc ta hiện nay

Nhằm gi i quyết phần nào vấn đề trên, đề tài ―Nghiên cứu chế tạo mẫu phục

v ụ đào tạo kỹ thuật viên kiểm tra bằng phương pháp NDT (chụp ảnh phóng xạ và siêu âm t ổ hợp pha)” đ ợc triển khai nghiên c u và chế t o trong thực tế

1.2 ụănghĩaăkhoaăh c và th c ti n c aăđ tài

- Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần vào việc xây dựng quy trình chế t o các mẫu

sử d ng trong việc đào t o kỹ thuật viên kiểm tra không phá h y t i các tr ng

học và công ty

- ụ nghĩa thực tiễn:

+ Chế t o các mẫu ph c v đào t o kỹ thuật viên kiểm tra không phá huỷ (NDT)

+ Xây dựng quy trình chế t o mẫu

1.3 M c tiêu nghiên c u c aăđ tài

Nghiên c u khuyết tật hàn th ng gặp ph i trong thực tiễn chế t o kết cấu hàn Nghiên c u và xây dựng qui trình hàn chế t o chi tiết mẫu có khuyết tật hàn

Chế t o thử nghiệm chi tiết mẫu ph c v đào t o kỹ thuật viên kiểm tra khuyết

tật hàn bằng ph ơng pháp NDT (Ch p nh phóng x và siêu âm tổ hợp pha)

1.4 Đ iăt ng và ph m vi nghiên c u

1.4.1 Đ iăt ng nghiên c u

Đề tài nghiên c u các khuyết tật th ng xuất hiện trong các m i hàn là: khuyết

tật ngậm xỉ (slag inclusions), thiếu ngấu (lack of fusion), rỗ khí (porosity) và n t (cracks) [4, 7]

Đề tài tập trung nghiên c u chế t o mẫu hiệu chuẩn, mẫu ch a khuyết tật hàn và

sử d ng ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật m i hàn bằng ch p nh phóng x và siêu âm

tổ hợp pha

1.4.2 Ph m vi nghiên c u

Qui trình công nghệ hàn chế t o chi tiết mẫu cho các khuyết tật ngậm xỉ, thiếu

ngấu, rỗ khí và n t với m i hàn giáp m i ng

Nghiên c u chế t o thử nghiệm chi tiết mẫu với vật liệu là thép carbon nh : ASTM A106, C45 [15]

Kích th ớc đ ng kính ng: 26mm, 43mm, 72mm, 120mm và có độ dày: 6.7mm, 7.4mm, 8.8mm, 12mm cho mẫu hiệu chuẩn các s n phẩm ng [13,14]

Trang 16

3

Kích th ớng đ ng kính 60.3 mm, 101.6 mm, 152.4 mm và độ dày 8.5 mm, 10.5mm, 13mm cho các mẫu ch a khuyết tật hàn.[14]

Ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật hàn bằng siêu âm tổ hợp pha và ch p nh phóng x

1.5 Ph ngăphápănghiênăc u

Nghiên c u lý thuyết về ph ơng pháp kiểm tra, quy trình hàn, vật liệu hàn và

ph ơng pháp t o ra khuyết tật từ đó chế t o mẫu theo yêu cầu Qua việc thực nghiệm

t o các mẫu từ đó đề xuất ph ơng pháp chế t o mẫu chuẩn, mẫu hiệu chỉnh và mẫu

ch a khuyết tật hàn Từ các mẫu ta dùng hai ph ơng pháp kiểm tra để phát hiện khuyết tật qua đó đánh giá hiệu qu ng d ng c a quy trình công nghệ vào chế t o

mẫu

1.6 K t c u c a lu năvĕn

Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 6 chương:

Ch ơng 1 trình bày giới thiệu, tính cấp thiết và lỦ do hình thành đề tài, Ủ nghĩa khoa học và thực tiễn, m c tiêu nghiên c u, đ i t ợng, ph m vi và giới h n c a đề tài,

ph ơng pháp nghiên c u, kết cấu c a luận văn t t nghiệp

Ch ơng 2 trình bày tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên c u

Ch ơng 3 trình bày cơ s lỦ thuyết để gi i quyết vấn đề

Ch ơng 4 trình bày đề xuất quy trình chế t o mẫu

Ch ơng 5 trình bày chế t o thực nghiệm

Ch ơng 6 trình bày kết luận và kiến nghị để phát triển đề tài

Trang 17

4

Ch ngă2

T NGăQUANăNGHIểNăC UăĐ ăTÀI

2.1 T ng quan nghiên c u c aăđ tài

2.1.1 Tình hình nghiên c u c aăđ tƠiăngoƠiăn c

Trên thế giới đư có một s công trình nghiên c u về đề tài này, các công trình nghiên c u đư đ ợc ng d ng trong việc s n xuất các chi tiết mẫu ph c v trong nghiên c u và th ơng m i Nhiều công ty đ ợc thành lập chỉ chuyên s n xuất các chi tiết mẫu ph c v cho nghiên c u và đào t o nh : công ty Sonaspection có văn phòng

s 23 Ladies Walk Caton Road Lancaster LA1 3NX England Công ty FlawTech, Inc, 4486 Raceway Dr concord, NC 28027 USA [24] D ới đây là một s công trình nghiên c u đư công b

Công trình nghiên c u và báo cáo khoa học ―Manufacturing of welded joints with realistic defects‖ c a Marcello Consonni năm 2011 t i Telford, V ơng qu c Anh[9] Báo cáo công b một s ph ơng pháp hàn t o lỗi chi tiết mẫu dùng trong đào

t o kiểm tra không phá h y, u điểm c a công trình là nêu ra đ ợc các ph ơng pháp

để t o ra một s khuyết tật m i hàn với ph ơng pháp hàn GTAW và SMAW, kh năng điều khiển kích th ớc khuyết tật khá chính xác Tuy nhiên công trình không nghiên

c u sâu rộng vào kiểm tra bằng ph ơng pháp siêu âm, các khuyết tật rỗ khí và d ng

n t đ ng trong công trình thì rất khó phát hiện bằng ph ơng pháp siêu âm [9]

Hình 2.1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị tr ng [24]

Công trình nghiên c u c a Lucas W ―Making defective welds for Sizewell 'B', Welding & Metal fabrication‖ tháng 3 năm 1992 [37] Đề tài tập trung vào các ph ơng pháp, nghiên c u các nguyên nhân và đề xuất các ph ơng pháp tổng quát để có đ ợc

Trang 18

một trong những công trình nghiên c u và đề xuất khá đầy đ về cách th c chế t o

một khuyết tật ―c Ủ‖ Trong đó tài liệu nêu rõ các tiêu chuẩn cần ph i có khi tiến hành

chế t o một khuyết tật m i hàn c Ủ Tuy nhiên công trình cũng không nêu một qui trình c thể nào cho việc chế t o khuyết tật

Công trình ―ENIQ recommended practice 5: guidelines for the design of test pieces and conduct of test piece trials issue 1‖c a Trung tâm nghiên c u hỗn hợp thuộc Viện vật liệu nâng cao DG-JRC, y ban Châu Âu, xuất b n tháng 2 năm 1999[27] Đây là một tài liệu h ớng dẫn về cách chuẩn bị và chế t o một khuyết tật tùy theo tiêu chuẩn áp d ng cho mỗi n ớc, tài liệu chỉ trình bày chung về vấn đề làm thế nào để thực hiện chuẩn bị và chế t o mẫu theo d ng lý thuyết áp d ng, tài liệu không nói về thực hiện chế t o mẫu nh thế nào, cách thực hiện ra sao

Ngoài những công trình đư nêu, trên thế giới cũng có nhiều công trình nghiên

c u về lĩnh vực khuyết tật m i hàn và các kỹ thuật kiểm tra khuyết tật m i hàn bằng

ph ơng pháp không phá h y (NDT-Non destructive testing) nh : Crutzen S; Lemaitre P; ―Iacono I Realistic defects suitable for ISI (in service inspection) capability evaluation and qualification‖[25] ph c v trong việc kiểm tra đánh giá trình độ chuyên môn trong ngành đóng tàu, h t nhân và bồn áp lực t i Th y Điển năm 1996 Báo cáo

c a Neundorf B; Csapo G; Erhard A ―Optimising the NDT (nondestructive testing) of boiling water reactors by using realistic flaws in the cladding.‖, t i hội nghị Châu Âu

về kiểm tra không phá h y t i Đ c tháng 10 năm 1998[26] Công trình c a Virkkunen I; Kempainen M; Ostermeyer H; Paussu R ―Grown cracks for NDT development and qualification‖ công trình nghiên c u phát triển các vết n t ph c v trong đào t o kiểm tra không phá h y (NDT)[35] Công trình c a Söderstrand H ―Guidelines for the Design of Test Pieces and Conduct of Test Piece Trials (ISSUE 2)‖[28] là một tài liệu

h ớng dẫn về thiết kế mẫu chi tiết hàn bị khuyết tật, phù hợp theo tiêu chuẩn c a từng

qu c gia t i các n ớc Châu Âu

Trang 19

6

Hình 2.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị tr ng [38]

Hình 2.3: Một s chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị tr ng [38]

Hình 2.4: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị tr ng [24]

2.1.2 Tình hình nghiên c u c aăđ tƠiătrongăn c

Trong n ớc ch a có công trình nghiên c u hay bài báo nào về mẫu chi tiết hàn

có khuyết tật Qua kh o sát các công trình nghiên c u trong và ngoài n ớc chúng ta có thể kết luận một s vấn đề sau:

- Đây là lĩnh vực nghiên c u đang đ ợc quan tâm hiện nay

- Trong n ớc ch a có công trình nào đ ợc công b về lĩnh vực này

Các công trình ngoài n ớc tuy đư đ ợc nghiên c u và có công b , nh ng ch a

có công trình nào trình bày về qui trình công nghệ chế t o các chi tiết mẫu có khuyết

Trang 20

7

tật hàn Ch yếu là đề cập đến các yêu cầu h ớng chế t o mẫu và ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật, th ng là sử d ng các ph ơng pháp NDT

2.2 Công ngh hàn

Trong s n xuất cơ khí, công nghệ hàn đ ợc sử d ng hết s c phổ biến đ ợc dùng

để chế t o các kết cấu kim lo i Bằng ph ơng pháp hàn có thể chế t o những kết cấu

ph c t p từ những chi tiết đơn gi n Có thể hàn đ ợc thép với thép, gang với gang,

những kim lo i có tính chất khác nhau nh gang với thép hoặc kim lo i đen với kim

lo i mầu Hàn giúp tiết kiệm kim lo i ( so với tán, hàn tiết kiệm 10- 20%; với đúc tiết kiệm tới 60% kim lo i…) Hàn giúp gi m th i gian chế t o, độ bền, độ kín cao, kh năng cơ khí tự động hóa cao

2.2.1 M i hàn

Hàn là ph ơng pháp n i hai hay nhiều chi tiết kim lo i thành một mà không thể tháo r i đ ợc bằng cách nung nóng chúng t i vùng tiếp xúc đến tr ng thái nóng ch y hay dẻo, sau đó không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau Khi hàn nóng ch y, kim lo i bị nóng ch y, sau đó kết tinh hoàn toàn t o thành

m i hàn Khi hàn áp lực, kim lo i đ ợc nung đến tr ng thái dẻo, sau đó đ ợc ép để t o nên m i liên kết kim lo i và tăng kh năng thẩm thấu, khếch tán c a các phần tử vật chất giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau t o thành

m i hàn.[6]

Phân lo i m i hàn ph thuộc vào d ng m i ghép và m i hàn đó thuộc m i hàn

ngấu hoàn toàn (Complete Joint Penetration-CJP) hay ngấu một phần (Partial Joint Penetration-PJP) Tiêu chuẩn chia các lo i m i hàn thành các d ng sau:

- M i hàn giáp m i

Trang 22

Lo i m i hàn (Weld types) Giáp

m i (Butt)

Góc (Fillet)

Nút (Flug)

Điểm (Spot)

Bẻ g (Edge)

Trang 23

10

Trong các ph ơng pháp hàn hồ quang làm kim lo i đến tr ng thái nóng ch y, hồ quang hàn sẽ làm nóng ch y kim lo i cơ b n, kim lo i điền đầy và thu c b o vệ vũng hàn Vì vậy kim lo i m i hàn, kim lo i cơ b n sẽ tr i qua hàng lo t các ph n ng hóa

học gây tr ớc khi m i hàn đ ợc hình thành Các thay đổi này gây ra hàng lo t thay đổi

tế vi và hình dáng c a m i ghép hàn khi đông đặc, có những sự thay đổi là lợi cho n i ghép hàn nh ng cũng có những thay đổi làm gi m kh năng làm việc c a m i hàn khi

sử d ng

Các thay đổi không mong mu n làm gi m kh năng làm việc c a m i hàn đ ợc

gọi là khuyết tật hàn, các khuyết tật này có thể là sự thay đổi gây ra sự bất liên t c trong m i hàn nh : ngậm xỉ, không ngấu, thiếu ngấu, rỗ khí, n t, cháy chân vv hoặc

có thể là khuyết tật làm thay đổi hình d ng ngo i quan c a m i ghép hàn nh : m i hàn

bị lệch c nh, sự không đồng phẳng c a m i ghép, ch y tràn, cháy th ng vv Những khuyết tật này có thể đ ợc nhìn thấy trực tiếp bằng mắt nh ng cũng có những khuyết

tật không thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt

2.2.2 Cácălo iăkhuy tăt tăhƠn

2.2.2.1 Thi uăng uă(ăLack of fusion)

M i hàn thiếu ngấu là hiện t ợng kim lo i m i hàn và kim lo i cơ b n (basic metal) hoặc giữa các kim lo i m i hàn các lớp không liên kết l i với nhau Đây là

lo i khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn Ngoài nh h ng không t t nh rỗ khí

và ngậm xỉ, nó còn là nguyên nhân chính dẫn đến các vết n t gây phá h y liên kết khi làm việc Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[35] phân chia các khuyết tật thiếu ngấu thành các d ng sau:

- Thiếu ngấu c nh (Lack of sidewall fusion)

Hình 2.10 Khuyết tật trên bề mặt và trong m i hàn[22]

Trên bề mặt

Trên bề mặt Trong m i hàn

Trang 24

11

- Thiếu ngấu giữa các lớp (Lack of inter-run fusion)

- Thiếu ngấu chân (Lack of root fusion)

a Thi uăng uăc nh

Là hiện t ợng kim lo i m i hàn thiếu liên kết với c nh mép vát kim lo i cơ b n Khuyết tật này có thể đ ợc nhìn thấy trực tiếp (trên m i hàn) bằng mắt hoặc không nhìn thấy trực tiếp đ ợc bằng mắt (trong m i hàn) Khuyết tật đ ợc phát hiện trên phim Ch p nh phóng x bằng vùng màu đen thẳng liên t c hoặc đ t đo n hai bên mép vát m i hàn Kỹ thuật siêu âm màu sẽ cho thấy khuyết tật nằm bên c nh mép vát, với một mặt là đ ng thẳng đều, mặt bên cho biên d ng không đều

a) Vị trí th ng xuất hiện khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng Ch p nh

phóng xHình 2.11: Khuyết tật thiếu ngấu c nh [24]

Nguyên nhân:

- Nhiệt độ vào (heat input) thấp

- Kim lo i ch y tràn lên tr ớc vũng hàn

- Vật hàn bị bẩn

- Điều chỉnh cuộn c m tăng quá cao trong d ng chuyển dịch khi hàn GMAW

b Thi uăng uăgi aăcácăl p

Là hiện t ợng kim lo i m i hàn giữa lớp hàn tr ớc không liên kết với kim lo i

m i hàn lớp hàn sau trong m i hàn nhiều lớp, chiều cao rưnh thiếu ngấu quá lớn cũng dễ dẫn đến hiện t ợng bẫy xỉ trong rưnh thiếu ngấu và t o nên khuyết tật ngậm xỉ

và không thấu (hình 2.12) Khuyết tật này rất dễ phát hiện bằng đầu dò siêu âm sóng thẳng với gai sóng t ơng tự khuyết tật thiếu ngấu c nh với đ ng biên d ng thẳng

Vị trí khuyết tật

Trang 25

c Thi uăng uăchân

Là hiện t ợng kim lo i m i hàn lớp chân (root) không liên kết với c nh mép vát c a chi tiết hàn, khuyết tật này th ng để l i một vết đen thẳng trên phim ch p nh phóng x , khuyết tật có thể xuất hiện một bên hoặc hai bên c nh m i hàn lớp chân,

ph ơng pháp siêu âm cũng dễ dàng phát hiện khuyết tật này bằng đầu dò góc với d ng sóng t ơng tự nh n t chân m i hàn (hình 2.13)

a)Vị trí khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng ch p nh

phóng x Hình 2.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân [24]

Trang 26

13

2.2.2.2 Khuy tăt tărỗăkhí/ăh căkhí

R ỗ khí là hiện t ợng các khí sinh ra trong quá trình hàn hoặc trong quá trình kim

lo i m i hàn đông đặc bị lẫn vào m i hàn Rỗ khí có thể sinh ra bên trong hoặc bề

mặt m i hàn Rỗ khí có thể nằm phần ranh giới giữa kim lo i cơ b n và kim lo i đắp

Rỗ khí có thể phân ph i tập trung hoặc nằm r i r c trong m i hàn Sự tồn t i

c a rỗ khí trong liên kết hàn sẽ làm gi m tiết diện làm việc, gi m c ng độ chịu lực và

độ kín c a liên kết, theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[35] phân chia các khuyết tật rỗ khí thành các d ng sau:

- Từ h c bẫy khí:

 Rỗ khí bị cô lập (isolated)

 R khí phân b đều (uniformly distributed porosity)

 Rỗ khí tập trung thành chùm clustered (localised) porosity

 Rỗ khí tập trung thành đ ng (linear porosity)

 Rỗ thành khoang dài (elongated cavity)

 Rỗ khí d ng lỗ sâu (worm-hole)

 Rỗ khí trên mặt (surface pore)

- Do co ngót:

 Rỗ khí phân nhánh (interdendritic shrinkage)

 Rỗ khí rãnh hồ quang (crater pipe)

Trang 27

14

- Thành khoang kéo dài

- Thành các lỗ nổi trên bề mặt m i hàn

Nhìn chung rỗ khí cho ph n x sóng siêu âm rất kém, khi di chuyển đầu dò kích

th ớc khuyết tật hầu nh không đổi, nếu xung báo là một nhóm xung nh và có nhiều xung thì có thể đó là khuyết tật rỗ khí chùm

Hình 2.15: Rỗ khí bên trong m i hàn [11]

Nguyên nhân:

- Điện cực ẩm ớt, gỉ, bị ăn mòn

- Bề mặt vật hàn bị bẩn

- Không khí lẫn trong khí b o vệ (GTAW/GMAW/FCAW)

- Chiều dài hồ quang quá cao

a Rỗ khí d ng lỗ sâu

Là hiện t ợng các rỗ khí hình thành trong quá trình đông đặc, khuyết tật d ng này th ng có thể tập trung đơn lẻ hoặc theo nhóm Các khuyết tật kéo dài có thể đ ợc nhìn thấy nh d ng x ơng cá trên phim ch p nh phóng x

Hình 2.16: Lỗ sâu (Worm holes) [11]

Nguyên nhân:

- Bề mặt vật hàn bị bẩn

- Các lớp b o qu n trên vật liệu cơ b n

- Các vết n t trên kim lo i cơ b n trong quá trình s n xuất

Trang 28

Hình 2.18: Rỗ khí rưnh hồ quang [11]

Trang 29

16

Nguyên nhân:

- Kỹ năng xử lý c a ng i thợ ch a t t

- Tắt hồ quang đột ngột

2.2.2.3 Khuy tăt tăn t

N t là một khuyết tật đ ợc t o ra b i một vết vỡ gây ra sự bất liên t c trên m i hàn hoặc trên vùng kim lo i lân cận m i hàn khi m i hàn đông đặc Vết n t là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất c a liên kết hàn N t có thể xuất hiện trên bề

mặt m i hàn, trong m i hàn và vùng nh h ng nhiệt Trong quá trình sử d ng cấu kiện hàn, nếu m i hàn có vết n t thì vết n t đó sẽ rộng dần ra làm cho kết cấu bị

h ng.Vết n t có thể xuất hiện các nhiệt độ khác nhau

Các vết n t có thể có các kích th ớc khác nhau, có thể là n t tế vi hay n t thô

đ i Các vết n t thô đ i có thể gây phá h y kết cấu ngay khi làm việc Các vết n t tế vi, trong quá trình làm việc c a kết cấu sẽ phát triển rộng dần ra t o thành các vết n t thô

đ i

Có thể phát hiện bằng mắt th ng hoặc đo với kính lúp đ i với vết n t thô đ i và

nằm bề mặt liên kết hàn Đ i với vết n t tế vi và nằm bên trong m i hàn có thể dùng các ph ơng pháp kiểm tra nh siêu âm, từ tính, ch p Ch p nh phóng x , v.v để xác định chúng

Phân lo i khuyết tật n t theo TCVN 6115-1:2005:

Trang 31

18

a)N t bên trong b)N t trên bề mặt c)Phát hiện bằng Ch p nh

phóng x Hình 2.21: Vị trí th ng xuất hiện các vết n t dọc[5]

b N t ngang

Là hiện t ợng các vết n t ch y vuông góc theo tr c m i hàn, các vết n t này có

thể xuất hiện trên kim lo i cơ b n, vùng nh h ng nhiệt và trên m i hàn Các vết n t

đ ợc phát hiện trên phim Ch p nh phóng x là một vết đen và cho một sóng thẳng trên màn hình siêu âm Tuy nhiên d ng n t này th ng cho tín hiệu sóng ph n x siêu âm

rất kém do bề mặt vết n t gần nh song song với chùm sóng âm

Hình 2.22: Các vị trí th ng xuất hiện vết n t ngang

a)N t ngang b)Phát hiện bằng Ch p nh phóng x Hình 2.23: Vị trí các vết n t ngang[5]

Kim lo i cơ b n Trên m i hàn

Vùng nh

h ng nhiệt

Trang 32

19

c N t tia

Là hiện t ợng các vết n t xuất phát từ một vị trí và bị phân thành nhiều vết n t

ra mọi h ớng, n t tia và n t hình sao về cơ b n là gi ng nhau, các vết n t này có thể

xuất hiện trên kim lo i cơ b n, vùng nh h ng nhiệt và trên m i hàn Các vết n t đ ợc phát hiện trên phim Ch p nh phóng x là một vết đen hình sao và th ng cho tín hiệu sóng ph n x siêu âm rất kém

Hình 2.24: Các vị trí th ng xuất hiện vết n t tia

d N t rãnh h quang hàn

Là hiện t ợng các vết n t xuất hiện điểm cu i m i hàn, chỉ xuất hiện t i rãnh

hồ quang và trên bề mặt m i hàn, đôi khi vết n t có thể lan rộng đến vùng nh h ng Các vết n t đ ợc phát hiện trên phim Ch p nh phóng x là một vết đen

Hình 2.25: Vị trí vết n t rưnh hồ quang

e N t theo b n ch t

N t nóng (hot cracks): xuất hiện trong quá trình kết tinh c a liên kết hàn khi nhiệt độ còn khá cao (trên 10000C) Các vết n t có thể xuất hiện giữa m i hàn (centerline) hoặc vùng nh h ng nhiệt

N t l nh (cold cracks): là các vết n t xuất hiện sau khi m i hàn nguội Có thể

xuất hiện kho ng vài gi hoặc vài ngày sau khi hàn

Trang 33

20

N t kết t a (precipitation induced cracks): n t do các hợp chất kết t a trong quá trình hàn

N t cắt lớp (lamellar tearing): n t có d ng phân lớp trên kim lo i m i hàn, n t

cắt lớp th ng xuất hiện trong thép cán (ch yếu là thép tấm), đặc điểm nhận d ng là

vết n t có d ng hình bậc thang, các vết n t này xuất hiện khắp nơi

Hình 2.26: N t cắt lớp chân m i hàn[22]

2.2.2.4 Khuy tăt tăng măx

Ng m x là hiện t ợng các chất rắn bên ngoài (không ph i là kim lo i m i hàn)

bị kẹt trong kim lo i m i hàn[8,11], đây là lo i khuyết tật rất dễ xuất hiện trong m i hàn Xỉ hàn có thể hình thành từ thu c bọc que hàn, thu c hàn (flux), các Oxide hoặc các hỗn hợp kim lo i khác trong quá trình hàn, vì lí do nào đó chúng không thoát ra

kh i bễ hàn khi kim lo i m i hàn đông đặc, chúng bị kẹt l i trong kim lo i m i hàn, các xỉ hàn này có thể nằm bên trong m i hàn hình 2.27 hoặc nằm trên bề mặt m i hàn xem hình 2.28 [11]

Trang 34

Trong thực tế, các khuyết tật ngậm xỉ th ng xuất hiện các vị trí sau:

a) Ngậm xỉ trên bề mặt b) Ngậm xỉ bên trong

Hình 2.29: Các vị trí th ng xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ Các ph ơng pháp hàn phổ biến hiện nay có thể dẫn đến khuyết tật ngậm xỉ nh :

- Ph ơng pháp hàn SMAW có thể gây ra khuyết tật ngậm xỉ từ thu c bọc que hàn nóng ch y (slag), ngậm các ôxít

- Ph ơng pháp hàn GTAW có thể gây ra các khuyết tật ngậm các oxít, lẫn Tungsten, ngậm đồng và ngậm các kim lo i khác

- Ph ơng pháp hàn SMAW, SAW và FCAW có thể gây ra khuyết tật ngậm thu c hàn (Flux), các ôxít, ngậm đồng và ngậm các kim lo i khác

- Ph ơng pháp hàn GMAW có thể gây ra khuyết tật ngậm ôxít, đồng, các kim

lo i khác

a Ng m x t thu c hàn nóng ch y

Ngậm xỉ từ thu c hàn nóng ch y là hiện t ợng xỉ hàn từ thu c b o vệ vũng hàn nóng ch y bị kẹt l i trong m i hàn khi kim lo i m i hàn đông đặc l i Thu c b o vệ có thể là thu c bọc que hàn, thu c từ ph ơng pháp hàn SAW hoặc có thể là thu c từ dây hàn FCAW Khuyết tật này đ ợc phát hiện trên phim Ch p nh phóng x bằng một vùng hay một điểm màu đen, khi kiểm tra bằng siêu âm xung báo có hình cột với biên

d ng xung bị gãy, gồ ghề nh khuyết tật n t hoặc thiếu ngấu

Trang 35

b Ng m x t thu căhƠnăch aănóngăch y

Là hiện t ợng thu c hàn bị kẹt l i trong h c kim lo i m i hàn khi kim lo i m i hàn đông đặc, xỉ hàn d ng này có thể là thu c hàn trong hàn SAW hoặc thu c từ dây hàn lõi thu c hoặc ch a nóng ch y Khuyết tật d ng này đ ợc phát hiện trên phim

Ch p nh phóng x bằng một vệt đen, ph ơng pháp siêu âm cũng cho gai xung t ơng

tự nh khuyết tật ngậm xỉ từ que hàn thu c bọc

Hình 2.31: Ngậm xỉ từ thu c hàn Nguyên nhân:

- Thu c hàn ch a nóng ch y t t, thu c bọc bị h ng (SMAW)

- Thu c không nóng ch y và bị kẹt l i trong kim lo i m i hàn (SAW và FCAW)

c Ng m x t các ôxít

Là hiện t ợng các oxit kim lo i bị kẹt l i trong h c kim lo i m i hàn khi đông đặc, một d ng khuyết tật phổ biến nhất c a d ng này th ng đ ợc bắt gặp trong hàn GTAW nhôm, phần nhôm bị oxi hóa không kịp thoát ra kh i vũng ch y sẽ t o nên

Trang 36

23

khuyết tật d ng này theo d ng nếp nhăn (puckering) và đ ợc nhìn thấy trên phim ch p

nh phóng x bằng một vùng t i (hình 2.32), đ i với kỹ thuật siêu âm khuyết tật đ ợc phát hiện nh ngậm xỉ nh ng biên d ng không tròn đều và sóng có nhiều gai

Hình 2.32: Ngậm xỉ từ các Ôxít trên phim Ch p nh phóng

đ ợc nhận thấy bằng một điểm sáng trên phim ch p Ch p nh phóng x , do Tungsten

hấp th ánh sáng t t hơn kim lo i cơ b n (hình 2.33) Siêu âm phát hiện t ơng tự nh khuyết tật ngậm xỉ

Hình 2.33: Ngậm xỉ từ Tungsteen trên phim ch p nh phóng x [36]

Nguyên nhân:

- Điện cực Tungsten ch m vào vật hàn khi gây hồ quang (lif arc)

- Điện cực ch m vào vũng hàn nóng ch y

e Ng m x t đ ng

Trang 37

24

Là hiện t ợng các h t nh đồng bị kẹt l i trong m i hàn, các h t đồng này có thể

từ ng tiếp điện (contactip) c a súng hàn ch m vào vũng hàn đang nóng ch y hoặc một

l ợng nh đồng trên lớp tráng dây điện cực bị kẹt l i trong vũng hàn khi đông đặc

D ng khuyết tật này th ng gặp ph i khi hàn GMAW hay SAW, khuyết tật này đ ợc nhìn thấy bằng một điểm sáng trên phim ch p Ch p nh phóng x và t ơng tự nh khuyết tật Tungsten inclusion, chỉ khác là biên độ điểm sáng không thẳng đều nh khuyết tật ngậm xỉ từ Tungsten (hình 2.34)

Khuyết tật ngậm xỉ nh h ng lớn đến độ bền, độ dai va đập và tính dẻo c a kim

lo i m i hàn, gi m tuổi thọ và kh năng làm việc c a kết cấu Tuy nhiên, theo một s tiêu chuẩn thì khuyết tật này có thể đ ợc chấp nhận tồn t i trong m i hàn nếu chúng đ ợc

ch ng minh là không gây nh h ng đến kết cấu khi đ a vào sử d ng

2.3 Cácăph ngăphápăki m tra không phá h y

Trong kỹ thuật sửa chửa cơ khí, có một s ph ơng pháp kiểm tra không phá h y

nhằm tìm ra các khuyết tật hoặc tiềm năng h h ng c a chi tiết máy hoặc thiết bị, mắt

th ng nhiều khi không thấy đ ợc mà không nh h ng đến chi tiết, thiết bị

Kiểm tra không phá h y là việc sử d ng các ph ơng pháp vật lỦ để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc bề mặt vật kiểm mà không làm tổn h i đến

kh năng sử d ng c a chúng Viết tắt từ chữ tiếng Anh "Non - destructive Testing",

Trang 38

- Kiểm tra bằng thị giác và quang học (Visual Test - VT)

- Kiểm tra bằng chất l ng thẩm thấu hay thấm màu (Penetrant test - PT)

- Kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle test – MT)

- Kiểm tra bằng dòng xoáy điện (Eddy Current Test - ET)

- Kiểm tra bằng ch p nh b c x hay còn gọi là ch p phim (Radiographic test – RT)

- Kiểm tra bằng siêu âm (Ultrasonic test – UT)

- Kiểm tra bằng truyền âm (Acoustic Emission Testing - AE)

- Kiểm tra rò rỉ (Leak Testing - LT)

Trong đó các biện pháp UT và RT đ ợc sử d ng để phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong chiều dày kết cấu, còn biện pháp VT, PT, MT và ET sử d ng khi

cần kiểm tra các khuyết tật nằm trên bề mặt hay lớp d ới bề mặt.[1,3,4,5]

Hình 2.35: Các ph ơng pháp kiểm tra NDT[28]

2.3.1 Đặc đi măc aăki mătraăkhôngăpháăhu

u điểm c a ph ơng pháp kiểm tra không phá h y (NDT) này so với các

ph ơng pháp phá h y (DT) đó là NDT không làm nh h ng đến kh năng sử d ng

c a vật kiểm sau này Ngoài ra ph ơng pháp NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm, trong khi đó ph ơng pháp DT chỉ có thể kiểm tra xác suất Ph ơng pháp NDT có thể kiểm tra ngay khi vật kiểm nằm trên dây chuyền s n xuất mà không ph i ng ng dây chuyền s n xuất l i

Trong các ph ơng pháp NDT đư nêu trên, mỗi ph ơng pháp đều có u điểm riêng, không ph ơng pháp nào có thể thay thế đ ợc ph ơng pháp nào ng với mỗi

tr ng hợp c thể mà ta lựa chọn những ph ơng pháp kiểm tra phù hợp

Trang 39

26

Khi áp d ng kiểm tra không phá h y, ta có thể dể dàng phát hiện những khuyết

tật, từ đó sửa chữa khắc ph c sai sót Do đó, công trình khi hoàn thành sẽ có các chi tiết sai h ng thấp nhất

2.3.2 ngăd ngă

Kiểm tra không phá h y dùng để phát hiện các khuyết tật nh là n t, rỗ, xỉ, tách

lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các m i hàn , kiểm tra độ c ng c a vật liệu,

kiểm tra độ ẩm c a bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong tr ng

hợp không tiếp xúc đ ợc hai mặt (th ng ng d ng trong tàu th y), đo c t thép (trong các công trình xây dựng ),v.v

Trong nhà máy lọc dầu, hóa chất, nhiệt điện, các kỹ thuật kiểm tra không phá

h y đ ợc sử d ng trong ch ơng trình b o d ỡng phòng ngừa cho các thiết bị tĩnh nh bồn bể, tháp ph n ng, nồi hơi, trao đổi nhiệt…

Trang 40

27

Ch ngă3

C ăS LụăTHUY T

3.1 C ăs lý thuy t công ngh hàn

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều ph ơng pháp hàn khác nhau, căn c theo quá trình hình thành m i hàn ng i ta có thể phân lo i các ph ơng pháp hàn nh hàn nóng

ch y (fusion welding) và hàn không nóng ch y (pressure welding)

Hàn không nóng ch y là các ph ơng pháp hàn sử dung nguồn nhiệt nung vật hàn đến tr ng thái dẻo và m i hàn đ ợc hình thành nh vào một áp lực tác động Các

ph ơng pháp hàn không nóng ch y phổ biến hiện nay là:

- Hàn rèn (Forge welding)

- Hàn ma sát (Friction welding)

- Hàn điện tr (Resistance Welding)

Hàn nóng ch y là các ph ơng pháp hàn sử d ng nguồn nhiệt nung nóng vật hàn đến tr ng thái nóng ch y khi kim lo i đông đặc l i sẽ t o thành m i hàn Các ph ơng pháp hàn nóng ch y phổ biến trong công nghệ hàn kết cấu chịu áp lực hiện nay th ng là:

- Hàn hồ quang tay (MMAW – Manual Metal Arc Welding), hay còn gọi là hàn hồ quang que hàn có lõi thu c bọc (SMAW – Shielded Metal Arc Welding)

- Hàn điện cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o về ( GMAW- Gas Metal Arc Welding)

- Hàn điện cực không nóng ch y trong môi tr ng khí b o vệ là khí trơ (GTAW–Gas Tungsten Arc Welding)

- Hàn dây lõi thu c (FCAW– Flux Core Arc Welding)

- Hàn hồ quang d ới lớp thu c (SAW– Submerged Arc Welding )

3.1.1 Ph ngăphápăhƠnăđi năc căkhôngănóng ch yătrongămôiătr ngăkhíă

b oăv ăălƠăkhíătr ă(GTAW)

3.1.1.1 Kháiăni măvƠănguyênălỦăho tăđ ng

Hàn điện cực không nóng ch y trong môi tr ng khí b o vệ là khí trơ hay còn

gọi là hàn GTAW ( Gas Tungsten Arc Welding) là quá trình trong đó nguồn nhiệt hồ quang đ ợc t o thành từ sự phóng điện giữa điện cực wonfram không nóng ch y và chi

tiết gia công Kim lo i điền đầy, đ ợc đ a vào hồ quang từ bên ngoài d ng dây trần

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	6,47 MB