Nghiên cứu chế tạo mẫu phục vụ đào tạo kỹ thuật viên kiểm tra khuyết tật hàn bằng phương pháp NDT (chụp ảnh phóng xạ siêu âm tổ hợp pha)

vi

MCăLC
LÝ LCH KHOA
HC
i
LIăCAMăĐOAN ii
LI CMăN iii
TÓM TT iv
MC LC vi
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT x
DANH SÁCH CÁC HÌNH xii
DANH SÁCH CÁC BNG xiii
Chngă1 GII THIU 1
1.1. TínhăcpăthităcaăđătƠi 1
1.2. ụănghĩaăkhoaăhcăvƠăthcătinăcaăđătƠi 2
1.3. McătiêuănghiênăcuăcaăđătƠi 2
1.4. ĐiătngăvƠăphmăviănghiênăcu 2
1.4.1. Đi tợng nghiên cu 2
1.4.2. Phm vi nghiên cu 2
1.5. Phngăphápănghiênăcu 3
1.6. Ktăcuăcaălunăvĕn 3
Chngă2 TNG QUAN NGHIÊN CUăĐ TÀI 4
2.1. TngăquanănghiênăcuăcaăđătƠi 4
2.1.1. Tình hình nghiên cu ca đề tài ngoài nớc 4
2.1.2. Tình hình nghiên cu ca đề tài trong nớc 6
2.2. CôngănghăhƠn 7
2.2.1. Mi hàn 7
2.2.2. Các loi khuyết tật hàn 10
2.2.2.1. Thiếu ngấu ( Lack of fusion) 10
2.2.2.2. Khuyết tật rỗ khí/ hc khí 13

2.2.2.3. Khuyết tật nt 16
2.2.2.4. Khuyết tật ngậm xỉ 20
2.3. Cácăphngăphápăkimătraăkhôngăpháăhy 24
2.3.1. Đặc điểm ca kiểm tra không phá huỷ 25
2.3.2. ng dng 26
Chngă3 CăS LÝ THUYT 27
3.1. CăsălỦăthuytăcôngănghăhƠn 27
3.1.1. Phơng pháp hàn điện cực không nóng chy trong môi trng khí bo vệ
là khí trơ (GTAW). 27
3.1.1.1. Khái niệm và nguyên lỦ hot động 27
3.1.1.2. Điện cực hàn GTAW 28
3.1.1.3. Cng độ dòng điện khi hàn GTAW 29
3.1.1.4. Điện áp hồ quang 30
3.1.1.5. Khí bo vệ 31
3.1.1.6. Kim loi điền đầy (rod hàn) 32
3.1.1.7. u, khuyết điểm ca phơng pháp 33
3.1.2. Phơng pháp hàn điện cc nóng chy trong môi trng khí bo vệ
(GMAW). 33
3.1.2.1. Khái niệm và nguyên lỦ hot động 33
3.1.2.2. Dây hàn 34
vii

3.1.2.3. Khí bo vệ 34
3.1.2.4. Thông s hàn 35
3.1.2.5. u điểm và khuyết điểm ca phơng pháp 36
3.1.3. Phơng pháp hàn hồ quang tay 37
3.1.3.1. Khái niệm và nguyên lỦ hot động 37
3.1.3.2. Que hàn 38
3.1.3.3. Cng độ dòng điện hàn 40
3.1.3.4. Điện áp hồ quang 41

3.1.3.5. Tc độ hàn 41
3.1.3.6. Góc độ que hàn 42
3.1.3.7. u, khuyết điểm ca phơng pháp 42
3.1.4. Phơng pháp hàn Hồ quang dới lớp thuc 43
3.1.4.1. Khái niệm và nguyên lỦ hot động 43
3.1.4.2. Cng độ dòng điện và điện áp hàn 43
3.1.4.3. Tc độ hàn 44
3.1.4.4. Đng kính dây hàn 44
3.1.4.5. u, khuyết điểm ca phơng pháp 45
3.1.5. Phơng pháp hàn Dây hàn lõi thuc 45
3.1.5.1. Khái niệm và nguyên lỦ hot động 46
3.1.5.2. Cng độ dòng điện và điện áp hàn 46
3.1.5.3. Tôc đô
̣
câp dây 47
3.1.5.4. Loi cực tính 47
3.1.5.5. Khí bo vệ 48
3.1.5.6. u, khuyết điểm ca phơng pháp 49
3.2. Cácăchiătitămu 49
3.2.1. Định nghĩa 49
3.2.2. Yêu cầu kích thớc hình học ca chi tiết mẫu 50
3.2.3. Hình dng, kích thớc và dung sai các khuyết tật trong chi tiết mẫu 51
3.2.4. Bề mặt mẫu chi tiết 53
3.2.5. Dung sai kích thớc chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53
3.2.6. Vật liệu khi chế to chi tiết mẫu 53
3.2.7. Các khuyết tật trong mẫu chi tiết hàn dùng trong kiểm tra bằng siêu âm 54
3.2.7.1. Loi khuyết tật 54
3.2.7.2. Vị trí khuyết tật 54
3.3. Cácăphngăphápătoăkhuytătt 54
3.3.1. Không ngấu và thiếu ngấu chân 54

3.3.2. Ngậm xỉ (Lag Inclusions) 55
3.3.3. Rỗ khí 55
3.3.4. Nt (Cracks) 55
3.4. CácăphngăphápăkimătraăkhuytăttămiăhƠn 56
3.4.1. Phơng pháp kiểm tra mi hàn bằng siêu âm tổ hợp pha 56
3.4.1.1. Quy trình kiểm tra chung 57
3.4.2. Phơng pháp kiểm tra mi hàn bằng chp nh phóng x 62
3.4.2.1. Kỹ thuật chp nh phóng x 63
3.4.2.2. Gii đoán phim 64
Chngă4 Đ XUT QUY TRÌNH CH TO CHI TIT MU 66
4.1. Đăxutăchiătitămu 66
4.2.1.1. To vết nt bằng ngoi lực 68
viii

4.2.1.2. Cho kim loi ph vào vũng hàn 68
4.2.1.3. Sử dng kết hợp 2 điện cực hàn 69
4.2.1.4. Sử dng điện cực hàn có hàm lợng cac-bon cao 69
4.2.2. Khuyết tật ngậm xỉ 70
4.2.2.1. Cấy xỉ bằng tay 70
4.2.2.2. Cấy xỉ bằng cách nghiêng điện cực 70
4.2.3. To khuyết tật rỗ khí 71
4.2.3.1. Điều chỉnh lu lợng khí bo vệ 71
4.2.3.2. Sử dng điện cực ẩm hoặc h hng 71
4.2.3.3. Sử dng điện cực có độ hút ẩm cao 72
4.2.4. To khuyết tật thiếu ngấu cnh 72
4.2.4.1. Sử dng tấm kim loi che cnh 72
4.2.4.2. Nghiêng điện cực 73
4.3. ĐăxutăquyătrìnhăhƠnăchătoăchiătitămuăcóăkhuytătt. 73
4.3.1. Quy trình hàn chế to chi tiết mẫu có khuyết tật nt. 73
4.3.2. Quy trình hàn chế to chi tiết mẫu có khuyết tật ngậm xỉ. 75

4.3.3. Quy trình hàn chế to chi tiết mẫu có khuyết tật rỗ khí. 76
4.3.4. Quy trình hàn chế to chi tiết mẫu có khuyết tật không ngấu cnh. 78
4.4. PhngăphápăgiaăcôngămuăchunăNavshipsăvƠămuăhiuăchun cho các
sn phm ng 80
4.4.1. Gia công mẫu chuẩn Navships 79
4.4.1.1. Mc đích 79
4.4.1.2. Các yêu cầu đi với chế to mẫu 80
4.4.2. Gia công mẫu hiệu chuẩn cho các sn phẩm ng 81
4.4.2.1. Mc đích 81
4.4.2.2. Các yêu cầu đi với chế to mẫu 81
Chngă5 CH TO THC NGHIM 83
5.1. Cácăchiătitămuăchătoăthcănghim 83
5.1.1. Các chi tiết mẫu có cha khuyết tật hàn 83
5.1.2. Gia công chi tiết mẫu chuẩn( Navships) 84
5.1.2.1. Chọn vật liệu 84
5.1.2.2. Bn vẽ thiết kế mẫu 84
5.1.2.3. Gia công mẫu 84
5.1.2.4. Kiểm tra đánh giá 84
5.1.3. Gia công chi tiết mẫu hiệu chuẩn cho các sn phẩm ng 85
5.1.3.1. Chọn vật liệu 85
5.1.3.2. Bn vẽ thiết kế mẫu 85
5.1.3.3. Gia công mẫu 85
5.1.3.4. Kết qu đánh giá 86
5.2. ChătoăthcănghimăchiătitămuăkhuytăttăviăngăØ60,3ămm 86
5.2.1. Chế to thực nghiệm mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu cnh 86
5.2.1.1. Chọn vật liệu 86
5.2.1.2. Thiết kế mi ghép và bn vẽ chi tiết mẫu 86
5.2.1.3. To khuyết tật 87
5.2.2. Chế to thực nghiệm mẫu khuyết tật nt và ngậm xỉ. 90
5.2.2.1. Chọn vật liệu 90

5.2.2.2. Thiết kế mi ghép và bn vẽ chi tiết mẫu . 90
5.2.2.3. To khuyết tật 91
ix

5.2.3. Kiểm tra đánh giá 95
5.2.4. Nhận xét 97
5.3. ChătoăthcănghimăchiătitămuăkhuytăttăchoăngăØă101,6ămm 98
5.3.1. Chế to thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật rỗ khí và thiếu ngấu cnh 98
5.3.1.1. Chọn vật liệu 98
5.3.1.2. Thiết kế mi ghép và bn vẽ chi tiết mẫu . 98
5.3.1.3. To khuyết tật 98
5.3.2. Chế to thực nghiệm mẫu khuyết tật nt và ngậm xỉ. 102
5.3.2.1. Chọn vật liệu 102
5.3.2.2. Thiết kế mi ghép và bn vẽ chi tiết mẫu . 102
5.3.2.3. To khuyết tật 102
5.3.3. Kiểm tra đánh giá 106
5.3.4. Nhận xét 109
5.4. ChătoăthcănghimăchiătitămuăkhuytăttăchoăngăØ152,4ămm. 109
5.4.1. Chế to thực nghiệm chi tiết mẫu khuyết tật nt, rỗ khí và ngậm xỉ 109
5.4.1.1. Chọn vật liệu 109
5.4.1.2. Thiết kế mi ghép và bn vẽ chi tiết mẫu . 109
5.4.1.3. To khuyết tật 110
5.4.2. Kiểm tra đánh giá 114
5.4.3. Nhận xét 116
Chngă6 KT LUN VÀ KIN NGH 117
6.1. Ktălun 117
6.2. Kinăngh 117
TÀI LIU THAM KHO 119
PH LC 1 123

PH LC 2















x

DANHăSỄCHăCỄCăCHăVITăTT

Ting Vit
PGS.TS P
hó Giáo S Tiến Sĩ
TS T
iến Sĩ
LVTN L
uận Văn Tt Nghiệp
GVHD G
ing Viên Hớng Dẫn
GV G

ing Viên
ĐHSPKT Đ
i Học S Phm Kỹ Thuật
TP.HCM T
hành Ph Hồ Chí Minh
QTCN Q
uy Trình Công Nghệ
Ting Anh
DT D
estructive Testing
PA P
hased Array
UT U
trasonic Testing
RF R
adio Frequency
NDT N
on Destructive Testing
NDE N
on Destrictive Evaluation
NDI N
on Destructive Inspection
RT R
adiographic Test
AE A
coustic Emission Testing
LT L
eak Testing
VT V
isual Test

PT P
enetrant Test
MT M
agnetic particle Test
ET E
ddy Current Test
SDH S
ynchronous Digital Hierarchy
API A
merican Petroleum Institute
xi

AWS A
merican Weld Society
DNV D
et Norske Veritas
DAC D
istance Amplitude Correction
TVG T
ime Varied Gain
ECA E
lectronic Components Association
TCG T
ime Corrected Gain
TOFD T
ime Of Flight Diffraction
PA UT P
hased Array Utrasonic Testing
ASME A
merican Society of Mechanical Engineers

ASTM A
merican Society for Testing and Materials
ISO I
nternational Organization of Standardization
IAEA I
nternational Atomic Energy Agency
BINDT T
he British Institute of Non Destructive Testing
TECDOC Tec
hnical Document
GMAW G
as Metal Arc Welding
GTAW G
as Tungsten Arc Welding
SMAW S
hielded Metal Arc Welding
MMAW M
anual Metal Arc Welding
SAW S
ubmerged Arc Welding
FCAW Flux Cored Arc Welding
EDM E
lectrical Discharge Machining
CTWD C
ontact Tip Work Distance
ESO E
lectrical Stick Out
LSAT L
ine Scanning Analysis Technique
P P

orosity
S S
lag inclusion
LF L
ack of Fusion
CR Cracks

xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 2.1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trng 4
Hình 2.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị trng 6
Hình 2.3: Một s chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị trng 6
Hình 2.4: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trng 6
Hình 2.5: Mi hàn giáp mi 8
Hình 2.6: Mi hàn góc 8
Hình 2.7: Mi hàn bẻ g 8
Hình 2.8: Mi hàn điểm 9
Hình 2.9: Mi hàn phc hợp 9
Hình 2.10. Khuyết tật trên bề mặt và trong mi hàn 10
Hình 2.11: Khuyết tật thiếu ngấu cnh 11
Hình 2.12: Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp 12
Hình 2.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân 12
Hình 2.14: Các dng khuyết tật rỗ khí 13
Hình 2.15: Rỗ khí bên trong mi hàn 14
Hình 2.16: Lỗ sâu (Worm holes) 14
Hình 2.17: Rỗ khí trên bề mặt mi hàn 15
Hình 2.18: Rỗ khí rãnh hồ quang 15

Hình 2.19: Vùng nh hỡng nhiệt HAZ 17
Hình 2.20: Các vị trí thng xuất hiện vết nt dọc 17
Hình 2.21: Vị trí thng xuất hiện các vết nt dọc 18
Hình 2.22: Các vị trí thng xuất hiện vết nt ngang 18
Hình 2.23: Vị trí các vết nt ngang 18
Hình 2.24: Các vị trí thng xuất hiện vết nt tia 19
Hình 2.25: Vị trí vết nt rãnh hồ quang 19
xiii

Hình 2.26: Nt cắt lớp  chân mi hàn 20
Hình 2.27: Ngậm xỉ bên trong đng hàn 20
Hình 2.28: Ngậm xỉ bên trên đng hàn 20
Hình 2.29: Các vị trí thng xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ 21
Hình 2.30: Ngậm xỉ từ thuc hàn nóng chy trên phim chp nh phóng x 22
Hình 2.31: Ngậm xỉ từ thuc hàn 22
Hình 2.32: Ngậm xỉ từ các Ôxít trên phim Chp nh phóng x 23
Hình 2.33: Ngậm xỉ từ Tungsteen trên phim chp nh phóng x 23
Hình 2.34: Ngậm xỉ từ đồng trên phim Chp nh phóng x 24
Hình 2.35: Các phơng pháp kiểm tra NDT 25
Hình 3.1: Thiết bị hàn GTAW 28
Hình 3.2: Phân loi theo vch màu trên điện cực hàn GTAW 29
Hình 3.3. Thiết bị hàn GMAW. 33
Hình 3.4: Máy hàn SMAW và các ph kiện liên quan[6] 37
Hình 3.5: Nguyên lý hình thành mi hàn 38
Hình 3.6: Cấu to điện cực hàn SMAW 39
Hình 3.7. Đng đặc tính von-ampe 41
Hình 3.8: Nguyên lý hình thành mi hàn 43
Hình 3.9: Sự nh hng ca điện áp 44
Hình 3.10: Sự nh hng đến độ ngấu ca đng kính dây 45
Hình 3.11: Nguyên lý hình thành mi hàn trong hàn FCAW 46

Hình 3.12: Mi quan hệ giữa tc độ cấp dây và dòng điện 47
Hình 3.13: nh hng ca cực tính trong hàn FCAW 47
Hình 3.14: Độ dài điện cực và Stick out 48
Hình 3.15: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn ca công ty Sonaspection 50
Hình 3.16: Độ rộng vùng quét ti thiểu 51
Hình 3.16: Kích thớc khuyết tật hàn 52
Hình 3.17: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn thng sử dng trên thị trng 52
Hình 3.18: Kích thớc chi tiết mẫu có khuyết tật hàn 53
xiv

Hình 3.19: Biến tử đầu dò tổ hợp pha 56
Hình 3.20: Biểu đồ dng khi ca thiết bị 57
Hình 3.21: Mẫu chuẩn V1 59
Hình 3.22: Mẫu chuẩn Navships 59
Hình 3.23: Thớc đo 59
Hình 3.24: Máy tính cá nhân 59
Hình 3.25: Vùng dịch chuyển đầu dò 60
Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý kiểm tra chp nh phóng x 63
Hình 3.27: Chp nh các mi hàn 63
Hình 3.28: Chp mi hàn đng ng 64
Hình 4.1: D là vị trí xuất hiện khuyết tật thiếu ngấu cnh 66
Hình 4.2: Thiết kế chi tiết mẫu 66
Hình 4.3: Chuẩn bị mi ghép V đơn 67
Hình 4.4: Hình nh vết nt dng bẻ gãy 68
Hình 4.5: Kết qu vết nt to ra từ việc thêm đon đồng vào mi hàn 69
Hình 4.6: Vết nt hình thành khi hàn điện cực bằng gang 70
Hình 4.7: Phay rãnh to hóc cha xỉ 70
Hình 4.8: To hc cha xỉ bằng kỹ thuật điều chỉnh góc nghiên điện cực 71
Hình 4.9: Rỗ khí do thiếu khí bo vệ 71
Hình 4.10: Rỗ khí với kỹ thuật hàn hồ quang gián đon 72

Hình 4.11: Sử dng tắm kim loi chèn to khuyết tật 73
Hình 4.12: Nghiêng điện cực to khuyết tật 73
Hình 4.13: thiết kế mi ghép V đơn 74
Hình 4.14: Kỹ thuật hàn to khuyết tật nt 75
Hình 4.15: thiết kế mi ghép V đơn 75
Hình 4.16: Kỹ thuật to khuyết tật 76
Hình 4.17: thiết kế mi ghép kiểu V đơn 77
Hình 4.18: Kỹ thuật to khuyết tật rỗ khí 78
Hình 4.19: thiết kế mi ghép V đơn 78
xv

Hình 4.20: Kỹ thuật hàn to khuyết tật thiếu ngấu cnh 79
Hình 5.1: Mẫu chuẩn Navships sau khi gia công 84
Hình 5.2: Kết qu siêu âm tổ hợp pha 85
Hình 5.3: Các mẫu hiệu chỉnh cho ng sau khi gia công 86
Hình 5.4: Kết qu siêu âm tổ hợp pha 86
Hình 5.5: Thiết kế mi ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 87
Hình 5.6: Vị trí hàn đính và xử lý mi hàn đính 87
Hình 5.7: Hàn lớp th nhất 88
Hình 5.8: Hàn lớp đắp to khuyết tật rỗ khí 89
Hình 5.9: Hàn lớp đắp to khuyết tật 89
Hình 5.10: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 90
Hình 5.11: Hàn lớp ph 90
Hình 5.12: Thiết kế mi ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 91
Hình 5.13: Vị trí hàn đính và xử lý mi hàn đính 92
Hình 5.14: Hàn chế to khuyết tật nt 93
Hình 5.15: Hàn vị trí còn li ca lớp hàn th nhất 93
Hình 5.16: Hàn lớp đắp to khuyết tật 94
Hình 5.17: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 94
Hình 5.18: Hàn lớp ph 94

Hình 5.19: Các chi tiết cha khuyết tật 95
Hình 5.20: Các khuyết tật hàn trên phim chp nh phóng x 96
Hình 5.21: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 96
Hình 5.22: Các khuyết tật hàn trên phim chp nh phóng x 97
Hình 5.23: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 97
Hình 5.24: Thiết kế mi ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 98
Hình 5.25: Vị trí hàn đính và xử lý mi hàn đính 99
Hình 5.26: Hàn lớp th nhất 99
Hình 5.27: Hàn lớp đắp to khuyết tật rỗ khí 101
Hình 5.28: Hàn lớp đắp to khuyết tật 101
xvi

Hình 5.29: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 101
Hình 5.30: Hàn lớp ph 102
Hình 5.31: Thiết kế mi ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 102
Hình 5.32: Vị trí hàn đính và xử lý mi hàn đính 103
Hình 5.33: Hàn chế to khuyết tật nt 104
Hình 5.34: Hàn vị trí còn li ca lớp hàn th nhất 105
Hình 5.35: Hàn lớp đắp to khuyết tật 105
Hình 5.36: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 106
Hình 5.37: Hàn lớp ph 106
Hình 5.38: Các chi tiết cha khuyết tật 107
Hình 5.39: Các khuyết tật hàn trên phim chp nh phóng x 108
Hình 5.40: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 108
Hình 5.41: Các khuyết tật hàn trên phim chp nh phóng x 108
Hình 5.42: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 109
Hình 5.43: Thiết kế mi ghép V đơn và vị trí khuyết tật dự kiến 110
Hình 5.44: Vị trí hàn đính và xử lý mi hàn đính 110
Hình 5.45: Hàn chế to khuyết tật nt 111
Hình 5.46: Hàn vị trí còn li ca lớp hàn th nhất 112

Hình 5.47: Hàn lớp đắp to khuyết tật rỗ khí 112
Hình 5.48: Hàn lớp đắp to khuyết tật 114
Hình 5.49: Góc độ que hàn khi hàn SMAW 114
Hình 5.50: Hàn lớp ph 114
Hình 5.51: Các chi tiết cha khuyết tật 115
Hình 5.52: Các khuyết tật hàn trên phim chp nh phóng x 116
Hình 5.53: Các khuyết tật hàn bằng kiểm tra siêu âm tổ hợp pha 116



xvii

DANHăSỄCHăCỄCăBNG

BNG TRANG
Bng 2.1: Mi quan hệ giữa mi hàn và mi ghép 9
Bng 3.1: Thành phần hóa học ca các điện cực vônfram 28
Bng 3.2: Phân loi theo vch màu trên điện cực hàn GTAW 29
Bng 3.3: Lựa chọn đng kính điện cực và dòng điện hàn 30
Bng 3.4: Thành phần các chất hóa học trong argon 32
Bng 3.5: Phân loi ký hiệu que hàn theo AWS 40
Bng 3.6: hiệu chỉnh chế độ hàn trong hàn FCAW 46
Bng 3.7: Một vài kích thớc chi tiết mẫu đang đợc sử dng trên thị trng 52
Bng 4.1: Thông tin vật liệu cơ bn 67
Bng 4.2: Thành phần hóa học ca thép ASTM A106 Grade B 67
Bng 4.3: Thông tin vật liệu tiêu hao 67
Bng 4.4: Các kí hiệu ca thép theo tiêu chuẩn 80
Bng 4.5:Thành phần hoá học ca thép C45 theo tiêu chuẩn ISO 80
Bng 4.6: Thông tin vật liệu cơ bn 81
Bng 4.7: Thành phần hóa học ca thép ASTM A106 Grade B 81

Bng 5.1: Các chi tiết mẫu cha khuyết tật 83
Bng 5.2: Chế độ hàn to khuyết tật và hàn đắp 88
Bng 5.3: Chế độ hàn cho lớp th nhất 92
Bng 5.4: Kết qu đo các chi tiết mẫu 95
Bng 5.5: Chế độ hàn to khuyết tật và hàn đắp 100
Bng 5.6: Chế độ hàn cho lớp th nhất 104
Bng 5.7: Kết qu đo các chi tiết mẫu 107
Bng 5.8: Chế độ hàn cho lớp th nhất 111
Bng 5.9: Chế độ hàn to khuyết tật và hàn đắp 112
Bng 5.10: Kết qu đo các chi tiết mẫu 115

xviii
















1

Chngă1
GIIăTHIU

Nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển một các nhanh chóng nhất là
các nớc phát triển nh Hoa Kỳ, Nhật Bn, Nga… Sự phát triển ca khoa học kỹ thuật
đư đem li những diện mo mới cho cuộc sng con ngi và những công trình phc v
cho nhu cầu ca con ngi.
Trong sự phát triển đó có, công nghệ kiểm tra không phá huỷ (NDT) là một
công nghệ thiết yếu và không thể thiếu ca các ngành công nghiệp. Kiểm tra không
phá hy bao gồm các phơng pháp dùng để phát hiện các h hi, khuyết tật, kiểm tra
đánh giá tính toàn vẹn ca vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trng ca
đi tợng mà không làm nh hng đến kh năng sử dng ca đi tợng kiểm tra.
 nớc ta công nghệ kiểm tra không phá huỷ còn mới và kỹ thuật viên kiểm tra
bằng phơng pháp này đang còn hn chế. Và việc đào to kỹ thuật viện chuyên nghiệp
đòi hi trang thiết bị phc v cho đào to.Với yêu cầu về trang thiết bị phi có các mẫu
chuẩn, mẫu cha các loi khuyết tật hàn để phc v cho đào to và hiệu chuẩn thiết bị.
Hiện nay các mẫu đợc bán với giá thành cao và cha có công ty, tổ chc nào trong
nớc chế to mẫu theo đúng tiêu chuẩn quc tế về đào to kỹ thuật viên bằng phơng
pháp NDT.
Khuyết tật hàn trong các mi hàn ca đng ng gây nh hng nghiêm trọng
đến chất lợng kết cấu hàn cũng nh quá trình làm việc ca chúng. Ngoài ra, theo các
qui định về an toàn hot động trong các ngành công nghiệp hoá dầu, dầu khí, … cần
thực hiện kiểm tra định kỳ chất lợng các mi hàn bằng các phơng pháp NDT.
1.1. Tính cp thit caăđ tài
Cùng với sự phát triển không ngừng ca khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì
chất lợng sn phẩm cũng đợc coi là một trong những yêu cầu để đánh giá kỹ thuật
và công nghệ. Sn phấm chất lợng tt không những trong khâu chế to mà sau quá
trình hot động, kiểm tra sửa chữa vẫn đm bo đợc các tiêu chuẩn về chất lợng. Có
rất nhiều sn phẩm, công trình yêu cầu phi đm bo chất lợng, trong đó có chất
lợng mi hàn quyết định độ an toàn, giá trị và tuổi thọ ca sn phẩm, công trình công

nghiệp. Về việc phơng pháp kiểm tra khuyết tật mi hàn yêu cầu đội ngũ kỹ thuật
viên có kiến thc chuyên môn và tay nghề.
Trong phơng pháp kiểm tra khuyết tật mi hàn bằng phơng pháp không phá
hy ngoài việc phi đầu t thiết bị, các doanh nghiệp đào to và nghiên cu phi đầu
2

t chi tiết mẫu chuẩn và mẫu có khuyết tật hàn, các chi tiết mẫu này có giá thành rất
cao. Nghiên cu chế to mẫu chi tiết hàn trong nớc nhằm góp phần gim chi phí đầu
t cho việc đào to kỹ thuật viên kiểm tra khuyết tật mi hàn thực sự là một yêu cầu
cấp thiết đi với nớc ta hiện nay.
Nhằm gii quyết phần nào vấn đề trên, đề tài ―Nghiên cứu chế tạo mẫu phục
vụ đào tạo kỹ thuật viên kiểm tra bằng phương pháp NDT (chụp ảnh phóng xạ và
siêu âm tổ hợp pha)” đợc triển khai nghiên cu và chế to trong thực tế.
1.2. ụănghĩaăkhoaăhc và thc tin caăđ tài
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần vào việc xây dựng quy trình chế to các mẫu
sử dng trong việc đào to kỹ thuật viên kiểm tra không phá hy ti các trng
học và công ty.
- ụ nghĩa thực tiễn:
+ Chế to các mẫu phc v đào to kỹ thuật viên kiểm tra không phá huỷ
(NDT).
+ Xây dựng quy trình chế to mẫu.
1.3. Mc tiêu nghiên cu caăđ tài
Nghiên cu khuyết tật hàn thng gặp phi trong thực tiễn chế to kết cấu hàn.
Nghiên cu và xây dựng qui trình hàn chế to chi tiết mẫu có khuyết tật hàn.
Chế to thử nghiệm chi tiết mẫu phc v đào to kỹ thuật viên kiểm tra khuyết
tật hàn bằng phơng pháp NDT (Chp nh phóng x và siêu âm tổ hợp pha).
1.4. Điătng và phm vi nghiên cu
1.4.1. Điătng nghiên cu
Đề tài nghiên cu các khuyết tật thng xuất hiện trong các mi hàn là: khuyết
tật ngậm xỉ (slag inclusions), thiếu ngấu (lack of fusion), rỗ khí (porosity) và nt

(cracks) [4, 7].
Đề tài tập trung nghiên cu chế to mẫu hiệu chuẩn, mẫu cha khuyết tật hàn và
sử dng phơng pháp kiểm tra khuyết tật mi hàn bằng chp nh phóng x và siêu âm
tổ hợp pha.
1.4.2. Phm vi nghiên cu
Qui trình công nghệ hàn chế to chi tiết mẫu cho các khuyết tật ngậm xỉ, thiếu
ngấu, rỗ khí và nt với mi hàn giáp mi ng.
Nghiên cu chế to thử nghiệm chi tiết mẫu với vật liệu là thép carbon nh:
ASTM A106, C45 [15].
Kích thớc đng kính ng: 26mm, 43mm, 72mm, 120mm và có độ dày:
6.7mm, 7.4mm, 8.8mm, 12mm cho mẫu hiệu chuẩn các sn phẩm ng [13,14].
3

Kích thớng đng kính 60.3 mm, 101.6 mm, 152.4 mm và độ dày 8.5 mm,
10.5mm, 13mm cho các mẫu cha khuyết tật hàn.[14]
Phơng pháp kiểm tra khuyết tật hàn bằng siêu âm tổ hợp pha và chp nh
phóng x.
1.5. Phngăphápănghiênăcu
Nghiên cu lý thuyết về phơng pháp kiểm tra, quy trình hàn, vật liệu hàn và
phơng pháp to ra khuyết tật từ đó chế to mẫu theo yêu cầu. Qua việc thực nghiệm
to các mẫu từ đó đề xuất phơng pháp chế to mẫu chuẩn, mẫu hiệu chỉnh và mẫu
cha khuyết tật hàn. Từ các mẫu ta dùng hai phơng pháp kiểm tra để phát hiện
khuyết tật qua đó đánh giá hiệu qu ng dng ca quy trình công nghệ vào chế to
mẫu.
1.6. Kt cu ca lunăvĕn
Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 6 chương:
Chơng 1 trình bày giới thiệu, tính cấp thiết và lỦ do hình thành đề tài, Ủ nghĩa
khoa học và thực tiễn, mc tiêu nghiên cu, đi tợng, phm vi và giới hn ca đề tài,
phơng pháp nghiên cu, kết cấu ca luận văn tt nghiệp.
Chơng 2 trình bày tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cu.

Chơng 3 trình bày cơ s lỦ thuyết để gii quyết vấn đề.
Chơng 4 trình bày đề xuất quy trình chế to mẫu
Chơng 5 trình bày chế to thực nghiệm.
Chơng 6 trình bày kết luận và kiến nghị để phát triển đề tài.










4

Chngă2
TNGăQUANăNGHIểNăCUăĐăTÀI

2.1. Tng quan nghiên cu caăđ tài
2.1.1. Tình hình nghiên cu caăđ tƠiăngoƠiănc
Trên thế giới đư có một s công trình nghiên cu về đề tài này, các công trình
nghiên cu đư đợc ng dng trong việc sn xuất các chi tiết mẫu phc v trong
nghiên cu và thơng mi. Nhiều công ty đợc thành lập chỉ chuyên sn xuất các chi
tiết mẫu phc v cho nghiên cu và đào to nh: công ty Sonaspection có văn phòng 
s 23 Ladies Walk Caton Road. Lancaster LA1 3NX. England. Công ty FlawTech,
Inc, 4486 Raceway Dr concord, NC 28027 USA [24] Dới đây là một s công trình
nghiên cu đư công b.
Công trình nghiên cu và báo cáo khoa học ―Manufacturing of welded joints
with realistic defects‖ ca Marcello Consonni năm 2011 ti Telford, Vơng quc

Anh[9]. Báo cáo công b một s phơng pháp hàn to lỗi chi tiết mẫu dùng trong đào
to kiểm tra không phá hy, u điểm ca công trình là nêu ra đợc các phơng pháp
để to ra một s khuyết tật mi hàn với phơng pháp hàn GTAW và SMAW, kh năng
điều khiển kích thớc khuyết tật khá chính xác. Tuy nhiên công trình không nghiên
cu sâu rộng vào kiểm tra bằng phơng pháp siêu âm, các khuyết tật rỗ khí và dng
nt đng trong công trình thì rất khó phát hiện bằng phơng pháp siêu âm [9].

Hình 2.1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trng [24]
Công trình nghiên cu ca Lucas W ―Making defective welds for Sizewell 'B',
Welding & Metal fabrication‖ tháng 3 năm 1992 [37]. Đề tài tập trung vào các phơng
pháp, nghiên cu các nguyên nhân và đề xuất các phơng pháp tổng quát để có đợc
5

các khuyết tật mi hàn nh mong mun, thuộc size B phc v trong các lò nớc sôi
điện ht nhân. Tuy nhiên đề tài không đa ra bất kỳ qui trình hay phơng pháp c thể
để chế to ra một khuyết tật.
Công trình ―Guidebook for the Fabrication of Non-Destructive Testing (NDT)
Test Specimens‖ ca Cơ quan Năng Lợng Nguyên tử Quc tế (IAEA)[22], đây là
một trong những công trình nghiên cu và đề xuất khá đầy đ về cách thc chế to
một khuyết tật ―c Ủ‖. Trong đó tài liệu nêu rõ các tiêu chuẩn cần phi có khi tiến hành
chế to một khuyết tật mi hàn c Ủ. Tuy nhiên công trình cũng không nêu một qui
trình c thể nào cho việc chế to khuyết tật.
Công trình ―ENIQ recommended practice 5: guidelines for the design of test
pieces and conduct of test piece trials issue 1‖ca Trung tâm nghiên cu hỗn hợp
thuộc Viện vật liệu nâng cao DG-JRC, y ban Châu Âu, xuất bn tháng 2 năm
1999[27]. Đây là một tài liệu hớng dẫn về cách chuẩn bị và chế to một khuyết tật
tùy theo tiêu chuẩn áp dng cho mỗi nớc, tài liệu chỉ trình bày chung về vấn đề làm
thế nào để thực hiện chuẩn bị và chế to mẫu theo dng lý thuyết áp dng, tài liệu
không nói về thực hiện chế to mẫu nh thế nào, cách thực hiện ra sao.
Ngoài những công trình đư nêu, trên thế giới cũng có nhiều công trình nghiên

cu về lĩnh vực khuyết tật mi hàn và các kỹ thuật kiểm tra khuyết tật mi hàn bằng
phơng pháp không phá hy (NDT-Non destructive testing) nh: Crutzen S; Lemaitre
P; ―Iacono I Realistic defects suitable for ISI (in service inspection) capability
evaluation and qualification‖[25] phc v trong việc kiểm tra đánh giá trình độ chuyên
môn trong ngành đóng tàu, ht nhân và bồn áp lực ti Thy Điển năm 1996. Báo cáo
ca Neundorf B; Csapo G; Erhard A ―Optimising the NDT (nondestructive testing) of
boiling water reactors by using realistic flaws in the cladding.‖, ti hội nghị Châu Âu
về kiểm tra không phá hy ti Đc tháng 10 năm 1998[26]. Công trình ca Virkkunen
I; Kempainen M; Ostermeyer H; Paussu R ―Grown cracks for NDT development and
qualification‖ công trình nghiên cu phát triển các vết nt phc v trong đào to kiểm
tra không phá hy (NDT)[35]. Công trình ca Söderstrand H ―Guidelines for the
Design of Test Pieces and Conduct of Test Piece Trials (ISSUE 2)‖[28] là một tài liệu
hớng dẫn về thiết kế mẫu chi tiết hàn bị khuyết tật, phù hợp theo tiêu chuẩn ca từng
quc gia ti các nớc Châu Âu.

6


Hình 2.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị trng [38]



Hình 2.3: Một s chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị trng [38]


Hình 2.4: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trng [24]
2.1.2. Tình hình nghiên cu caăđ tƠiătrongănc
Trong nớc cha có công trình nghiên cu hay bài báo nào về mẫu chi tiết hàn
có khuyết tật. Qua kho sát các công trình nghiên cu trong và ngoài nớc chúng ta có
thể kết luận một s vấn đề sau:

- Đây là lĩnh vực nghiên cu đang đợc quan tâm hiện nay.
- Trong nớc cha có công trình nào đợc công b về lĩnh vực này.
Các công trình ngoài nớc tuy đư đợc nghiên cu và có công b, nhng cha
có công trình nào trình bày về qui trình công nghệ chế to các chi tiết mẫu có khuyết
7

tật hàn. Ch yếu là đề cập đến các yêu cầu hớng chế to mẫu và phơng pháp kiểm
tra khuyết tật, thng là sử dng các phơng pháp NDT.
2.2. Công ngh hàn
Trong sn xuất cơ khí, công nghệ hàn đợc sử dng hết sc phổ biến đợc dùng
để chế to các kết cấu kim loi. Bằng phơng pháp hàn có thể chế to những kết cấu
phc tp từ những chi tiết đơn gin. Có thể hàn đợc thép với thép, gang với gang,
những kim loi có tính chất khác nhau nh gang với thép hoặc kim loi đen với kim
loi mầu. Hàn giúp tiết kiệm kim loi ( so với tán, hàn tiết kiệm 10- 20%; với đúc tiết
kiệm tới 60% kim loi…). Hàn giúp gim thi gian chế to, độ bền, độ kín cao, kh
năng cơ khí tự động hóa cao.
2.2.1. Mi hàn
Hàn là phơng pháp ni hai hay nhiều chi tiết kim loi thành một mà không thể
tháo ri đợc bằng cách nung nóng chúng ti vùng tiếp xúc đến trng thái nóng chy
hay dẻo, sau đó không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với
nhau. Khi hàn nóng chy, kim loi bị nóng chy, sau đó kết tinh hoàn toàn to thành
mi hàn. Khi hàn áp lực, kim loi đợc nung đến trng thái dẻo, sau đó đợc ép để to
nên mi liên kết kim loi và tăng kh năng thẩm thấu, khếch tán ca các phần tử vật
chất giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau to thành
mi hàn.[6]
Phân loi mi hàn ph thuộc vào dng mi ghép và mi hàn đó thuộc mi hàn
ngấu hoàn toàn (Complete Joint Penetration-CJP) hay ngấu một phần (Partial Joint
Penetration-PJP). Tiêu chuẩn chia các loi mi hàn thành các dng sau:
- Mi hàn giáp mi

(a)
(b)
8


Hình 2.5: Mi hàn giáp mi[20]
(c)



- Mi hàn góc


(a)
(b)

Hình 2.6: Mi hàn góc[20]
(c)

- Mi hàn bẻ g

Hình 2.7: Mi hàn bẻ g[20]
- Mi hàn nút

Hình 2.7: Mi hàn bẻ g[20]

9

- Mi hàn điểm

Hình 2.8: Mi hàn điểm[20]
- Mi hàn phc hợp


(a)
(b)


(c)
(d)
Hình 2.9: Mi hàn phc hợp[20]
Để làm rõ sự quan hệ giữa mi hàn và loi mi ghép ta có thể tham kho bng
sau:
Bng 2.1: Mi quan hệ giữa mi hàn và mi ghép [12]
Loi mi ghép
(Joint types)
Loi mi hàn (Weld types)
Giáp
mi
(Butt)
Góc
(Fillet)
Nút
(Flug)
Điểm
(Spot)
Bẻ g
(Edge)
Giáp mi (Butt)

X
X



Chữ T (Tee)
X
X



Góc ngoài (Corner)
X
X



Chồng mí (Lap)

X
X
X

Bẻ g (Edge)




X
10

Trong các phơng pháp hàn hồ quang làm kim loi đến trng thái nóng chy, hồ
quang hàn sẽ làm nóng chy kim loi cơ bn, kim loi điền đầy và thuc bo vệ vũng
hàn. Vì vậy kim loi mi hàn, kim loi cơ bn sẽ tri qua hàng lot các phn ng hóa
học gây trớc khi mi hàn đợc hình thành. Các thay đổi này gây ra hàng lot thay đổi
tế vi và hình dáng ca mi ghép hàn khi đông đặc, có những sự thay đổi là lợi cho ni
ghép hàn nhng cũng có những thay đổi làm gim kh năng làm việc ca mi hàn khi
sử dng.










Các thay đổi không mong mun làm gim kh năng làm việc ca mi hàn đợc
gọi là khuyết tật hàn, các khuyết tật này có thể là sự thay đổi gây ra sự bất liên tc
trong mi hàn nh: ngậm xỉ, không ngấu, thiếu ngấu, rỗ khí, nt, cháy chân vv hoặc
có thể là khuyết tật làm thay đổi hình dng ngoi quan ca mi ghép hàn nh: mi hàn
bị lệch cnh, sự không đồng phẳng ca mi ghép, chy tràn, cháy thng vv Những
khuyết tật này có thể đợc nhìn thấy trực tiếp bằng mắt nhng cũng có những khuyết
tật không thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt.
2.2.2. CácăloiăkhuytăttăhƠn
2.2.2.1. Thiuănguă(ăLack of fusion)
Mi hàn thiếu ngấu là hiện tợng kim loi mi hàn và kim loi cơ bn (basic
metal) hoặc giữa các kim loi mi hàn  các lớp không liên kết li với nhau. Đây là

loi khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. Ngoài nh hng không tt nh rỗ khí
và ngậm xỉ, nó còn là nguyên nhân chính dẫn đến các vết nt gây phá hy liên kết khi
làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[35] phân chia các khuyết tật thiếu ngấu
thành các dng sau:
- Thiếu ngấu cnh (Lack of sidewall fusion)



Hình 2.10. Khuyết tật trên bề mặt và trong mi hàn[22]
Trên bề mặt
Trên bề mặt
Trong mi hàn
11

- Thiếu ngấu giữa các lớp (Lack of inter-run fusion)
- Thiếu ngấu chân (Lack of root fusion)
a. Thiuănguăcnh
Là hiện tợng kim loi mi hàn thiếu liên kết với cnh mép vát kim loi cơ bn.
Khuyết tật này có thể đợc nhìn thấy trực tiếp (trên mi hàn) bằng mắt hoặc không
nhìn thấy trực tiếp đợc bằng mắt (trong mi hàn). Khuyết tật đợc phát hiện trên
phim Chp nh phóng x bằng vùng màu đen thẳng liên tc hoặc đt đon  hai bên
mép vát mi hàn. Kỹ thuật siêu âm màu sẽ cho thấy khuyết tật nằm bên cnh mép vát,
với một mặt là đng thẳng đều, mặt bên cho biên dng không đều.




a) Vị trí thng xuất hiện khuyết tật
b) Phát hiện khuyết tật bằng Chp nh
phóng x

Hình 2.11: Khuyết tật thiếu ngấu cnh [24]
Nguyên nhân:
- Nhiệt độ vào (heat input) thấp
- Kim loi chy tràn lên trớc vũng hàn
- Vật hàn bị bẩn
- Điều chỉnh cuộn cm tăng quá cao trong dng chuyển dịch khi hàn GMAW.
b. Thiuănguăgiaăcácălp
Là hiện tợng kim loi mi hàn giữa lớp hàn trớc không liên kết với kim loi
mi hàn  lớp hàn sau trong mi hàn nhiều lớp, chiều cao rưnh thiếu ngấu quá lớn
cũng dễ dẫn đến hiện tợng bẫy xỉ trong rưnh thiếu ngấu và to nên khuyết tật ngậm xỉ
và không thấu (hình 2.12). Khuyết tật này rất dễ phát hiện bằng đầu dò siêu âm sóng
thẳng với gai sóng tơng tự khuyết tật thiếu ngấu cnh với đng biên dng thẳng.
Vị trí khuyết tật
12



a) Vị trí khuyết tật
b) Phát hiện khuyết tật bằng Chp nh phóng x
Hình 2.12: Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp [24]
Nguyên nhân:
- Cng độ dòng điện hồ quang thấp
- Tc độ hàn quá nhanh
- Vị trí đng hàn bị lệch
c. Thiuănguăchân
Là hiện tợng kim loi mi hàn  lớp chân (root) không liên kết với cnh mép
vát ca chi tiết hàn, khuyết tật này thng để li một vết đen thẳng trên phim chp nh
phóng x, khuyết tật có thể xuất hiện một bên hoặc hai bên cnh mi hàn  lớp chân,
phơng pháp siêu âm cũng dễ dàng phát hiện khuyết tật này bằng đầu dò góc với dng
sóng tơng tự nh nt chân mi hàn (hình 2.13).

a)Vị trí khuyết tật
b) Phát hiện khuyết tật bằng chp nh
phóng x
Hình 2.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân [24]
Nguyên nhân:
- Nhiệt độ đầu vào thấp
- Điện cực quá lớn
- Hàn sai thao tác, khe h và mặt phẳng đáy quá lớn, góc độ điện cực sai…
- Chi tiết bị lệch


Vị trí khuyết tật