ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO DƯỚI NƯỚC pptx

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG
TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO DƯỚI NƯỚC
Tóm tắt:
Với tính năng ưu việt của mình, công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao ngày
càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Lĩnh vực ứng dụng lớn
nhất trong tương lai sẽ nằm ngoài khơi, nơi các giàn khoan sau một thời gian hoạt
động sẽ phải sửa chữa, thay thế hay dỡ bỏ. Khi các phương pháp cắt truyền thống rất
khó hay có thể nói là không thể ứng dụng được dưới nước thì công nghệ cắt bằng tia
nước áp suất cao trở nên cực kỳ quan trọng. Các thí nghiệm cắt bằng tia nước áp suất
cao dưới nước sẽ cho phép ta tối ưu hóa quá trình cắt.
1. Giới thiệu
Để tăng tính hiệu quả cắt của tia nước trong công nghệ tia nước áp suất cao, người
ta đưa hạt mài hòa vào với dòng tia. Những hạt mài nhỏ, cứng và có cạnh sắt khi chuyển
động cùng với tia nước lúc ra khỏi đầu cắt có một năng lượng phá hủy rất lớn, cho nên
chúng là tác nhân chính của quá trình cắt gọt. Sau đây là sơ đồ hai nguyên lý chính của
tia nước trộn hạt mài.
Nguyên lý tia nước trộn hạt mài không áp Nguyên lý tia nước trộn hạt mài có áp
(Abrasive Water Injection Jet – AWIJ) (Abrasive Water Suspenssion Jet – AWSJ)
Hình 1 . Hai nguyên lý cơ bản của tia nước trộn hạt mài
Bình chứa
hạt mài có áp
Ống dẫn hội tụ
Đầu cắt
Thùng chứa hạt
mài
Đầu phun
Nước
Nước
Do thành phần không khí của tia AWIJ (Nguyên lý tia nước trộn hạt mài không
áp) rất lớn (từ 90 đến 95 %), nên ứng dụng của nó cho cắt dưới nước chỉ dừng ở độ sâu
không quá 20m. Với tia AWSJ (Nguyên lý tia nước trộn hạt mài có áp) ta chỉ có hai

thành phần nước và hạt mài, nên có thể ứng dụng cắt ở độ sâu đến 6000m và sâu hơn
nữa.
2. Cắt vật liệu thép không rỉ dưới nước
2.1 Lựa chọn vật liệu mẫu thử
Thép không rỉ là vật liệu khó gia công cắt gọt bằng các phương pháp cơ truyền
thống, lại càng không thể cắt được bằng phương pháp nhiệt, hơn nữa chúng lại được sử
dụng nhiều ở môi trường nước, cho nên chúng được chọn làm vật liệu mẫu thử thí
nghiệm.
2.2 Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình cắt
Trong công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao có hỗ trợ của hạt mài, các thông số
chính quyết định đến quá trình cắt mà người ta phải khảo sát là:
- Áp suất bơm p [MPa]
- Loại hạt mài
- Lưu lượng hạt mài q [Kg/min]
- Đường kính đầu cắt d [mm]
- Khoảng cách cắt s [mm]
- Tốc độ cắt v [mm/min]
- Vật liệu cắt
- Chiều sâu cắt h [mm]
Ngoài những thông số chung trên ra, một thông số rất quan trọng đặc trưng cho
quá trình cắt dưới nước là áp suất của môi trường cắt p [MPa]
2.3 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất môi trường và khoảng cách cắt lên
quá trình cắt
Để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất môi trường và khoảng cách cắt, hai thông
số quan trọng ảnh hưởng nhiều nhất lên quá trình cắt, ta phải làm thí nghiệm cắt với các
thông số p [MPa] và s [mm] khác nhau. Cụ thể là:
* p [MPa] = 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 0,7 và 0,9
* s [mm] = 5 ; 10 ; 20 và 30
Các thông số cố định là: p = 140 MPa ; d = 0,62 mm ; q = 0,5 Kg/min ;
v = 200 mm/min ; loại hạt mài: Ovilin ASOASF 90 ; vật liệu mẫu thử: thép không rỉ

14301 (X4 Cr Ni 18 10)
Hình 2 . Ảnh hưởng của áp suất môi trường và khoảng cách cắt lên
quá trình cắt thép không rỉ
Khả năng cắt của tia được đánh giá thông qua chiều sâu cắt của mẫu thử, do vậy
chiều dày của mẫu thử phải được chọn sao cho chúng không bị cắt đứt. Ứng với mỗi
khoảng cách cắt, mẫu thử đã được cắt lần lượt theo các áp suất môi trường khác nhau.
Sau khi đo chiều sâu cắt được và tổng hợp chúng lại, ta có đồ thị về ảnh hưởng của môi
trường áp suất và khoảng cách cắt lên quá trình cắt như đã biểu diễn trên hình 2.
4. Kết luận
Qua kết quả thí nghiệm, ta có thể thấy khoảng cách cắt trong môi trường nước đã
ảnh hưởng rất mạnh lên khả năng cắt của tia, lớn hơn rất nhiều so với cắt trong không
khí. Từ khoảng cách lớn hơn 30 mm trở lên, trong điều kiện áp suất môi trường lớn hơn
1 MPa, thì khả năng cắt gọt của tia hầu như không còn.
Khi áp suất môi trường tăng lên thì chiều sâu cắt giảm và đặc biệt giảm mạnh từ
0,1 đến 0,7 MPa. Từ áp suất 0,7 MPa trở đi, giảm chậm và đến một áp suất nhất định,
chiều sâu cắt sẽ không giảm nữa.
Ngoài hai thông số đặc trưng cho ứng dụng tia nước áp suấp cao dưới nước là
khoảng cách cắt và áp suất môi trường (như đã được trình bày ở trên), các thông số khác
như: áp suất bơm, đường kính đầu cắt, chủng loại hạt mài, lưu lượng hạt mài và tốc độ
cắt cũng ảnh hưởng mạnh lên quá trình cắt. Để tìm ra được các thông số công nghệ tối
ưu, cần phải nghiên cứu và làm tiếp các thí nghiệm với từng thông số đó.
Áp suất môi trường p [MPa]
Chiều sâu cắt h [mm]