Chương 1: Trình bày giới thiệu. - Chương 2: Trình bày tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu. - Chương 3: Trình bày cơ sở lý thuyết. - Chương 4: Trình bày yêu cầu và phương án thiết kế - Chương 5: Trình bày quá trình chế tạo và thử nghiệm thiết bị - Kết quả và kiến nghị - Phụ lục 19 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN Ống thép là một thành phần quan trọng trong phổ sản phẩm ngành thép.
Căn cứ vào công nghệ sản xuất và hình dáng phôi sử dụng chế tạo, người ta lại chia ống thép ra làm 2 loại là ống thép đúc (phôi tròn) và ống thép hàn (phôi tấm, lá) [1].1 Phân loại ống thép theo công nghệ 2.1 Ống thép đúc Căn cứ vào công nghệ chế tạo ta có ống thép đúc cán nóng và ống thép đúc cán nguội. Ống thép đúc cán nguội lại gồm ống tròn và ống hộp với các thành phần và tính năng như sau: - GB/T8162-1999 (ống đúc kết cấu): chủ yếu dùng trong kết cấu thông thường và kết cấu máy. Nguyên liệu chủ yếu (mác thép) là: thép cacbon 20, thép 45, thép hợp kim Q345, 40Cr, 20 CrMo, 30-35 CrMo, 42CrMo,… - GB/3087-1999 (ống đúc dùng trong lò áp lực thấp và vừa): chủ yếu dùng trong công nghiệp lò luyện và ống dẫn dung dịch áp lực thấp và vừa trong lò thông thường. Tiêu biểu là loại thép số 10, 20.
- GB/5310-1995 (ống dùng trong lò cao áp): chủ yếu dùng làm ống dẫn dung dịch, ống nước trong trạm thuỷ điện và lò chịu nhiệt trạm điện hạt nhân. Mác thép tiêu biểu là 20G, 12Cr1MoVG, 15CrMoG,… - GB/5312-1999 (dùng trong công nghiệp đóng tàu): chủ yếu là ống chịu áp cấp I,II dùng trong máy qua nhiệt. Tiêu biểu là thép 360,410,460 - GB/1479-2000 (ống dẫn thiết bị hoá chất áp lực cao): chủ yếu dùng dẫn dung dịch áp lực cao trong thiết bị hoá chất. Tiêu biểu là thép 20, 16Mn, 12CrMo, 12Cr2Mo,… - GB9948-1988 (ống đúc dùng trong dầu khí): dùng làm ống dẫn dung dịch trong lò luyện dầu khí.
Mác thép sử dụng: 20, 12CrMo, 1Cr19Ni11Nb. - API SPEC5CT-1999 (ống dẫn dầu): loại ống thông dụng do hiệp hội dầu mỏ Mỹ (Amrican Petreleun Instiute - API) công bố trên toàn thế giới. Trong đó ống lồng là loại ống dùng để lồng vào trong giếng khoan dầu, ống dùng làm thành giếng. Thép chủ yếu dùng là J55, N80, P110.
- API SPEC 5L-2000: loại ống được sử dụng trên toàn thế giới do hiệp hội dầu mỏ Mỹ công bố. Loại thép chủ yếu sử dụng là: B, X42, X65, X70 20 2.2 Ống thép hàn Phôi nguyên liệu chủ yếu sử dụng là thép tấm và thép lá. Căn cứ vào công nghệ hàn mà chia ra thành ống hàn lò, ống hàn điện và hàn tự động. Căn cứ vào hình thức hàn chia làm 2 loại ống hàn là ống hàn thẳng và ống hàn xoắn, căn cứ vào hình dáng đầu hàn chia ra làm hàn tròn và hàn dị hình (vuông, vát…).
Căn cứ vào nguyên liệu và mục đích sử dụng chia ra các loại: - GB/T3092-1993, GB/T3091-1993 (ống hàn mạ kẽm áp lực thấp): chủ yếu dùng dẫn nước, khí, không khí, khí chưng, các loại dung dịch áp lực thấp và các mục đích khác. Loại thép dùng là Q235A. - GB/T14291-1992 (ống hàn dẫn dung dịch khoáng sản): chủ yếu dùng ống hàn thẳng dẫn nước thải trên núi. Nguyên liệu chủ yếu là Q235A, thép B.
Chủ yếu dùng dẫn nước, khí, không khí và các mục đích khác. Nguyên liệu chủ yếu là Q235A. - GB/T12770-1991 (ống hàn không gỉ dùng trong kết cấu cơ khí): chủ yếu dùng trong các kết cấu cơ khí, xe hơi, xe đạp, đồ gia dụng, khách sạn. Nguyên liệu chủ yếu là thép 0Cr13, 1Cr17, 00Cr19Ni11, 1Cr18Ni9,….
- GB/T12771-1991 (ống hàn không gỉ dùng dẫn dung dịch): Mác thép chủ yếu là 0Cr13, 0Cr19Ni9, 00CrNi11, 00Cr17, ….2 Phân loại ống thép theo vật liệu 2.1 Ống inox (ống thép không gỉ) Thép không gỉ hay còn gọi là inox là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm, nó ít bị biến màu hay bị ăn mòn như thép thông thường khác. Thành phần hóa học chính của thép không gỉ bao gồm crôm, niken, mô-lip-đen, nitơ, cacbon. Thép không gỉ được phân làm 4 loại chính: Austenitic, Ferritic, Austenitic-Ferritic (Duplex), Martensitic.2: Ống thép không gỉ [2] 21 Kích thước của ống thép không gỉ được giới hạn đường kính từ 13.72 mm tới 508 mm theo bảng tiêu chuẩn ống thép không gỉ ATSM A312 / 778 JIS G3459 [14] 2.2 Ống thép tròn đen - Vật liệu:ST44/ST52, E355/16MN, P265GH, P245/265TR1, P245/265TR1, Q2355 - Tiêu chuẩn: ASME, API 5L, ASTM A106GR.5mm - Đường kính phủ ngoài: 21. - Áp suất làm việc: 16kg/cm2 - Công dụng: được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp xăng, dầu, khí hóa lỏng, gas, công nghệ hạt nhân,.3: Ống thép tròn đen [3] 2.3 Ống thép mạ kẽm - Chất liệu : Thép A106/A53 - Tiêu chuẩn : ASTM - GB/T 3091 - Tiêu chuẩn độ dày : SCH5, SCH10, SCH40, SCH80, XXS… - Chiều dài: 5m, 14 m.6mm - Áp xuất làm việc : 16kg/cm2 - Công dụng: cấp thoát nước, phòng cháy chữa cháy, xử lý môi trường - Đường kính ngoài khoảng từ 21 610 22 Hình 2.4: Ống thép mạ kẽm [3] 2.3 Các loại mối hàn ống Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không tháo được từ kim loại, hợp kim và các vật liệu khác nhau.
Bằng phương pháp hàn ta có thể liên kết được hầu hết các kim loại và hợp kim với chiều dày bất kỳ. Có thể hàn các kim loại và hợp kim không đồng nhất. Trong công nghiệp hàn ống thường có ba loại cơ bản đó là: mối hàn dọc ống, mối hàn ngang ống và mối hàn xoắn ống (hình 2.5: Mối hàn dọc ống [4] 23 Hình 2.6:Mối hàn ngang ống [5] Hình 2.7: Mối hàn xoắn ống [6] 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.4 Khuyết tật mối hàn [8] Khuyết tật của mối hàn là những sai lệch về hình dạng và kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật nó có tác dụng xấu làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấu.
Trong quá trình hàn do điều kiện kỹ thuật, cơ tính vật liệu, trình độ tay nghề người thợ mà các đường ống thép hoặc ống thép không gỉ sẽ bị một số loại khuyết tật phổ biến.8: Các khuyết tật của mối hàn [7] 2.1 Nứt Nứt là một dạng khuyết tật nghiêm trọng nhất trong liên kết hàn, khi chi tiết hàn bị nứt thì sau một thời gian làm việc vết nứt bị lan rộng ra và làm hỏng kết cấu. Thường khuyết tật nứt được phân loại theo nhiệt độ, theo kích thước, theo hình dạng. - Theo nhiệt độ vết nứt xuất hiện ta phân ra hai loại: + Nứt nóng: xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt độ quá cao ( trên 10000C) + Nứt nguội: xuất hiện sau khi kết thúc quá trình hàn nhiệt độ dưới 10000C. - Theo kích thước vết nứt có thể phân ra hai loại: + Vết nứt thô cực đại: có thể gây phá hủy kết cấu ngay khi làm việc.
+ Nứt tế vi: Vết nứt này sẽ phát triển rộng dần ra tạo thành các vết nứt thô cực đại. - Theo hình dạng vết nứt xuất hiện ta phân ra ba loại: + Nứt dọc: do sử dụng vật liệu hàn chưa đúng hoặc tồn tại ứng suất dư trong liên kết hay tốc độ nguội cao ngoài ra còn do liên kết hàn không hợp lý và bố trí mối hàn chưa hợp lý. + Nứt ngang: do sử dụng vật liệu chưa hợp lý hoặc tốc độ nguội cao hay do mối hàn quá nhỏ so với liên kết. + Nứt ở vùng kết thúc hồ quang: do vị trí kết thúc hồ quang bị lõm chứa nhiều tạp chất hoặc hồ quang không được bảo vệ tốt.
Các nguyên nhân gây nứt mối hàn: - Sử dụng vật liệu hàn chưa đúng. - Tồn tại ứng suất dư trong liên kết hàn. 25 - Tốc độ làm nguội cao. - Liên kết hàn không hợp lý.
- Bố trí các mối hàn chưa hợp lý. - Mối hàn quá nhỏ so với liên kết. - Hồ quang không được bảo vệ tốt. - Vị trí kết thúc hồ quang bị lõm, tồn tại nhiều tạp chất.
vết nứt hố; 2. vết nứt mặt trên; 3. vết nứt vùng ảnh hưởng nhiệt; 4. vết nứt tách lớp ở thép vật liệu cơ bản(ở sát mối hàn); 5.
vết nứt dọc đường hàn; 6. vết nứt ở gốc mối hàn; 7. vết nứt mặt đáy mối hàn ; 8. vết nứt ăn sâu; 9.
vết nứt chân mối hàn; 10. vết nứt ngang mối hàn; 11. vết nứt dưới mối hàn; 12. vết nứt ở giữa bề mặt giáp danh mối hàn và thép cơ bản; 13.
vết nứt ở kim loại mối hàn.9: Các kiểu nứt trong mối hàn [8] [9] 26 Hình 2.10: Ảnh chụp nứt mối hàn [10] 2.2 Rỗ khí Rỗ khí sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại không kịp thoát ra ngoài trước khi kim loại đông đặc. Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong hoặc bề mặt mối hàn hoặc có thể nằm ở ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng rỗ khí: - Hàm lượng cacbon trong kim loại cơ bản hoặc trong vật liệu hàn quá cao. - Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt chi tiết hàn bị bẩn, dính sơn, dầu mỡ, gỉ, hơi nước… - Chiều dài cột hồ quang lón, tốc độ hàn quá cao.
- Dùng vật liệu hàn có hàm lượng cacbon thấp.11: Khuyết tật rỗ khí 27 1. bên trong mối hàn; 2. bề mặt mối hàn; 3. Ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp; 4.
Phân bố, tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn.12 :Các vị trí tồn tại rỗ khí [11] 2.3 Lẫn xỉ Lẫn xỉ cũng là một dạng khuyết tật phổ biến trong quá trình hàn. Hiện tượng trên là do xỉ hàn và tạp chất có thể tồn tại trong mối hàn hoặc nằm trên bề mặt mối hàn, đôi khi chúng còn nằm giáp ranh giữa kim loại mối hàn và phần kim loại cơ bản hay giữa các lượt hàn. Sự lẫn xỉ làm ảnh hưởng lớn đến cơ tính của mối hàn như (độ dẻo, tính chịu va đập, giảm khả năng làm việc của mối hàn).