Với những số liệu được thống kê nêu trên cộng với những đặc tính nổi bật củathép ống, chúng ta có thể thấy được lợi ích của ngành công nghiệp sản xuất thépống có vai trò to lớn không chỉ
Trang 1CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
1 Lý do chọn đề tài.
Thép ống đang là một trong những nguyên vật liệu được sử dụng phổ biếntrong các ngành công nghiệp của thế giới cũng như Việt Nam Trong đời sống hiệnnay, đi đâu ta cũng có thể thấy được các loại thép ống được ứng dụng rộng tãi trongmọi lĩnh vực Điển hình là các đường ống dẫn chất lỏng trong nhà máy thuỷ điện, lòhạt nhân; đường ống dẫn áp lực như dẫn khí, dẫn dầu công nghiệp; đường ống dẫnhoá chất trong các nhà máy thực phẩm và rác thải công nghiệp; trong ngành côngnghiệp xây dựng như sản xuất khung ô tô, đóng tàu, dân dụng,…
Tại sao thép ống được ứng dụng rộng rãi như vậy ?
Kể từ khi quy trình sản xuất thép Bessemer được phát minh vào năm 1856,thép đã trở thành một trong những vật liệu được ưa chuộng nhất trên toàn thế giớibởi những đặc tính tốt như độ cứng, độ đồng nhất cao Độ bền cao, chịu áp lực lớn,
có khả năng chống ăn mòn, dễ kéo sợi và sức căng
Theo thống kê của Hiệp Hội Thép Thế Giới (World Steel Association – viết tắt
“ WSA ”), năm quốc gia sản xuất thép nhiều nhất thế giới hiện nay là Trung Quốc,Nhật, Mỹ, Ấn Độ và Nga với 70,1% tổng lượng thép thô toàn cầu vào năm 2013.Trong đó, riêng Trung Quốc sản xuất 779 triệu tấn (chiếm 48,5% tổng thép được sửdụng toàn cầu) Tổng lượng thép thành phẩm được sản xuất cùng năm là 1.500 triệutấn, trong khi tổng lượng tiêu thụ cùng năm là 1.481 triệu tấn
Cũng theo số liệu thống kê của Hiệp Hội Thế Giới (WSA), năm 2013, ViệtNam là nước sản xuất thép xếp hạng 26 thế giới với 5,6 triệu tấn thép và xếp hạngthứ 13 thế giới về nhập khẩu thép với 10 triệu tấn thép Xét về nhập khẩu thì ViệtNam xếp hạng thứ 4 thế giới với 8,6 triệu tấn
Với những số liệu được thống kê nêu trên cộng với những đặc tính nổi bật củathép ống, chúng ta có thể thấy được lợi ích của ngành công nghiệp sản xuất thépống có vai trò to lớn không chỉ đối với kỹ thuật công nghiệp mà còn đối với kinh ,đời sống của xã hội và đất nước như thế nào Tuy nhiên, vấn đề được quan tâm củangành sản xuất thép ống Việt Nam là với số lượng lớn thép ống được sản xuất và
Trang 2nhập khẩu nhiều đến như vậy thì các doanh nghiệp bằng cách nào để có thể quản lícác loại thép ống với mỗi loại ống thép được sản xuất và ứng dụng cho từng mụcđích khác nhau? Mỗi doanh nghiệp, mỗi nhà máy sẽ sản xuất thép ống với thiết kế,mục đích khác nhau và phân biệt giữa các loại thép ống giữa các doanh nghiệp, giữacác nhóm thép ống như thế nào? Đây chính là vấn đề được phân tích trong bài viếtnày
Để trả lời cho câu hỏi trên, các doanh nghiệp, nhà máy phân biệt mỗi loại thépống bằng những ký hiệu, mã số riêng biệt giúp các doanh nghiệp, nhà máy sản xuất
có thể dễ dàng sắp xếp, phân biệt từng loại thép ống tuỳ theo công dụng và mụcđích, thuận tiện cho việc sử dụng và vận chuyển cho khách hàng Vì những ký hiệu,
mã số phải thể hiện tính đặc thù cho từng loại thép ống và mỗi một ống thép trongtừng nhóm thép ống sẽ không giống nhau cho nên nội dung sẽ hạn chế và thay đổiliên tục nên việc áp dụng công nghệ in phun sẽ phù hợp với hoàn cảnh và yêu cầusản xuất Đó cũng chính là lý do để em chọn đề tài “Tìm hiểu về công nghệ in phuntrên thép ống”
2 Mục tiêu và đối tượng tìm hiểu của đề tài
Đối tượng tìm hiểu của đề tài là phương pháp in phun trên thép ông
Mục tiêu của đề tài :
•Tìm hiểu về công nghệ in phun nói chung và ứng dụng công nghệ in phunlên thép ống nói riêng
•Tìm hiểu về các loại thép ống và quá trình sản xuất thép ống
•Thuận lợi và khó khăn khi in phun trên thép ống
•Thiết bị và quy trình in phun trên thép ống
•Các lỗi trong quá trình in phun và cách khắc phục
3 Nhiệm vụ và phạm vi đề tài
3.1 Nhiệm vụ đề tài
Giải quyết và hoàn tất được những mục tiêu của đề tài đã đề ra, phân tích rõquy trình in phun trên thép ống
Trang 33.2 Phạm vi đề tài
Công nghệ in phun cũng đã quen thuộc với tất cả mọi người, việc ứng dụngcông nghệ in phun lên thép ống có hơi mới mẻ, chưa được phổ biến cho mọi ngườinên phạm vi đề tài chỉ dừng lại ở mức độ phân tích các từ các nguồn tài liệu thamkhảo có được
4 Giới hạn đề tài
Đề tài giới hạn trong công nghệ in phun trên thép ống đúc được phân tíchtrong phần nội dung
Trang 4CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN PHUN, CÁC LOẠI
THÉP ỐNG VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1 Sơ lược lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ in phun.
In phun là công nghệ in không sử dụng bản in như các kỹ thuật in truyềnthống, trong đó dòng mực sẽ được phun theo giọt từ những vòi phun đến bề mặt vậtliệu in để tạo ra hình ảnh, cơ chế mà một dòng chất lỏng vỡ ra thành những giọt nhỏliên tục được Lord RayLeigh mô tả vào năm 1878 Theo miêu tả của LordRayLeigh máy in phun liên tục có thể được thiết kế theo phương pháp làm giảm độlệch, lệch hướng theo hệ nhi phân và lệch đa hướng Trong hệ thống lệch nhị phân,các giọt mực sẽ ở hai trạng thái được tích điện hoặc không tích điện, các giọt khôngtích điện sẽ lệch theo hướng có hình ảnh trên bề mặt vật liệu, trong khi các giọt tíchđiện sẽ lệch vào máng xối để tuần hoàn Đối với hệ thống lệch đa hướng, các giọtmực sẽ được tích điện với hiệu điện thế khác nhau sẽ lệch theo hướng có hình ảnhđến bề mặt vật liệu in và các giọt tích hiệu điện thế sẽ bay thẳng đến máng xối.Năm 1951, Elmqvist of Seimens đã cấp bằng sáng chế cho máy in phun đầutiên
Vào cuối những năm 1960, Tiến sĩ Sweet của Đại học StanFord đã giới thiệucác sản phẩm của AB Dick VideoJet và Mead DIJIT theo cơ chế mà Lord RayLeighmiêu tả Năm 1970, IBM đã cấp phép cho công nghệ và đưa ra một chương trình đểứng dụng công nghệ in phun liên tục vào máy in kỹ thuật số Máy in phun IBM
4640 được giới thiệu vào năm 1976
Trong khi công nghệ in phun liên tục phát triển mạnh mẽ, thì kỹ thuật in phunnhỏ giọt tại nơi cần cũng phổ biến rộng rãi Các giọt mực trong kỹ thuật này chỉđược phun ra khi có hình ảnh cần in ZolTan, KySer và Sears là những nhà phátminh tiên phong về các hệ thống áp dụng kỹ thuật in nhỏ giọt Phát minh của họđược sử dụng trong các máy in Seimens PT-80 (1997) và Silonics (1978).Trong các
hệ thống máy in này ứng dụng xung điện áp, các giọt mực được phun ra bằng daođộng cơ học của gốm piezo Kỹ thuật này được phát triển mạnh mẽ và sản xuấtthương mại trong những năm 1970 và 1980 Tuy nhiên, trong giai đoạn này, độ
Trang 5chính xác của công nghệ in phun vẫn còn kém bởi các vấn đề tắc nghẽn vòi phun vàchất lượng hình ảnh chưa đạt yêu cầu.
Năm 1979, EnDo và HaRa của Canon đã phát minh ra kỹ thuật in phun nhỏgiọt tại nơi cần khác, các giọt mực sẽ được tạo ra từ việc cấp nhiệt, khi đó bongbóng trong vòi phun sẽ nở ra đẩy các giọt mực đi Canon gọi công nghệ này là kỹthuật in phun nhiệt Với kỹ thuật in phun nhiệt, vòi phun được thiết kế với chi phíthấp và mật độ vòi phun dày đặc, ngay sau đó Hewlett – Packard độc lập phát triển
và sản xuất thương mại kỹ thuật này
Năm 1984, Hewlett – Packard đã thương mại hoá máy in ThinkJet Đây là máy
in phun dựa vào kỹ thuật in phun nhiệt
Trong suốt quá trình phát triển công nghệ in phun, các nhà hoá học và kỹ sư innhận ra rằng, khi các giọt mực tiếp xúc với bề mặt giấy, nó có xu hướng lan truyềnvào các khoảng trống giấy quá lớn để duy trì được độ phân giải cần thiết các giọtmực được giấy hấp thụ trên cùng một vị trí quá chậm trong cùng một thời gian làmchất lượng hình ảnh kém đi Vì thế, vào những năm 1980, ở Nhật Bản các công tygiấy như Jujo paper và Mitsubishi paper mills cùng nhau hợp tác phát triển, để cóđược hình ảnh in phun màu chất lượng cao, bề mặt vật liệu in đòi hỏi một lớp phủđặc biệt nhưng phải cân bằng giữa nhiều thông số thiết kế như tốc độ bay hơi, tỷ lệthẩm thấu, độ dày lớp phủ, độ xốp,….Điều này đã thu hút một số công ty lớn đầu tư
để phát triển công nghệ in phun Canon, Xerox, Asahi Glass, Arkwright, Folex, 3M
và Imation là một trong số nhiều công ty đang hoạt động trong lĩnh vực này
Trang 62 Công nghệ in phun
2.1 Khái niệm về công nghệ in phun
In phun là kỹ thuật in NIP (kỹ thuật in không dùng bản in), tiến trình in phun làcông nghệ từ máy tính ra máy in mà mực được truyền lên vật liệu in phun thông quanhững vòi phun
2.2 Phân loại và nguyên lí in phun
2.2.1 Phân loại
Thông qua sơ lược hình thành và phát triển của công nghệ in phun thì kỹ thuật
in phun được chia thành:
•In phun liên tục (continuous ink – jet)
In phun liên tục lệch hướng theo hệ nhị phân
In phun liên tục lệch đa hướng
•In phun theo dạng nhỏ giọt ở nơi cần (drop on demand ink – jet)
In phun nhiệt
In phun piezo
In phun tĩnh điện
Hình 1.1: Công nghệ in phun
Trang 72.2.2 Nguyên lí hoạt động
2.2.2.1 In phun liên tục (continuous ink – jet)
Hình 1.2: Công nghệ in phun liên tục lệch đa hướng
a In phun liên tục lệch hướng theo hệ nhị phân
•Dòng mực được kích thích với tần số cao theo áp lực dao động của tinh thểxung điện piezo gây nên áp lực vào dòng chảy làm vận tốc dòng chảy chịu ảnhhưởng và bị chia thành từng giọt nhỏ từ dòng chảy ban đầu Sau đó, từng giọt mực
sẽ được tích điện bởi một điện cực tương ứng với hình ảnh in Những giọt mực tíchđiện bị làm lệch hướng sau khi qua điện trường rơi vào máng chặn, những giọt mựckhông tích điện sẽ bám vào giấy
b In phun liên tục làm lệch đa hướng
Hình 1.3: Công nghệ in phun
lệch theo hệ nhị phân
Trang 8•Với in phun lệch đa hướng, các giọt mực được tích điện với các hiệu điện thếkhác nhau và có thể bị lệch mạnh hay yếu hơn giữa hai bản của điện trường, tuỳtheo cường độ điện tích
2.2.2.2 In phun nhỏ giọt tại nơi cần (drop on demand ink – jet)
a In phun bằng tinh thể piezo
Hình 1.4: Công nghệ in phun bằng tinh thể piezo
•In phun piezo các giọt mực được tạo ra bằng dao động cơ của tinh thể piezo
sẽ tác động lên vòi phun khi đặt trong điện trường, tạo ra áp lực đẩy hạt mực rangoài
b In phun nhiệt
Hình 1.5: Công nghệ in phun nhiệt
•Nguồn nhiệt sẽ cấp nhiệt bên trong vòi phun cho đến khi mực bay hơi tạo ra
Trang 9các bong bóng Bong bóng sẽ nở ta trong vòi phun tạo ra áp lực đẩy mực ra ngoài.Khi nhiệt độ giảm, bong bóng thu nhỏ lại làm giọt mực tách ra và phun khỏi vòiphun, lực mao dẫn đẩy mực mới vào vòi
c In phun tĩnh điện
Hình 1.6: Công nghệ in phun tĩnh điện
•Điện trường sẽ bao quang giữa vòi phun và bề mặt vật liệu in, các hạt mựcđược tạo ra bằng cách vành vòi phun nun nóng bằng phần tử gia nhiệt và áp lục củadòng mực, các tín hiệu hình ảnh cần in sẽ được hệ thống ghi điều chỉnh áp lực đểđẩy hạt mực ra khỏi vòi phun và được từ trường định hướng đến vật liệu in
2.2.3 Ưu và nhược điểm công nghệ in phun
piezo Lượng mực phun ra có thểkiểm soát với độ chính xác cao
bằng cách điều khiển điện ápMực không chịu tác động củanhiệt nên kỹ thuật này sử dụng
Tinh thể piezo trong mỗivòi phun đều cần thiết nên
sẽ trở nên phức tạp
Dễ bị tắc nghẽn vòi phun
Trang 10liên tục, lâu dài và không chịuảnh hưởng của môi trường hoạtđộng
nếu bong bóng hình thànhtrong mực
Vòi phun không sử dụngđược lâu dài
Hàm lượng mực trong vòiphun bốc hơi nên dễ bị tắcnghẽn
và Oxi
3.1.2 Các loại thép ống
Có rất nhiều các loại thép ống khác nhau cho nên chỉ chọn thép ống đúc đểgiới hạn đề tài và phân tích chuyên sâu hơn
Các loại ống đúc căn cứ vào mục đích sử dụng
Thép ống đúc kết cấu: dùng trong kết cấu thông thường và kết cấu máy
Thép ống đúc dùng trong lò áp lực thấp và vừa: chủ yếu dùng trong côngnghiệp lò luyện và ống dẫn dung dịch áp lực thấp và vừa trong lò thông thường
Thép ống đúc dùng trong công nghiệp đóng tàu: chủ yếu là ống chịu áp cấp I,
II dùng trong máy qua nhiệt
Thép ống đúc dùng trong dầu khí: dùng làm ống dẫn dung dịch trong lòluyện dầu khí
Thép ống đúc dẫn dầu: loại ống thép này sử dụng để làm thành ống, giếng
Trang 11chứa và dẫn dầu
3.2 Quy trình sản xuất ống thép
Ống thép đúc được làm từ những phôi thép tròn và đặc (phôi tròn), được nungnóng rồi bị đẩy hay kéo ra khỏi phôi ống, sau đó thông ống làm rỗng ruột, nắnthẳng, kéo dài rồi cắt ra đến khi thành một thép ống hoàn chỉnh
Hình 1.6: Quy trình sản xuất thép ốngCông đoạn đánh số hiệu, nhãn mác để phân loại thép ống theo mục đích sửdụng, thép ống được sản xuất số lượng lớn nên phải yêu cầu việc đánh số hiệu, nhãnmác phải nhanh chóng và chuẩn xác Để đáp ứng được điều kiện sản xuất thì đánh
số hiệu, nhãn mác bằng in phun sẽ là công nghệ tối ưu nhất
Đánh số hiệu, nhãn mác bao gồm:
•Thông tin khách hàng
•Vật liệu ghi nhãn
•Tiêu chuẩn sản phẩm
Trang 12CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ IN PHUN TRÊN THÉP ỐNG
1 Ứng dụng công nghệ in phun trên thép ống.
1.1 Tiêu chuẩn về yêu cầu ghi nhãn
Số hiệu, nhãn mác được in trên ống thép cũng phải tuân thủ theo các tiêuchuẩn yêu cầu về ghi nhãn theo quy ước và màu sắc của các ký tự Tiêu chuẩn nàyđặc ra nhằm nhẫn biết được vật liệu và mã màu của các nhóm thép riêng biệt
Các tiêu chuẩn quy định yêu cầu về ghi nhãn
Thông tin khách hàng (khách hàng phải cung cấp các nội dung sau trongđơn đặt hàng)
• Số hiệu tiêu chuẩn
Không được chứa lưu huỳnh, halogen, chì, thiếc, kẽm, đồng
Lớp mực phải có tuổi thọ ít nhất 1 năm trong điều kiện không gia nhiệt vànhà xưởng phải có mái che
•Màu sắc:
Ký tự nhận biết Dải màu
Thép cacbon và thép cacbon - mangan có giới hạn bền kéo
nhỏ nhất quy định đến và bằng 435 MPa Trắng TrắngThép cacbon và thép cacbon – mangan có giới hạn bền kéo
Trang 13Thép crom – molipden với hàm lượng crom lớn hơn 2% và
Xanh dương nhatThép 0.5% crom – 0.5% molipden – 0.25% vanadi Trắng Nâu
Thép crom – molipden với hàm lượng crom lớn hơn 4% và
Thép crom – molipden với hàm lượng crom lớn hơn 10%
và đến hoặc bằng 14%, có hoặc không có molipden hoặc
16% đến 20% crom – 8% đến 14% nikel tại nikel – 2% đến
16% đến 20% crom – 8% đến 14% nikel tại nikel – 2% đến
Bảng 1: Màu và dải màu nhóm thép Ferit
Màu ký tự của nhóm thép phải được quét bằng một dải màu trên toàn chiềutại cung vị trí với khoảng phần tư đường trong, Tiêu chuẩn này để nhân biết cho cácnhóm thép riêng biệt của thép ferit và thép austenit, áp dụng khi có yêu cầu củakhách hàng
Chiều rộng của dải màu trên ống
Đường kính ngoài của ống
( Ký hiệu “D” , đơn vị: mm ) Chiều rộng nhỏ nhất của ký tự
Trang 14Các loại thép ống phải được ghi nhãn với các ký tự được in dùng để nhận biếttiêu chuẩn sản phẩm mà chúng được cung cấp và tất cả các chi tiết được quy địnhtrong tiêu chuẩn của sản phẩm Kích cỡ ký tự cũng được quy định theo bảng
•Ký hiệu nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp
•Đường kính ngoài và độ dày (mm)
•Số hiệu tiêu chuẩn sản phẩm
•Mác thép
Kích cỡ ký tự
Đường kính ngoài của ống
( Ký hiệu “D” , đơn vị: mm ) Chiều rộng nhỏ nhất của ký tự
Trang 15Hình 1.8: Quy định ghi nhãn với dải mã màu
1.2 In phun trên ống thép
In những ký tự trên ống thép không chỉ đơn thuần là chỉ có kỹ thuật in phun
mà kỹ thuật in lưới cũng có thể in trên thép ống Vậy tại sao in phun lại là kỹ thuậttối ưu hơn
Bảng 4: Ưu nhược điểm công nghệ in trên thép ống
•Thời gian chuẩn bị lâu
•Không có thiết bị in chuyêndụng trên thép ống
•Hiệu suất cao
•Chi phí thiết bị không quá cao
•Đầu in không bền, dễ bị tắtnghẽn
•Giá thành mực cao
•Mực dễ bị lan ra các vùng xungquanh
•Nhạy với nước, mực có thể mờĐối với sản phẩm cụ thể ở đây là thép ống với đa số là những ký tự, nhãn mác
Trang 16hay logo của nhà cung cấp thì yếu tố mực lan ra xung quanh sẽ không gây ảnhhưởng nhiều đến các ký tự, nhãn mác hay logo, đầu in dễ bị nghẽn và giá thành mựccao sẽ là các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí khi in đặc biệt là không quá nhiều hìnhảnh mà chỉ là các ký tự, nhãn mác Nhưng nhìn chung in phun có thiết bị chuyêndụng dành cho thép ống, nó bảo đảm được hiệu suất sản xuất và thời gian chuẩn bịđáp ứng được nhu cầu khi số lượng thép ống cần được đánh dấu là rất nhiều Bởi bìthế công nghệ in phun trên thép ống vẫn là phương pháp tối ưu nhất để sản xuất
2 Thiết bị in phun trên thép ống
In phun thép ống trong nhà máy là điều kiện không thuận lợi vì toàn là khôngkhí nhờn và bụi băm, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám và độ trong của mực
Với máy in Rea Jet DOD 2.0 thì sẽ tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc in trênthép ống
Hình 1.9: Các modun máy in Rea Jet Dod 2.0