Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu

Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Trang 1

Hà Nội - Năm 2011

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Họ và tên: NGUYỄN VĂN NGỌ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU

Chuyên ngành : Công nghệ hàn

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC: CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN TIẾN DƯƠNG

Hà Nội - Năm 2011

Trang 3

H ọc viên: Nguyễn Văn Ngọ LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ HÀN

1

Trang

Chương 2 Công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu 17

2.1 Nghiên cứu, lựa chọn vật liệu cơ bản

Trang 4

3.5.3 Phương pháp kiểm tra bằng chụp tia bức xạ

Chương 4 Công nghệ xử lý nhiệt sau khi hàn 64

4.3.3 Thiết bị xử lý nhiệt nung nóng bằng

Trang 5

3

Chương 5 Mô phỏng hàn ống bằng phần mềm ANSYS 73

Trang 6

4

Tôi là Nguyễn Văn Ngọ, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2009, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp

đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS Nguyễn Tiến Dương đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên c ứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân Tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Tiến Dương và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt

kê, ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, công thức đã được trích dẫn trong tài liệu tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đưa

ra Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà N ội, ngày….tháng 12năm 2011

H ọc viên

Nguy ễn Văn Ngọ

Trang 7

ψ - Độ co thắt tương đối của vật liệu

γ - Tỷ trọng vật liệu

k

a - Độ dai va đập của vật liệu

Trang 8

6

Bảng 2.3 Kích thước phôi thép tấm theo tiêu chuẩn JISG 3193-1990 20

Bảng 2.11 Tương quan giữa đường kính dây hàn và mật độ dòng điện 31

Bảng 2.14 Quy trình chế tạo ống lớn đường kính từ 530 ÷1020mm

Bảng 2.15 Bảng thông số kỹ thuật của máy hàn tự động dưới lớp thuốc 49

Trang 9

Hình 1.3 Đồ gá định tâm trong của hãng Mathey Dearmen (Mỹ) 15

Hình 2.6 Kích thước mối vát mép ống của liên kết ống lớn 30

Trang 10

8

Hình 6.2 Đồng hồ đo chỉ số lực trong quá trình thử của máy vạn thăng 86

Trang 11

9

Sự phát triển của công nghiệp dầu – khí, nhất là công nghiệp khí đốt đồng nghĩa với sự phát triển của các hệ thống đường ống, đây là phương tiện rẻ tiền và an toàn nhất Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều phương tiện vận chuyển thay thế

những tuyến ống, đường ống nhưng những đường ống, tuyến ống vẫn giữ vị trí nhất định Tuy vậy, vẫn có nhiều vấn đề đặt ra cho hệ thống đường ống, tuyến ống như

vấn đề về chính trị, xã hội, môi trường và vấn đề công nghệ…Các hệ thống tuyến ống, đường ống được lắp đặt ngầm dưới đáy biển hay trải dài trên diện rộng hoặc bị

chồng chéo lên nhau…, tạo môi trường thoát nhiệt lớn, độ an toàn thấp,…

Trong các Đề tài nghiên cứu về tuyến ống, đường ống thường đi sâu vào vấn

đề công nghệ, an toàn, riêng vấn đề thiết kế chúng ta chỉ quan tâm đến bề dày, chiều dài tuyến ống vì nó liên quan đến hai vấn đề lớn trên Vấn đề đặt ra là: Nhiệt độ dòng sản phẩm, các tác động của môi trường ảnh hưởng trực tiếp như thế nào đến

chất lượng tuyến đường ống

Trong quá trình thiết kế và vận hành các tuyến đường ống dẫn dầu – khí,

việc duy trì cho dòng chất lưu chuyển động là một yêu cầu quan trọng hàng đầu và

đó cũng là chức năng của hệ thống ổn định nhiệt Yêu cầu này được tính toán ngay

từ giai đoạn thiết kế và kéo dài trong suốt quá trình phát triển, đảm bảo các chỉ tiêu

về công nghiệp, thương mại và dân sinh

Trang 12

10

Do thời gian không dài và những hạn chế về mặt kiến thức nên trong Đề tài này chỉ nghiên cứu đến một số vấn đề cơ bản trong quy trình công nghệ chế tạo và quy trình lắp đặt đường ống dẫn dầu

Trong quá trình thực hiện Đề tài em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của Thầy TS Nguyễn Tiến Dương cùng các Thầy, Cô trong bộ môn Hàn

& Công nghệ kim loại Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày….tháng 12 năm 2011

Học viên

Nguyễn Văn Ngọ

Trang 13

11

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

Những ống thép đường kính lớn có vai trò vô cùng quan trọng trong nền công nghiệp dầu khí, dùng để vận tải dầu khí Phần lớn các đường ống dẫn dầu đều

là loại có đường kính lớn Các đường ống này được chế tạo bằng phương pháp hàn

Để có thể tiến hành xây dựng các hệ thống đường ống dẫn dầu, ta cần phải nghiên

cứu tính toán các loại tải trọng tác dụng lên đường ống và nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo đường ống để đảm bảo cho hệ thống đường ống làm việc an toàn trong một khoảng thời gian dài Hệ thống đường ống dẫn dầu chịu nhiều loại tải

trọng: Áp suất của dầu trong ống, khối lượng của ống, áp suất do nước biển gây ra trên ống, vận tốc dòng chảy, Kết quả của đề tài sẽ trợ giúp hiệu quả cho việc thiết

kế và lắp đặt hệ thống đường ống dẫn dầu phục vụ cho các giàn khoan dầu khí, các nhà máy sản xuất và tinh chế dầu

1.2.1 Tình hình nghiên c ứu trong nước

Trong các công trình nghiên cứu trong nước, các đề tài trước đây có liên quan

một phần tới đề tài này là:

- Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Nhà nước giai đoạn 2001-2005, mã số KC.05.09: “ Nghiên cứu công nghệ hàn tự động trong không gian nhiều chiều có điều khiển theo chương trình số phục vụ

việc hàn vỏ tầu thuỷ và thiết bị hoá dầu” do TS Hoàng Văn Châu làm

Chủ nhiệm đề tài Trong khuôn khổ Đề tài, các nhóm tác giả đã thu được

một số kết quả nghiên cứu về công nghệ hàn tự động trong không gian nhiều chiều có sử dụng đầu dò quỹ đạo đường hàn bằng Laser và điều khiển PLC thông số chế độ công nghệ hàn phụ thuộc vào tư thế hàn trong không gian và có thể ứng dụng cho một số tư thế hàn ống

Trang 14

12

- Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Nhà nước giai đoạn 2007-2010, mã số KC.05.09/06-10: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ

thống thiết bị hàn tự động nối ống đường kính lớn ở trạng thái không quay

phục vụ việc hàn chế tạo các đường ống thủy điện” do TS Hoàng Văn Châu làm Chủ nhiệm đề tài Trong khuôn khổ Đề tài, các nhóm tác giả đã thu được một số kết quả nghiên cứu về công nghệ hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ nối các ống có đường kính lớn ở trạng thái không quay Tính mới của đề tài là việc áp dụng công nghệ hàn tự động để sản xuất ống có đường kính tương đối lớn và sự kết hợp nhiều phương pháp hàn trong quá trình chế

tạo và lắp đặt hệ thống đường ống để đảm bảo tạo hình dạng phù hợp cho mối nối hàn

Khó khăn lớn nhất của đề tài hiện nay một quy trình công nghệ chế tạo đường ống dẫn dầu ở VN là chưa có một cách đầy đủ…Ngoài ra, trên tuyến ống có chiều dài lớn và vị trí lắp đặt khó khăn cũng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng và năng suất hàn

Đề tài có thuận lợi là đã kế thừa được kết quả nghiên cứu trước đây về nghiên cứu thăm dò về các tư thế trong không gian của mối hàn, đã thu thập được

một số chế độ công nghệ cho một số tư thế hàn ổn định, đã có sự đánh giá cần thiết

về nguyên vật liệu được sử dụng trong hàn ống Các Đề tài nêu trên đã thực hiện ở các giai đoạn trước có đề cập tới vấn đề công nghệ về hàn ống, nhưng còn hạn chế

áp dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất

Trong thực tế ở trong nước các công trình xây dựng các tuyến đường ống thường được sử dụng các phương pháp ghép nối sau:

- Ghép nối bằng phương pháp hàn: Chủ yếu là hàn hồ quang thủ công bằng que hàn Nhược điểm của phương pháp này là năng suất lao động không cao, chất lượng mối hàn kém ổn định, công nhân thực hiện rất khó khăn, đôi khi còn mất an toàn lao động

- Ghép nối bằng các mặt bích: Các đoạn ống được ghép nối với nhau thông qua các mặt bích được hàn chặt vào thân ống và để đảm bảo độ kín cho

Trang 15

13

các mối ghép người ta thường dùng các loại gioăng giữa hai mặt bích của hai đoạn ống Phương pháp này có nhược điểm là lãng phí vật tư và sức lao động, ở các mối ghép nối không có được chất lượng như mong muốn

- Ghép bằng ren: Phương pháp này chỉ dùng cho các đường ống rất

nhỏ.Trong quá trình lắp ghép cần phải taro ren nên rất phức tạp, mất rất nhiều công sức nhưng hiệu quả không được cao

Trong một số các phân xưởng còn có phương pháp hàn nối các đoạn ống có

độ dài nhỏ bằng phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc với ống quay và đầu hàn

cố định Đặc điểm của phương pháp hàn này là mối hàn có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu về tự động hoá, giải phóng sức lao động cho công nhân Tuy nhiên, chỉ có

thể áp dụng được trong nhà xưởng, không áp dụng được ở ngoài công trường thi công các tuyến đường ống lớn và dài vì trong quá trình hàn ống phải quay được

1.2.2 Tình hình nghiên c ứu ngoài nước

Trên thế giới, những vấn đề cơ giới hoá, tự động hoá vào quá trình hàn nối

hệ thống đường ống và đã được tiến hành nghiên cứu phát triển ứng dụng vào sản

xuất cách đây nửa thế kỷ

Trong quá trình thiết kế chế tạo các hệ thống thiết bị hàn nối ống, tại Mỹ, Nga vào đầu những năm 1960, lần đầu tiên đã ứng dụng Hệ thống thiết bị hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ COR 2 R với cơ cấu xích dẫn hướng của Falkewitch với hai đầu hàn trên một xe (Hình 1.1)

1 Động cơ 3 Đầu hàn 5 Con lăn dẫn hướng

2 Lô dây hàn 4 Xich 6 B ộ cấp dây 7 Bộ cấp dây

Hình 1.1 Thi ết bị hàn trong khí bảo vệ COR2R c ủa Falkewitch

Trang 16

Cùng với sự phát triển lớn mạnh của công nghệ tin, điều khiển tự động hoá trong những năm gần đây, lĩnh vực hàn ống tiếp tục có sự thay đổi về thiết bị và công nghệ

Tại Châu Á, Nhật Bản đã nghiên cứu một hệ thống thiết bị hoàn chỉnh và đồng bộ về hàn nối ống không quay bao gồm các nguyên công từ gá lắp định tâm, hàn, chụp X-ray, siêu âm, xử lý nhiệt khử ứng suất dư đến phử bọc các lớp bảo vệ

với tên gọi là hệ thống SPREAD và đưa vào sản xuất (Hình 1.2)

Hình 1.2 M ột số hệ thống thiết bị hàn (Nhật)

Đây cũng là một công trình nghiên cứu thuộc loại mới nhất trên thế giới về hàn tự động nối ống đường kính lớn ở trạng thái không quay

Trang 17

Đồ gá lắp và định tâm ống được phân làm hai loại:

- Đồ gá định tâm bên ngoài ống

- Đồ gá định tâm bên trong ống

Đồ gá định tâm bên ngoài ống thông thường dùng thuỷ lực và chia làm ba

loại: Loại dùng dây xích, loại vành kẹp và loại lồng

Đồ gá định tâm bên trong ống chia làm hai loại: loại thuỷ lực và loại dùng khí nén

Đi đầu trong lĩnh vực chế tạo các đồ gá định tâm là Hãng Mathey Dearman

của Mỹ với các chủng loại đồ gá định tâm trong cho ống có đường kính từ 20 inch (529 mm) đến 60 inch (1.524 mm) và đồ gá định vị ngoài cho ống đến 6.100 mm (Hình 1.3)

Hình 1 3 Đồ gá định tâm trong của Hãng Mathey Dearman (Mỹ)

Chức năng quan trọng của các đồ gá định tâm trong và ngoài là đảm bảo cho hai đầu ống khi ghép nối tạo nên độ đồng phẳng theo đường sinh, khắc phục được

độ ô-van theo chu vi ống và cố định được khe hở công nghệ hàn cần có theo thiết kế

để đảm bảo chất lượng mối hàn nối

Trang 18

16

Có nhiều tiêu chuẩn liên quan đến công nghệ, vật liệu và thiết bị hàn đường ống Ta có thể kể ra một vài tiêu chuẩn sau đây thường hay được áp dụng:

• ISO (International Organization for Standardization),

• AWS (American Welding Society),

• JIS (Japanese Industrial Standards),

• API (American Petroleum Institute),

• ASTM (American Society FOR Testing and Materials),

• ANSI (American National Standards Institute),

Trên cơ sở các tài liệu tổng quan, Tiêu chuẩn và các thông tin thu được như

sơ đồ, bản vẽ, hình minh hoạ về thiết bị hàn ống đường kính nhỏ và đường kính lớn

của các nước trong khu vực và trên thế giới, Đề tài đã chọn giải pháp tính toán thiết

kế quy trình hàn ống bằng phương pháp hàn MAG trong môi trường khí bảo vệ

COR 2 R, sử dụng tối đa nguyên vật liệu trong nước, tiến hành thí nghiệm, đo đạc sau đó

áp dụng thực tế Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn và đề ra là:

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và ứng dụng hàn thử nghiệm trên mẫu thử sau đó đưa ra quy trình tối ưu để áp dụng vào thực

tế

- Kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn bằng các kỹ thuật kiểm tra phá huỷ

và kiểm tra không phá hủy

Trang 19

17

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU

2.1.1 Ch ọn vật liệu cơ bản để chế tạo ống dẫn dầu

• Yêu cầu đối với vật liệu cơ bản

- Có khả năng chống ăn mòn hoá học trong môi trường không khí ẩm

- Có chỉ tiêu về cơ tính đáp ứng yêu cầu thiết kế như: Giới hạn bền, giới

hạn chảy, độ dai va đập, độ dãn dài tương đối,…

- Có tính công nghệ tốt về tính hàn và tính gia công áp lực

Từ các yêu cầu trên ta chọn vật liệu là thép: A53B (Tiêu chuẩn ASTM: A53 - 01)

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của thép A53B

σR c R ( MPa )

Độ dãn dài tương đối

Trang 20

18

2.1.2 Tính hàn c ủa vật liệu cơ bản

Như ở trên ta đã lập luận lựa chọn vật liệu cơ bản cho ống hàn là thép A53B Theo định nghĩa của hội hàn Mỹ (AWS ), tính hàn là khả năng hàn được của

vật liệu cơ bản trong điều kiện chế tạo đã quy định trước nhằm tạo ra kết cấu thích

hợp với thiết kế cụ thể và có tính năng thích hợp với mục đích sử dụng.Về mặt thực

tiễn, tính hàn được thể hiện thông qua 3 nhóm chỉ tiêu là :

- Các chỉ tiêu tính toán (liên quan đến chế độ nhiệt) thông qua giản đồ phân

huỷ của Austenis trong vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại mối hàn

- Các chỉ tiêu về độ lành lặn (liên quan đến khả năng hình thành nứt)

- Các chỉ tiêu về mặt tính chất

Xác định tính hàn thông qua chỉ tiêu hàm lượng Cacbon tương đương CRER:

CR E Rđặc trưng cho tính chất của vật liệu, biểu hiện tính hàn của nó (theo [8]):

2 13 15 4 5 5 6

P Cu Ni Mo V Cr Mn C

Trong đó C, Mn, Cr,… là thành phần % hoá học của các nguyên tố có trong

vật liệu cơ bản Hàm lượng các nguyên tố Cu và P chỉ đưa vào công thức trên khi

Cu ≥ 0,5 % và P ≥ 0,05 % Nếu CR E R < 0,45 % thì không cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt để ngăn ngừa xuất hiện nứt tại vùng ảnh hưởng nhiệt

Thay các giá trị trong bảng 5.1 vào công thức 2.1 ta được:

1

0, 2 0,36 6

E

Ta thấy CR E R = 0,36 < 0,45

2.1.3 Tính toán, lựa chọn các kích thước cơ bản của ống

1) Ống lớn

Chọn đường kính ống sơ bộ là: D = 1020 mm = 40 inch,

Chiều dày đường ống sơ bộ là: t = 15 mm [15]

Trang 21

Với: P_ Áp suất tác động lên thành ống lớn, (MPa)

D_ Đường kính ngoài của ống lớn, (mm)

t_ Chiều dày thành ống lớn, (mm)

c

Để đảm bảo khả năng làm việc an toàn [8] thì

σt =0,6.σc =0,6.240=144(MPa)

Nên:

at MPa

D

t

8 , 41 ) ( 235 , 4 1020

144 15 2

D

t

Với: P_ Áp suất tác động lên thành ống nhỏ, (MPa)

DR n R_ Đường kính ngoài của ống nhỏ, (mm)

tR n R_ Chiều dày thành ống nhỏ, (mm)

c

Để đảm bảo khả năng làm việc an toàn [8] thìσt =0,6.σc =0,6.240=144(MPa)

Trang 22

20

D

t P

n

c

144 ) ( 16 180

144 10 2

= σ

Sau bước phân tích, thiết kế và tính toán kết cấu ta đã có được các thông số kích thước cơ bản của ống Tiếp theo ta đi vào lập phương án chế tạo, tính toán các thông số công nghệ, kiểm tra và đưa ra quy trình công nghệ hợp lý để chế tạo và lắp đặt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và tính kinh tế

2.2.1 Phôi hàn ống

Trong công nghệ sản xuất ống có hai phương pháp:

- Sản xuất ống không hàn bằng phương pháp cán nóng, cán nguội

- Sản xuất ống hàn bằng phương pháp hàn

Ưu thế của phương pháp sản xuất ống hàn so với phương pháp không hàn:

- Dây chuyền sản xuất ống hàn dễ tự động hóa hơn

- Vốn đầu tư cho sản xuất ống hàn ít hơn

- Ống hàn không thua kém ống không hàn về độ bền vững

- Đối với những ống có đường kính lớn (D ˂ 530 mm) thì chỉ có thể chế tạo thông qua phương pháp hàn hoặc đúc ly tâm Tuy nhiên, công nghệ đúc ly tâm đòi hỏi chi phí rất lớn cho máy móc và năng lượng

Vì thế ta chọn phương pháp: Sản xuất ống bằng phương pháp hàn Phôi hàn là thép tấm có chiều rộng, chiều dày và chiều dài được quy định theo tiêu chuẩn JISG

3193 – 1990 và được cho trong bảng sau:

Bảng 2.3 Kích thước phôi thép tấm theo tiêu chuẩn JISG 3193 - 1990

Trang 23

21

- Trong bảng 2.3 ta chọn phôi có kích thước phù hợp với kích thước bàn cắt của máy cắt CNC và phù hợp với kích thước phôi ống

- Phôi sẽ được cắt theo chiều dài tấm, được mô tả trong hình 2.1

Hình 2.1 Kích thước phôi và vị trí cắt phôi

2.2.2 C ắt phôi

Phôi là những tấm thép lớn được cắt thành những tấm có kích thước như bảng 2.4

4

Bảng 2.444 Kích thước phôi hàn (trang 259)

Các phôi sau khi cắt sẽ được đưa lên băng truyền và được hàn liên tiếp với nhau thành dải dài vô tận, dải này sẽ được gia công trên máy tạo hình – hàn để tạo thành ống và sau đó được cắt thành những đoạn ống tiêu chuẩn (dài 10m) để thuận tiện cho việc vận chuyển

2.2.3 Quy trình sản xuất ống lớn

Trong các nhà máy lớn thường chế tạo ống hàn theo quy trình sau:

- Tạo hình phôi ống

Trang 24

22

- Hàn ống

- Cán tăng kính (cán định hình) ống hàn

Ba khâu trên được tiến hành đồng thời, liên tục trên các máy chuyên dùng

Việc tạo hình ống cho phôi được thực hiện trên các máy trục liên tục, máy nén và trên các máy tạo hình dạng ổ lót

Các mép biên của phôi sau khi đã tạo hình được liên kết với nhau bằng các phương pháp hàn: Hàn điện, hàn hồ quang,…

Để sản xuất các cỡ ống hàn khác nhau người ta thường sử dụng các phương pháp sản xuất sau:

- Hàn điện (Hàn điện trở dòng một chiều và xoay chiều, hàn cao tần, hàn cảm ứng v.v…)

- Hàn dưới lớp thuốc các ống đường kính lớn đường hàn xoắn, thẳng

- Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

Một trong những khâu chính trong quá trình sản xuất ống hàn là quá trình tạo hình – uốn tấm phôi thẳng thành ống hình trụ Quá trình tạo hình được thực hiện ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ nung nóng sơ bộ Có hai phương pháp tạo hình:

- Tạo hình nóng

- Tạo hình nguội

Tạo hình nóng được sử dụng trong phương pháp hàn lò liên tục (Một dạng của hàn điện trở tiếp xúc), tạo hình nguội được sử dụng cho mọi quá trình hàn ống bằng điện Từ các phương pháp tạo hình khác nhau mà cho ta sản phẩm là ống đường hàn thẳng và ống đường hàn xoắn Tuy nhiên ống đường hàn xoắn có những ưu điểm so với ống đường hàn thẳng như sau:

- Ống sản xuất từ các băng kim loại chiều rộng không lớn nên rất kinh tế

- Ống đường hàn xoắn bền vững hơn ống đường hàn thẳng do ứng suất phân

bố đều theo mọi phương còn trên các ống đường hàn thẳng ứng suất tập trung theo một phương (trên đường hàn) nên dễ bị phá hủy trong trạng thái làm việc

Trang 25

23

Để sản xuất ống có đường kính lớn (530 ÷ 2540 mm) với đường hàn xoắn người ta sử dụng hai hệ sơ đồ tạo lỗ hình:

- Đưa tấm phôi từ trên xuống (Hình 2.2- a)

- Đưa tấm phôi từ dưới lên (Hình 2.2- b)

Trang 26

24

3

Hình 2.33 Sơ đồ máy tạo hình trục quay

Trên máy tạo hình dạng trục quay sử dụng phương pháp uốn hình trên máy uốn tấm Thiết bị của nó bao gồm giá máy 4 trục uốn và khung máy con lăn (hình

2.3) Các trục uốn định vị cứng trên giá đỡ và cả hệ thống đó chuyển động được dọc theo đường tâm ống Trục uốn trên định vị cứng, trục uốn dưới do các cơ cấu đinh

vít điều chỉnh vị trí có thể lên xuống hoặc sang phải sang trái Tốc độ cuốn ống

bằng tốc độ hàn được tính ở phần tiếp theo

O

1 2

Trang 27

Phương pháp hàn để chế tạo ống

Do mối hàn rất dài nên các mối hàn đều được thực hiện ở vị trí hàn sấp và hàn nhiều lớp Mối hàn tạo ống sẽ được thực hiện trong nhà máy Phương pháp hàn

có thể sử dụng là: Hàn hồ quang tay, hàn tự động, bán tự động Đặc điểm cơ bản

của các phương pháp hàn đó như sau:

- Hàn hồ quang tay: Là phương pháp hàn vạn năng, linh động và có thể hàn

ở mọi vị trí trong không gian, đầu tư nhỏ Chỉ thích hợp với các mối hàn có chiều dày nhỏ và trung bình, chất lượng không yêu cầu cao, phù hợp với hình thức sản xuất đơn chiếc

Nhược điểm: năng suất thấp và chất lượng không ổn định (phụ thuộc nhiều vào trình độ và trạng thái của người thợ hàn)

- Hàn tự động dưới lớp thuốc: Năng suất cao (gấp 5 – 10 lần so với hàn hồ quang tay), tiết kiệm năng lượng, chất lượng mối hàn tốt và ổn định Hạn chế đối với các mối hàn có quỹ đạo phức tạp, ngắn hoặc phải thực hiện ở các tư thế khác tư thế hàn trần và ngang Đầu tư về thiết bị cao hơn so với phương pháp hồ quang tay Thích hợp với chiều dày trung bình và chiều dày lớn

- Hàn bán tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ: Có các đặc điểm ở mức cao hơn so với hàn hồ quang tay nhưng thấp hơn so với hàn tự động

Trang 28

vệ kim loại nóng chảy cao, không có kim loại bắn tóe, có thể hàn hầu hết các kim loại, có thể hàn kim loại không đồng nhất với nhau

Nhược điểm: Hàn TIG thường bị ảnh hưởng của gió, hình dạng và góc độ của đầu điện cực W ảnh hưởng đến bề rộng và độ sâu ngấu của mối hàn

+ Hàn MAG (GMAW) là hàn hồ quang trong môi trường khí hoạt tính, điện cực nóng chảy Phương pháp hàn MAG được sử dụng phổ biến để tự động hóa quá trình gia công và tăng năng suất hàn, cho năng suất cao hơn nhiều so với hàn hồ quang tay, nó được sử dụng để hàn các loại vật liệu như: thép cacbon thấp, thép có độ bền cao, thép không gỉ, mối hàn đẹp, bóng không phải gõ xỉ,

vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp Cũng giống như hàn TIG thì hàn MAG cũng chịu ảnh hưởng của gió, kim loại hay bị bắn tóe…

Để đảm bảo kinh tế, năng suất và chất lượng trên cơ sở phân tích các ưu khuyết điểm của từng phương pháp hàn, đặc điểm công nghệ của kết cấu hàn và tính khả thi trong điều kiện công nghệ ở Việt Nam, ta chọn phương pháp hàn: Hàn

tự động dưới lớp thuốc để hàn các đường xoắn của ống và được thực hiện trong phân xưởng Quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc cho tính ổn định rất cao Sự ổn định đó được đảm bảo là nhờ có mật độ điện cao, áp suất dư trong các bóng khí và các phần tử tích điện trong thuốc hàn Sự ổn định của quá trình hàn cho phép dùng dòng điện xoay chiều, hàn bằng dòng điện xoay chiều bảo đảm cho mối hàn ăn sâu vào kim loại cơ bản, xong hình dạng mối hàn không được mịn như khi hàn một

Trang 29

1) Vật liệu hàn cho hàn tự động dưới lớp thuốc

Hàn tự động dưới lớp thuốc là một quá trình phức tạp Trong quá trình này, tại vũng hàn, kim loại dây hàn, thuốc hàn và khí tạo thành trong quá trình nóng chảy lớp thuốc, đều tham gia vào quá trình hàn Thành phần và chất lượng lớp thuốc ảnh hưởng tới chất lượng và hình dạng mối hàn Vì vậy cần đảm bảo:

- Sự ổn định cho quá trình hàn

- Không có vết nứt trong kim loại mối hàn khi kim loại kết tinh lại

- Không có rỗ khí trong kim loại mối hàn

- Cơ tính của kim loại mối hàn và kim loại cơ bản

Trang 30

28

3

Bảng 2.5.3 Dây hàn SF – 71 cho thép cacbon thấp

Thành phần hoá học của kim loại mối hàn

Giới hạn chảy (N/mmP

2

P

)

Giới hạn bền (N/mmP

2

P

)

Độ dãn dài (%)

Độ dai

va chạm (J)

Bảng 2.6 Thuốc hàn S717×M12K cho thép cacbon thấp

Mác

Thành phần hoá học của kim loại

mối hàn (%) ( Do thuốc hàn bổ xung )

Cơ tính của kim loại mối hàn

Giới hạn chảy

Độ dai

va chạm ( J)

S717×

90

Trang 31

- Đặc tính dây hàn: Thích hợp cho hàn góc, hàn giáp mối ở mọi tư thế

Trang 32

30

Bảng 2.10 Cơ tính que hàn phụ

σR b R (MPa) σR c R (MPa) δR 5 R (%)

aR k R (J/cm2)+ 200 C - 290 C - 700 C

Hình 2.5 Kích thước mối hàn giáp mối, hàn hai bên

Ngoài ra, khi thực hiện hàn ngoài công trường để nối các ống lớn lại với nhau thành hệ đường ống thì ta thực hiện vát mép một bên và có khe hở

Hình 2.6 Kích thước mối vát mép ống của liên kết ống lớn

Trang 33

31

2) Ống nhỏ

Do ống nhỏ có chiều t = 10 mm, nên ta cũng thực hiện vát mép như ống lớn

Hình 2.7 Kích thước mối vát mép của ống của liên kết ống nhỏ

Khi hàn ống lớn với ống nhỏ ta cũng phải thực hiện vat mép một phía và gia

cố thêm gân tăng cứng (Được trình bày ở phần chương sau)

2.7.1 Chế độ hàn cho hàn ống lớn

1) Chế độ hàn cho hàn tự động dưới lớp thuốc

- Chiều sâu chảy lớp thứ nhất: hR 1 R = t/2 + 2 = 15/2 + 2 = 9,5 (mm)

- Chọn sơ bộ đường kính dây: d = 3 mm

800

2 2

j

I d

Trang 34

32

Tốc độ hàn: Để đảm bảo điều kiện kết tinh tốt của vũng hàn, tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của vũng hàn phải không đổi Theo lý thuyết truyền nhiệt, ta có: v.I = A = const

3025

h m

3

÷

=

±+

Vì hàn bằng dòng 1 chiều cực nghịch và mật độ dòng điện j = 50(A/mm2) nên: k’ = 0,367.j0,1925 = 0,367.500,1925 = 0,78

Thay số vào ta được: ψR n R = 0,78.(19 – 0,01.800).5.(36/800) ≈ 1,93

Ta thấy hệ số ngấu nằm trong khoảng giá trị tối ưu ( từ 1,3 ÷ 2 )

Như vậy chế độ công nghệ hàn đã tính ở trên là hoàn toàn thoả mãn

- Công suất của hồ quang hàn :

Trang 35

33

Với η_Là hiệu suất nhiệt của hồ quang hàn

- Năng lượng đường : qR d R = q/vR h R = 6566/0,97 = 6769 (cal/cm)

- Tính lại chiều sâu chảy khi hàn phía thứ nhất :

6769.0156,0

d h d

h

I F

v

α γ

Với IR h R = 800 A

αR d R_ Hệ số đắp, tra theo hình 2.8 được αR d R = 13,5( g/Ah)

γ _ Khối lượng riêng của kim loại, γ = 7,8 ( g/cm3 )

vR h R_ Vận tốc hàn, vR h R = 35 ( m/h )

Hình 2.8 Sự phụ thuộc của αRd Rvào chế độ hàn a) Dòng điện 1 chiều cực nghịch; b) Dòng điện xoay chiều

Trang 36

34

c) Dòng điện 1 chiều cực thuận; d) 2 ÷ 6 _ Đường kính dây hàn

35.8,7

800.5,

d

F f tg c

b

βµ

2,10

Trang 37

Do phôi có chiều dày t = 15 (mm),

Tuy nhiên để đảm bảo chất lượng mối hàn nên ta chọn:

Đường kính que hàn phụ theo tiêu chuẩn ASME chương IX, lấy d = 2,4 mm

Cường độ dòng điện hàn tính theo công thức: I = k.d (2.13) Trong đó: k _ Hệ số thực nghiệm, k = 35 ÷ 50, lấy k = 50

Điện áp hàn: UR h R = a + b.lR hq R

Trong đó: a _ Điện áp rơi trên Anốt và Catốt, a = 15 ÷ 20 V

FR 1 R = (6÷8)d = (6÷8)2,4 =(14,4 ÷19,2) mm2

Chọn FR 1 R =15 mm2Với lớp thứ n, để tính gần đúng ta coi diện tích tiết diện ngang của các lớp sau FR n Rlà như nhau: FR n R = (8÷12)d = (19,2 ÷ 28,8)

Trong đó: FR d Rlà tổng diện tích tiết diện ngang kim loại đắp của mối hàn nhiều lớp

Trang 38

36

Tốc độ hàn :

1.

Năng lượng đường : qR d R = q/vR h R = 518/0,38 = 1364 (cal/cm)

Tuy nhiên, ta chỉ sử dụng một lớp hàn lót khi hàn TIG

Chọn sơ bộ các thông số hàn :

+ c = 3 mm + b = 11 mm + h = 6 mm Phôi có chiều dày t = 15 (mm), ta có

- Đường kính dây hàn: Chọn d = 2 mm

- Với đường kính dây d = 2 mm theo bảng 5.10 T138 [8]

có khoảng giá trị của mật độ dòng điện tối đa: j = (65 ÷ 200) (A/mm2),

chọn j = 150 (A/mm2)

- Cường độ dòng điện hàn tính theo công thức:

) ( 471 201

4

) 150 65

.(

2 14 , 3 4

.

A j

d

(2.14) Khi đó: IR h R = 400 A

Trang 39

3

÷

=

±+

Trang 40

Hình 2.10 Hình vẽ mối hàn giáp mối khi hàn MAG

c: Chiều cao phần lồi, c = 2 mm; α: Góc vát mép, α= 60o f: Chiều cao vát mép, f = 15 – 1,6 = 13,4 mm

a: Khe hở hàn, a = 1mm

Thay số vào ta được:

)(155]41)35(.4,13[2.3

215.1)35(.4,

16 155

= +

−

=

n

Lấy n = 5 , như vậy số lớp hàn cần thiết là n = 5

Khi n = 5 ta tính lại FR n Rtừ công thức (2.16) ta có

n

F F

→ FR n R = 26,8 mm2 Sau khi tính được FR n R, dựa vào công thức sau để tính vR h R:

)/(72,0)/(8,258,26.8,7

400.5,13

s cm h

m F

I v

n

h d

γα

αR d R_ Hệ số đắp, tra theo hình 2.8 được αR d R = 13,5( g/Ah)

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	2,42 MB