BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HẢI ĐĂNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG ĐẦU DÒ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG ỐNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 6 9 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HẢI ĐĂNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG ĐẦU DÒ KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG ỐNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Thiện Ngôn Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG ĐẦU DÒ KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG ỐNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM. ĐẶNG THIỆN NGÔN - Học viên: NGUYỄN HẢI ĐĂNG - MSHV: 138520103003 - Điện thoại: 0989370009 - Email: nguyenhaidangq7@yahoo.vn nguyenhaidang83@gmail.com Lời cam kết: “Tôi xin cam kết đây là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện.
Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2015 Ký tên -i- Luan van LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra, đánh giá chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm.”, tôi đã nhận được 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 thầy PGS.
Đặng Thiện Ngôn đã dành nhiều thời gian quan tâm, truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn chân thành đến thầy PGS. Lê Chí Cương đã 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 Trường ĐH Sư 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 trường. Xin cảm ơn tập thể kỹ sư công ty TNHH Lucassen Precision Asia đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tôi hoàn thành khóa học của mình. Xin chân thành cảm ơn.
ii Luan van TÓM TẮT Cùng với sự phát triển của kinh tế và xã hội thì nhu cầu về nguồn năng lượng ngày càng tăng. Hiện nay nước ta đang đầu tư xây dựng hệ thống nhà máy lọc dầu nhằm làm giảm áp lực nhập khẩu về năng lượng của như sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu nước ngoài. Nhu cầu vận chuyển, cung cấp các nguồn nhiên liệu như dầu mỏ, khí đốt… đang được quan tâm rất nhiều. Do đó, việc sử dụng rất nhiều đường ống và đặt biệt là ống thép là rất lớn để giải quyết vấn đề như vận chuyển, dự trữ.
Vấn đề đặt ra là an toàn đường ống và việc kiểm soát chất lượng ống khi chế tạo và đưa vào vận hành. Xuất phát từ thực tiễn, nhiều nghiên cứu và thiết bị đã được chế tạo, thử nghiệm và đưa vào sử dụng. Một trong số đó là phương pháp kiểm tra không phá hủy được ứng dụng nhiều như: siêu âm, quang học, thẩm thấu… Trong nước, các thiết bị đang được sử dụng đa số nhập khẩu từ nước ngoài, các công trình nghiên cứu về vấn đề kiểm tra vẫn chưa được đẩy mạnh. Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm.”, được thực hiện nhằm mục đích đưa ra một số phương án thiết kế và thử nghiệm giúp kiểm tra chất lượng mối hàn đường ống thép.
Đường ống được dùng rất nhiều trong hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lưu trữ nên yêu cầu chất lượng phải luôn đảm bảo. Khuyết tật ảnh hưởng đến đường ống chủ yếu là khuyết tật mối hàn nối giữa các đường ống và khuyết tật ăn mòn do môi trường với tác nhân bên trong và bên ngoài làm bề dày ống không đảm bảo. Việc kiểm tra, kiểm định chất lượng và khuyết tật của đường ống có nhiều phương pháp. Một trong số đó là những phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT được ứng dụng nhiều như 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 phương pháp kiểm tra như 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 nước ngoài nên chi phí rất cao. Phương pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) là phương pháp mới nhất cho kết quả chính xác, nhanh, hình ảnh màu 3 chiều vẫn chưa được ứng dụng nhiều ở nước ta. Từ những vấn đề thực trạng trên, đề tài sẽ tập trung tìm hiểu về phương 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 đường ống sử dụng đầu siêu âm tổ hợp pha cho các đường ống dẫn từ 90mm trở lên iii Luan van ABSTRACT With economic and social development, the demand for energy is increasing. Currently, our country have been investing in building the refinery system to reduce pressure very much in energy imports including foreign fuel sources such as oil, gas.
Therefore, the use of a lot of pipes and steel tubes are especially great to resolve issues such as transportation, storage. The issue is safe in controling quality for pipes and tubes when manufacturing and commissioning procedures. Practically, research and equipment have been manufactured, tested and put into use. One of them is the method of nondestructive testing is applied much as ultrasound, optical, permeable.
In Vietnam, most equipment has being imported. Thus, research in issues have not yet been checked strictly. The theme "research, design and manufacture of automatic equipment bring probes for testing tube quality by ultrasound technology."is done in purpose for some designed and tested plans to check quality of welded steel pipes. Pipelines are used in the system.
It is very important in transport, transmission, storage. Almost defects of pipes are affected by environmental factors inside and outside resulting in guarantee of pipe thickness. There are multiple methods in inspecting and accrediting for pipeline defects. Nondestructive testing NDT is used as the most popularest one including radiographic, magnetic powder, currents, leakage, ultrasound, osmosis, optical, acoustic, ultrasonic complex challenge.
Currently, there is a lot of testing methods such as butt weld inspection, testing along the pipe by hand or automatically, checking corrosion and inspecting fuel tanks. However, all testing equipment mainly are imported. Therefore, it is expensive to acquired them. The ultrasonic testing phase combination (UT-PA) method is the newest one for accurate and fast results with 3-D color images.
However, it has not yet been used popularly in our country. iv Luan van MỤC LỤC LỜI CAM KẾT. iv DANH MỤC CÁC HÌNH. xi DANH MỤC BẢNG BIỂU.
xv CHƢƠNG 1:GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phương pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phương pháp luận .2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể .6 Kết cấu của luận văn. 19 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Phân loại ống thép theo công nghệ .2 Ống thép hàn .2 Ống thép tròn đen .3 Ống thép mạ kẽm .3 Các loại mối hàn ống .4 Khuyết tật mối hàn .5 Lẹm chân và chảy loang .6 Khuyết tật về hình dạng .5 Khuyết tật ăn mòn kim loại .1 Cấu tạo của kim loại và ảnh hưởng của nó đến quá trình ăn mòn .2 Sự ăn mòn kim loại .6 Thiết bị kiểm tra khuyết tật hiện tại .7 Các tồn tại và định hướng nghiên cứu:. 38 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Kiểm tra phá hủy .1 Kiểm tra thử kéo kim loại đắp.2 Kiểm tra thử độ dai va đập .3 Kiểm tra thử độ cứng.4 Kiểm tra thử phá gãy mối hàn .2 Kiểm tra không phá hủy (NDT)Non-Destructive-Testing.1 Kiểm tra bằng thị giác và quang học.2 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (Penetrant Testing - PT) .3 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ.4 Kiểm tra bằng bột từ.5 Kiểm tra bằng truyền âm .6 Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy .7 Kiểm tra bằng siêu âm. 46 vi Luan van 3.8 Siêu âm Phased Array (PA).
48 CHƢƠNG4: YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ .1 Phân tích đối tượng thiết kế .1 Thiết bị kiểm tra mòn .2 Thiết bị kiểm tra mối hàn nối ống .2 Phương án chọn lựa thiết kế cho cơ cấu kẹp và dẫn động .1 Phương án thiết kế cho cơ cấu kẹp .2 Phương án chuyển động dọc ống .3 Phương án thiết kế cụm chi tiết chuyển động tròn quanh ống .3 So sánh và lựa chọn phương án chuyển động tròn quanh ống .4 Phương án chọn lựa thiết kế cho cơ cấu đo mối hàn đường ống .1 Phân tích kẹp, lực áp đầu dò vào ống .2 Phương án thiết kế cụm mang đầu dò siêu âm kiểm tra đường hàn .5 Phương án thiết kế cụm mang đầu dò siêu âm kiểm tra mòn .6 Thiết kế cơ cấu điều chỉnh cụm đầu dò .7 Thiết kế cơ cấu cụm bánh xe từ.8 Thiết kế hộp động cơ .9 Lựa chọn phương án thiết kế khung sườn .1 Phương án 1: Sử dụng bộ kẹp kết hợp bánh xe từ .2 Phương án 2: Sử dụng 2 bộ kẹp ở 2 đầu .10 Phương án chọn lựa thiết kế đo mối hàn vòng ống .1 Xác định sai lệch của đầu dò so với mối hàn .2 Phân tích lựa chọn thiết bị phản hồi vị trí:.11 Thiết kế thiết bị đo mối hàn vòng ống .12 Phương án tháo lắp vòng định vị.1 Cấu tạo chốt tháo lắp nhanh (locking pin). 82 vii Luan van 4.2 Phương án 1: Dùng bu lông để tháo lắp .3 Phươngán 2: Dùng 04 chốt tháo lắp nhanh .4 Phương án 3: Dùng chốt định vị kết hợp với 01 chốt tháo lắp nhanh .5 So sánh các phương án và lựa chọn. 86 CHƢƠNG 5: CHẾ TẠO THIẾT BỊ .1 Chế tạo bộ kẹp .