Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn

Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

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

- NGUYỄN XUÂN HẢI

XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI NÓNG CHẢY

CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Xuân Hải, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011B, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong thời gian học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của thầy PGS.TS HOÀNG TÙNG, Công ty Cổ phần tư vấn và đào tạo CTWEL, Công ty Cổ phần LILAMA 18 (LILAMA 18 JSC) .Tôi đã tham gia

nghiên cứu đề tài “Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn

giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn”

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện đang sử dụng và các công trình đã được công bố (ngoại trừ các bảng biểu số liệu tham khảo

và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và nghiên cứu được phép sử dụng)

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình

Hà Nội,ngày 20 tháng 01 năm 2014

LỜI CẢM ƠN

người đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu,

tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào tạo Sau đại học – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả trân trọng cám ơn Giám đốc, phòng kỹ thuật Công ty Lilama 18/Bình dương đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành phần thực nghiệm của Luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả

rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học và

M ỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 9

PHẦN MỞ ĐẦU 11

I Mục đích nghiên cứu: 11

II Nội dung của đề tài: 11

III Phương pháp nghiên cứu: 12

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 13

1.1.Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hàn bình chịu áp lực trên thế giới 13

1.2 Tình hình chế tạo,nghiên cứu chất lượng hàn binh chịu áp lực ở Việt nam 17

Chương II:TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 31

2.1 Phương trình truyền nhiệt của hồ quang hàn trên bề mặt bán vô hạn 31

2.2.Tính hàn của thép các bon kết cấu: 40

2.3.Tổ chức kim loại liên kết hàn hồ quang nóng chảy 50

Chương III: THỰC NGHIỆM VÀ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 67

3.1.Tính toán các thông số chuyển biến Austenit đối với thép các bon 67

3.2.Phân tích tổ chức kim loại ở các vùng đo nhiệt độ theo thời gian 93

3.3.Các giấy chứng nhận kết quả thử nghiệm: 103

3.4.Đánh giá kết quả thực nghiệm: 121

CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 122

Kết luận: 122

Kiến nghị: 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

I THẾ GIỚI 124

II VIỆT NAM 126

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng B1: Vật liệu thép tấm cho việc chế tạo bình bồn áp lực 16

Bảng B2: Danh mục các dự án Bình bồn áp lực chế tạo tại DOOSAN Vina 25

Bảng B3: Danh sách nhà chế tạo có chứng chỉ chất lượng U-stamp 27

Bảng B4: Tính chất lý hóa của một số kim loại và hợp kim 35

Bảng B5: Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp hàn 35

Bảng B6: Một số tính năng cơ học của thép cacbon thấp 41

Bảng B7: Một số tính năng cơ học của thép cacbon thấp 41

Bảng B8: Giới hạn chảy và giới hạn bền của các loại thép thông dụng theo ASTM 44

Bảng B9: Tương quan chiều dầy và nhiệt độ gia nhiệt 48

Bảng B10: Phân loại thép Cacbon theo tính hàn 49

Bảng B11: Phân loại thép theo nhóm – ASME IX/2010 49

Bảng B12: Phân loại nhóm thép có độ bền kéo 41Kg/mm2 50

Bảng B13: Yêu cầu về chỉ tiêu cơ tính 67

Bảng B14: Yêu cầu về thành phần hóa học 68

Bảng B15: Thông số cơ lý hóa vật liệu khảo sát thép tấm A516 Gr.70 69

Bảng B16: Kết quả phân tích thành phần hóa mẫu thử nghiệm 71

Bảng B17: Chế độ hàn SAW thực tế trên mẫu 77

Bảng B18: Kết quả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SAW 77

Bảng B19: Kết quả đo nhiệt độ 80

Bảng B20: Chế độ hàn FCAW thực tế trên mẫu 83

Bảng B21: Kết quả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn FCAW 83

Bảng B22: Số liệu nhiệt độ được đo 87

Bảng B23: Chế độ hàn SMAW thực tế trên mẫu 89

Bảng B24: Kết quả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SMAW 89

Bảng B25: Số liệu nhiệt độ được đo 93

Bảng B26: Kết quả đo độ cứng HV tại LAB 103

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình I-1: Lịch sử nồi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon 13

Hình I-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon 13

Hình I-3: Bồn làm lạnh nhiệt độ sử dụng – 40oC đến – 60oC, 14

Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg 14

Hình I-5: Bồn áp lực bằng thép Titan 14

Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thiết kế và chế tạo theo TCVN 7704 : 2007 17

Hình I-7: Kho lạnh LPG Thị Vải 2 bồn LPG lạnh trung tâm 18

Hình I-8: Bồn chứa khí hoá lỏng LPG/ 18

Hình I-9: Bồn chứa khí hoá lỏng LPG/ 19

Hình I-10+I-11: Bồn kiểu đứng, chứa khí Ôxy, 19

Hình I-12: 26 bồn áp lực theo tiêu chuẩn ASME 20

Hình I-13: Bồn áp lực vật liệu SA516 Gr.70 cho dự án Phú Mỹ II 20

Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hãng 21

Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dầu 21

Hình I-19: Hệ thống bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N) 22

Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mông dương 2/Quảng ninh 23

Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giàn ống trao đổi nhiệt 23

Hình II-1: Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tấm mỏng 32

Hình II-2/-3: Đồ thị của nhiệt độ cho các nguồn nhiệt đường trong tấm phẳng mỏng 32

Hình II-4: Sơ đồ tính toán nguồn nhiệt điểm di động trong tấm dầy 33

Hình II-5/-6 Các đường đẳng nhiệt trong mặt phăng ξ-Ψ 33

Hình II-7/-8: Sơ đồ ba chiều của lời giải tấm dày Rosenthal 34

Hình II-9: Chu trình nhiệt hàn 38

Hình II-10: Sơ đồ tính bề dày tương đương (CJT) các kết cấu hàn 47

Hình II-11: Biểu đồ tương quan Ceq và nhiệt độ cần gia nhiệt 47

Hình II-12: tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt & mối hàn 51

Hình II-13: cấu trúc tế vi tiết diện ngang mối hàn 53

Hình II-14: Chu trình nhiệt hàn vùng ảnh hưởng nhiệt của các quá trình hàn nóng chảy 57

Hình II-15: Giản đồ CCT cho thép AISI 1080 59

Hình II-16: Giản đồ CCT cho thép AISI 1020 60

Hình II-17: Phân tích điểm chuyển biến pha cho thép 0.2%C 65

Hình III-1: Thiết bị Metal Lab 75/80J MVU-GNR/Italy 70

Hình III-2: Kích thước mẫu hàn SAW 76

Hình III-3a/b Máy hàn tự động SAW Lincoln IDEALARC DC-1000 77

Hình III-3c Thuốc hàn AWS A5.17 F7A(P)8-EH14 78

Hình III-3d Dây hàn ASME SFA 5.17/EH14 78

Hình III-4a Chi tiết liên kết hàn 78

Hình III-4b Mặt cắt ngang mối hàn 78

Hình III-4c Tư thế hàn ASME 1G 78

Hình III-4d Chuẩn bị mẫu hàn 78

Hình III-5a/b Trong và sau quá trình hàn 79

Hình III-5e: mẫu hàn và vị trí đo nhiệt độ 80

Hình III-6a: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 1~7 81

Hình III-6b: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 2~8 81

Hình III-7b: Mẫu số #2: kích thước (180x300xt12mm)x2 82

Hình III-8a/b Dây hàn FCAW Kiswel K-71T AWS A5.20/E71T-1C 83

Hình III-9a: Chi tiết liên kết hàn 84

Hình III-9b: Mặt cắt ngang mối hàn 84

Hình III-9c Tư thế hàn ASME 3G 84

Hình III-9d Phương pháp hàn 84

Hình III-10a: Đo nhiệt độ trước khi hàn 85

Hình III-10b:Đo nhiệt độ khi hàn 85

Hình III-10c: Giám sát trong quá trình hàn 85

Hình III-10d: Đo các thông số U/I trong khi hàn 85

Hình III-10e Mẫu sau khi hàn 86

Hình III-10f Mẫu sau khi hàn 86

Hình III-11a: Biểu đồ đo nhiệt độ FCAW 87

Hình III-12a: Kích thước mẫu hàn thử nghiệm 88

Hình III-12b Chi tiết liên kết hàn 88

Hình III-12c Mặt cắt ngang mối hàn 88

Hình III-13e Mẫu hàn mặt trước ở tư thế 3G 90

Hình III-13f Mẫu hàn mặt sau có 6 đầu dây cặp nhiệt 90

Hình III-14a Kết cấu mối nối hàn vát mép V-đơn 600 90

Hình III-14b Thiết bị đo và vẽ biểu đồ nhiệt độ 90

Hình III-14c Đo nhiệt độ trước khi hàn 91

Hình III-14d Đo nhiệt độ trong khi hàn 91

Hình III-14e Trong quá trình hàn 91

Hình III-14f Giám sát trong quá trình hàn 91

Hình III-14g Biểu đồ ghi nhiệt độ 91

Hình III-14h Hiển thị nhiệt độ trên kênh số #5 91

Hình III-14k/l Súng đo nhiệt độ hồng ngoại từ xa 92

Hình III-14m: Mẫu hàn SMAW & các vị trí đo nhiệt độ 92

Hình III-15a: Biểu đồ nhiệt độ 93

Hình III-16a: Mẫu hàn đang kiểm tra siêu âm UT 94

Hình III-16b: Mẫu hàn cắt trước khi gia công các mẫu macro & kim tương 94

Hình III-17a Máy cắt mẫu 96

Hình III-17b Máy mài thô 96

Hình III-17c Máy ép & tạo phôi 96

Hình III-17d Máy mài tinh 96

Hình III-17e Các mẫu sau khi gia công mài 97

Hình III-17f Máy phân tích thành phần hóa học 97

Hình III-17g: Kính hiển vi điện tử 97

Hình III-17h: Hiệu chỉnh & đo hình ảnh kim tương 50, 100 lần 97

Hình III-18a: FCAW-3G-thk12-M1 98

Hình III-18b: FCAW-3G-thk12-M2 98

Hình III-18c: FCAW-3G-thk16-M1 98

Hình III-18d: FCAW-3G-thk16-M2 98

Hình III-18e: SAW-16-thk16-M1 99

Hình III-18f: SAW-1G-thk16-M2 99

Hình III-18g: SMAW-3G-thk12-M1 99

Hình III-18h: SMAW-3G-thk12-M2 99

Hình III-19b: Mẫu FCAW-3G-thk16-M1/Độ phóng đại x 500 100

Hình III-19c: Mẫu FCAW-3G-thk16-M2/Độ phóng đại x 500 101

Hình III-19e Mẫu SAW-16-thk16-M2/ Độ phóng đại x 500 101

Hình III-20a: Vị trí đo độ cứng HV 102

Hình III-20b: Máy đo độ cứng 401MVD của Mỹ 102

Giấy chứng nhận BC1: VCN720-13 M01~M04 105

Giấy chứng nhận BC2: VCN 819-13-M01a 106

Giấy chứng nhận BC3: VCN 819-13-M02a 107

Giấy chứng nhận BC4: VCN 819-13-M03a 108

Giấy chứng nhận BC5: VCN 819-13-M04a 109

Giấy chứng nhận BC6: VCN 819-13-M05a 110

Giấy chứng nhận BC7: VCN 819-13-M06a 111

Giấy chứng nhận BC8: VCN 819-13-M07a 112

Giấy chứng nhận BC9: VCN 819-13-M08a 113

Giấy chứng nhận BC10: VCN 819-13-M01b 114

Giấy chứng nhận BC11: VCN 819-13-M02b 115

Giấy chứng nhận BC12: VCN 819-13-M03b 116

Giấy chứng nhận BC13: VCN 819-13-M04b 117

THU ẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

∆t8/5 s Thời gian nguội từ 8000C đến 500oC

PHẦN MỞ ĐẦU

I M ục đích nghiên cứu:

Hiện nay ở Việt nam việc chế tạo, đánh giá chất lượng liên kết hàn bình chịu

áp lực đại đa số là ứng dụng các thành quả chế tạo, nghiên cứu của thế giới

từ đó vận dụng kinh nghiệm có xây dựng một số các tiêu chuẩn đánh giá và ứng dụng các trang thiết bị, dụng cụ để kiểm tra đánh giá chất lượng theo tiêu chí của khách hàng/dự án cụ thể nhận xét do vậy đã tồn tại ở các cơ sở

chế tạo cũng như các cơ sở nghiên cứu gặp khó khăn về dự đoán đạt độ tin

cậy về chất lượng mối liên kết hàn khi thiết kế chế tạo bình áp lực

Vì vậy mục tiêu của đề tài là xây dựng cơ sở lý thuyết, kết hợp với thực nghiệm và số liệu thực tiễn để đưa ra hướng dự đoán độ tin cậy về chất lượng liên kết hàn bình chịu áp lực từ thép các bon ngay trong giai đoạn thiết kế kết

cấu, thiết kế công nghệ hàn

II N ội dung của đề tài:

Trên cơ sở tổng quan về tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu bình

chịu áp lực ở thế giới và trong nước, mặt khác để phù hợp với thực tiễn Việt nam hiện nay và những thập niên tiếp theo Đề tài đưa ra phạm vi giới hạn

nội dung nghiên cứu của đề tài như sau:

+ Vật liệu chế tạo kết cấu hàn bình chịu áp lực là thép các bon trung bình

và thép hợp kim thấp Hiện nay vật liệu này chiếm tỷ lệ cao trong chế tạo bình chịu áp lực) với chiều dầy tấm từ 10~16mm là chiều dầy mà đề tài

lựa chọn thực nghiệm

+ Chất lượng kết cấu hàn chịu áp lực được đánh giá theo các tiêu chuẩn (ngoài nước và trong nước) có nhiều chỉ tiêu nhưng để xây dựng được dự đoán sơ bộ khi thiết kế kết cấu công nghệ hàn bình chịu áp lực, để đề tài

đi sâu vào tổ chức kim loại của liên kết hàn nóng chảy hồ quang điện

nói đó là thông số kỹ thuật quan trọng mà trong đó đã chứa đựng nhiều thông số khác (như cơ tính, lý tính, các khuyết tật…)

Nội dung luận văn bao gồm:

+ Nghiên cứu lý thuyết về quá trình truyền nhiệt khi hàn nóng chảy và mô hình

cấu trúc kim loại liên kết hàn giáp mối của vùng ảnh hưởng nhiệt

+ Nghiên cứu và xây dựng quá trình nguội của liên kết hàn và mối quan hệ đến

tổ chức tế vi của liên kết hàn và độ cứng của chúng

+ Xây dựng các công thức tính toán từ mối quan hệ thành phần hóa học vật

liệu cơ bản, nguồn nhiệt hàn đến các tổ chức tế vi của liên kết hàn và độ

cứng tương ứng

+ Thông qua thực nghiệm, số liệu thực tế so sánh đánh giá mối quan hệ giữa cơ

sở lý thuyết đã xây dựng và kết quả thực tế

III Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết và thu nhập tài liệu để xây dựng những cơ sở lý thuyết sơ bộ đánh giá chất lượng liên kết hàn kết hợp với thực nghiệm và số liệu thực nghiệm để

so sánh đánh giá mức độ chính xác của mối quan hệ giữa cơ sở lý thuyết & thực nghiệm

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình ch ế tạo, nghiên cứu chất lượng liên kết hàn bình chịu áp lực

trên th ế giới

Trên thế giới nghiên cứu chế tạo kết cấu hàn bình bồn áp lực đã thực hiện từ rất lâu (từ thế kỷ 18 khi xuất hiện tầu thủy, tàu hỏa chạy bằng hơi nước), đến nay đã phát triển rất đa dạng theo các mục đích của công trình có thể rất to, nhỏ, đơn giản, phức

tạp, chịu áp lực thấp, trung binh, rất cao và được sử dụng vật liệu rất đa dạng các

chủng loại

 Hình I-1: Lịch sử nồi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon

Tham khảo website http://en.wikipedia.org/wiki/Paddle_steamer

 Hình I-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon

Tham khảo website http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_locomotive

Một số dữ liệu về việc chế tạo nồi hơi và bình bồn áp lực trên thế giới hiện nay

Ch ế tạo tại Ấn độ:

 Hình I-3: Bồn làm lạnh nhiệt độ sử dụng – 40oC đến – 60oC,

thép chế tạo SA 516 Gr 60/70 , SA 537 Class I & II

Tham khảo website http://www.pressurevesselsindia.com/pressure-vessels.html

Ch ế tạo tại Anh quốc, công ty CPE Pressure Vessels Ltd/UK

 Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg Vật liệu thép ASTM A516 Grade 70, thiết kế theo ASME VIII Div 1 và DNV Rules Tham khảo website: http://www.pressure-vessels.co.uk/coalescer-degasser-vessel.htm

Chế tạo tại PHÁP

Tham khảo website:

http://www.mersen.com/en/products/anticorrosion-and-process-equipment/pressure-vessels.html

Việc nghiên cứu chất lượng cho việc chế tạo nồi hơi & bình bồn áp lực trên thế giới được các hiệp hội, viện nghiên cứu thử nghiệm & các nhà chế tạo cũng như các nhà cung cấp vật liệu cơ bản, vật liệu phụ trợ, trang thiết bị máy móc để chế tạo và kiểm tra không ngừng hoàn thiện từng bước đáp ứng yêu cầu về chủng loại, chất lượng và các điều kiện sử dụng ngày càng cao Thể hiện ở các tiêu chuẩn sau:

Tiêu chuẩn áp dụng trên thế giới cho việc chế tạo nồi hơi & binh bồn áp lực:

1 Châu âu EN 13445/ (97/23/EC , BS EN 13445 hoặc PD 5500, EN 286 (Parts 1 to 4) phù hợp với 87/404/EEC, ISO 11439

• Tính toán quá trình nhiệt khi hàn[1],[2]

• Hiệu suất nhiệt của quá trình hàn hồ quang [3]

• Lý thuyết quá trình hàn [4]

• Phân tích cấu trúc kim loại mối hàn [5]

• Mô hình hóa luyện kim trong hàn[6]

• Quá trình luyện kim trong hàn[7],[8]

• Cấu trúc kim loại của liên kết hàn [9]

• Tính hàn của các loại thép[11]

• Hàn thép chịu nhiệt [12]

• Lý thuyết hàn và ứng dụng [13]

• Đánh giá tính hàn của thép kết cấu[14] [17]

• Tính hàn của kim loại và hợp kim [15]

• Tính hàn của thép [16],[28]

• Công thức xác định tính hàn của thép độ bền cao[18]

• Công nghệ và thiết bị hàn nóng chảy [19]

• Công nghệ hàn hồ quang tiên tiến [20],[21]

• Công nghệ và kỹ thuật hàn [22]

• Kim loại hàn và xử lý nhiệt liên kết hàn [23]

• Hiệu quả của các thông số quá trình hàn thép[24]

• Dự đoán về cấu trúc và tính chất cơ học của vùng ảnh hưởng nhiệt

mối hàn thép[25]

• Tính toán nhiệt độ nung nóng ngăn chặn nứt vùng ảnh hưởng nhiệt

của mối hàn thép hợp kim thấp[26]…

Đồng thời cũng có các nội dung nghiên cứu khác về:

a) Vật liệu cơ bản về kim loại, lưỡng kim, composit, thể hiện trong bảng tổng

hợp, bảng B1 sau đây

b) Vật liệu hàn và thiết bị hàn cho các quá trình hàn hồ quang nóng chảy

c) Công nghệ và thiết bị kiểm tra phá hủy và không phá hủy mối hàn

Hàn qu ốc KS Nhật bản JIS Trung quốcGB Mỹ (ASTM) Anh qu ốc (BS)

50

GB 6654-86 Q355-A 20g 16MnR 15CrMo

A285

Gr A,B,C A515

Gr 55,60,65,70 A516

Gr 55,60,65,70 A442

Gr 55, 60 A537 Class 1,2/ A612

1.2 Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hàn bình chịu áp lực ở Việt nam

Hình ảnh các loại nồi hơi, bình bồn chứa đã chế tạo ở Việt nam

Ch ế tạo tại công ty TNHH Năng lượng tái tạo Miền Nam

Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thiết kế và chế tạo theo TCVN 7704 : 2007

Tham khảo website http://www.sre-energy.com/products

 Nồi hơi quá nhiệt - Superheated Steam Boiler/Dạng nằm hoặc đứng

 Kiểu nồi hơi ống lửa, ống nước- Fire tube boiler, water tube boiler

 Trao đổi nhiệt qua 3 công đoạn (pass)/Hiệu suất cao: 88-92%

 Nhiên liệu: lỏng (dầu D.O, F.O, LPG-gas, CNG, biogas ), than, trấu, mùn cưa

 Dùng cho các ứng dụng nhiệt độ cao lên đến 450 độ C

Ch ế tạo tại Cty CP Kết cấu Kim loại và Lắp máy Dầu khí (PVC- MS)

Hình I-7 : Kho lạnh LPG Thị Vải2 bồn LPG lạnh trung tâm

Đây là loại 2 bồn LPG lạnh trung tâm có công suất 60.000 m3, đường kính ngoài

mỗi bồn 51 m, chiều cao thành bồn ngoài là 32 mét, đường kính trong 49 mét Vật

liệu chế tạo thân bồn, có 2 lớp vỏ, bên ngoài là ASME SA-36/SA-36M và bên trong là A537/A537M

Tham khảo website: kho-chua-LPG-lanh-lo%CC%81n-nha%CC%81t-tai-Viet-Nam.aspx

http://pvc.vn/tinchitiet/tabid/93/id/1784/Khanh-thanh-du-an-Ch ế tạo tại Nhà Máy chế tạo sản xuất bồn gas GASTECH Co.,Ltd

Ch ế tạo tại Cty Nồi hơi Việt nam

Hình I-9: Bồn chứa khí hoá lỏng LPG/

Tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo: ASME VIII, Div 1 / Div 2/Vật liệu chế tạo: ASTM A516 Gr 70 JIS 3115 SPV490

Tham khảo website: http://noihoivietnam.rolo.vn

Ch ế tạo tại Công ty Cổ phần LILAMA 45.1:

Hình I-10+I-11: Bồn kiểu đứng, chứa khí Ôxy,

có dung tích 125m3, đường kính 3.000 mm, dài 19.000 mm, áp suất thiết kế 27 bar Tham khảo website:

http://www.lilama45-1.com/index.php?do=news&act=detail&id=45

Ch ế tạo tại Công ty Cổ phần LILAMA 18

Hình I-12: 26 bồn áp lực theo tiêu chuẩn ASME

áp suất làm việc 75 bars, áp suất thử áp 97,5 bars, nhiệt độ thiết kế 100 độ C

Tham khảo website: vien/2013/01/chung-nhan-asme-tren-san-pham-co-khi-che-tao-tai-lilama-

http://www.lilama.com.vn/tin-tuc-su-kien/cac-cong-ty-thanh-18/print/3564

Hình I-13 :Bồn áp lực vật liệu SA516 Gr.70 cho dự án Phú Mỹ II

 Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hãng

Linde AG có áp suất thiết kế 30 bar, vật liệu chế tạo thân và chỏm cầu SA516 Gr.70

cho dự án Phú Mỹ II

Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dầu

theo tiêu chuẩn ASME VIII Div.2 có dấu chất lượng U2

+ Loại cao áp HP: với áp suất làm việc MAWP: 134.2 bargs, kích thước L x W

SA516 Gr.70N trọng lượng 47.200 kg

+ Loại áp thấp LP: với áp suất làm việc MAWP: 92.4 bargs, kích thước L x W

SA516 Gr.70N, trọng lượng: 46046 kg

Ch ế tạo tại Nhà máy Boiler Doosan Vina/Quảng ngãi

Tham khảo website:

http://www.doosan.com/doosanvina/vn/project_portfolio/cpe.do?cmd=cpe

 Hình I-18: H ệ thống bình áp lực dự án Petrofac UAE / Petro Canada,

Vật liệu chế tạo thân & đầu lồi của bồn là SA516-70(N)

Hình I-19: Hệ thống bình áp lực vật liệu chế tạoSA516-70(N)

, SA240-316(L) SA516-70 + SA240-316L, Duflex

Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mông dương 2/Quảng ninh

Hình I-21: Hệ thống nồi hơi của nhà máy Nhiệt điện Mông dương 2

 Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giàn ống trao đổi nhiệt

của nhà máy Nhiệt điện Mông dương 2 chế tạo tại Cty DOOSAN VINA

Dưới đây giới thiệu bảng thiết kế các dự án chế tạo bình chịu áp lực của các dự án nước ngoài tại công ty Doosan Vina

YOLOTEN GAS FIELD DEVELOP

SA516-70N+316L SA240-S31803 SA240-316/316L

Bảng B2: Danh mục các dự án Bình bồn áp lực chế tạo tại DOOSAN Vina

Hiện tại theo số liệu về các công ty, nhà chế tạo nồi hơi, bình bồn áp lực có dấu

chứng chỉ chất lượng U-stamp của ASME về thiết bị áp lực, thì Việt nam có 23 doanh nghiệp

Tham khảo website: https://caconnect.asme.org/CertificateHolderSearch.aspx

U-stamp số

Tại Bà rịa – Vũng tàu

U-38839

3 Doosan Heavy Industries Vietnam Co., Ltd (Doosan

VINA)/Tại tỉnh Quảng ngãi

Tại Biên hòa – Đồng nai

11 Petroleum Equipment Assembly & Metal Structure JSC

Tại TP.Vũng tàu Bà rịa – Vũng tàu

U-39268

12 Petroleum Pipeline and Tank Construction Joint Stock

Company/Tại TP.Vũng tàu – Bà rịa Vũng tàu

U-45093

14 PTSC Mechanical and Construction (PTSC M&C)

Tại TP Bà rịa – Vũng tàu

U-38271

Tại TP Bà rịa – Vũng tàu

U-43600

16 PVD Trading and Technical Services Joint Stock

Company/ Tại TP Bà rịa – Vũng tàu

U-40151

Tại TP Bà rịa – Vũng tàu

U-37841

19 Southern Petroleum Construction Joint Stock Company

(ALPHA-ECC)/Tại TP Bà rịa – Vũng tàu

U-37385

Tại tỉnh Hải dương

U-41473

22 Vina Halla Heavy Industries Co., Ltd./

Tại Bà rịa – Vũng tàu

U-38069

23 Vina Offshore Engineering Co., Ltd

Tại TP.Vũng tàu Bà rịa – Vũng tàu

U-37738

Bảng B3: Danh sách nhà chế tạo có chứng chỉ chất lượng U-stamp

1.2.2 Nhận xét chung:

 Các cơ sở sản xuất trong nước: có được đầu tư về áp dụng đúng theo quy trình

chế tạo và kiểm tra sản phẩm từ khâu thẩm định thiết kế (hoặc đúng theo thiết kế

của khách hàng/dự án mang đến) đến giai đoạn mua sắm vật tư cơ bản, trang thiết bị đồng bộ cho các công đoạn chế tạo & kiểm tra sản phẩm cùng với hệ

thống quản lý chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN hoặc theo tiêu chuẩn quốc tế buộc phải áp dụng tại Việt nam như ASME, AS, EN, BS…cùng với sự giám sát trước trong & sau quá trình chế tạo

 Về vật liệu của các nồi hơi & bình bồn áp lực phần lớn là thép các bon kết cấu

chịu áp lực đều được đặt mua từ nhà cung cấp đã lựa chọn & phê duyệt của khách hàng, được kiểm tra hóa lý tính tại các phòng thí nghiệm và kiểm tra không phá hủy… Các vật liệu thân và đầu lồi thông dụng hiện nay cho nồi hơi là Q345, JIS 3115 SPV490, ASME SA515 (nồi hơi), SA516 (bình bồn áp lực làm

việc ở nhiệt độ trung bình hoặc thấp) Ngoài ra khi hàn liên kết các cấu kiện

bằng các phương pháp hàn nóng chảy thông dụng như hàn SMAW, GTAW, FCAW, GMAW, SAW, vật liệu hàn cũng được lựa chọn phù hợp theo quy trình hàn (WPS)

 Thông qua tài liệu, trên mạng về các bài báo viết về chất lượng mối hàn bình

chịu áp lực được biết hiện các Viện khoa học trong nước cũng như các trường đại học & cao đẳng dạy nghề hàn có nhiều các đồ án, luận văn, công trình nghiên cứu về ảnh hưởng các yếu tố kỹ thuật đến quy trình công nghệ hàn, nghiên cứu về ảnh hưởng vật liệu hàn (thuốc hàn, điện cực hàn, khí hàn…), nghiên cứu về kết cấu mối nối, trình tự & đồ gá hàn chống biến dạng, chế độ nhiệt hàn, lựa chọn sử dụng thiết bị hàn …

Ví d ụ về một số tài liệu, công tình đã công bố:

+ Phân tích truyền nhiệt hàn và ứng dụng [39]

+ Xác định trường nhiệt độ khi hàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn [38] + Tối ưu hóa thời gian nguội của mối hàn từ (800~500oC) khi hàn nóng chảy thép 15MnV [32]

+ Công nghệ hàn nóng chảy[36]

+ Nghiên cứu tác động của gió với dòng khí bảo vệ trong quá trình hàn CO2 [34] + Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn thép cacbon khi hàn MAG [37]

+ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn bán tự động trong môi trường CO2

trong công nghiệp ô tô ở Việt nam [35]

• Đồ án về thiết kế chế tạo Bể chứa của Viện Xây dựng công trình biển

• Luận văn Nghiên cứu nổ vỡ bình chịu áp lực - PGS TS Hoàng Ngọc Đồng /2012

• Đề tài Nghiên cứu công nghệ bình chứa khí công nghiệp chịu áp lực cao, có

áp suất làm việc không dưới 150 Bar – Viện nghiên cứu Cơ khí NARIME

 Thông qua sự phát triển của các tiêu chuẩn, trang thiết bị dụng cụ kiểm tra đánh giá của các hãng trên thế giới Được biết có rất nhiều tiêu chuẩn quy phạm áp

dụng cho hàn nồi hơi và bình bồn áp lực dùng trong công nghiệp hóa chất, xây

dựng, đóng tàu, khai thác tài nguyên như đã nói phần đầu của luận văn này [29],[30],[31] và được bổ xung công nghệ mới & cập nhật định kỳ thường xuyên cũng như tính phổ cập của chúng trên hệ thống phân phối đại lý hay trên internet

đã giúp cho việc tra cứu & áp dụng ngày càng hiệu quả cho công việc hàn thực

tế đang xảy ra tại các cơ sở Trang thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn hiện tại

rất đa dạng & hiện đại bổ trợ lẫn nhau trong việc đánh giá toàn diện một liên kết hàn như máy siêu âm đa biến tử (phase array), máy chụp ảnh phóng xạ được

hiển thị trên máy tính dần dần được các cơ sở chế tạo trang bị

 Tham chiếu tiêu chuẩn cho việc kiểm soát chất lượng mối hàn của bình áp lực ở

Việt nam: đang được bổ xung & cập nhật định kỳ bám sát các chỉ tiêu & mức độ đánh giá như các nước phát triển trên thế giới và khu vực đang áp dụng

+ TCVN 6008:1995: Thiết bị áp lực - Mối hàn yêu cầu kỹ thuật và phương pháp kiểm tra

+ TCVN 7472-2005: Thiết bị áp lực - Hàn liên kết

Thông qua sự phát triển ứng dụng các trang thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng liên kết hàn nồi hơi, bình bồn áp lực như:

+ Kiểm tra không phá hủy NDT như chụp ảnh phóng xạ RT, từ tính MT,

thẩm thấu lỏng PT, siêu âm UT

+ Kiểm tra phá hủy: uốn kéo, độ dai va đập, đo độ cứng, macro, kim tương + Thử áp: bằng môi chất chân không, khí, nước…

Tuy nhiên ở Việt nam đến nay chưa có nhiều kết quả nghiên cứu về mối quan hệ tương hỗ giữa lý thuyết và thực tế để cho cơ sở nghiên cứu, chế tạo, cán bộ kỹ thuật

có được kiến thức về độ tin cậy sơ bộ của chất lượng liên kết hàn khi thiết kế cũng như khi chế tạo

K ết luận Chương I:

Trên cơ sở tập hợp các tư liệu, thông tin,tài liệu nghiên cứu,cũng như các kết quả

sản xuất thực tế của thế giới, trong nước về vấn đề thiết kế chế tạo các loại bình

chịu áp lực từ vật liệu thép cacbon thấp và thép cacbon hợp kim thấp, nội dung này

đã tạo cơ sở cho định hướng, lựa chọn hướng đề tài, nội dung đề tài với giới hạn phù hợp với yêu cầu của luận văn và thực tế sản xuất Việt nam Đồng thời cũng là

cơ sở cho việc định hướng, lựa chọn nội dung cơ sở lý thuyết liên quan tới tiêu đề

của Chương 2

Chương II: T ỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

Để tiến đến mục đích của đề tài và nội dung thực hiện đề tài, cần phải lựa chọn,

tổng hợp các kết quả nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm về các nội dung sau:

2.1 Phương trình truyền nhiệt của hồ quang hàn trên bề mặt bán vô hạn

Ngày nay, các phương trình phức tạp khác nhau về trường nhiệt khi hàn đã được

giải nhờ sự hỗ trợ của máy tính điện tử Tuy vậy những phương trình đơn giản được xây dựng bởi các số liệu kỹ thuật vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc tính toán và dự đoán về tốc độ nguội cũng như các đặc tính khác của quá trình hàn Từ các số liệu kỹ thuật thực tế, đã đưa ra được các phương trình để xác định tốc độ nguội, nhiệt độ đỉnh và phương pháp để tính toán bề rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn có thể tính toán và mô phỏng được đặc điểm và hình dạng của bể hàn, kết

cấu vùng kết tinh, kết cấu của vùng ảnh hưởng nhiệt, sự phân bố của chu trình nhiệt

Cơ sở để tính toán dòng nhiệt trong hàn, theo nghiên cứu của các tác giả:

o Рыкалин Н Н – Tính toán quá trình nhiệt khi hàn [1]

o Петров Г Л – Lý thuyết quá trình hàn[4]

o HRIVŇÁK, I – Tính hàn của các loại thép [11]

o VUZ – Đánh giá tính hàn của thép kết cấu [17]

o TS.Nguyễn Thế Ninh – Phân tích truyền nhiệt hàn và ứng dụng [39]

FCAW), trên thép các bon tấm mỏng (h<[h]), [h] là chiều dầy tấm tới hạn (22,5 ~ 25mm) thì phương trình truyền nhiệt được xác định:

2

/exp( )(4 ) 4

Và nguồn nhiệt đường di chuyển trong tấm mỏng như hình sau

Hình II-1: Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tấm mỏng

Hình II-2/-3: Đồ thị của nhiệt độ cho các nguồn nhiệt đường trong tấm phẳng mỏng Khi hàn hồ quang tấm dầy h>[h], nguồn nhiệt điểm trong tấm dầy

Phương trình tổng quát sau là sự phân bố nhiệt độ ở trạng thái giả ổn định hay còn

là lời giải cho tấm dầy của Rosenthal

2 3/ 2

/exp( )

Hình II-4: Sơ đồ tính toán nguồn nhiệt điểm di động trong tấm dầy

Hình II-5/-6 Các đường đẳng nhiệt trong mặt phăng ξ-Ψ

Chiều rộng đường bao đẳng nhiệt Ψm:

ν

= Γ[F-7]

Hình II-7/-8: Sơ đồ ba chiều của lời giải tấm dày Rosenthal Khoảng cách không thứ nguyên δ3m một nửa chiều rộng Ψm và tiết diện ngang λ1

Những đặc trưng cơ bản của sự truyền năng lượng nhiệt từ hồ quang hàn tới chi tiết hàn và sự truyền nhiệt trong bản thân chi tiết phụ thuộc chính vào độ dẫn nhiệt của

vật hàn, nó được biểu diễn bằng phương trình sau:

+ x : Toạ độ phương trùng với hướng hàn, (mm)

+ y : Toạ độ phương ngang với hướng hàn, (mm) z : toạ độ theo phương vuông góc với bề mặt hàn, (mm)

+ T: Nhiệt độ tại điểm cần khảo sát của vật hàn, °C

+ λ(T) : Độ dẫn nhiệt của kim loại, J/mm.s.°C + ρ: Khối lượng riêng của kim loại, g/cm3

+ C: Nhiệt dung riêng của kim loại, J/g.°C

Hiệu suất nhiệt Q[kW]

Mật độ dòng điện [W/mm2]

B ảng B5: Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp hàn

Sự hình thành nội trường nhiệt là một thông số rất quan trọng khi quá trình hàn cung cấp nhiệt lượng cho cả phần vật liệu ở bên dưới bề mặt hàn Đối với phương pháp hàn tự động, thường sử dụng mật độ năng lượng rất lớn Đầu tiên năng lượng nhiệt được truyền trực tiếp vào bề mặt chi tiết, sự nung nóng bề mặt chi tiết được quyết định bởi sự phân bố dòng nhiệt q(x,y) trên một diện tích nhỏ của bề mặt chi

tiết hơn là bởi sự hình thành trường nhiệt bên trong

Trong đó q(x,y) : Sự phân bố dòng nhiệt trên bề mặt vật hàn, w/mm2

Năng lượng nhiệt bị thất thoát ra môi trường xung quanh thông qua việc bức xạ nhiệt và sự đối lưu, hoặc nó được truyền sang các vật đỡ và cố định trục hoặc các chi tiết khác liên kết với nó Do vậy, năng lượng nhiệt cung cấp để tạo bể hàn có thể

tập trung vào một phần diện tích nhỏ của bề mặt vật hàn như một dòng nhiệt (q)

hoặc truyền vào bên trong vật hàn (Qn) Năng lượng nhiệt được phân bố trong vật

hàn nhờ truyền nhiệt và cuối cùng sẽ thất thoát ra môi trường xung quanh thông qua

các chi tiết đỡ kẹp hoặc các kết cấu liên kết hàn

Năng lượng nhiệt hàn cung cấp cho quá trình hàn để hình thành liên kết hàn và bảo

đảm chất lượng liên kết hàn(trong đó có tổ chức tế vi của liên kết hàn), năng suất và

hiệu quả kinh tế

Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến cấu trúc tế vi cùa vùng kim loại hàn và vùng

• Thời gian lưu kim loại ở pha austenit ∆ta

Xác định nhiệt độ tối đa:

Nhiệt độ tối đa để đảm bảo chất lượng hàn hồ quang nóng chảy, năng suất hàn và

hiệu quả kinh tế

Công thức tính nhiệt độ tối đa theo nguồn nhiệt:

a) Nguồn nhiệt điểm:

3 3(2 )

Năng lượng nhiệt truyền vào chi tiết hàn

Diện tích bề mặt năng lượng nhiệt truyền vào chi tiết hàn rất nhỏ Có 3 thông số cơ

bản khống chế lượng nhiệt cung cấp cho bề mặt chi tiết và bên trong vật hàn đó là

- Độ lớn của dải tốc độ truyền vào vật hàn (năng lượng của nguồn cung cấp trong một đơn vị thời gian), W

- Sự phân bố của năng lượng truyền

- Tốc độ hàn, mm/s Thông thường nhiệt lượng cung cấp được thể hiện bởi một thông số chính đó là nhiệt lượng cung cấp qđ(J/mm), đó chính là tỉ số giữa năng lượng hồ quang truyền vào vật hàn trong một đơn vị thời gian và tốc độ hàn

đ

UI v

Năng lượng nhiệt truyền vào mối hàn

Trường nhiệt được sinh ra bởi nguồn nhiệt chuyển động là một trường 3 toạ độ: phương theo hướng hàn, phương vuông góc với hướng hàn và phương vuông góc

với bề mặt hàn Tuy vậy, trong nghiên cứu và tính toán khi áp dụng phương pháp hàn tự động hàn thép tấm SA516 Gr.70 chiều dầy đến 16mm, trường nhiệt cũng được đơn giản hoá đi một chút do các nguyên nhân sau:

dải tốc độ không thay đổi

+ Nguồn nhiệt cung cấp chuyển động với một tốc độ không đổi theo một đường thẳng song song với hướng hàn

+ Mặt cắt ngang của mối hàn có kích thước không đổi

+ Sự ảnh hưởng của việc bắt đầu và kết thúc mối hàn có thể bỏ qua được

Dưới các điều kiện này, sự phân bố nhiệt độ theo thời gian tại bất kỳ mặt cắt ngang

nào dọc theo hướng hàn đều giống nhau Như vậy sẽ làm giảm bớt sự phức tạp trong việc xác định chu trình nhiệt hàn, lúc này có thể giải quyết việc xác định chu trình nhiệt hàn bằng hai toạ độ

Chu trình nhi ệt hàn

Nếu có bất kỳ một trong bốn điều kiện trên không được thoả mãn, sẽ không cho phép việc đơn giản hoá tính toán chu trình nhiệt thành dạng hai toạ độ, lúc đó cần

phải tính toán chu trình nhiệt theo 3 toạ độ

Một chu trình nhiệt đặc trưng trong qúa trình hàn sẽ diễn ra như sau: Nhiệt độ tại

một điểm của vật hàn sẽ tăng lên rất nhanh bởi tác động của nhiệt lượng cung cấp từ nguồn nhiệt của hồ quang Tốc độ tăng nhiệt độ sẽ tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm tính toán đến đường tâm của mối hàn Khi nhiệt độ tăng lên tới nhiệt độ đỉnh (Tmax) quá trình nguội bắt đầu Tốc độ nguội cũng thay đổi tỉ lệ nghịch với khoảng cách tính từ đường tâm mối hàn Sau đó tốc độ nguội sẽ giảm dần theo thời gian Ví

dụ ta khảo sát chu trình nhiệt của các điểm T1~T5 ở mặt trên và mặt đáy mối hàn

tại cùng một thời điểm và có khoảng cách đến đường tâm mối hàn tương ứng là y = 1; 1,5; 2; 2,5; 3 cm

Chu trình nhiệt hàn của các điểm có khoảng cách khác nhau so với đường tâm mối hàn được thể hiện trên hình sau:

Hình II-9: Chu trình nhiệt hàn Chu trình nhiệt thay đổi theo từng vị trí của mối hàn, sự thay đổi này phụ thuộc