LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 11 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Lê Duy Tuấn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, cô các chuyên gia, các công ty, bạn bè và gia đình. Tôi xin cảm ơn: Xin cảm ơn chân thành đến thầyTS.
Lê Chí Cƣơng đã dành nhiều thời gian quan tâm, truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn chân thành đến thầyPGS. Đặng Thiện Ngônđã giành nhiều thời gian truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích, giúp đỡ tận tình, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.
HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn cho tôi trong thời gian tôi học tập và nghiện cứu tại trƣờng. Xin cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt (Visco) đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn anhLê HoàngThông -Giám đốc công ty TNHH cơ khí Hiệp Lực đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin gửi lời cảm ơn đếncác thầy, cô bộ môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ Khí Trƣờng ĐH Công Nghiệp Tp.
HCM, các đồng nghiệp ở các trƣờng bạn, bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tôi hoàn thành khóa học của mình. Xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên tôi. Xin chân thành cảm ơn. iv TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển kinh tế và xã hội, nhu cầu năng lƣợng ngày càng gia tăng.
Nguồn năng lƣợng có sẵn từ thiên nhiên đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của mỗi quốc gia. Nguồn năng lƣợng dồi dào có trữ lƣợng lớn hiện nay đó là dầu khai thác từ các mỏ khí. Nƣớc ta có trữ lƣợng dầu khí tƣơng đối lớn nhƣng chủ yếu chỉ bán nguyên liệu thô nên có giá trị không cao. Hiện nay nhiều tổ hợp nhà máy lọc dầu đang đƣợc hình thành nhằm đảm bảo, chủ động nguồn năng lƣợng quốc gia.
Đƣờng ống đƣợc dùng rất nhiều trong hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lƣu trữ nên yêu cầu chất lƣợng phải luôn đảm bảo. Khuyết tật ảnh hƣởng đến đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật mối hàn nối giữa các đƣờng ống và khuyết tật ăn mòn do môi trƣờng với tác nhân bên trong và bên ngoài làm bề dày ống không đảm bảo. Việc kiểm tra và kiểm định chất lƣợng và khuyết tật của đƣờng ống có nhiều phƣơng pháp. Một trong số đó là những phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy NDT đƣợc ứng dụng nhiều nhƣ chụp ảnh phóng xạ, bột từ, dòng điện, rò rỉ, siêu âm, thẩm thấu, quang học, truyền âm, siêu âm tổ hợp pha… Hiện tại có rất nhiều phƣơng pháp kiểm tra nhƣ kiểm tra mối hàn giáp mối, kiểm tra dọc ống bằng tay hoặc tự động, kiểm tra ăn mòn, kiểm tra bồn chứa xăng dầu.
Tuy nhiên tất cả các thiết bị kiểm tra chủ yếu nhập từ nƣớc ngoài nên chi phí rất cao. Phƣơng pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) là phƣơng pháp mới nhất cho kết quả chính xác, nhanh, hình ảnh màu 3 chiều vẫn chƣa đƣợc ứng dụng nhiều ở nƣớc ta. Từ những vấn đề thực trạng trên, đề tài sẽ tập trung tìm hiểu về phƣơng pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) và thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra mối hàn và thiết bị kiểm tra ăn mòn đƣờng ống sử dụng đầu siêu âm tổ hợp pha cho các đƣờng ống dẫn từ 90mm trở lên. v SUMMARY Today with the growth of economy and society, energy demand is increasing.
The source of power available from nature plays an important role in the growth to each country. An abundant resource with large reserves comes from oil which is currently exploited from oil mine. Our country has huge available oil reserves but mostly selling raw oil so that getting low value. Currently lots of combination refinery units are established to make sure, gain initiative for country‟s energy.
Pipelines are used a lot in these system, play an important role in the transportation, transmission, storage should be required high quality. Defects mainly affect pipelines are weld between the pipes and corrosion due to environmental factors inside and outside to the thickness of pipes. The inspection and testing the quality and defects of pipelines have many methods. One of these methods are non-destructive testing NDT which are widespread such as radiography, magnetic powder, electric current, leakage, ultrasonic, optical, acoustic, ultrasonic phase array.
Currently there are many testing methods such as testing weld joint, testing along the pipe by hand or automatic, testingcorrosion, testing gasoline tank. However, all of testing equipmentsare importedso the cost is very high. Ultrasonic testing phase array (UT- PA) method is a new method giving accurate results, faster, 3-D color images has not been applied popularly in our country. From the above situation, this topic will focus on learning about Ultrasonic Testing Phase Array (UT-PA) method and designing, manufacturing of weld testing equipment and corrosion testing equipment using ultrasound phase array for pipelines from 90mm above.
vi MỤC LỤC TRANG Chƣơng 1:GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể .1 Phƣơng pháp lý thuyết .2 Phƣơng pháp thực nghiệm .4 Chƣơng 2:TỔNG QUAN .1 Phân loại ống thép theo công nghệ .1 Khái quát về quy trình công nghệ .2 Phân loại ống đúc dựa vào mục đích sử dụng .2 Ống thép hàn .1 Mối hàn dọc ống (mối hàn dọc trục) .2 Mối hàn ngang ống (mối hàn hƣớng kính) .3 Mối hàn xoắn ống .4 Khuyết tật mối hàn .2 Phân loại khuyết tật mối hàn .5Lẹm chân và chảy loang .6Khuyết tật về hình dạng .5 Khuyết tật ăn mòn kim loại .1 Cấu tạo của kim loại và ảnh hƣởng của nó đến quá trình ăn mòn .2 Sự ăn mòn kim loại.2Quá trình ăn mòn .3 Các dạng ăn mòn bề mặt .6 Kiểm tra không phá hủy (NDT) .7 Các nghiên liên quan đến đề tài.1 Các nghiên cứu trong nƣớc .2 Các nghiên ngoài nƣớc .8 Thiết bị kiểm tra khuyết tật hiện tại .1 Máy quét bằng tay MODEL 4020 của hãng WesDyne NDE .2 HydroFORM của hãng Olympus .4 Manual One-Axis Scanner của hãng Olympus (HSMT- Compact Weld Inspection) .24 Chƣơng 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Các phƣơng pháp kiểm tra .1 Kiểm tra bằng thị giác và quang học (VT) .2 Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic test) .4 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (PT) .5 Kiểm tra bằng bột từ (MT) .6 Kiểm tra bằng truyền âm (AE) .7 Kiểm tra rò rỉ (LT) .8 Siêu âm tổ hợp pha (UT - PA).8 Lựa chọn phƣơng pháp kiểm tra.4 Hình ảnh thu đƣợc .1Hiển thị dạng A-Scan .2Hiển thị dạng B-Scan.3Hiển thị dạng C-Scan.4Hiển thị dạng S-Scan .46 Chƣơng 4:YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ .1 Phân tích đối tƣợng thiết kế.2 Phƣơng án chọn lựa thiết kế .1 Phƣơng án chuyển động tròn quanh ống .1Phƣớng án 1: Bánh xe từ .2Phƣơng án 2: dùng cùm cố định quanh ống .2 Phƣơng án chuyển động dọc ống .1 Phƣớng án1: Xi lanh khí nén .2 Phƣơng án 2: vít me kết hợp với bộ truyền đai .3 Phƣơng án 3: Bộ truyền trục vít me kết hợp thanh trƣợt .4 So sánh các phƣơng án và lựa chọn .1 Phƣớng án 1: Dùng loadcell cảm biến lực ép đầu đò vào ống .2 Phƣơng án 2: Dùng lò xo.4 So sánh các phƣơng án và lựa chọn .4 Xác định sai lệch của đầu dò so với mối hàn .1 Phƣơng án 1: Sử dụng cảm biến nhận diện mép ngoài mối hàn .2 Phƣơng án 2: Dùng đèn laser đƣờng .3 Phƣơng án 3: Dùng Camera .4 So sánh các phƣơng án và lựa chọn .1 Phƣớng án 1: Dùng Encoder .2 Phƣơng án 2: Dùng thƣớc quang .3 So sánh các phƣơng án và lựa chọn .1 Phƣớng án 1: Dùng 3 kẹp hình tam giác .2 Phƣơng án 2: Dùng 4 kẹp hình chữ nhật .3 So sánh các phƣơng án và lựa chọn .7 Chất tiếp âm .8 Lựa chọn bộ điều khiển .9 Lựa chọn phƣơng án thiết kế .61 Chƣơng 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU .1 Tính toán, thiết kế cơ cấu .1 Tính toán cơ khí.1 Tính toán bộ truyền đai .2 Tính toán bộ truyền xích .3 Tính toán lò xo .4 Tính toán, kiểm nghiệm bền trục.2 Thiết kế phần mạch .1 Khối mạch điều khiển và nút nhấn .2 Khối công suất điều khiển động cơ .3 Sơ đồ kết nối các bộ phận.2 Quá trình chế tạo .1 Chế tạo các bộ phận cơ khí: .2 Chế tạo các mạch điều khiển: .83 Chƣơng 6:QUI TRÌNH KIỂM TRA, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Qui trình kiểm tra .1 Phạm vi áp dụng .2 Định nghĩa và viết tắt thuật ngữ .3 Tham chiếu tiêu chuẩn .5 Thời gian kiểm tra .6 Chuẩn bị thiết bị đo .7 Chuẩn bị bề mặt đo .8 Kiểm tra và vận hành thiết bị .9 Sửa chữa và kiểm tra lại .10 Xuất hình ảnh báo cáo .1 Thực nghiệm xác định lực của lò xo .2 Thực nghiệm xác định sai số vòng của đầu dò.3 Thực nghiệm xác định sai số dọc trục .3 Thực nghiệm đo với Omni Scan và đầu dò .1 Thử nghiệm với mối hàn vòng ống .1 Các thông số lựa chọn thí nghiệm .2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .1 Các thông số lựa chọn thí nghiệm .2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .103 Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .107 x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DAC Digital to Analogue Converter MPI Magnetic Particle Inspection NDT Non - Destructive Testing NDE Non - Destructive Evaluation NDI Non - Destructive Inspection LPI Liquid Penetran Inspection PA Phased Array UI Untrasonic Inspection VT Visual Test PT Penetrant Test MT Magnetic particle test ET Eddy Current Test RT Radiographic Test UT Ultrasonic Test AET Acoustic Emission Testing LT Leak Testing API Amrican Petreleun Instiute GB Great Britain ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials UT-PA Ultrasonic Test Phase Array xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Qui trình công nghệ thép đúc .2: Qui trình công nghệ thép hàn .3: Ống thép không gỉ .4: Ống thép tròn đen .5: Ống thép mạ kẽm .6: Mối hàn dọc trục.7: Mối hàn hƣớng kính .