Giáo trình Mô đun 21: Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế

• Tác giả: Nguyễn Văn Thắng
• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình
• Chuyên ngành: Hàn
• Đề tài: Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Ninh Bình

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kiểm tra chất lượng mối hàn quốc tế

Mô đun Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế thuộc chương trình đào tạo nghề hàn trình độ trung cấp tại Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình. Giáo trình được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành. Nội dung bao gồm kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm phá hủy, kiểm tra không phá hủy và đánh giá theo tiêu chuẩn AWS, ASME, API. Mô đun này đóng vai trò chuyên môn then chốt, được bố trí sau khi học viên hoàn thành các môn kỹ thuật cơ sở. Người học được trang bị kiến thức sử dụng dụng cụ, thiết bị kiểm tra chuyên dụng. Giáo trình tham khảo nhiều tài liệu công nghệ hàn trong và ngoài nước. Chương trình giúp học viên tiếp cận tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực kiểm tra chất lượng mối hàn.

1.1. Vị trí vai trò của mô đun kiểm tra chất lượng mối hàn

Mô đun này là môn chuyên môn nghề hàn, bố trí sau khi hoàn thành mô đun MĐ13 và MĐ19. Vai trò quan trọng trong việc trang bị kiến thức kỹ năng kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn. Người học được sử dụng dụng cụ thiết bị kiểm tra chuyên dụng. Kiểm soát chất lượng mối hàn là yêu cầu bắt buộc trong sản xuất công nghiệp. Mô đun giúp đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực hàn. Đây là nền tảng để học viên hành nghề kiểm tra chất lượng chuyên nghiệp.

1.2. Mục tiêu đào tạo của giáo trình kiểm tra mối hàn

Mục tiêu giúp học viên giải thích được các khái niệm kiểm tra chất lượng mối hàn. Người học nắm vững quy trình kiểm tra bằng thử nghiệm phá hủy và không phá hủy. Giáo trình đào tạo kỹ năng sử dụng thiết bị kiểm tra chuyên dụng thành thạo. Học viên đọc hiểu và áp dụng tiêu chuẩn quốc tế AWS D1.1, ASME, API. Đánh giá đúng các khuyết tật mối hàn theo quy định tiêu chuẩn. Xây dựng năng lực viết báo cáo kiểm tra chất lượng chuyên nghiệp theo form quy định.

II. Phân tích phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn hiện nay

Kiểm tra chất lượng mối hàn được thực hiện bằng hai nhóm phương pháp chính. Phương pháp thử nghiệm phá hủy bao gồm thử kéo, thử uốn và thử va đập Charpy. Phương pháp không phá hủy bao gồm kiểm tra ngoại hình, siêu âm, chụp X-quang và từ phấn. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Thử nghiệm phá hủy đánh giá cơ tính mối hàn qua mẫu thử được chế tạo theo quy định. Kiểm tra không phá hủy phát hiện khuyết tật mà không làm hỏng sản phẩm. Các loại khuyết tật phổ biến gồm nứt, rỗ, chảy tràn, không thấu và ngậm xỉ. Việc kết hợp nhiều phương pháp đảm bảo đánh giá toàn diện chất lượng mối hàn.

2.1. Thử nghiệm phá hủy đánh giá cơ tính mối hàn

Thử nghiệm phá hủy đánh giá trực tiếp cơ tính của mối hàn qua mẫu thử. Thử kéo xác định cường độ bền và độ giãn dài của vật liệu hàn. Thử uốn kiểm tra độ dẻo dai qua uốn mặt, uốn chân và uốn cạnh mối hàn. Thử va đập Charpy đánh giá độ dai va đập ở nhiệt độ thiết kế. Mẫu thử chế tạo theo quy định tiêu chuẩn AWS D1.1M-2008. Kết quả phản ánh chất lượng thực tế của mối hàn. Phương pháp cung cấp dữ liệu chính xác về tính chất cơ học vật liệu hàn.

2.2. Kiểm tra không phá hủy phát hiện khuyết tật mối hàn

Kiểm tra không phá hủy phát hiện khuyết tật mà không làm hỏng sản phẩm hàn. Kiểm tra ngoại hình dùng mắt thường và dụng cụ đo phát hiện nứt, rỗ, chảy tràn. Kiểm tra siêu âm sử dụng sóng âm tần số cao phát hiện khuyết tật bên trong. Chụp X-quang cho hình ảnh trực quan về cấu trúc mối hàn. Kiểm tra từ phấn áp dụng cho vật liệu sắt từ. Tiêu chuẩn quốc tế quy định rõ ngưỡng chấp nhận cho từng loại khuyết tật. Phương pháp này đảm bảo sản phẩm nguyên vẹn sau kiểm tra.

III. Giải pháp đánh giá mối hàn theo tiêu chuẩn AWS ASME API

Tiêu chuẩn quốc tế cung cấp khung đánh giá chất lượng mối hàn thống nhất và khoa học. AWS D1.1 là tiêu chuẩn phổ biến cho kết cấu thép hàn trong xây dựng công trình. ASME áp dụng cho thiết bị áp lực, nồi hơi và đường ống công nghiệp. API quy định yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt trong ngành khai thác dầu khí. Mỗi tiêu chuẩn có bảng đánh giá khuyết tật riêng với ngưỡng chấp nhận cụ thể. Các loại khuyết tật được đánh giá bao gồm nứt, rỗ, không thấu, lệch cạnh và cháy thủng. Kỹ sư kiểm tra phải nắm vững quy định của từng tiêu chuẩn áp dụng thực tế. Việc đánh giá chính xác đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình công nghiệp.

3.1. Tiêu chuẩn AWS D1.1 đánh giá kết cấu thép hàn xây dựng

AWS D1.1 là tiêu chuẩn quốc tế sử dụng rộng rãi trong xây dựng kết cấu thép. Tiêu chuẩn quy định rõ khuyết tật không chấp nhận như nứt và rỗ tổ sâu trên 1mm. Chiều rộng chảy tràn tối đa trên bề mặt là 20mm. Không thấu tối đa 20mm dưới chân mối hàn. Ngậm xỉ có giới hạn tổng không quá 15mm. Kỹ sư sử dụng bộ dụng cụ kiểm tra theo AWS để đánh giá trực tiếp. Báo cáo kết quả phải đầy đủ thông tin theo form quy định tiêu chuẩn.

3.2. Tiêu chuẩn ASME và API trong kiểm tra mối hàn công nghiệp

Tiêu chuẩn ASME áp dụng cho thiết bị áp lực, nồi hơi và đường ống công nghiệp. API quy định yêu cầu chất lượng mối hàn trong ngành khai thác và vận chuyển dầu khí. Cả hai tiêu chuẩn yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt bằng nhiều phương pháp kết hợp. Ngưỡng chấp nhận khuyết tật thường nghiêm ngặt hơn tiêu chuẩn xây dựng thông thường. ASME yêu cầu kiểm tra bằng thử nghiệm phá hủy và không phá hủy kết hợp. API quy định cụ thể tỷ lệ kiểm tra và vị trí lấy mẫu thử đại diện. Tuân thủ tiêu chuẩn là điều kiện bắt buộc cấp chứng nhận chất lượng sản phẩm.

IV. Kết luận và ứng dụng kiểm tra mối hàn trong sản xuất công nghiệp

Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn có vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện đại. Ngành xây dựng sử dụng tiêu chuẩn AWS để đảm bảo an toàn kết cấu thép chịu tải. Ngành dầu khí áp dụng tiêu chuẩn API cho thiết bị chịu áp suất cao khắc nghiệt. Ngành chế tạo máy sử dụng tiêu chuẩn ASME cho thiết bị áp lực và nồi hơi. Kỹ sư kiểm tra mối hàn là vị trí không thể thiếu trong các dự án hàn lớn. Giáo trình đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất. Chứng chỉ kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế tăng giá trị nghề nghiệp. Đầu tư đào tạo giúp doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

4.1. Ứng dụng kiểm tra mối hàn trong các ngành công nghiệp khác nhau

Kiểm tra mối hàn được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng. Ngành xây dựng sử dụng kiểm tra ngoại hình và siêu âm cho kết cấu thép chịu tải. Ngành đóng tàu yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn hàng hải quốc tế. Ngành hóa chất áp dụng tiêu chuẩn ASME cho thiết bị áp lực chứa hóa chất ăn mòn. Ngành năng lượng kiểm tra mối hàn đường ống dẫn khí và dầu thô. Mỗi ngành có yêu cầu riêng về mức độ kiểm tra và ngưỡng chấp nhận khuyết tật. Kỹ sư kiểm tra phải hiểu rõ đặc thù ngành để áp dụng tiêu chuẩn phù hợp.

4.2. Yêu cầu đánh giá hoàn thành mô đun kiểm tra chất lượng mối hàn

Để hoàn thành mô đun, học viên phải đạt yêu cầu về kiến thức và kỹ năng thực hành. Kiến thức bao gồm hiểu rõ tiêu chuẩn quốc tế và phương pháp kiểm tra mối hàn. Kỹ năng thực hành bao gồm sử dụng thành thạo thiết bị kiểm tra chuyên dụng. Học viên phải viết báo cáo kiểm tra theo form quy định đầy đủ thông tin. Đánh giá bao gồm kiểm tra lý thuyết và thực hành trên mẫu hàn thực tế. Chứng chỉ hoàn thành mô đun là cơ sở hành nghề kiểm tra chất lượng mối hàn. Đây là bước đệm quan trọng để lấy chứng chỉ quốc tế CWI.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN:21 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUÔC TẾ NGÀNH/NGHỀ:HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ –TCGNB ngày.năm 2017 của Trường cao đẳng Cơ giới Ninh Bình Ninh bình, năm 2018 1 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm qua, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng và chất lượng, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Hàn ở Việt Nam nói riêng đã có những bước phát triển đáng kể. Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun. Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay. Mô đun 21: Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế là môđun đào tạo nghề được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành. Trong quá trình thực hiện, nhóm biên soạn đã tham khảo nhiều tài liệu công nghệ hàn trong và ngoài nước, kết hợp với kinh nghiệm trong thực tế sản xuất. Mặc dầu có rất nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của độc giả để giáo trình được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Ninh Bình, năm 2018 Tham gia biên soạn 1.Chủ biên: Nguyễn Văn Thắng 2. Nguyễn Doãn Toàn 3. Trần Tuấn Anh 4 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG I. Lời giới thiệu 1 II. Mục lục 2 Vị trí, ý nghĩa, vai trò của mô đun 3 Mục tiêu của mô đun 3 Nội dung mô đun 3 Yêu cầu đánh giá hoàn thành mô đun 4 III. Nội dung chi tiết mô đun Bài 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm phá hủy 5 Bài 2: Kiểm tra không phá hủy 40 Bài 3: Đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn AWS 198 Bài 4: Đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn ASME 222 Bài 5: Đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn API 239 Phụ lục: Tham chiếu tiêu chuẩn ISO cho lĩnh vực hàn 255 IV. Tài liệu tham khảo 276 5 MÔ ĐUN: KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ Mã số mô đun: MĐ 21 I. VỊ TRÍ, Ý NGHĨA, VAI TRÒ CỦA MÔ ĐUN: Môđun Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế là mô đun chuyên môn nghề, được bố trí sau khi học xong các môn học kỹ thuật cơ sở, mô đun MĐ13, MĐ19. Là môđun có vai trò quan trọng, người học được trang bị những kiến thức, kỹ năng sử dụng dụng cụ, thiết bị kiểm tra, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn để ứng dụng trong sản xuất, tiếp cận với tiêu chuẩn quốc tế. MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN: - Giải thích được các khái niệm của các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn. - Lựa chọn được phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn đối với từng mối hàn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. - Nêu được nguyên lý hoạt động, trình tự vận hành, phạm vi ứng dụng của các loại thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn. - Mô tả đúng quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế - Hiểu được các tiêu chuẩn quốc tế về kiểm tra chất lượng mối hàn. - Viết báo cáo, kết luận được tính khả dụng ? của mối hàn. - Giải thích các quy định an toàn khi kiểm tra chất lượng mối hàn. - Kiểm tra, đánh giá được chất lượng mối hàn theo các tiêu chuẩn hiện hành. NỘI DUNG MÔ ĐUN: Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm 1 7 3 4 cơ khí 2 Kiểm tra không phá hủy 10 5 5 1 Đánh giá chất lượng mối hàn theo 3 10 5 4 1 tiêu chuẩn AWS Đánh giá chất lượng mối hàn theo 4 10 5 4 1 tiêu chuẩn ASME Đánh giá chất lượng mối hàn theo 5 8 3 5 tiêu chuẩn API 6 Kiểm tra kết thúc mô đun 2 2 7 Cộng 45 21 22 2 6 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN 1. Kiểm tra đánh giá trước khi thực hiện mô đun: - Kiến thức: Đánh giá qua kết quả của MĐ21, kết hợp với vấn đáp hoặc trắc nghiệm kiến thức đã học có liên quan đến MĐ20. - Kỹ năng: Được đánh giá qua kết quả thực hiện bài tập thực hành của MĐ21. Kiểm tra đánh giá trong khi thực hiện mô đun: Giáo viên hướng dẫn quan sát trong quá trình hướng dẫn thường xuyên về công tác chuẩn bị, thao tác cơ bản, bố trí nơi làm việc. Ghi sổ theo dõi để kết hợp đánh giá kết quả thực hiện môđun về kiến thức, kỹ năng, thái độ. Kiểm tra sau khi kết thúc mô đun: 3. Về kiến thức: Căn cứ vào mục tiêu môđun để đánh giá kết quả qua bài kiểm tra viết, kiểm tra vấn đáp, hoặc trắc nghiệm đạt các yêu cầu sau: - Nguyên lý hoạt động, trình tự vận hành, phạm vi ứng dụng của các loại thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn. - Các yêu cầu của kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn. - Tính toán độ cứng theo các phương pháp như: Brinell (HB), Vickers (HV), Rockwell (HR). - Các bước khi tiến hành kiểm tra chất lượng mối hàn. - Các tiêu chuẩn đánh giá mối hàn. Về kỹ năng: Được đánh giá bằng kiểm tra trực tiếp các thao tác trên máy, qua chất lượng của bài tập thực hành đạt các kỹ năng sau: - Sử dụng các loại dụng cụ thiết bị kiểm tra. - Kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn . - Viết báo cáo các phương pháp kiểm tra, kết luận được tính khả dụng của mối hàn.3 Về thái độ: Được đánh giá qua quan sát, qua sổ theo dõi đạt các yêu cầu sau: - Chấp hành quy định bảo hộ lao động; - Chấp hành nội quy thực tập; - Tổ chức nơi làm việc hợp lý, khoa học; - Ý thức tiết kiệm nguyên vật liệu; - Tinh thần hợp tác làm việc theo tổ, nhóm. 7 Bài 1: KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG THỬ NGHIỆM CƠ KHÍ Mã bài: 21.1 Giới thiệu: Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng thử ngiệm cơ khí là phương pháp kiểm tra thực tế trên mẫu hàn, nhằm mục đích kiểm tra cơ tính kim loại cơ bản, cơ tính của kim loại của mối hàn, kiểm tra sự hợp lý của quy trình hàn và tay nghề thợ hàn. Phương pháp này thường được thực hiện trên mẫu chuẩn trước khi thực hiện hàn các kết cấu có vật liệu, chế độ hàn tương tự như mẫu. Mục tiêu: - Giải thích được khái niệm của phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp thử nghiệm cơ khí. - Nêu được nguyên lý hoạt động, trình tự vận hành, phạm vi ứng dụng của các loại thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp thử nghiệm cơ khí. - Tính toán được độ cứng theo các phương pháp như: Brinell, Vicker và Rokwell. - Sử dụng thành thạo các dụng cụ, thiết bị khiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp phá hủy. - Viết báo cáo kiểm tra chính xác, đầy đủ; kết luận được tính khả dụng của mối hàn. - Đảm bảo an toàn cho con người và trang thiết bị.1 Thiết bị thử kéo và kỹ thuật thử kéo Hình 21.1 Máy thử kéo nén dùng tenzo cầu điện trở điều khiển bằng máy tính 8 - Máy thử kéo nén gồm hệ thống thủy lực, điều khiển xi lanh 2 chiều để tạo ra lực kéo hoặc nén. - Mẫu thử được kẹp hai đầu lên hai cặp má kẹp nhờ hệ thống thủy lực, hoặc bộ phận chày và cối uốn - Bộ phận ghi nhận kết quả là các tenzo cầu điện trở được dán chéo 45 độ trên cần chịu lực. - Kết quả được ghi nhận và truyền về bộ sử lý digital có kết nối với máy tính để đọc và kết xuất số liệu.2 Kích thước mẫu thử - Để thử các phần của liên kết hàn và kim loại nóng chảy, người ta xác định độ bền phần yếu nhất của mẫu hàn giáp mối và hàn chồng. Khi thử, kéo mẫu kiểm với lực tăng dần cho đến khi đứt.2 Mẫu hàn giáp mối: a) loại bình thường; b- loại có vấu 9 Bảng 21.1 Kích thước của mẫu thử tiêu chuẩn Kích thước mẫu (mm) Chiều dày kim loại Chiều rộng Chiều rộng Chiều dài làm Chiều dài cơ bản a (mm) làm việc b vấu kẹp b1 việc l tổng L đến 6 15 0,5 25 50 6 - 10 20 0,5 30 60 10 - 25 25 0,5 35 100 L + 2h 25 - 50 30 0,5 40 160 50 – 70 35 0,5 45 200 Ghi chú: Chiều dài phần vấu kẹp phụ thuộc vào loại máy thử Khi thử kéo cần xác định các thông số sau:  Giới hạn chảy ch (MPa)  Độ bền b = P/F trong đó: P- tải trọng lớn nhất khi đứt mẫu (N) F- tiết diện ngang của mẫu (mm2)  Độ giãn dài tương đối khi đứt  =(l1-l0)/l0*100% trong đó: l0, l1 – chiều dài mẫu ban đầu và sau khi đứt  Độ co thắt tương đối khi đứt  =(F0-F1)/F0*100% trong đó: F1- tiết diện ngang của mẫu khi đứt Trường hợp cần xác định độ bền của mối hàn thì mẫu có dạng như (Hình 21.3 Mẫu xác định độ bền 10 Vì mẫu bị khoét lõm ngay ở mối hàn nên khi kéo sự phá hủy sẽ xảy ra tại mối hàn. Độ bền khi thử tính theo công thức: b = k*P/F trong đó k là hệ số, với thép thường lấy k = 0,9 Bảng 21.2Kích thước mẫu Chiều dày Chiều rộng Chiều dài Chiều rộng Bán kính Chiều dài kim loại cơ công tác công tác vấu kẹp lượn R tổng bản Đến 4,5 150,5 40 25 8 1 4,5 – 10 200,5 60 30 15 1 L= l+2h 10 - 25 250,5 80 38 20 1 1.3 Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi thử kéo.4a Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi thử kéo 11 Hình 21.