Đồ án môn học Cán ống

Trong khuôn khổ đồ án môn học “Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất ống hàn bằng phương pháp hàn điện liên tục “ với hi vọng sẽ đáp ứng một phần nhu cầu sử dụng ống trong nước.Tôi xin c

Mục lục

Mục lục 1

Lời nói đầu 3

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 Tình hình sản xuất ống trên thế giới 4

1.2 Tình hình sản xuất ống trong nước 5

CHƯƠNG 2 : PHÂN LOẠI CỦA ỐNG THÉP 6

2.1 Phân loại theo phương pháp sản xuất 6

2.2 Phân loại theo hình dạng mặt cắt 7

2.3 Phân loại theo độ dày tường 7

2.4 Phân loại theo nguyên liệu và công dụng 7

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ỐNG HÀN 10

3.1 Quy trình công nghệ 10 3.2 Giới thiệu một số phương pháp hàn 13

3.2.1 Phương pháp hàn lò liên tục 13 3.2.2 Phương pháp hàn điện cao tần 14

3.2.3 Phương pháp hàn cảm ứng 14

3.2.4 Phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí trơ 15

3.2.5 Phương pháp hàn PLASMA 15

3.2.6 Hàn điện trở 15

3.3 Lựa chọn phương pháp hàn 16

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 17

4.1 Bề rộng bang kim loại 17

4.2 Xác định số giá cán tạo hình 19

4.3 Xác định các kiểu lỗ hình trên giá tạo hình 19

4.4 Thiết kế trục tạo hình (roll) 20

4.4.1 Xác định biên dạng trục tạo hình 20

4.4.2 Xác định kích thước trục tạo hình 25

1.Kích thước bề rộng trục tạo hình 25

2 Đường kính trục tạo hình 27

4.5 Xác định kích thước hình học của lỗ hình trục đứng không dẫn động 29

4.5.1 Xác định kích thước hình học lỗ hình trục đứng thứ 1 29

4.5.2 Xác định kích thước hình học lỗ hình trục đứng thứ 2, 3, 4, 5, 6 : 30

Kết luận 32

Tài liệu tham khảo 33

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của một quốc gia có nền công nghiệp hiện đại và tự chủđòi hỏi phải có một nghành sản xuất ống mạnh Nhìn chung, ống thép được

sử dụng trong hầu hết các nghành xây dựng, cầu đường, luyện kim, khaikhoáng, mỏ và trong các nghành công nghiệp dầu khí Tuy nhiên do đặcthù của các nghành có nhu cầu về ống thép thường là loại nhỏ và chịu àplực thấp, do đó chủ sử dụng chủ yếu là ống hàn Ngược lại, các nghànhcông nghiệp nặng như dầu khí có nhu cầu về ống cao, sử dụng nhiều chủngloại ống và chịu được áp lực cao

Trên thực tế, để sản xuất ống người ta đưa ra hai phương pháp cơ bản

đó là phương pháp sản xuất ống hàn và phương pháp sản xuất ống khônghàn Nhưng cùng với sự phát triển mạnh về công nghệ hàn cho phép ta sảnxuất được các loại ống có chất lượng cao và độ bền vững không thua kémống không hàn Hơn nữa, vốn đầu tư ban đầu về trang thiết bị cho nhà máy

về ống hàn là không lớn, dây truyền sản xuất dễ tự động hoá, tổn hao ítnăng lượng hơn so với sản xuất ống không hàn Do đó, xu thế sản xuất ốnghàn trên thế giới ngày càng được ưa chuộng Trước thềm thế kỷ mới, chúng

ta cần đầu tư, xây dựng quy trình công nghệ sản xuất ống hàn, nhằm đápứng đủ nhu cầu về ống trong nước

Trong khuôn khổ đồ án môn học “Thiết kế quy trình công nghệ sản

xuất ống hàn bằng phương pháp hàn điện liên tục “ với hi vọng sẽ đáp ứng

một phần nhu cầu sử dụng ống trong nước.Tôi xin chân thành cám ơnPGS.TS Nguyễn Trường Thanh và ThS Nguyễn Đăng Khoa, các thầy giáotrong bộ môn đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt công việc được giao

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ỐNG TRÊN THẾ GIỚI :

Trong đời sống và trong công nghiệp chúng ta dùng rất nhiều ốngthép và ống kim loại khác, từ cái kim tiêm đến các ống dẫn dầu, dẫn khív.v có đường kính lên tới vài mét Các loại ống này có loại là ống hàn và

có loại là ống không hàn để cán ra chúng, ta có máy cán ống không hàn vàmáy cán ống hàn Cán ống không hàn thì luôn cán ở trạng thái nóng, sảnphẩm ống không hàn có đường kính quá nhỏ  = (0,5  20) mm thì ta cómáy kéo ống ở trạng thái nguội không có lõi tựa, còn ống to hơn khi kéo taphải dùng lõi tựa

Đối với ống hàn , có thể cán và tạo hình ở trạng thái nóng nếu ống cóchiều dày lớn, các loại ống nhỏ và mỏng chúng ta nên cán và tạo hình ởtrạng thái nguội Các loại ống lớn thường sử dụng loại hàn với đường hànxoắn, hàn mặt trong mặt ngoài

Đặc biệt trong ngành công nghiệp dầu khí, ống thép chiếm một lượnglớn trong xây dựng các nhà máy lọc dầu và vận chuyển dầu khí Một sốnước phát triển như Liên Xô cũ, CHDC Đức, Tiệp Khắc, Mỹ, Nhật có hàngtrăm nghìn Km đường ống các loại mà chủ yếu là dẫn dầu và hơi đốt Cácnước này có hệ thống dẫn nước và hơi đốt ngầm trong thành phố, phục vụcho nhu cầu về khí gas và nước sinh hoạt cho người dân Vào những năm

80, Liên Xô cũ đã xây dựng hệ thống đường ống dẫn khí “ hữu nghị “ vớicác nước nước Ba Lan, Tiệp Khắc, Hungari, CHDC Đức, Bungari và

được áp suất tới 75 atm Ngay như Nhật, do địa hình đất nước gồm nhiềuđảo, việc vận chuyển đầu khí, xây dựng đường ống xuyên biển là một nhân

tố thúc đẩy nghành công ngiệp sản xuất ống của nước này phát triển

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ỐNG TRONG NƯỚC

Cũng như máy cán tấm, các máy cán ống không hàn đòi hỏi đầu tưvốn rất lớn và đòi hỏi kỹ thuật cao cho nên đến nay nước ta vẫn chưa có

Hiện nay, các nhà máy cán ống hàn của chúng ta có quy mô rất bénhỏ, chưa phát triển Sản phẩm chủ yếu là cán các ống thép ống dẫn nước,làm khung xe đạp, xây dựng, trang trí, chân bàn ghế như ở công ty cán ốngĐài-nam thuộc công ty Hoà - Phát hoặc ở Công ty liên doanh ống thépVINAPIPE Sản phẩm ống không hàn của nước ta hiện nay có chiều dàylớn nhất là 5 mm, đường kính lớn nhất từ : ( 125  140 ) mm, đa số sảnphẩm được làm ống dẫn nước, ống thép không rỉ dùng làm giường bệnhnhân và các xương tủ dùng trong bệnh viện

Dựa vào việc khảo sát nhu cầu về ống thép trên thị trường cho thấyrằng: các ngành công nghiệp nhẹ, ngành xây dựng, cầu đường có nhu cầu

về ống thấp nhưng vẫn phải thường xuyên phải nhập ống hàn với kíchthước trung bình từ Trung Quốc về Các cơ sở sản xuất ống trong nướckhông dáp ứng đủ cho nhu cầu thép ống trong nước Theo dự báo của Tổngcông ty thép Việt Nam thì nhu cầu về thép ống ở nước ta đến năm 2005 là240.000 tấn

Nhà máy lọc dầu ở Khu công nghiệp Dung Quất đi vào hoạt động,các dự án đầu tư cho việc dẫn khí đồng hành từ các mỏ dầu ngoài khơiđược thực thi, nhu cầu về ống thép ở nước ta tăng lên Bên cạch đó, chínhphủ đang có sự đầu tư cải tạo mạnh vào công nghiệp Luyện Kim, cải tạo

khu liên hiệp Gang Thép Thái Nguyên, đầu tư các công nghệ Luyện Kimtiên tiến, đón đầu các dây chuyền đúc cán tấm mỏng sẽ tạo điều kiện rất tốtcho công nghiệp sản xuất ống.

 Phân loại theo mối hàn: ống hàn mối thẳng, ống hàn xoắn ốc

2.2 PHÂN LOẠI THEO HÌNH DẠNG MẶT CẮT

 Ống thép mặt cắt đơn giản: ống thép tròn, ống thép vuông, ống thépbầu dục, ống thép hình tam giác, ống thép hình sáu giác, ống théphình thoi, ống thép tám giác, ống thép hình nửa cung tròn

 Ống thép mặt cắt phức tạp: ống thép hình sáu giác không đều , ốngthép hình hoa mai 5 cánh, ống thép hình hai lồi, ống thép hình hailõm, ống thép hình hạt dưa, ống thép hình nón, ống thép hình gợnsóng, ống thép vỏ mặt ngoại, loại khác

2.3 PHÂN LOẠI THEO ĐỘ DÀY TƯỜNG

Ống thép tường mỏng, ống thép tường dày

2.4 PHÂN LOẠI THEO NGUYÊN LIỆU VÀ CÔNG DỤNG

Ống thép dùng cho đường ống, ống thép dùng cho thiết bị công nốngnhiệt, ống thép dùng cho ngành công nghiệp máy móc, dầu mỏ, ống thépdùng cho khoan thăm dò địa chất, ống thép đồ đựng, ống thép dùng chocông nghiệp hóa học, ống thép có công dụng đặc biệt, loại khác:

GB/T3092-1993,GB/T3091-1993 ( ống hàn mạ kẽm áp lực thấp) : Chủ

yếu dùng dẫn nước, khí, không khí, khí chưng, các loại dung dịch áp lực thấp và các mục đích khác Loại thép dùng là Q235A

GB/T14291-1992 ( ống hàn dẫn dung dịch khoáng sản): Chủ yếu

dùng ống hàn thẳng dẫn nước thải trên núi Nguyên liệu chủ yếu là

Q235A

GB/T142980-1994 ( ống hàn điện đường kính lớn dẫn dung dịch áp

lực thấp) Chủ yếu dùng dẫn nước, khí, không khí và các mục đích khác.Nguyên liệu chủ yếu là Q235A

GB/T12770-1991( ống hàn không gỉ dùng trong kết cấu cơ khí) : Chủ

yếu dùng trong các kết cấu cơ khí, xe hơi , xe đạp ,đồ gia dụng, khách sạn Nguyên liệu chủ yếu là thép 0Cr13, 1Cr17, 00Cr19Ni11, 1Cr18Ni9,

GB/T12771-1991 ( ống hàn không gỉ dùng dẫn dung dịch) : Mác thép

chủ yếu là 0Cr13, 0Cr19Ni9, 00CrNi11, 00Cr17, …

Hình 1 Ống hàn xoắn ốc Hình 2 Ống hàn mối thẳng

Hình 3 Ống thép hàn mạ kẽm cỡ nhỏ Hình 4 Ống thép hàn mạ kẽm cỡ lớn

Hình 5 Ống thép hàn điện Hình 6 Ống thép vuông

+ Môđun đàn hồi trượt : G = 84 KN/mm2.

Sơ đồ quy trình công nghệ

* Cắt xẻ phôi : Nhằm cắt ra băng có chiều rộng theo yêu cầu Dùng daocắt song song có đường kính trục dao 250 mm và đường kính dao 300 - 350mm.

* Máy tháo dỡ : Dùng cơ cấu thuỷ lực để giữ các cuộn phôi đã được cắtnhằm đưa phôi vào các giá cán Máy có công suất 5,5 - 7,5 Kw

* Cán phẳng : Từ máy tháo dỡ phôi có thể được đưa qua một hộp chứaphôi ( hộp này để chứa phôi , tạo lượng dự trữ phôi để không làm gián đoạnquá trình cán khi hàn nối phôi từ cuộn phôi khác) hoặc máy tạo vòng, sau

đó phôi được đưa qua một số máy cán phẳng và một số con lăn đứng dẫnhướng ( không dẫn động) trước khi vào các giá tạo hình.

* Tạo hình : Dải phôi được đưa qua các giá cán tao hình ống Sau khi quacác giá tạo hình thì dải băng đã có hình dạng ống và được uốn tới góc : 2500

- 2800

* Hàn : hai mép băng kim loại được hàn kín lại với nhau tạo thành ống

* Vát phẳng và cán định kính : ống sau khi hàn được qua hai lưỡi dao đểvát phẳng mối hàn ( một lưỡi bên trong, một lưỡi vát ngoài) Sau khi vátđược đưa qua một giàn làm nguội sau đó qua khoảng 3 giá cán định kínhnhằm ổn đinh lại mối hàn và đảm bảo kích thước ống Sau khi cán địnhkính có thể qua 2 giá cán hình nếu muốn cán luôn ra thép ống vuông

* Cắt ống : ống sau khi cán định kính dùng máy cưa để cắt ra sản phẩmtheo kích cỡ yêu cầu ( thường là 6m ) Dùng máy cưa : ống nhỏ dùng lưỡicưa đường kính 480 - 510 mm còn lớn hơn thì dùng 580 - 610 mm

* Kiểm tra sơ bộ : đây là việc kiểm tra sơ bộ bằng mắt thường để loại một

số ống sai về kích thước và dùng máy ép thử ngẫu nhiên một số ống về chấtlượng mối hàn và các vết nứt có thể xuất hiện trong qua trình cán

* Doa đầu ống : sau khi cưa ống thường ống bị bavia nên cần doa phẳnglại ống ở cả hai đầu ống Dùng 3 lưỡi dao xoay tròn đặt nghiêng nhau 00,

450, 900 (với ống nhỏ có thể dùng 2 lưỡi dao)

* Nắn thẳng : Dùng 3 giá cán nghiêng để nắn thẳng lại ống

* Kiểm tra áp lực : Bơm đầy nước vào ống sau tăng áp suất trong ống đểkiểm tra chất lượng ống ( với ống 50 dùng để làm ống dẫn nước thì kiểmtra)

* Mạ ống và làm ren : mạ kẽm ống hoặc làm ren ống nếu sản phẩm yêucầu nếu không thì bôi dầu cho ống để chống gỉ

* Đóng gói : đóng bó ống theo tiêu chuẩn Với ống có kích thước 50 thìđóng gói : 37 ống/bó.

 3.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÀN :

Trong quy trình công nghệ sản xuất ống hàn, khâu hàn là một trongnhững khâu quan trọng của dây truyền Có thể nói : chất lượng của ốngthành phẩm phụ thuộc nhiều vào chất lượng của mối hàn Các khâu tạo hình

và cán định kính cho phép chúng ta tạo hình ống từ băng kim loại và địnhkích thước ống nằm trong miền dung sai cho phép Do vậy, ứng với mỗiphương pháp tạo hình, hình dạng trục tạo hình mà ta chọn phương pháp hàn

cụ thể sao cho phù hợp với phương pháp đó Việc lựa chọn phương pháphàn phụ thuộc vào một số chỉ tiêu sau :

 Phương pháp tạo hình

 Kiểu trục tạo hình

 Vận tốc tạo hình

 Các yêu cầu kỹ thuật của ống thành phẩm

 Công suất của nhà máy

 Vốn đầu tư ban đầu cho thiết bị cần thiết để sản xuất

3.2.1 Phương pháp hàn lò liên tục :

Sau khi uốn băng kim loại, hai mép băng kim loại tiếp xúc nhau, ốngđược ép nhỏ lại và tạo một áp lực cần thiết trên hai mép băng kim loại làmcho hai mép hàn khít với nhau

Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào áp lực tạo nên mép băng kim loạitrên trục hàn và mức độ nén Để tăng độ bền vững của ống, người ta làmtăng độ chênh lệch nhiệt độ nung băng kim loại theo chiều rộng

3.2.2 Phương pháp hàn điện cao tần :

Phương pháp hàn điện cao tần 450- 500 KHz dựa trên nguyên tắc:Dòng điện ở tần cao không chuyển động theo hướng điện trở nhỏ nhất màtheo hướng cảm ứng từ nhỏ nhất Phương pháp hàn điện trở cao tần sử dụnghiệu ứng gần và hiệu ứng bề mặt để nung nóng mép băng kim loại Hiệuứng gần xuất hiện khi có dòng điện có tần số tới vài chục đến vài nghìnKHz chạy qua dây dẫn Dưới tác dụng của từ trường xoay chiều, trên phầnống phôi được tạo hình xuất hiện dòng điện xoáy Vicre Các đường dẫnđiện trong những vùng gần nhau của dây dẫn và mép phôi ống cần nung ởbất kỳ thời điểm nào cũng trái ngược nhau về hướng và tác dụng lên nhaumột lực hút Chính vì vậy, mà điện trường tập trung cao nhất tại vùng tiếpxúc đó Hiện tượng đó gọi là hiện tượng gần Hiệu ứng bề mặt là hiện tượngđiện tích tập trung chủ yếu trên bề mặt phôi Hai hiện tượng trên là cơ sở lýluận để xây dựng phương pháp hàn cao tần

3.2.3 Phương pháp hàn cảm ứng :

Phương pháp hàn cảm ứng được ứng dụng để sản xuất ống dẫn nước,ống dẫn khí và ống kết cấu có đường kính từ 21,5 - 21,9 mm Để nung nóngmép biên phôi ống người ta sử dụng cuộn cảm ứng thẳng với đường dẫn từ

để tăng mật độ từ thông

Các mép biên phôi ống đặt sát cuộn cảm ứng từ Từ thông được tạobởi dòng qua cuộn cảm tạo nên dòng cảm ứng chạy dọc theo hai mép biênphôi ống mà không chạy qua khe hở giữa hai mép biên phôi ống chưa hàn.Nhờ vậy kim loại ở mép biên phôi ống được nung tới nhiệt độ hàn

Thời gian hàn ống với chiều dày thành ống 2,5 - 9 mm nằm trongkhoảng từ 1- 3 (s) Chiều dài cuộn cảm ứng từ thường nhỏ hơn 500 mm,chính vì vậy mà đôi khi phải sử dụng tới vài cuộn cảm ứng từ.

3.2.4 Phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí trơ :

Khi trong môi trường khí trơ, cầu hồ quang được tạo nên giữa quehàn không chảy và mép ống được bảo vệ bằng khí argông hoặc gelia Mánghàn tạo nên chỉ do kim loại của mép ống nóng chảy Do có tác dụng lực củacầu hồ quang, kim loại lỏng chuyển động về phía ngược hướng với chuyểnđộng của que hàn Tất cả kim loại lỏng đều có chu kỳ nhiệt độ như nhau vàđược nung nóng nên không lớn hơn nhiệt độ hàn Tại đây kim loại lỏngchảy mạnh và chuyển động về phía sau Nhiệt độ kim loại lỏng tăng lên.Phía sau của máng mất nhiệt nhiều hơn lượng nhiệt dẫn tới nên nhiệt độkim loại giảm và bắt đầu kêt tinh lại luồng khí trơ dẫn đi lượng nhiệt đáng

kể góp phần vào làm tăng nhiệt độ làm lạnh kim loại

Phương pháp này thường dùng cho sản xuất ống 15 - 426 và chiềudày thành ống 0,5 - 5 mm Đây là phương pháp thương để dùng sản xuấtống thép hợp kim cao, nhưng vận tốc hàn thấp 0,5 - 1,5 m/phút và chỉ sảnxuất được ống có đường kính nhỏ dến trung bình

3.2.5 Phương pháp hàn PLASMA :

Plasma là loại khí ion hoá cao, nó bao gồm các điện tích dương (ion)

và điện tích âm (điện tử) Plasma được tạo nên bằng con đường ion hoá,nhiệt năng, phóng xạ, phá huỷ nguyên tử Trong khi chuyển động, sự vachạm của các điện tử với ion, nguyên tử sinh ra nhiệt rất lớn

Dựa trên đặc điểm toả nhiệt của plasma, người ta đưa ra phương pháphàn plasma

số dòng điện, với dòng có tần số 50 700 Hz vận tốc hàn có thể đạt tới 20

-75 m/phút Dòng điện dẫn tới phôi ống bằng phương pháp tiếp xúc qua cácđiện cực hình vành khăn Các điện cực đó là bộ phận chính của máy biếnthế hàn quay Vành điện cực cùng với các trục hàn tạo thành lỗ hình kín.Dưới tác dụng của áp lực từ phía dưới trục hàn và vành điện cực, các mépphôi ống tiến sát lại gần nhau Vành điện cực truyền tới phôi ống dòng điện

có hiệu điện thế vài vôn, cường độ dòng thì tới vài chục nghìn ampe

Nhờ vậy, hai mép ống được nung nóng mạnh, trục hàn và vành điệncực gây một áp lực lớn lên phôi kim loại khiến cho hai mép ống hoà lẫn vớinhau và tạo thành mối hàn

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÀN

Trên cơ sở cần thiết kế quy trình công nghệ sản xuất ống hàn Ø50 vàchiều dày là 2,9 mm với phôi ban đầu là bang théo CT3 ta chọn phươngpháp hàn ống bằng dòng cao tần xoay chiều có tần số 450 kHz là hiệu quả

và kinh tế nhất.Vận tốc hàn cho phép của phương pháp này lên tới60m/phút Hệ thống lỗ hình đơn giản, gọn nhẹ, vôn đầu tư ban đầu nhỏ

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

4.1 BỀ RỘNG BĂNG KIM LOẠI :

Khi sản xuất ống có đường kính (6 ÷ 529) mm bằng phương pháp hànđiện trở trên máy tạo hình liên tục, độ chính xác cảu đường kính ống phụthuộc vào các yếu tố:

- Lượng mất mát kim loại trong quá trình hàn ( kim loại oxy hóa,cháy và bị đùn tạo thành gờ khe trên thành ống )

- Lượng giảm đường kính ống trên máy hiệu chỉnh

- Lượng giảm đường kính ống trên máy cán hiệu chỉnh

Vì vậy khi tính toán bề rộng bang kim loại để tạo hình ống ta phải xétđến các yếu tố trên để sản xuất ống có đường kính chính xác

Do ta chọn công nghệ cán ống hàn bằng phương pháp điện trở khôngdùng máy tóp ống ( để phù hợp quy trình công nghệ, sau quá trình tạo hình

ta chỉ cán định kính) nên ta sử dụng công thức tính bề rộng bang kim loại :

Bl = .(DT + DK - ST) + B + BC (3.1)Trong đó :

- Công thức : Bl = .(DT + DK - ST) + B + BC

Trong đó

Các giá trị DK, B, BC được chọn theo bảng sau :

Bảng 4.1 Các giá trị dự trữ cho bề rộng băng kim loại :

Chiềudày ống

Hàn hồquang

DT = 50 (mm) với ST = 2,9 (mm)

9 2

50

, , 