Giáo trình hàn ống công nghệ cao nghề hàn (CĐN Việt-Đức Hà Tĩnh)

Tài liệu giáo trình hàn ống công nghệ cao, hướng dẫn chi tiết kỹ thuật hàn TIG và SMAW ở các vị trí khó 2G, 5G, 6G cho thợ hàn chuyên nghiệp.

• Tác giả: Thạc Sỹ Nguyễn Văn Duyệt
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Việt - Đức Hà Tĩnh
• Chuyên ngành: Hàn
• Đề tài: Hàn Ống Công Nghệ Cao (TIG & SMAW)
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Tĩnh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Giáo trình Hàn Ống Công Nghệ Cao

Giáo trình hàn ống công nghệ cao được biên soạn bởi Trường Cao đẳng Nghề Việt - Đức Hà Tĩnh nhằm đào tạo những kỹ sư hàn chuyên nghiệp. Đây là tài liệu toàn diện về phương pháp hàn TIG và SMAW áp dụng cho các loại ống chịu áp lực cao, ống chịu nhiệt và ống chịu ăn mòn hóa chất. Giáo trình bao gồm 150 giờ học với 3 giờ lý thuyết và 140 giờ thực hành, được chia thành ba vị trí hàn chính: 2G, 5G và 6G. Mục tiêu của chương trình là nâng cao kỹ năng nghề cho những người học, giúp họ có đủ tự tin làm việc tại các khu công nghiệp, khu chế xuất và trong lĩnh vực công nghệ đường ống hiện đại.

1.1. Vị trí và Tính chất của Mô đun

Mô đun hàn ống công nghệ cao (MĐ20) được bố trí trong chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Hàn sau khi người học hoàn thành các môn học chung và các mô đun kỹ thuật cơ sở. Đây là mô đun chuyên môn nghề có vai trò quan trọng trong việc luyện tập nâng cao kỹ năng hàn hồ quang tay và hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ ở các vị trí khác nhau.

1.2. Mục tiêu Chính của Giáo trình

Giáo trình nhằm trang bị cho người học khả năng trình bày kỹ thuật hàn các loại ống chịu áp lực cao, chịu nhiệt độ cao và chịu ăn mòn hóa chất. Người học cần nắm vững cách chuẩn bị dụng cụ, thiết bị hàn, xử lý mép hàn, gá phôi hàn chắc chắn và chọn chế độ hàn phù hợp để đảm bảo chất lượng công việc đạt tiêu chuẩn quốc tế.

II. Các Khái Niệm Cơ Bản về Ống và Vật Liệu Hàn

Trong giáo trình hàn ống công nghệ cao, việc hiểu rõ các khái niệm cơ bản về ống là vô cùng quan trọng. Ống được sử dụng để chuyên chở chất lỏng và khí từ nơi này sang nơi khác, được phân loại theo tiêu chuẩn schedule dựa trên trọng lượng và độ dầy. Kích thước danh nghĩa của ống dao động từ 1/8 inch (6mm) đến 2½ inch (65mm) tùy theo ứng dụng cụ thể. Các mác thép thường được sử dụng để chế tạo ống tuân thủ tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing and Materials), bắt đầu bằng chữ A theo sau là các chữ số và chữ cái chỉ cấp độ, thuộc tính cơ học và thành phần hóa học của vật liệu.

2.1. Kích Thước và Tiêu Chuẩn Ống

Các kích thước danh nghĩa của ống được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn quốc tế. Ống có kích thước từ 1/8 inch đến 2½ inch được sử dụng phổ biến trong công nghiệp. Tiêu chuẩn schedule (Sich) đánh giá trọng lượng và độ dầy của ống, giúp xác định khả năng chịu áp lực và tính chất cơ học của ống, đảm bảo an toàn khi sử dụng.

2.2. Các Loại Thép Theo Tiêu Chuẩn ASTM

Mác thép ASTM được phân loại bằng ký hiệu bắt đầu bằng chữ A, theo sau là các mã số. Các loại thép phổ biến bao gồm A27 (thép cacbon đúc) và nhiều loại khác tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Mỗi mác thép có thuộc tính cơ học và thành phần hóa học khác nhau, ảnh hưởng đến quá trình hàn và chất lượng mối hàn cuối cùng.

III. Phương Pháp Hàn TIG và SMAW trong Giáo Trình

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) và hàn SMAW (Shielded Metal Arc Welding) là hai phương pháp hàn chính được giáo dục trong chương trình. Phương pháp hàn TIG + SMAW cho phép hàn các loại ống ở vị trí 2G, 5G và 6G với chất lượng cao. Hàn TIG sử dụng điện cực wolfraam không nóng chảy và bảo vệ bằng khí linh hoạt, thích hợp cho lớp căn. Hàn SMAW sử dụng điện cực nóng chảy với lớp bao bảo vệ, thích hợp cho các lớp phủ tiếp theo. Giáo trình hướng dẫn chi tiết cách chọn chế độ hàn: dòng điện (Ih), điện áp (Uh), đường kính vật liệu hàn, đường kính điện cực, lưu lượng khí bảo vệ để đạt yêu cầu chất lượng.

3.1. Hàn TIG Phương Pháp và Ứng Dụng

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) sử dụng điện cực wolfraam không nóng chảy và khí bảo vệ trơ (argon hoặc hỗn hợp). Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho lớp căn (root pass) của các mối hàn ống, đảm bảo chất lượng cao, hạn chế khuyết tật. Hàn TIG yêu cầu kỹ năng cao từ thợ hàn nhưng cho kết quả mối hàn đẹp và bền vững.

3.2. Hàn SMAW Tiểu xảo và Chế độ Hàn

Hàn SMAW (Shielded Metal Arc Welding) sử dụng điện cực nóng chảy với lớp bao bảo vệ. Phương pháp này phù hợp cho các lớp phủ (fill passes) và lớp bề mặt (cap pass). Giáo trình hướng dẫn chi tiết về chế độ hàn: dòng điện, điện áp, loại khí bảo vệ, lưu lượng khí, đường kính điện cực để đạt tiêu chuẩn ASME và ASTM.

IV. Ba Vị Trí Hàn Chính trong Giáo Trình Công Nghệ Cao

Giáo trình hàn ống công nghệ cao tập trung vào ba vị trí hàn cơ bản: vị trí 2G, 5G và 6G, mỗi vị trí có độ khó tăng dần. Vị trí 2G là tư thế hàn ngang với ống cố định không quay, là tư thế tương đối khó vì mối hàn hình thành trên mặt phẳng đứng. Vị trí 5G là tư thế hàn giữa hai vị trí đáy và trên với độ phức tạp cao hơn. Vị trí 6G là vị trí khó nhất, được thực hiện ở tư thế giữa với ống nghiêng 45 độ. Mỗi vị trí đều đòi hỏi 45-91 giờ thực hành để người học nắm vững kỹ thuật và đạt tiêu chuẩn chất lượng quốc tế trong công nghiệp dầu khí.

4.1. Vị Trí 2G Hàn Ống Ngang

Hàn ống vị trí 2G là tư thế hàn ngang với trục ống thẳng đứng cố định, không quay khi hàn. Đây là vị trí tương đối khó vì trọng lượng giọt kim loại lỏng luôn có xu hướng rơi xuống, gây khó khăn trong việc hình thành mối hàn. Giáo trình dành 20 giờ (1 giờ lý thuyết, 18 giờ thực hành) cho vị trí này, giúp người học làm quen với tư thế hàn đặc thù.

4.2. Vị Trí 5G và 6G Hàn Nâng Cao

Vị trí 5G và vị trí 6G là những tư thế hàn nâng cao, đòi hỏi kỹ năng và kinh nghiệm cao. Vị trí 5G được dạy trong 45 giờ (1 giờ lý thuyết, 43 giờ thực hành), còn vị trí 6G nâng cao nhất với 91 giờ (1 giờ lý thuyết, 89 giờ thực hành). Các vị trí này yêu cầu người học nắm vững tất cả kỹ thuật hàn để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao nhất của ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun/Môn học: HÀN ỐNG CÔNG NGHÊ CAO Nghề: HÀN Trình độ: CAO ĐẲNG Biên soạn: Thạc sỹ Nguyễn Văn Duyệt Tài liệu lưu hành nội bộ Năm 2017 1 MỤC LỤC TRANG Chương trình mô đun hàn ống công nghệ cao 3 Vị trí, tính chất của mô đun 3 Mục tiêu của mô đun 3 Nội dung mô đun Bài 1: Hàn ống vị trí 2G (TIG + SMAW) 4 Bài 2: Hàn ống vị trí 5G (TIG + SMAW) 36 Bài 3: Hàn ống vị trí 6G (TIG + SMAW) 52 Tài liệu tham khảo 68 2 TÊN MÔ ĐUN: HÀN ỐNG CÔNG NGHỆ CAO Mã mô đun: MĐ20 Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò của mô đun: - Vị trí: Là môn đun được bố trí cho người học sau khi đã học xong các môn học chung, các môn học, môđun kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH12 và mô đun chuyên ngành MĐ13 – MĐ23. - Tính chất: Đây là mô đun chuyên môn nghề trong chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Hàn. - Vai trò, ý nghĩa của mô đun: Luyện tập nâng cao kỹ năng nghề về phương pháp hàn Hồ quang tay, hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ ở vị trí 1G – 4G. Tạo cho người học có đủ tự tin làm việc tại các Khu công nghiệp, Khu chế suất và Công nghệ đường ống.

Mục tiêu của mô đun: - Trình bày được kỹ thuật hàn các loại ống chịu áp lực cao, ống chịu nhiệt, chịu ăn mòn hoá chất ; - Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị hàn đầy đủ, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và an toàn ; - Chuẩn bị mép hàn sạch hết các vết dầu mỡ, vết bẩn, lớp ô-xy hoá, đúng kích thước đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ; - Gá phôi hàn chắc chắn đúng kích thước, đảm bảo vị trí tương quan giữa các chi tiết ; - Chọn chế độ hàn: Ih, U h, đường kính vật liệu hàn, đường kính điện cực, lưu lượng khí, loại khí bảo vệ ; - Hàn nối các loại ống dẫn dầu, dẫn khí, ống chịu áp lực cao, ống chịu nhiệt, ống chịu ăn mòn hoá chất, ở vị trí 2G ; 5G ; 6G bằng công nghệ hàn (TIG + SMAW) đạt yêu cầu ; - Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn ; - Sửa chữa các khuyết tật của mối hàn đảm bảo yêu ; - Tuân thủ quy trình, tự giác độc lập trong luyện tập. Nội dung của mô đun: Thời gian Số TT Tên các bài trong mô đun Lý Thực Kiểm Tổng số thuyết hành tra 1 Hàn ống 2G (TIG + SMAW) 20 1 18 1 2 Hàn ống 5G (TIG + SMAW) 45 1 43 1 3 Hàn ống 6G (TIG + SMAW) 91 1 89 1 4 Kiểm tra kết thúc Mô đun 4 0 0 4 Cộng 150 3 140 7 3 BÀI 1: HÀN ỐNG VỊ TRÍ 2G (TIG + SMAW) Mã bài: MĐ 20.1 Giới thiệu: Kỹ thuật hàn ống ở vị trí 2G (TIG + SMAW) là tư thế hàn ngang, ống có trục thẳng đứng cố định, không quay khi hàn. Đây là tư thế hàn tương đối khó, mối hàn hình thành trên mặt phẳng đứng. Do trọng lượng giọt kim loại lỏng luôn luôn có xu hướng rơi xuống phía dưới làm cho mối hàn hình thành khó khi hàn bằng phương pháp hàn SMAW.

Vị trí hàn 2G Mục tiêu: - Trình bày được kỹ thuật khi hàn các loại ống chịu áp lực cao, ống chịu nhiệt, chịu ăn mòn hoá chất ở vị trí 2G; - Nêu được một số khái niệm cơ bản về ống, công nghệ hàn áp dụng khi hàn các loại ống; - Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị hàn đầy đủ, đảm bảo yêu cầu và an toàn. - Chuẩn bị mép hàn đúng kích thước làm sạch các vết dầu mỡ, vết bẩn, lớp ô- xy hoá; - Gá phôi hàn chắc chắn đúng vị trí; - Chọn chế độ hàn: Ih, U h, đường kính vật liệu hàn, đường kính điện cực, lưu lượng khí, loại khí bảo vệ; - Hàn nối các loại ống dẫn dầu, dẫn khí, ống chịu áp lực cao, ống chịu nhiệt, ống chịu ăn mòn hoá chất ở vị trí 2G bằng công nghệ hàn (TIG + SMAW) đạt yêu cầu. - Tuân thủ quy trình, có ý thức độc lập trong luyện tập. Một số khái niệm cơ bản Mục tiêu : - Trình bày được một số khái niệm cơ bản, các kích thước danh nghĩa về ống, các mác thép thường sử dụng chế tạo ống ; 4 - Trình bày một số khái niệm như : Hàn SMAW, Hàn TIG, Hàn ống (SMAW + SMAW), Hàn ống (TIG + SMAW).

Ngày nay trong hệ thống sản xuất chế tạo, các ngành công nghiệp và hệ thống đường ống dẫn dầu hoặc khí được sử dụng nhiều trên các vùng lãnh thổ rộng lớn chủ yếu được lắp ghép bằng hàn, các liên kết ren chỉ còn được dùng rất hạn chế. Việc hàn ống chủ yếu liên quan đến các mối hàn và sự điều tiết của các quy phạm tiêu chuẩn có liên quan như tiêu chuẩn của Mỹ Asme về boler & pressuare vesseel code ( Tiêu chuẩn về nồi hơi & bồn áp lực ), astm (American Society for testing and Materials). Ống Ống dùng để chuyển tải chất thông vận từ nơi này sang nơi khác. Chất lượng ống được phân loại dựa trên danh mục của ống (schedule).

Sich là tiêu chuẩn đánh giá về trọng lượng (weight) và độ dầy (thickness) của ống. Kích thước danh nghĩa của ống Bảng 1. Kích thước danh nghĩa của các loại ống 1/8” 6 mm 1” 25 mm ¼” 8 mm 1 ¼” 32 mm 3/8” 10 mm 1 ½” 40 mm ½” 15 mm 2” 50 mm ¾” 20 mm 2 ½” 65 mm Các loại thép theo tiêu chuẩn astm (American Society for testing and Material-hiệp hội kiểm tra và vật liệu hoa kỳ) thông thường được bắt đầu bằng chữ a, phía sau chữ a là 1 cụm chữ số và chữ cái dùng để chỉ cấp độ, thuộc tính cơ học và thành phần hoá học của mỗi loại thép. để tìm hiểu chi tiết về mỗi loại thép, ta phải sử dụng các tài liệu của astm để tra cứu.

Liệt kê các mác thép thường được sử dụng để chế tạo ống theo tiêu chuẩn astm Ký hiệu theo STT Mô tả đặc điểm astm 1 A27 Thép cacbon đúc. 2 A36 Thép cac bon kết cấu. 3 A53 Thép cacbon để chế tạo ống. 4 A105 Thép cán dùng để chế tạo các loại ống.

5 A106 Thép cacbon để chế tạo ống. 6 A131 Thép kết cấu sử dụng cho ngành tàu biển. 7 A134 Thép cacbon để chế tạo ống. 5 Ký hiệu theo STT Mô tả đặc điểm astm 8 A135 Thép cacbon để chế tạo ống.

9 A139 Thép cacbon để chế tạo ống. Hàn SMAW ( Shielded Metal Arc Welding) Là hàn hồ quang tay que hàn thuốc bọc, đây là nhóm các quy trình hàn trong đó nhiệt cần thiết để nóng chảy được cung cấp từ hồ quang điện cực nóng chảy và kim loại nền.điện cực nóng chảy trong hồ quang sẽ cung cấp kim loại cho mối hàn. Hàn TIG ( Gas Tungsten arc Welding) Hàn hồ quang điện cực vonfram không nóng chảy trong môi trường khí trơ bảo vệ. là quá trình trong đó nguồn nhiệt là hồ quang được tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và kim loại cơ bản , hồ quang và vùng kim loại được bảo vệ bởi không khí xung quanh ( ô xy , ni tơ ) bằng lớp khí trơ bảo vệ như khí argon , hê li.

kim loại điền đầy nếu cần thiết được đưa vào hồ quang từ bên ngoài ở dạng dây trần. Hàn ống ( SMAW + SMAW) Hàn ống bằng công nghệ hồ quang tay 1. Hàn ống ( TIG + SMAW ) Hàn ống bằng công nghệ hàn TIG và công nghệ hàn hồ quang tay. Trong đó hàn lớp lót bằng hàn TIG, hàn lớp điền đầy và lớp hoàn thiện bằng hồ quang tay.

Vật liệu hàn TIG Mục tiêu: - Trình bày được thành phần tính chất, công dụng và phân loại các loại khí dùng trong hàn ống; - Trình bày được thành phần tính chất, công dụng và phân loại các loại điện cực vonfram dùng trong hàn ống; - Trình bày được thành phần, tính chất của que hàn phụ; - Trình bày được tiêu chuẩn một số loại que hàn thuốc bọc, thành phần, tính năng, công dụng, phân loại và cách chọn que hàn; - Tuân thủ quy trình, có ý thức độc lập trong luyện tập. Khí trơ (thành phần, tính chất của khí trơ) Khí trơ là loại khí không tác dụng với các phản ứng hóa học, hầu như không hòa tan trong kim loại. Khí Argon và khí heli cùng hỗn hợp của chúng thường dùng trong công nghệ hàn TIG. Khí Argôn (Ar) Là loại khí trơ không màu, không mùi, không cháy và không nổ.

Sôi ở nhiệt độ 185,50C dưới áp suất bình thường. Khí Ar nặng hơn không khí 1,4 lần. Nhờ nặng hơn nên bảo vệ tốt vùng kim loại nóng chảy khi hàn. 6 Theo tiêu chuẩn các nước SNG, khí Ar tinh khiết có thể chia làm 3 loại A, B, C độ ẩm <0,03%g/m3.

Thành phần khí Ar theo % khối lượng Lượng A B C Ar 99.01 Loại A dùng để hàn, luyện kim các kim loại hoạt tính và hiếm như Titan, Niobi cùng các hợp kim của chúng. Loại B dùng để hàn, luyện kim các kim loại như Nhôm, Magiê sử dụng để hàn điện cực nóng chảy và không nóng chảy. Loại C dùng để hàn, luyện kim và hợp kim Crôm, Niken, thép hợp kim và Nhôm. Khí Ar được bảo quản và vận chuyển trong các bình kín.

Bình được quy định sơn đen phần dưới và sơn trắng phần trên. Phần trên bình in chữ Argôn sạch. Khí He là loại khí trơ không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, chỉ bằng 0.14 lần so với không khí. Do vậy việc bảo vệ kim loại mối hàn khó khăn hơn khí Ar.

Đòi hỏi lượng khí tiêu hao lớn hơn so với khí Ar 2÷3 lần. He li có tính dẫn nhiệt cao hơn so với Ar và sản sinh ra hồ quang Plasma. Hồ quang hàn được bảo vệ bởi khí He thường tạo ra mối hàn rộng, sâu, có dạng parabôn. Còn hồ quang tạo bởi khí Ar có dạng ngón tay.

Khí He có khả năng ion hóa cao hơn khí Ar do đó điện áp hồ quang cao hơn, khí He được chia thành 2 loại: Khí He có độ sạch cao và khí He kỹ thuật. Khí He được bảo quản trong những bình kín, bình chứa khí He được quy định sơn màu nâu và in chữ Heli màu trắng. Các hỗn hợp khí trơ. Các hỗn hợp khí trơ bao gồm khí (Ar+He) có trọng lượng lớn hơn khí He nên nó bảo vệ vùng hàn tốt hơn khí He.