BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------
----------
NGUYỄN VĂN KHANH
NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ỨNG SUẤT DƯ MỐI
HÀN GIÁP MỐI CÁC ỐNG CÓ ðƯỜNG KÍNH TRUNG BÌNH
(ỨNG DỤNG SIÊU ÂM KIỂM TRA ðÁNH GIÁ KẾT QUẢ)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá
nông, lâm nghiệp
Mã số
: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ðÀO QUANG KẾ
HÀ NỘI - 2010
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn
toàn trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm
ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều có nguồn gốc, nếu sai tôi hoàn toàn
chịu trách nhiệm.
Ngày
tháng
năm 2010
Người cam ñoan
Nguyễn Văn Khanh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......i
LỜI CẢM ƠN
ðề tài này ñược thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Cơ khí - Khoa Cơ-ðiện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội.
Trong quá trình thực hiện ñề tài, tôi ñược sự quan tâm tạo ñiều kiện của tập
thể các thầy cô giáo trong bộ môn, ñặc biệt là PGS.TS. ðào Quang Kế người ñã
hướng dẫn tôi tận tình, chu ñáo trong suất quá trình thực hiện ñề tài. Tôi xin bày tỏ
lòng biết ơn chân thành ñối với những sự giúp ñỡ quí báu ñó.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu và tập thể các giáo viên Trường
Cao ñẳng Công nghiệp và Xây dựng - Quảng Ninh, cảm ơn TS. Hoàng Văn Châu,
KS Lục Văn Thương -Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương, các bạn bè ñồng
nghiệp ñã tạo ñiều kiện thuận lợi, tham gia ñóng góp ý kiến ñể tôi hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Hà nội; Ngày
tháng
năm 2010
Tác giả
Nguyễn Văn Khanh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......ii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Vi
DANH MỤC HÌNH
Viii
DANH MỤC BẢNG
Xi
MỞ ðẦU
1
Chương 1: TỔNG QUAN
3
1.1. Lịch sử phát triển kết cấu thép ở Việt Nam
3
1.2. Tổng quan về sản xuất chế tạo ñường ống, bình chịu áp lực, nồi hơi, kết
5
cấu thép trong công nghiệp và xây dựng dân dụng ở Việt Nam
1.3. Tổng quan về các phương pháp hàn ñược ứng dụng ñể hàn ñường ống,
7
bình chịu áp lực, nồi hơi, kết cấu thép trong công nghiệp và xây dựng dân
dụng ở Việt Nam hiện nay
1.4. Các phương pháp hàn ñược ứng dụng dùng ñể ống chịu áp lực có
16
ñường kính trung bình
1.5. Mục tiêu và nội dung của ñề tài
16
1.6. Kết luận chương 1
17
Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ðối tượng nghiên cứu
18
2.2. Phương pháp nghiên cứu
18
2.3. ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu
22
Chương 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
3.1. Ứng suất và biến dạng hàn
23
3.1.1. Khái niệm cơ bản về ứng suất và biến dạng hàn
23
3.1.2. Nguyên nhân gây ra ứng suất hàn
23
3.1.3. Các loại ứng suất và biến dạng hàn
25
3.2. Công nghệ xử lý nhiệt sau khi hàn
28
3.2.1. Khái niệm chung
28
3.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán chế ñộ gia nhiệt
29
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......iii
3.2.3. Thiết bị công nghệ xử lý nhiệt
32
3.2.4. Thứ tự các bước công nghệ xử lý nhiệt
33
3.2.5. Kiểm tra chất lượng công việc
34
3.2.6. Các biện pháp an toàn lao ñộng và bảo vệ môi trường
35
3.3. Biện pháp giảm ứng suất dư
35
3.3.1. Biện pháp kết cấu
35
3.3.2. Các biện pháp công nghệ khi hàn
3.3.3. Các biện pháp công nghệ sau khi hàn
37
38
3.4. Năng lượng nổ
40
3.4.1. Khái niệm về năng lượng nổ
40
3.4.2. Phân loại thuốc nổ
40
3.4.3. ðịnh luật cơ bản của sự kích nổ thuốc nổ
40
3.4.4. Một số loại thuốc nổ thường dùng ở Việt Nam
42
3.4.5. Phản ứng hóa học của thuốc nổ
44
3.4.6. Thuốc nổ trong quân ñội
44
3.5. Kiểm tra hàn bằng phương pháp siêu âm
48
3.5.1. Phân loại và cơ sở vật lý của phương pháp siêu âm
48
3.5.2. ðặc trưng cơ bản dò khuyết tật
57
3.6. Kết luận chương 3
70
Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Hàn mối giáp mối các ống có ñường kính trung bình
71
4.2. Các mẫu ống ñã hàn hoàn thiện
75
4.3. ðo ứng suất dư bằng thiết bị siêu âm UltraMars
75
4.3.1. Giới thiệu chung về thiết bị
75
4.3.2. Cấu tạo của thiết bị ño UltraMars
76
4.3.3. Nguyên tắc làm việc
81
4.4. Qui trình ño ứng suất dư
82
4.4.1. Chuẩn bị mối hàn ống- thiết bị ño
82
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......iv
4.4.2. Vận hành thiết bị
83
4.4.3. Bảo quản thiết bị
86
4.5. Kết quả thử nghiệm
86
4.5.1. Chuẩn bị thiết bị, vật tư
86
4.5.2. Thử nghiệm ño ứng suất trên mối hàn ống sau khi hàn
86
4.5.3. Bàn luận về kết quả thử nghiệm ống sau hàn
88
4.5.4. Các mẫu ống ñược tiến hành gia công nổ như sau
89
4.5.5. Thử nghiệm ño ứng suất dư trên mối hàn ống sau khi nổ
91
4.5.6. Bàn luận về kết quả thử nghiệm ống sau nổ
95
4.6. Kết luận chương 4
96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
97
TÀI LIỆU THAM KHẢO
99
PHỤ LỤC
101
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......v
Danh mục các chữ, kí hiệu viết tắt
MAG
Hàn tự ñộng và bán tự ñộng bằng ñiện cực nóng chảy trong môi trường
khí bảo vệ là khí hoạt tính CO2 hoặc khí trộn giữa CO2+Ar
MIG
Hàn tự ñộng và bán tự ñộng bằng ñiện cực nóng chảy trong môi trường
khí bảo vệ là trơ (Ar, He)
TIG
Hàn tự ñộng và bán tự ñộng bằng ñiện cực không nóng chảy trong môi
trường khí bảo vệ là trơ (Ar, He)
SAW
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ
FCAW
Hàn hồ quang bằng ñiện cực nóng chảy (dây lõi thuốc) trong môi
trường khí bảo vệ là khí hoạt tính CO2
WTh
ðiện cực vônfram thôri
CT3
Thép cacbon chất lượng thường
AWS
Tiêu chuẩn Hiệp hội hàn hoa kỳ
KHKT
Khoa học kỹ thuật
NCKH
Nghiên cứu khoa học
QTCN
Qui trình công nghệ
6h
Vị trí bắt ñầu hàn (ñáy ống)
9h, 3h
Vị trí hàn giữa ống
12h
Vị trí hàn ñỉnh ống (kết thúc hàn)
1G
Hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng
6G
Hàn nối ống cố ñịnh nghiêng 450
ZI
Xung dò-hoạt ñộng khi có kích thích của bộ chuyển ñổi áp
OS
ðường hiển thị
UZ
Siêu âm
SUZ
Các ñường siêu âm
PV-UZK
Bộ phận truyền và nhận dao ñộng siêu âm
unit
XF1
Bộ chuyển ñổi áp ñiện sóng siêu âm chiều dọc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......vi
YF23
Bộ chuyển ñổi áp ñiện sóng siêu âm ñứt quãng
F1
Tần số chu trình của ñường siêu âm ñược hiển thị ñối với sóng dọc,
hướng OX1
F2
Tần số chu trình của ñường siêu âm ñược hiển thị ñối với sóng ngang
ñược phân cực trên hướng OX2
F3
Tần số chu trình của ñường siêu âm ñược hiển thị ñối với sóng ngang
ñược phân cực trên hướng OX3
σ33 và σ22
Các thành phần ño ñược theo hướng vuông góc với nhau. ðơn vị ño
lường MPa
∆F
Hệ số thể hiện mức biến dạng của nguyên vật liệu, ñược xác ñịnh
thông qua sự khác nhau của tần suất các ñường hiển thị ño ñược theo
hướng trực giao
A, B, M,
Hệ số co giãn cơ khí của nguyên vật liệu ñược xem xét. A và B tính
N
theo ñơn vị ño Mpa; M, N không có ñơn vị
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......vii
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Chế tạo nồi hơi
6
Hình 1.2: Hàn ống chịu áp lực
6
Hình 1.3: ðường ống công trình thủy ñiện
6
Hình 1.4: Kết cấu cầu
7
Hình 1.5: Kết cấu khung nhà xưởng
7
Hình 1.6: Nguyên lý hàn hồ quang
8
Hình 1.7: Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ
9
Hình 1.8: Sơ ñồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí trơ
10
Hình 1.9: Vùng hồ quang và vũng hàn
10
Hình 1.10: Sơ ñồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ
11
Hình 1.11: Nguyên lý hàn FCAW
13
Hình 1.12: Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ
14
Hình 1.13: Máy hàn tự ñộng dưới lớp thuốc hàn
15
Hình 3.1: Ứng suất hàn theo các phương
24
Hình 3.2: Ứng suất và biến dạng dọc
25
Hình 3.3: Sự suất hiện các ứng suất ngang do co dọc
26
Hình 3.4: Ảnh hưởng của trình tự hàn
27
Hình 3.5: Các biện pháp kết cấu
36
Hình 3.6: Các biện pháp kết cấu
36
Hình 3.7: Trình tự hàn các mối hàn kết cấu
37
Hình 3.8: Phương pháp hàn phân ñoạn nghịch
38
Hình 3.9: ðặt vật hàn ngược với chiều biến dạng
38
Hình 3.10: Dầm chữ T sau khi hàn
40
Hình 3.11: Sơ ñồ nguyên lý siêu âm
49
Hình 3.12: ðồ thị mô tả sự dao ñộng
50
Hình 3.13: ðồ thị mô tả phương trình 1-2
51
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......viii
Hình 3.14: Sóng dọc gần vùng xen kẽ
54
Hình 3.15: Biểu diễn mô phỏng của sóng ngang
55
Hình 3.16: Lan truyền sóng trên mặt kim loại
55
Hình 3.17: Giản ñồ các mô hình cơ bản của sóng lam
56
Hình 3.18: Vị trí ñầu dò phát và ñầu dò thu
58
Hình 3.19: Dẫn hướng âm trong phương pháp truyền qua
58
Hình 3.20: Nguyên lý của phương pháp xung phản hồi
59
Hình 3.21: Sơ ñồ khối của thiết bị siêu âm
60
Hình 2.22: Cấu tạo ñầu dò siêu âm
61
Hình 2.23: Dạng làm việc của ñầu dò
62
Hình 2.24: Thay ñổi tiêu ñiểm của chùm tia trong nước
62
Hình 2.25: Nguyên lý và ñường truyền âm
62
Hình 2.26: Sự truyền âm của ñầu dò
63
Hình 2.27: Cấu tạo của ñầu dò thẳng loại nhúng
63
Hình 2.28: ðầu dò góc
64
Hình 2.29: Các loại ñầu dò góc
64
Hình 2.30: ðầu dò TR rộng
65
Hình 2.31: ðầu dò dạng tinh thể
65
Hình 2.32: Kỹ thuật tanden
66
Hình 2.33: Thấu kính hình trụ và hình cầu
67
Hình 2.34: Kỹ thuật ðenta
67
Hình 2.35: Kỹ thuật TÒD
68
Hình 2.36: Kỹ thuật sóng dọc
68
Hình 2.37: Kiểm tra nhúng
69
Hình 4.1: Ống Ø168, Ø140
71
Hình 4.2: Que hàn ñá mài
71
Hình 4.3: Xưởng hàn
72
Hình 4.4: Máy hàn
72
Hình 4.5: Cắt ống trên máy tiện
72
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......ix
Hình 4.6: Kiểm tra góc vát
72
Hình 4.7: Làm sạch ống
73
Hình 4.8: Hàn ống
73
Hình 4.9: Hàn ñính ống
73
Hình 4.10: Hàn lót
73
Hình 4.11: Hàn TIG lót xong
73
Hình 4.12: Hàn que lớp trung gian
73
Hình 4.13: Hàn trung gian xong
74
Hình 4.14: Hàn que lớp phủ
74
Hình 4.15: Mối hàn lớp phủ xong
74
Hình 4.16: Hàn lớp phủ thứ hai
74
Hình 4.17: Mối hàn ống hoàn thiện
74
Hình 4.18: Các mối hàn ống hoàn thiện
75
Hình 4.19: Các bộ phận của thiết bị
76
Hình 4.20: Thiết bị ño và bộ chuyển ñổi
77
Hình 4.21: Mặt trước của thiết bị
78
Hình 4.22: Bộ tuyền và nhận sóng âm
78
Hình 4.23: Bộ chuyển ñổi XF1 và YF23
79
Hình 4.24: sơ ñồ thiết bị nhìn từ phía sau
80
Hình 4.25: Các loại ñá dùng ñể ñánh bóng
82
Hình 4.26: Lắp bộ cố ñịnh
83
Hình 4.27: Các ñiểm ño ứng suất trên ống Ø168
86
Hình 4.28: Các ñiểm ño ứng suất trên ống Ø140
87
Hình 4.29: Ống ñược quấn thuốc nổ
90
Hình 4.30: Dòng dây ñiện kích nổ thuốc nổ
90
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......x
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Chiều dầy của chi tiết hàn tương ứng với các loại mối hàn
16
Bảng 4.1: Kết quả ño ứng suất trên ống Ø168 sau hàn
86
Bảng 4.2: Kết quả ño ứng suất trên ống Ø140 sau hàn
87
Bảng 4.3: Kết quả ño ứng suất trên ống Ø168 sau nổ
91
Bảng 4.4: Kết quả ño ứng suất trên ống Ø140 sau nổ
93
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......xi
MỞ ðẦU
Ngày nay, nền khoa học kỹ thuật ñã và ñang có sự phát triển với tốc ñộ rất
mạnh mẽ, nhiều sản phẩm mới ñược tạo ra ñòi hỏi chất lượng và yêu cầu kỹ thuật
cao. Hòa nhập với sự phát triển ñó ngành hàn Việt Nam ñã và ñang có nhiều bước
tiến mạnh mẽ, ngày càng sản sinh ra các sản phẩm có chất lượng cao mang tính kỹ
thuật ñáp ứng ñược yêu cầu của khoa học kỹ thuật nhằm khẳng ñịnh vai trò to lớn
trong nền sản xuất hiện ñại. Vị thế ngành hàn ngày càng ñược nâng cao, giữ một vị
trí quan trọng trong các khối ngành sản xuất cơ khí, không chỉ trong lĩnh vực cơ khí
thuần tuý mà trong ngành công nghiệp ñóng tầu, xây dựng cầu ñường, chế tạo nồi
hơi, hàn ñường ống...các kết cấu hàn ñóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự
phát triển của nền kinh tế ñất nước, ngành kinh tế ñóng tầu và xây dựng, chế tạo nồi
hơi, ñường ống ñang phát triển rất mạnh mẽ. Do ñó, ngoài việc ñòi hỏi có ñội ngũ
kỹ sư giỏi và công nhân lành nghề trong lĩnh vực này thì các nhà chuyên môn cũng
phải nghiên cứu nhiều hơn nữa về kỹ thuật hàn ñặc biệt là phải chú trọng vào việc
kiểm tra chất lượng mối hàn ñể từ ñó có những biện pháp kịp thời tránh những hư
hỏng, tai nạn xảy ra.
Từ những phương pháp kiểm tra thủ công (như quan sát bằng mắt thường,
thẩn thấu bằng dầu hoả, kiểm tra bằng áp lực nước…) phương pháp thông thường
phương pháp thuỷ lực tĩnh có áp suất, thử kim cương hay cơ tính ñến những phương
pháp hiện ñại (chiếu xạ xuyên qua mối hàn, siêu âm…) trong ñó phương pháp siêu
âm nổi bật lên nhờ những ưu ñiểm của nó: Không làm pháp huỷ mối hàn, cho kết
quả chính xác và có thể ño trực tiếp trên kết cấu thực, xác ñịnh ñược ứng suất dư
trong mối hàn. Vấn ñề ñặt ra là làm thế nào ñể giảm ứng suất dư trong mối hàn,
một trong những phương pháp rất mới hiện nay, hầu như chưa có công trình khoa
học nào nghiên cứu về nó ñó là phương pháp dùng “Năng lượng nổ” ñể làm giảm
ứng suất dư trong mối hàn. Như ta biết ứng suất dư tồn tại trong mối hàn quá mức
cho phép sẽ làm giảm ñộ bền, tính chịu lực và ñặc biệt là có thể phá hỏng kết cấu
hoặc chi tiết máy trong một thời gian ngắn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......1
ðề tài Luận văn cao học: “Nghiên cứu biện pháp làm giảm ứng suất dư mối
hàn giáp mối các ống ñường kính trung bình (ứng dụng siêu âm kiểm tra và ñánh
giá kết quả)”mà tác giả lựa chọn nghiên cứu nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng
mối hàn ống trong hàn ñường ống áp lực nói riêng và trong các mối hàn kết cấu nói
chung.
Việc kế thừa các nghiên cứu trước ñây về ứng dụng của năng lượng nổ, thiết
bị kiểm tra siêu âm. Trong ñó có sự tham gia trực tiếp của tác giả Luận văn cao học
này, là một ñịnh hướng mới về mặt khoa học trong việc áp dụng công nghệ mới ñể
làm giảm ứng suất dư trong mối hàn là rất cần thiết và có hiệu quả kinh tế cao.
ðề tài Luận văn ñược tác giả hoàn thành tại Phòng thí nghiệm trọng ñiểm
Công nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công Thương) dưới
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Hoàng Văn Châu và PGS.TS. ðào Quang
Kế cùng các thầy cô trong khoa Cơ ñiện - Trường ðại học nông nghiệp - Hà nội, ñã
giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này.
Qua ñây, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS. ðào Quang Kế cùng các thầy
cô trong khoa Cơ ñiện- Trường ðại học nông nghiệp - Hà nội, TS. Hoàng Văn Châu
Giám ñốc phòng thí nghiệm trọng ñiểm Công nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện
Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công Thương)
Hà nội, ngày… tháng…. Năm 2010
Người thực hiện
Nguyễn Văn Khanh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......2
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử phát triển kết cấu thép ở Việt Nam
1.1.1. Thời kỳ cuối thế kỷ 19 ñầu thế kỷ 20
Mọi công trình xây dựng, công nghệ chế tạo và thi công liên quan ñến thép
ñều là của Pháp. Do bê tông cốt thép chỉ ñược áp dụng ở Việt Nam từ những năm
30 và hầu như không có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà công nghiệp và công
trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát ñều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái. Ví dụ
Nhà hát lớn Hà Nội, một công trình nổi tiếng hoàn thành vào thập kỷ ñầu tiên thế kỷ
20, có kết cấu ñược xây dựng hoàn toàn bằng gạch và thép, không có bê tông cốt
thép. Mái vòm tròn là cupôn hình nón gồm các sườn hình tam giác, tựa trên vành
gối. Thép cacbon thấp, có cường ñộ xấp xỉ thép CCT34. Mọi sàn nhà lớn, ban công,
cầu thang ñều làm bằng dầm thép chủ tổ hợp ñinh tán, các dầm thép hình và cuốn
gạch tạo mặt sàn. Cấu tạo sàn kiểu dầm thép và cuốn gạch này ñược áp dụng trong
hầu hết các mặt sàn và ñược áp dụng trong hầu hết các nhà tầng có tầng gác ñược
xây dựng thời kỳ ñó. Các nhà xưởng lớn bằng thép ñáng kể là: nhà máy xe lửa Gia
Lâm, nhà máy rượu Hải Dương, các hàng ga máy bay ở Gia Lâm và Bạch
Mai…Công nghệ và hình thức kết cấu là ở vào trình ñộ ñương ñại: thép cacbon
thấp, liên kết ñinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ ñồ kết cấu cổ ñiển.
1.1.2. Thời kỳ những năm 50 và 60
Sau khi hoà bình lập lại ở ðông Dương, miền Bắc Việt Nam bắt ñầu xây
dựng cơ sở cho nền công nghiệp hoá, trước hết là các nhà máy công nghiệp nặng và
công nghiệp nhẹ. Lúc ñó, thép là vật liệu hiếm có và rất quý giá, do hoàn toàn nhập
từ các nước xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này, thép cũng rất quý và hiếm.
Phương châm thiết kế kết cấu thép là: tiết kiệm ở mức cao nhất. Do ñó, chỉ dùng
thép cho những nhà xưởng lớn, có cầu trục nặng, cột cao và nhịp rộng. ðiển hình là
các nhà xưởng của Khu Liên hợp Gang thép Thái Nguyên. Tại ñó, có những khung
toàn thép với dàn nhịp 30 ñến 40m, cột rỗng bậc thang ñỡ cầu trục 20 ñến 75tấn,
dầm cầu trục nhịp 18m cao tới 2m. Lượng thép tính cho một mét vuông sàn là khá
lớn: 70 ñến 100kg/m2. Một công trình ñáng kể nữa là nhà máy Supe Phốt phát Lâm
Thao: phần lớn các phân xưởng nhiều tầng hay một tầng ñều dùng kết cấu thép. Do
việc sử dụng thép nhiều mà nhà máy này ñã ñược hoàn thành nhanh hơn 1 năm so
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......3
với việc dùng kết cấu bê tông, việc này ñã mang lại lợi ích không nhỏ cho nền công
nghiệp lúc ñó, (theo ý kiến phát biểu của một vị lãnh ñạo ngành xây dựng). Sơ ñồ
hệ thống kết cấu thông dụng là: dàn gồm các thép góc, cột và dầm tổ hợp tấm và
thép cán; liên kết hàn, không dùng ñinh tán.
Ngoài ra, các trường hợp khác ñều chỉ dùng kết cấu bê tông cốt thép: trong
tất cả các nhà dân dụng, trong phần lớn nhà xưởng, kể cả xưởng nhịp lớn. Có thể
nêu ví dụ ở Nhà máy ñòng tàu Bạch ðằng, xưởng rộng 21mét ñã dùng dàn bêtông
cốt thép ứng lực trước, nặng hơn 10tấn, thi công cực kỳ khó khăn trong khi một dàn
thép tương tự chỉ nặng 1,5 tấn nhưng không ñược dùng. Tại nhiều trường hợp khác,
ñể ñỡ mấy tấm fibrô xi măng nặng 100kg, ñã dùng xà gồ bê tông nặng tới 500kg
chứ không dám dùng một xà gồ thép nhẹ nhàng. Những ví dụ này cho thấy rõ chủ
trương không dùng kết cấu thép mỗi khi có thể ñược.
1.1.3. Thời kỳ những năm 70 và 80
Công tác xây dựng chủ yếu là khôi phục các công trình bị phá hoại, xây dựng
những xưởng máy mới loại nhẹ. Áp dụng rộng rãi sơ ñồ kết cấu hỗn hợp, cột bê
tông và dàn thép. Bắt ñầu sử dụng nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngoài.
ðiển hình là loại Khung kho Tiệp. ðó là khung nhịp 12 ñến 15m, dàn bằng thép
ống, cột thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội. Khung này là
nguyên liệu ñể làm kho, sang ñến Việt Nam ñã ñược cải tạo ñể làm kết cấu cho
nhà xưởng có các cửa trời và cầu trục, nhà thể thao, và thậm chí cả ga hàng không.
Ngoài ra, nhiều công trình dân dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân
ñạo trợ giúp nhập từ nước ngoài, ñược làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2
tầng. Phương châm tiết kiệm thép không còn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện
cho vận chuyển, cho thi công, cho việc hoàn thành nhanh ñã trở nên quyết ñịnh.
Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ ñó, kỹ thuật xây dựng ñã ñược phát
triển nhanh với sự hỗ trợ của công nghệ của các nước tiên tiến. Các xu hướng thiết
kế là giống như của phương Tây: thép ñược áp dụng rộng rãi trong các công trình
công nghiệp, xưởng ñóng tàu, nhà cao tầng (tới 16 tầng), hàng ga máy bay và cả
nhà chung cư nhiều tầng.
1.1.4. Thời kỳ những năm 90 ñến nay
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......4
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và của ngành xây dựng,
việc sử dụng thép ñã tăng nhanh chưa từng thấy. Hầu như 100% nhà xưởng là làm
hoàn toàn hay ñại bộ phận bằng thép. Những mái nhà nặng nề bằng bê tông cốt thép
ñã biến mất, thay thế bằng mái tôn nhẹ ñặt trên xà gồ thành mỏng. Không thấy ở
ñâu dàn bê tông cốt thép, dầm mái bê tông cốt thép ñúc sẵn một thời phát triển.
ðặc biệt hiện nay, với hàng loạt các dự án xây dựng nhà máy Thủy ñiện, với hệ
thống ñường ống dẫn rất lớn chịu áp lực cao, làm hoàn toàn bằng ống thép. Do vậy,
việc hàn và kiểm tra các mối hàn ống ñó là rất cần thiết.
1.2. Tổng quan về sản xuất chế tạo ñường ống, bình chịu áp lực, nồi hơi, kết
cấu thép trong công nghiệp và xây dựng dân dụng ở Việt Nam
Hiện nay ngành cơ khí ở Việt Nam nói chung ñang phát triển rất mạnh mẽ,
trong nền sản xuất cơ khí, sản lượng sản xuất bằng hàn hoặc liên quan ñến hàn
chiếm 1 tỷ trọng rất lớn. Hàn ñã và ñang ñóng vai trò quan trọng trong ngành sản
xuất cơ khí. Một số ngành hàn có thể nói là không thể thiếu vì nó chiếm tới 90% sản
lượng như công nghiệp ñóng tàu, sản xuất ôtô, chế tạo nồi hơi, bình áp lực, hàn
ñường ống, bể chứa dầu và chứa khí, hình trụ và hình cầu, dung tích từ 100 ñến
5000m3, thậm chí ñến 10.000m3, ñặt tại các kho dầu trên khắp miền ñất nước. Phần
lớn do Việt Nam tự thiết kế và lắp ñặt.
- Các công trình trên biển như dàn khoan, công trình bảo vệ thềm lục ñịa (các
Nhà dàn hải quân trong quân ñội), các công trình dầu khí. Chiều cao tới trên 40m,
bằng thép ống. Từ những công trình ñầu tiên hoàn toàn nhập ngoại, nay ñã do Việt
Nam thiết kế, chế tạo và lắp ñặt.
- Một số công trình khác như: ðường ống dẫn lớn, ñường kính trên 1m, dài
hàng chục km ở Bà Rịa – Vũng Tàu; các công trình ñường cáp treo như ở núi Bà
ðen, Yên Tử, Chùa Hương thường có cột ñỡ bằng thép ống cao trên 30m, ñường
kính trên 1m ñến 1,4m các công trình thủy ñiện, chế tạo nồi hơi…Hàn ống tại các
công trình thủy ñiện và việc cơ giới hóa hàn ống là rất cấp thiết. ðề tài nghiên cứu
khoa học cấp Nhà nước do TS. Hoàng Văn Châu – Viện nghiên cứu cơ khí làm chủ
nhiệm ñề tài ‘’ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự ñộng nối ống có
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......5
ñường kính lớn ở trạng thái không quay’’ hàn bằng phương pháp hàn tự ñộng dưới
lớp khí bảo vệ ñã nghiên cứu chế tạo thành công. ðã và ñang ñược ứng dụng ñể hàn
ñường ống tại công trình thủy ñiện ðậm khánh - Lào cai. Phần nào ñã ñáp ứng ñược
vấn ñề này.
Hình 1-1: Chế tạo nồi hơi
Hình 1-2: Hàn ống chịu áp lực
Hình 1-3: ðường ống Công trình thủy ñiện thác mơ
Hình 1-1: Chế tạo nồi hơi
và theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành hàn phát triển rất mạnh mẽ. Các
phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn mới ngày càng hiện ñại, ñem lại cho nền sản
xuất cơ khí những sản lượng khổng lồ với chất lượng ngày càng ñược nâng cao.
ðồng thời giảm ñáng kể sức lao ñộng cho con người thậm trí không cần tham gia
trực tiếp. Ví dụ: Tại một số nước có nền công nghiệp phát triển, các nhà máy sản
xuất ñều có thiết bị, dây chuyền hàn tự ñộng hiện ñại như trong các nhà máy sản
xuất ôtô, sản xuất nồi hơi…
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......6
Trong sự lớn mạnh của nền kinh tế và ngành xây dựng, kết cấu thép ở Việt
Nam sẽ có viễn cảnh phát triển mạnh mẽ. Hàng trăm công trình lớn sẽ ñược xây
dựng bằng thép. Lượng thép sử dụng trong xây dựng ñã và ñang tăng ñột biến trong
tương lai gần. Các hướng phát triển sắp tới của kết cấu thép là:
- Nhà tiền chế tiếp tục ñược sử dụng ngày càng nhiều ở các công trình xây dựng
phục vụ cho ngành công nghiệp;
- Kết cấu thép nhẹ, bao gồm kết cấu thành mỏng tạo hình nguội, kết cấu hợp kim
nhôm, kết cấu hỗn hợp bê tông cốt thép và thép;
- Các nhà thấp tầng trong các công trình dân dụng cũng ñang có thế mạnh.
- Kết cấu sử dụng thép ống, bao gồm cả kết cấu dàn không gian;
- Kết cấu nhà cao tầng;
- Kết cấu nhà xưởng, cầu ñường…
Hình 1-4: Kết cấu cầu
Hình 1-1: Chế tạo nồi hơi
Hình 1-5: Kết cấu khung nhà xưởng
Hình 1-1: Chế tạo nồi hơi
1.3. Tổng quan về các phương pháp hàn ñược ứng dụng ñể hàn ñường ống,
bình chịu áp lực, nồi hơi, kết cấu thép trong công nghiệp và xây dựng dân
dụng ở Việt Nam hiện nay
1.3.1. Hàn hồ quang tay
Là phương pháp hàn hồ quang có ñiện cực là que hàn. Trong quá trình hàn
các chuyển ñộng như gây hồ quang, dịch chuyển que, dịch chuyển hồ quang theo
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......7
dọc mối hàn ñược thực hiện bằng tay.
Phương pháp công nghệ hàn này ñược sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nó có
tối ña tính linh hoạt và có thể hàn với nhiều loại kim loại trong tất cả các vị trí hàn
từ chiều dày nhỏ nhất cho tới những chiều dày lớn nhất. Sự ñầu tư về thiết bị tương
ñối rẻ tiền. Mặc dù ñã có những phương pháp mới có năng suất, chất lượng cao;
nhưng phương pháp hàn hồ quang tay vẫn không thể thiếu trong dạng sản xuất sửa
chữa, sản xuất loạt nhỏ, ñặc biệt ở những qui trình công nghệ hàn không thể tiến
hành cơ khí hóa và tự ñộng hóa. Và ñược ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
ñóng tàu, lắp ñặt các kết cấu thép vv…
Chất lượng của mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người công
nhân và dòng ñiện hàn.
Kìm
hàn
que
hàn
Hồ quang
xỉ
Kim loại mối hàn
kim loại cơ bản
Nguồn
hàn
Kim loại lỏng Bể hàn
Hình 1-6: Nguyên lý hàn hồ quang tay
Xét về hàn tay với một ñiện cực que hàn rất thích hợp cho hàn ñường ống,
bình áp lực, hàn ñược tất cả các vị trí hàn trong không gian từ vị trí 1G ñến 6G. ðể
có ñược một hiệu quả cao, hàn tay ñược giảm ñi và ñược thay thế bằng các công
nghệ hàn mới như hàn tự ñộng dưới lớp thuốc, hàn tự ñộng dưới lớp khí bảo vệ.
1.3.2. Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ
Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn thích ứng với
mọi kết cấu hàn và cho năng suất và chất lượng hàn cao. Phương pháp công nghệ
này có thể phân loại thành các phương pháp sau (Hình 1-7):
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......8
- Xem thêm -
.PDF 
113 
1 
62 
