Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn

NGUYỄN XUÂN HẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN XUÂN HẢI

CHUYÊN NGÀNH CN HÀN

XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ
CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI NÓNG CHẢY
CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠNG NGHỆ HÀN

KHỐ 2011B
Hà Nội – Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN XUÂN HẢI

XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ
CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI NÓNG CHẢY
CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

Chuyên ngành :

CÔNG NGHỆ HÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS-TS. HOÀNG TÙNG

Hà Nội – Năm 2014


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

LỜI CAM ĐOAN
Tơi là Nguyễn Xn Hải, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011B,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Trong thời gian học tập nghiên cứu, được sự
giúp đỡ của thầy PGS.TS HỒNG TÙNG, Cơng ty Cổ phần tư vấn và đào tạo
CTWEL, Công ty Cổ phần LILAMA 18 (LILAMA 18 JSC) ...Tôi đã tham gia
nghiên cứu đề tài “Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn
giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn”
Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện đang sử
dụng và các cơng trình đã được cơng bố (ngoại trừ các bảng biểu số liệu tham khảo
và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và nghiên cứu được phép sử
dụng).
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình.
Hà Nội,ngày 20 tháng 01 năm 2014
Tác giả

NGUYỄN XUÂN HẢI

Nguyễn Xuân Hải

Trang 1/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lịng cám ơn chân thành của mình tới PGS.TS HOÀNG TÙNG,
người đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu,
tổ chức thực hiện đến q trình viết và hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào tạo Sau
đại học – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn
thành bản Luận văn này.
Tác giả trân trọng cám ơn Giám đốc, phòng kỹ thuật Cơng ty Lilama 18/Bình
dương đã tạo điều kiện cho tơi hoàn thành phần thực nghiệm của Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả
rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cơ giáo, các nhà khoa học và
bạn bè đồng nghiệp.
Hà Nội,ngày 20 tháng 01 năm 2014
Tác giả

NGUYỄN XUÂN HẢI

Nguyễn Xuân Hải

Trang 2/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................... 5
THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .............................................................. 9
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 11
I. Mục đích nghiên cứu: ..................................................................................................... 11
II. Nội dung của đề tài: ...................................................................................................... 11
III Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................ 12
Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................................... 13
1.1.Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hàn bình chịu áp lực trên thế giới ............. 13
1.2. Tình hình chế tạo,nghiên cứu chất lượng hàn binh chịu áp lực ở Việt nam .............. 17
Chương II:TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI .......................................... 31
2.1. Phương trình truyền nhiệt của hồ quang hàn trên bề mặt bán vơ hạn ........................ 31
2.2.Tính hàn của thép các bon kết cấu: ............................................................................. 40
2.3.Tổ chức kim loại liên kết hàn hồ quang nóng chảy ..................................................... 50

Chương III: THỰC NGHIỆM VÀ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM ....................................... 67
3.1.Tính tốn các thơng số chuyển biến Austenit đối với thép các bon. ........................... 67
3.2.Phân tích tổ chức kim loại ở các vùng đo nhiệt độ theo thời gian .............................. 93
3.3.Các giấy chứng nhận kết quả thử nghiệm: ................................................................ 103
3.4.Đánh giá kết quả thực nghiệm: .................................................................................. 121
CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ . ................................................................ 122
Kết luận: .......................................................................................................................... 122
Kiến nghị: ........................................................................................................................ 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 122
I. THẾ GIỚI ..................................................................................................................... 124
II. VIỆT NAM ................................................................................................................. 126
Nguyễn Xuân Hải

Trang 3/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Nội dung

Trang

Bảng B1: Vật liệu thép tấm cho việc chế tạo bình bồn áp lực .......................................... 16
Bảng B2: Danh mục các dự án Bình bồn áp lực chế tạo tại DOOSAN Vina .................. 25
Bảng B3: Danh sách nhà chế tạo có chứng chỉ chất lượng U-stamp ................................ 27

Bảng B4: Tính chất lý hóa của một số kim loại và hợp kim ............................................. 35
Bảng B5: Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp hàn.................................... 35
Bảng B6: Một số tính năng cơ học của thép cacbon thấp ................................................. 41
Bảng B7: Một số tính năng cơ học của thép cacbon thấp ................................................. 41
Bảng B8: Giới hạn chảy và giới hạn bền của các loại thép thông dụng theo ASTM........ 44
Bảng B9: Tương quan chiều dầy và nhiệt độ gia nhiệt ..................................................... 48
Bảng B10: Phân loại thép Cacbon theo tính hàn. .............................................................. 49
Bảng B11: Phân loại thép theo nhóm – ASME IX/2010 .................................................. 49
Bảng B12: Phân loại nhóm thép có độ bền kéo 41Kg/mm2 ............................................. 50
Bảng B13: Yêu cầu về chỉ tiêu cơ tính .............................................................................. 67
Bảng B14: Yêu cầu về thành phần hóa học ....................................................................... 68
Bảng B15: Thơng số cơ lý hóa vật liệu khảo sát thép tấm A516 Gr.70 ............................ 69
Bảng B16: Kết quả phân tích thành phần hóa mẫu thử nghiệm ........................................ 71
Bảng B17: Chế độ hàn SAW thực tế trên mẫu .................................................................. 77
Bảng B18: Kết quả tính tốn trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SAW ........................... 77
Bảng B19: Kết quả đo nhiệt độ ......................................................................................... 80
Bảng B20: Chế độ hàn FCAW thực tế trên mẫu ............................................................... 83
Bảng B21: Kết quả tính tốn trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn FCAW ........................ 83
Bảng B22: Số liệu nhiệt độ được đo.................................................................................. 87
Bảng B23: Chế độ hàn SMAW thực tế trên mẫu .............................................................. 89
Bảng B24: Kết quả tính tốn trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SMAW ....................... 89
Bảng B25: Số liệu nhiệt độ được đo.................................................................................. 93
Bảng B26: Kết quả đo độ cứng HV tại LAB................................................................... 103

Nguyễn Xuân Hải

Trang 4/127

Lớp 11BCNH

Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

DANH MỤC HÌNH VẼ
Nội dung

Trang

Hình I-1: Lịch sử nồi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon .................................. 13
Hình I-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon ................................... 13
Hình I-3: Bồn làm lạnh nhiệt độ sử dụng – 40oC đến – 60oC, .......................................... 14
Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg .......... 14
Hình I-5: Bồn áp lực bằng thép Titan ................................................................................ 14
Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thiết kế và chế tạo theo TCVN 7704 : 2007 ................ 17
Hình I-7: Kho lạnh LPG Thị Vải 2 bồn LPG lạnh trung tâm ............................................ 18
Hình I-8: Bồn chứa khí hố lỏng LPG/ ............................................................................. 18
Hình I-9: Bồn chứa khí hố lỏng LPG/ ............................................................................. 19
Hình I-10+I-11: Bồn kiểu đứng, chứa khí Ơxy, ................................................................ 19
Hình I-12: 26 bồn áp lực theo tiêu chuẩn ASME .............................................................. 20
Hình I-13: Bồn áp lực vật liệu SA516 Gr.70 cho dự án Phú Mỹ II .................................. 20
Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hãng .................. 21
Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dầu .................................................................... 21
Hình I-19: Hệ thống bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N) ....................................... 22
Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mơng dương 2/Quảng ninh ............................................. 23
Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giàn ống trao đổi nhiệt ........................................................ 23
Hình II-1: Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tấm mỏng ............................................... 32
Hình II-2/-3: Đồ thị của nhiệt độ cho các nguồn nhiệt đường trong tấm phẳng mỏng ..... 32
Hình II-4: Sơ đồ tính tốn nguồn nhiệt điểm di động trong tấm dầy ................................ 33

Hình II-5/-6 . Các đường đẳng nhiệt trong mặt phăng ξ-Ψ............................................... 33
Hình II-7/-8: Sơ đồ ba chiều của lời giải tấm dày Rosenthal ............................................ 34
Hình II-9: Chu trình nhiệt hàn ........................................................................................... 38
Hình II-10: Sơ đồ tính bề dày tương đương (CJT) các kết cấu hàn .................................. 47
Hình II-11: Biểu đồ tương quan Ceq và nhiệt độ cần gia nhiệt ........................................ 47
Hình II-12: tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt & mối hàn .............................................. 51
Hình II-13: cấu trúc tế vi tiết diện ngang mối hàn ............................................................ 53
Nguyễn Xuân Hải

Trang 5/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Hình II-14: Chu trình nhiệt hàn vùng ảnh hưởng nhiệt của các q trình hàn nóng chảy ........ 57
Hình II-15: Giản đồ CCT cho thép AISI 1080 .................................................................. 59
Hình II-16: Giản đồ CCT cho thép AISI 1020 .................................................................. 60
Hình II-17: Phân tích điểm chuyển biến pha cho thép 0.2%C .......................................... 65
Hình III-1: Thiết bị Metal Lab 75/80J MVU-GNR/Italy .................................................. 70
Hình III-2: Kích thước mẫu hàn SAW ............................................................................. 76
Hình III-3a/b Máy hàn tự động SAW Lincoln IDEALARC DC-1000 ............................. 77
Hình III-3c Thuốc hàn AWS A5.17 F7A(P)8-EH14 ........................................................ 78
Hình III-3d Dây hàn ASME SFA 5.17/EH14 ................................................................... 78
Hình III-4a Chi tiết liên kết hàn ........................................................................................ 78
Hình III-4b Mặt cắt ngang mối hàn ................................................................................... 78
Hình III-4c Tư thế hàn ASME 1G ..................................................................................... 78

Hình III-4d Chuẩn bị mẫu hàn........................................................................................... 78
Hình III-5a/b Trong và sau quá trình hàn .......................................................................... 79
Hình III-5e: mẫu hàn và vị trí đo nhiệt độ ......................................................................... 80
Hình III-6a: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 1~7 ....................................................................... 81
Hình III-6b: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 2~8 ....................................................................... 81
Hình III-7b: Mẫu số #2: kích thước (180x300xt12mm)x2 ............................................... 82
Hình III-8a/b Dây hàn FCAW Kiswel K-71T AWS A5.20/E71T-1C .............................. 83
Hình III-9a: Chi tiết liên kết hàn ....................................................................................... 84
Hình III-9b: Mặt cắt ngang mối hàn .................................................................................. 84
Hình III-9c Tư thế hàn ASME 3G ..................................................................................... 84
Hình III-9d Phương pháp hàn ............................................................................................ 84
Hình III-10a: Đo nhiệt độ trước khi hàn............................................................................ 85
Hình III-10b:Đo nhiệt độ khi hàn ...................................................................................... 85
Hình III-10c: Giám sát trong quá trình hàn ....................................................................... 85
Hình III-10d: Đo các thơng số U/I trong khi hàn .............................................................. 85
Hình III-10e Mẫu sau khi hàn ........................................................................................... 86
Hình III-10f Mẫu sau khi hàn ............................................................................................ 86

Nguyễn Xuân Hải

Trang 6/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Hình III-11a: Biểu đồ đo nhiệt độ FCAW ......................................................................... 87

Hình III-12a: Kích thước mẫu hàn thử nghiệm ................................................................. 88
Hình III-12b Chi tiết liên kết hàn ...................................................................................... 88
Hình III-12c Mặt cắt ngang mối hàn ................................................................................ 88
Hình III-13e Mẫu hàn mặt trước ở tư thế 3G .................................................................... 90
Hình III-13f Mẫu hàn mặt sau có 6 đầu dây cặp nhiệt ...................................................... 90
Hình III-14a Kết cấu mối nối hàn vát mép V-đơn 600 ...................................................... 90
Hình III-14b Thiết bị đo và vẽ biểu đồ nhiệt độ ................................................................ 90
Hình III-14c Đo nhiệt độ trước khi hàn ............................................................................. 91
Hình III-14d Đo nhiệt độ trong khi hàn............................................................................. 91
Hình III-14e Trong quá trình hàn ...................................................................................... 91
Hình III-14f Giám sát trong quá trình hàn......................................................................... 91
Hình III-14g Biểu đồ ghi nhiệt độ ..................................................................................... 91
Hình III-14h Hiển thị nhiệt độ trên kênh số #5 ................................................................. 91
Hình III-14k/l Súng đo nhiệt độ hồng ngoại từ xa ............................................................ 92
Hình III-14m: Mẫu hàn SMAW & các vị trí đo nhiệt độ .................................................. 92
Hình III-15a: Biểu đồ nhiệt độ .......................................................................................... 93
Hình III-16a: Mẫu hàn đang kiểm tra siêu âm UT ............................................................ 94
Hình III-16b: Mẫu hàn cắt trước khi gia công các mẫu macro & kim tương ................... 94
Hình III-17a Máy cắt mẫu ................................................................................................. 96
Hình III-17b Máy mài thơ ................................................................................................. 96
Hình III-17c Máy ép & tạo phơi ........................................................................................ 96
Hình III-17d Máy mài tinh ................................................................................................ 96
Hình III-17e Các mẫu sau khi gia cơng mài ...................................................................... 97
Hình III-17f Máy phân tích thành phần hóa học ............................................................... 97
Hình III-17g: Kính hiển vi điện tử .................................................................................... 97
Hình III-17h: Hiệu chỉnh & đo hình ảnh kim tương 50, 100 lần ...................................... 97
Hình III-18a: FCAW-3G-thk12-M1 .................................................................................. 98
Hình III-18b: FCAW-3G-thk12-M2.................................................................................. 98

Nguyễn Xuân Hải

Trang 7/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Hình III-18c: FCAW-3G-thk16-M1 .................................................................................. 98
Hình III-18d: FCAW-3G-thk16-M2................................................................................. 98
Hình III-18e: SAW-16-thk16-M1 ................................................................................... 99
Hình III-18f: SAW-1G-thk16-M2 ................................................................................... 99
Hình III-18g: SMAW-3G-thk12-M1 ............................................................................... 99
Hình III-18h: SMAW-3G-thk12-M2 ............................................................................... 99
Hình III-19b: Mẫu FCAW-3G-thk16-M1/Độ phóng đại x 500 ...................................... 100
Hình III-19c: Mẫu FCAW-3G-thk16-M2/Độ phóng đại x 500 ...................................... 101
Hình III-19e Mẫu SAW-16-thk16-M2/ Độ phóng đại x 500 .......................................... 101
Hình III-20a: Vị trí đo độ cứng HV................................................................................. 102
Hình III-20b: Máy đo độ cứng 401MVD của Mỹ ........................................................... 102
Giấy chứng nhận BC1: VCN720-13 M01~M04 ............................................................. 105
Giấy chứng nhận BC2: VCN 819-13-M01a .................................................................... 106
Giấy chứng nhận BC3: VCN 819-13-M02a .................................................................... 107
Giấy chứng nhận BC4: VCN 819-13-M03a .................................................................... 108
Giấy chứng nhận BC5: VCN 819-13-M04a .................................................................... 109
Giấy chứng nhận BC6: VCN 819-13-M05a .................................................................... 110
Giấy chứng nhận BC7: VCN 819-13-M06a .................................................................... 111
Giấy chứng nhận BC8: VCN 819-13-M07a .................................................................... 112
Giấy chứng nhận BC9: VCN 819-13-M08a .................................................................... 113

Giấy chứng nhận BC10: VCN 819-13-M01b ................................................................. 114
Giấy chứng nhận BC11: VCN 819-13-M02b ................................................................. 115
Giấy chứng nhận BC12: VCN 819-13-M03b ................................................................. 116
Giấy chứng nhận BC13: VCN 819-13-M04b ................................................................. 117

Nguyễn Xuân Hải

Trang 8/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Đơn vị

Ký hiệu

Ý nghĩa

NDT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng phương pháp không khá hủy.

VT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng mắt thường

PT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng thấm mao dẫn

UT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng siêu âm

C eq

%

Phần trăm cacbon tương đương

HCS

%

Hệ số nhạy cảm nứt nóng

HV max

%

Tiêu chuẩn độ cứng của vùng ảnh hưởng nhiệt

б ch

kg/cm2

Giới hạn chảy của vật liệu

бb

kg/cm2

Độ bền kéo của vật liệu

x

mm

Tọa độ phương trùng với hướng hàn

y

mm

Tọa độ phương ngang với hướng hàn

z

mm

Tọa độ phương vng góc với bề mặt hàn

T

o

Nhiệt độ tại điểm cần khảo sát của vật hàn

A c1

o

Nhiệt độ chuyển biến pha Austenit Ac1

A c3

o

Nhiệt độ chuyển biến pha Austenit Ac3

W HAZ

mm

Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt

tp

s

Thời gian lưu kim loại tại nhiệt độ austenite hóa ∆ ta

k

J/mm.s.oC

Hệ số dẫn nhiệt của kim loại

ρ

g/cm3

Khối lượng riêng của kim loại

c

J/g.oC

Nhiệt dung riêng của kim loại

q(x,y)

W/mm2

Sự phân bố dòng nhiệt trên bề mặt vật hàn

Q

J

Năng lượng hồ quang

qđ

J/mm

Năng lượng đường truyền vào chi tiết hàn

U

V

Điện áp hàn

I

A

Dòng điện hàn

V

mm/s

Vận tốc hàn

C

C
C

η

Nguyễn Xuân Hải

Hiệu suất hồ quang

Trang 9/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

∆t8/5

s

Thời gian nguội từ 8000C đến 500oC

ρc

J/mm3 oC

Hệ số vật liệu

r

mm

Khoảng cách từ nguồn nhiệt đến điểm cần khảo sát

a

mm2/s

Hệ số khuếch tán nhiệt

Vn

o

Tốc độ nguội tại đường tâm của mối hàn

To

o

Nhiệt độ ban đầu của vật hàn

Tm

o

Nhiệt độ tại đó tiến hành tính tốn tốc độ nguội

C/s
C
C

Nguyễn Xuân Hải

Trang 10/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Mục đích nghiên cứu:
Hiện nay ở Việt nam việc chế tạo, đánh giá chất lượng liên kết hàn bình chịu
áp lực đại đa số là ứng dụng các thành quả chế tạo, nghiên cứu của thế giới
từ đó vận dụng kinh nghiệm có xây dựng một số các tiêu chuẩn đánh giá và
ứng dụng các trang thiết bị, dụng cụ để kiểm tra đánh giá chất lượng theo
tiêu chí của khách hàng/dự án cụ thể nhận xét do vậy đã tồn tại ở các cơ sở
chế tạo cũng như các cơ sở nghiên cứu gặp khó khăn về dự đốn đạt độ tin
cậy về chất lượng mối liên kết hàn khi thiết kế chế tạo bình áp lực.
Vì vậy mục tiêu của đề tài là xây dựng cơ sở lý thuyết, kết hợp với thực
nghiệm và số liệu thực tiễn để đưa ra hướng dự đoán độ tin cậy về chất lượng
liên kết hàn bình chịu áp lực từ thép các bon ngay trong giai đoạn thiết kế kết
cấu, thiết kế công nghệ hàn.
II. Nội dung của đề tài:
Trên cơ sở tổng quan về tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu bình

chịu áp lực ở thế giới và trong nước, mặt khác để phù hợp với thực tiễn Việt
nam hiện nay và những thập niên tiếp theo. Đề tài đưa ra phạm vi giới hạn
nội dung nghiên cứu của đề tài như sau:
+ Vật liệu chế tạo kết cấu hàn bình chịu áp lực là thép các bon trung bình
và thép hợp kim thấp. Hiện nay vật liệu này chiếm tỷ lệ cao trong chế tạo
bình chịu áp lực) với chiều dầy tấm từ 10~16mm là chiều dầy mà đề tài
lựa chọn thực nghiệm.
+ Chất lượng kết cấu hàn chịu áp lực được đánh giá theo các tiêu chuẩn
(ngoài nước và trong nước) có nhiều chỉ tiêu nhưng để xây dựng được dự
đoán sơ bộ khi thiết kế kết cấu cơng nghệ hàn bình chịu áp lực, để đề tài
đi sâu vào tổ chức kim loại của liên kết hàn nóng chảy hồ quang điện
(SMAW, FCAW, SAW…). Vì tổ chức kim loại của liên kết hàn có thể
nói đó là thơng số kỹ thuật quan trọng mà trong đó đã chứa đựng nhiều
thơng số khác (như cơ tính, lý tính, các khuyết tật…)
Nguyễn Xuân Hải

Trang 11/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Nội dung luận văn bao gồm:
+ Nghiên cứu lý thuyết về quá trình truyền nhiệt khi hàn nóng chảy và mơ hình
cấu trúc kim loại liên kết hàn giáp mối của vùng ảnh hưởng nhiệt.
+ Nghiên cứu và xây dựng quá trình nguội của liên kết hàn và mối quan hệ đến
tổ chức tế vi của liên kết hàn và độ cứng của chúng.

+ Xây dựng các cơng thức tính tốn từ mối quan hệ thành phần hóa học vật
liệu cơ bản, nguồn nhiệt hàn đến các tổ chức tế vi của liên kết hàn và độ
cứng tương ứng
+ Thông qua thực nghiệm, số liệu thực tế so sánh đánh giá mối quan hệ giữa cơ
sở lý thuyết đã xây dựng và kết quả thực tế.
III. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết và thu nhập tài liệu để xây dựng những cơ sở lý thuyết sơ bộ
đánh giá chất lượng liên kết hàn kết hợp với thực nghiệm và số liệu thực nghiệm để
so sánh đánh giá mức độ chính xác của mối quan hệ giữa cơ sở lý thuyết & thực
nghiệm.

Nguyễn Xuân Hải

Trang 12/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.

Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng liên kết hàn bình chịu áp lực
trên thế giới

Trên thế giới nghiên cứu chế tạo kết cấu hàn bình bồn áp lực đã thực hiện từ rất lâu
(từ thế kỷ 18 khi xuất hiện tầu thủy, tàu hỏa chạy bằng hơi nước), đến nay đã phát

triển rất đa dạng theo các mục đích của cơng trình có thể rất to, nhỏ, đơn giản, phức
tạp, chịu áp lực thấp, trung binh, rất cao và được sử dụng vật liệu rất đa dạng các
chủng loại.

 Hình I-1: Lịch sử nồi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon
Tham khảo website />
 Hình I-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon
Tham khảo website />
Nguyễn Xuân Hải

Trang 13/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Một số dữ liệu về việc chế tạo nồi hơi và bình bồn áp lực trên thế giới hiện nay
Chế tạo tại Ấn độ:

 Hình I-3: Bồn làm lạnh nhiệt độ sử dụng – 40oC đến – 60oC,
thép chế tạo SA 516 Gr 60/70 , SA 537 Class I & II.
Tham khảo website />Chế tạo tại Anh quốc, cơng ty CPE Pressure Vessels Ltd/UK

 Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg
Vật liệu thép ASTM A516 Grade 70, thiết kế theo ASME VIII Div 1 và DNV Rules
Tham khảo website: />Chế tạo tại PHÁP

 Hình I-5: Bồn áp lực bằng thép Titan
Nguyễn Xuân Hải

Trang 14/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Tham khảo website: />Việc nghiên cứu chất lượng cho việc chế tạo nồi hơi & bình bồn áp lực trên thế giới
được các hiệp hội, viện nghiên cứu thử nghiệm & các nhà chế tạo cũng như các nhà
cung cấp vật liệu cơ bản, vật liệu phụ trợ, trang thiết bị máy móc để chế tạo và kiểm
tra khơng ngừng hồn thiện từng bước đáp ứng yêu cầu về chủng loại, chất lượng và
các điều kiện sử dụng ngày càng cao. Thể hiện ở các tiêu chuẩn sau:
Tiêu chuẩn áp dụng trên thế giới cho việc chế tạo nồi hơi & binh bồn áp lực:
1 Châu âu EN 13445/ (97/23/EC , BS EN 13445 hoặc PD 5500, EN 286
(Parts 1 to 4) phù hợp với 87/404/EEC, ISO 11439
2 Mỹ(USA): ASME Section VIII, API 510, AIAA S-080-1998
3 Đức AD Merkblätter
4 Pháp: CODAP
5 Úc: AS/NZS 1200
6 Canada: B51-09
Các tài liệu,cơng trình liên quan đến vấn đề này đã được công bố,như : (số ghi trong
[xx] là số tham khảo ở phần phụ lục cuối luận văn này).
• Tính tốn q trình nhiệt khi hàn[1],[2].
• Hiệu suất nhiệt của q trình hàn hồ quang [3].
• Lý thuyết q trình hàn [4]

• Phân tích cấu trúc kim loại mối hàn [5].
• Mơ hình hóa luyện kim trong hàn[6].
• Q trình luyện kim trong hàn[7],[8].
• Cấu trúc kim loại của liên kết hàn [9].
• Tính hàn của các loại thép[11].
• Hàn thép chịu nhiệt [12].
• Lý thuyết hàn và ứng dụng [13].
• Đánh giá tính hàn của thép kết cấu[14] [17].
• Tính hàn của kim loại và hợp kim [15].
Nguyễn Xuân Hải

Trang 15/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

• Tính hàn của thép [16],[28].
• Cơng thức xác định tính hàn của thép độ bền cao[18]
• Cơng nghệ và thiết bị hàn nóng chảy [19].
• Cơng nghệ hàn hồ quang tiên tiến [20],[21].
• Cơng nghệ và kỹ thuật hàn [22].
• Kim loại hàn và xử lý nhiệt liên kết hàn [23].
• Hiệu quả của các thơng số q trình hàn thép[24].
• Dự đốn về cấu trúc và tính chất cơ học của vùng ảnh hưởng nhiệt
mối hàn thép[25].
• Tính tốn nhiệt độ nung nóng ngăn chặn nứt vùng ảnh hưởng nhiệt

của mối hàn thép hợp kim thấp[26]….
Đồng thời cũng có các nội dung nghiên cứu khác về:
a) Vật liệu cơ bản về kim loại, lưỡng kim, composit, thể hiện trong bảng tổng
hợp, bảng B1 sau đây.
b) Vật liệu hàn và thiết bị hàn cho các q trình hàn hồ quang nóng chảy.
c) Cơng nghệ và thiết bị kiểm tra phá hủy và không phá hủy mối hàn.
Hàn quốc KS

Nhật bản JIS Trung quốcGB

Mỹ (ASTM)

Anh quốc (BS)

KS D3560

JIS G3103

GB 6654-86

A285

BS 1501-151

SBB 5,42,46,49

SB 35,42,49

Q355-A

Gr A,B,C

Gr 400A,B

KS D3540

JIS G3118

20g

A515

Gr 430A,B

SG 11,42,46, 49

SGV

16MnR

Gr 55,60,65,70

BS 1501-221

KS D3521

42,46,49

15CrMo

A516

Gr 460A,B

SPPV 24,32,36,

JIS G3115

Gr 55,60,65,70

BS 1501-224

46,50

SPV 24,32,46

A442

Gr 400A,B

50

Gr 55, 60

Gr 430A,B

A537

Gr 460A

Class 1,2/ A612

Gr 490A,B

Bảng B1: Vật liệu thép tấm cho việc chế tạo bình bồn áp lực

Nguyễn Xuân Hải

Trang 16/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

1.2. Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hàn bình chịu áp lực ở Việt nam
1.2.1.Tình hình chế tạo bình áp lực:
Chủ yếu là nồi hơi (boiler), binh bồn áp lực, bể chứa (Tank & Vesel),như:
 Bình khí nén, chứa gas
 Bình lọc áp lực
 Bồn chứa dầu, nước
 Bồn chứa nước nóng
 Hệ thống bồn gia nhiệt nước nóng cho các cao ốc, khách sạn, resort, bệnh
viện...
Hình ảnh các loại nồi hơi, bình bồn chứa đã chế tạo ở Việt nam
Chế tạo tại công ty TNHH Năng lượng tái tạo Miền Nam

 Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thiết kế và chế tạo theo TCVN 7704 : 2007

Tham khảo website /> Nồi hơi quá nhiệt - Superheated Steam Boiler/Dạng nằm hoặc đứng
 Kiểu nồi hơi ống lửa, ống nước- Fire tube boiler, water tube boiler.
 Trao đổi nhiệt qua 3 công đoạn (pass)/Hiệu suất cao: 88-92%
 Nhiên liệu: lỏng (dầu D.O, F.O, LPG-gas, CNG, biogas...), than, trấu,
mùn cưa...
 Dùng cho các ứng dụng nhiệt độ cao lên đến 450 độ C

Nguyễn Xuân Hải

Trang 17/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Chế tạo tại Cty CP Kết cấu Kim loại và Lắp máy Dầu khí (PVC- MS)

 Hình I-7: Kho lạnh LPG Thị Vải 2 bồn LPG lạnh trung tâm
Đây là loại 2 bồn LPG lạnh trung tâm có cơng suất 60.000 m3, đường kính ngồi
mỗi bồn 51 m, chiều cao thành bồn ngoài là 32 mét, đường kính trong 49 mét. Vật
liệu chế tạo thân bồn, có 2 lớp vỏ, bên ngồi là ASME SA-36/SA-36M và bên
trong là A537/A537M.
Tham khảo website: />Chế tạo tại Nhà Máy chế tạo sản xuất bồn gas GASTECH Co.,Ltd

 Hình I-8: Bồn chứa khí hố lỏng LPG/
Vật liệu thép Q345B , SA516-Gr70
Tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo: ASME VIII, Div.1/Div.2, TCVN8366:2010;

TCVN7704:2007.
Tham khảo website: />
Nguyễn Xuân Hải

Trang 18/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Chế tạo tại Cty Nồi hơi Việt nam

 Hình I-9: Bồn chứa khí hố lỏng LPG/
Tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo: ASME VIII, Div. 1 / Div. 2/Vật liệu chế tạo: ASTM
A516 Gr. 70 JIS 3115 SPV490
Tham khảo website:
Chế tạo tại Công ty Cổ phần LILAMA 45.1:

 Hình I-10+I-11: Bồn kiểu đứng, chứa khí Ơxy,

có dung tích 125m3, đường kính 3.000 mm, dài 19.000 mm, áp suất thiết kế 27 bar
Tham khảo website:
/>
Nguyễn Xuân Hải

Trang 19/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Chế tạo tại Cơng ty Cổ phần LILAMA 18

 Hình I-12: 26 bồn áp lực theo tiêu chuẩn ASME

áp suất làm việc 75 bars, áp suất thử áp 97,5 bars, nhiệt độ thiết kế 100 độ C
Tham khảo website: />
 Hình I-13: Bồn áp lực vật liệu SA516 Gr.70 cho dự án Phú Mỹ II

Nguyễn Xuân Hải

Trang 20/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

 Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hãng
Linde AG có áp suất thiết kế 30 bar, vật liệu chế tạo thân và chỏm cầu SA516 Gr.70
cho dự án Phú Mỹ II

 Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dầu
do công ty Alpha ECC chế tạo cho dự án Diamond Development Project (DMDP-A)
theo tiêu chuẩn ASME VIII Div.2 có dấu chất lượng U2
+

Loại cao áp HP: với áp suất làm việc MAWP: 134.2 bargs, kích thước L x W
x H = 6250mm x 5750m x 5315mm, chiều dầy phần chịu áp 80mm vật liệu
SA516 Gr.70N. trọng lượng 47.200 kg

+

Loại áp thấp LP: với áp suất làm việc MAWP: 92.4 bargs, kích thước L x W
x H =7150mm x 5750m x 5515mm, chiều dầy phần chịu áp 60mm vật liệu
SA516 Gr.70N, trọng lượng: 46046 kg

Nguyễn Xuân Hải

Trang 21/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

Chế tạo tại Nhà máy Boiler Doosan Vina/Quảng ngãi
Tham khảo website:
/>
 Hình I-18: Hệ thống bình áp lực dự án Petrofac UAE / Petro Canada,

Vật liệu chế tạo thân & đầu lồi của bồn là SA516-70(N)

 Hình I-19: Hệ thống bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N)

, SA240-316(L) SA516-70 + SA240-316L, Duflex

Nguyễn Xuân Hải

Trang 22/127

Lớp 11BCNH


Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội

Viện Cơ khí

 Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mơng dương 2/Quảng ninh

 Hình I-21: Hệ thống nồi hơi của nhà máy Nhiệt điện Mơng dương 2

 Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giàn ống trao đổi nhiệt
của nhà máy Nhiệt điện Mông dương 2 chế tạo tại Cty DOOSAN VINA

Nguyễn Xuân Hải

Trang 23/127

Lớp 11BCNH