Nghiên cứu biện pháp làm giảm ứng suất dư mối hàn giáp nối các ống có đường kính trung bình(ứng dụng siêu âm kiểm tra đánh giá kết quả)

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 CĨ 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 hố
nơng, lâm nghiệp
Mã số
: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ðÀO QUANG KẾ

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan 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.
Tơi cam đoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm
ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều có nguồn gốc, nếu sai tơi hồn tồn
chịu trách nhiệm.
Ngày

tháng

năm 2010

Người cam đoan

Nguyễn Văn Khanh

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......i


LỜI CẢM ƠN
ðề tài này ñược thực hiện tại Bộ mơn Cơng nghệ Cơ khí - Khoa Cơ-ðiện
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội.
Trong q trình thực hiện đề tài, tơi được sự quan tâm tạo điều kiện của tập
thể các thầy cơ giáo trong bộ mơn, đặc biệt là PGS.TS. ðào Quang Kế người đã
hướng dẫn tơi tận tình, chu đáo trong suất q trình thực hiện đề tài. Tơi xin bày tỏ
lịng biết ơn chân thành đối với những sự giúp đỡ q báu đó.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu và tập thể các giáo viên Trường
Cao đẳng Cơng nghiệp và Xây dựng - Quảng Ninh, cảm ơn TS. Hoàng Văn Châu,
KS Lục Văn Thương -Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng Thương, các bạn bè ñồng
nghiệp ñã tạo ñiều kiện thuận lợi, tham gia đóng góp ý kiến để tơi hồn 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 đường 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 được ứng dụng để hàn đường 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

đường 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 tốn chế độ 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 cơng việc

34

3.2.6. Các biện pháp an tồn lao động 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 đường kính trung bình

71

4.2. Các mẫu ống đã hàn hồn 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 được tiến hành gia cơng 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 động và bán tự động bằng điện cực nóng chảy trong mơi trường
khí bảo vệ là khí hoạt tính CO2 hoặc khí trộn giữa CO2+Ar

MIG

Hàn tự động và bán tự động bằng điện cực nóng chảy trong mơi trường
khí bảo vệ là trơ (Ar, He)

TIG

Hàn tự ñộng và bán tự ñộng bằng điện cực khơng nóng chảy trong mơi
trường khí bảo vệ là trơ (Ar, He)

SAW

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ

FCAW

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy (dây lõi thuốc) trong mơi
trường khí bảo vệ là khí hoạt tính CO2

WTh

ðiện cực vơnfram thơri

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 cơng nghệ

6h

Vị trí bắt đầu hàn (đáy ống)

9h, 3h

Vị trí hàn giữa ống

12h

Vị trí hàn đỉnh ống (kết thúc hàn)

1G

Hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng

6G

Hàn nối ống cố định nghiêng 450

ZI

Xung dị-hoạt động khi có kích thích của bộ chuyển đổi áp

OS

ðường hiển thị

UZ

Siêu âm

SUZ

Các đường siêu âm

PV-UZK

Bộ phận truyền và nhận dao ñộng siêu âm

unit

XF1

Bộ chuyển đổi áp điện sóng siêu âm chiều dọc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......vi


YF23

Bộ chuyển đổi áp điện sóng siêu âm đứt qng

F1

Tần số chu trình của đường siêu âm được hiển thị đối với sóng dọc,
hướng OX1

F2

Tần số chu trình của đường siêu âm được hiển thị đối với sóng ngang
được phân cực trên hướng OX2

F3

Tần số chu trình của đường siêu âm được hiển thị đối với sóng ngang
được phân cực trên hướng OX3

σ33 và σ22

Các thành phần ño ñược theo hướng vng góc với nhau. ðơn vị đo
lường MPa

∆F

Hệ số thể hiện mức biến dạng của nguyên vật liệu, ñược xác định

thơng 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 ngun vật liệu được xem xét. A và B tính

N

theo đơn vị đo Mpa; M, N khơng có đơn vị

Trường ðại học Nơng 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 cơng 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 mơi trường khí bảo vệ

9

Hình 1.8: Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong mơi trường khí trơ

10

Hình 1.9: Vùng hồ quang và vũng hàn

10

Hình 1.10: Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ

11

Hình 1.11: Ngun lý hàn FCAW

13

Hình 1.12: Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ

14

Hình 1.13: Máy hàn tự động 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 đoạn 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 đồ ngun lý siêu âm

49

Hình 3.12: ðồ thị mơ tả sự dao động

50

Hình 3.13: ðồ thị mơ tả phương trình 1-2

51

Trường ðại học Nơng 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 mơ phỏng của sóng ngang

55

Hình 3.16: Lan truyền sóng trên mặt kim loại

55

Hình 3.17: Giản đồ các mơ hình cơ bản của sóng lam

56

Hình 3.18: Vị trí đầu dị phát và đầu dị 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 đồ khối của thiết bị siêu âm

60

Hình 2.22: Cấu tạo đầu dị siêu âm

61

Hình 2.23: Dạng làm việc của đầu dị

62

Hình 2.24: Thay đổi tiêu ñiểm của chùm tia trong nước

62

Hình 2.25: Nguyên lý và đường truyền âm

62

Hình 2.26: Sự truyền âm của đầu dị

63

Hình 2.27: Cấu tạo của đầu dị thẳng loại nhúng

63

Hình 2.28: ðầu dị góc

64

Hình 2.29: Các loại đầu dị góc

64

Hình 2.30: ðầu dị TR rộng

65

Hình 2.31: ðầu dị 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 TỊD

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 đá 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 đính 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 hồn thiện

74

Hình 4.18: Các mối hàn ống hồn thiện

75

Hình 4.19: Các bộ phận của thiết bị

76

Hình 4.20: Thiết bị đo 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 đổi XF1 và YF23

79

Hình 4.24: sơ đồ thiết bị nhìn từ phía sau

80

Hình 4.25: Các loại đá dùng để đánh bóng

82

Hình 4.26: Lắp bộ cố định

83

Hình 4.27: Các điểm đo ứng suất trên ống Ø168

86

Hình 4.28: Các điểm đo ứng suất trên ống Ø140

87

Hình 4.29: Ống được quấn thuốc nổ

90

Hình 4.30: Dịng dây điện kích nổ thuốc nổ

90

Trường ðại học Nơng 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 được tạo ra địi hỏi chất lượng và yêu cầu kỹ thuật
cao. Hòa nhập với sự phát triển đó ngành hàn Việt Nam đã và đang 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 định vai trị 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, khơng chỉ trong lĩnh vực cơ khí
thuần t mà trong ngành cơng nghiệp đóng tầu, xây dựng cầu ñường, chế tạo nồi
hơi, hàn ñường ống...các kết cấu hàn đóng vai trị hết sức quan trọng. Cùng với sự
phát triển của nền kinh tế ñất nước, ngành kinh tế đóng tầu và xây dựng, chế tạo nồi
hơi, ñường ống ñang phát triển rất mạnh mẽ. Do ñó, ngồi việc địi hỏi có đội ngũ
kỹ sư giỏi và cơng 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 để từ đó 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 đến những phương
pháp hiện đại (chiếu xạ xun qua mối hàn, siêu âm…) trong đó phương pháp siêu

âm nổi bật lên nhờ những ưu điểm của nó: Khơng làm pháp huỷ mối hàn, cho kết
quả chính xác và có thể đo 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 cơng trình khoa
học nào nghiên cứu về nó đó 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 q mức
cho phép sẽ làm giảm độ bền, tính chịu lực và đặc 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 đường 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 đường 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 đó 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 cơng nghệ mới để
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 hồn thành tại Phịng thí nghiệm trọng điểm
Cơng nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Cơng Thương) dưới
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Hồng Văn Châu và PGS.TS. ðào Quang
Kế cùng các thầy cơ trong khoa Cơ điện - Trường ðại học nơng nghiệp - Hà nội, đã
giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn này.
Qua đây, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS. ðào Quang Kế cùng các thầy
cô trong khoa Cơ điện- Trường ðại học nơng nghiệp - Hà nội, TS. Hồng Văn Châu
Giám đốc phịng thí nghiệm trọng điểm Cơng nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện
Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Cơng 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 đầu thế kỷ 20
Mọi cơng trình xây dựng, cơng nghệ chế tạo và thi cơng liên quan đến thép
đều là của Pháp. Do bê tơng cốt thép chỉ được áp dụng ở Việt Nam từ những năm
30 và hầu như khơng có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà cơng nghiệp và cơng
trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái. Ví dụ
Nhà hát lớn Hà Nội, một cơng trình nổi tiếng hồn thành vào thập kỷ đầu tiên thế kỷ
20, có kết cấu được xây dựng hồn tồn bằng gạch và thép, khơng có bê tơng cốt
thép. Mái vịm trịn là cupơn 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 cơng,
cầu thang đều 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 được
xây dựng thời kỳ đó. 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…Cơng nghệ và hình thức kết cấu là ở vào trình độ đương đại: 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 hồ bình lập lại ở ðơng Dương, miền Bắc Việt Nam bắt ñầu xây
dựng cơ sở cho nền cơng nghiệp hố, trước hết là các nhà máy cơng nghiệp nặng và
cơng nghiệp nhẹ. Lúc đó, thép là vật liệu hiếm có và rất q giá, do hồn 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 đó, 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 Ngun. Tại đó, có những khung
tồn 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 vng sàn là khá
lớn: 70 đến 100kg/m2. Một cơng trình đáng 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 đã được hồn 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 tơng, việc này đã mang lại lợi ích khơng nhỏ cho nền cơng
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 địng tàu Bạch ðằng, xưởng rộng 21mét đã dùng dàn bêtơng
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 khơng được dùng. Tại nhiều trường hợp khác,
để đỡ mấy tấm fibrơ 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 được.
1.1.3. Thời kỳ những năm 70 và 80
Công tác xây dựng chủ yếu là khôi phục các cơng 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 ngồi.
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 khơng.
Ngồi ra, nhiều cơng trình dân dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân
ñạo trợ giúp nhập từ nước ngồi, được làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2
tầng. Phương châm tiết kiệm thép khơng cịn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện
cho vận chuyển, cho thi cơng, cho việc hồn thành nhanh ñã trở nên quyết ñịnh.
Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ đó, kỹ thuật xây dựng đã 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 cơng trình
cơng nghiệp, xưởng đóng 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
hồn tồn hay đại bộ phận bằng thép. Những mái nhà nặng nề bằng bê tơng cốt thép
đã biến mất, thay thế bằng mái tơn nhẹ đặt trên xà gồ thành mỏng. Khơng thấy ở
đâu dàn bê tơng cốt thép, dầm mái bê tơng cốt thép đúc 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 đó là rất cần thiết.
1.2. Tổng quan về sản xuất chế tạo đường 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 đang 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 đã và đang đóng vai trị quan trọng trong ngành sản
xuất cơ khí. Một số ngành hàn có thể nói là khơng thể thiếu vì nó chiếm tới 90% sản
lượng như cơng nghiệp đóng tàu, sản xuất ơtơ, chế tạo nồi hơi, bình áp lực, hàn

đường ống, bể chứa dầu và chứa khí, hình trụ và hình cầu, dung tích từ 100 đến
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 đặt.
- Các cơng trình trên biển như dàn khoan, cơng trình bảo vệ thềm lục địa (các
Nhà dàn hải qn trong qn đội), các cơng trình dầu khí. Chiều cao tới trên 40m,
bằng thép ống. Từ những cơng trình ñầu tiên hoàn toàn nhập ngoại, nay ñã do Việt
Nam thiết kế, chế tạo và lắp đặt.
- Một số cơng trình khác như: ðường ống dẫn lớn, đường kính trên 1m, dài
hàng chục km ở Bà Rịa – Vũng Tàu; các cơng trình đường cáp treo như ở núi Bà
ðen, n Tử, Chùa Hương thường có cột đỡ bằng thép ống cao trên 30m, đường
kính trên 1m đến 1,4m các cơng trình thủy điện, chế tạo nồi hơi…Hàn ống tại các
cơng trình thủy điện 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 đề tài ‘’ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống có
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........... .......5


đường kính lớn ở trạng thái khơng quay’’ hàn bằng phương pháp hàn tự động dưới
lớp khí bảo vệ đã nghiên cứu chế tạo thành cơng. ðã và đang được ứng dụng để hàn
đường ống tại cơng trình thủy điện 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 Cơng 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 động cho con người thậm trí khơng cần tham gia
trực tiếp. Ví dụ: Tại một số nước có nền cơng 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 cơng 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 cơng 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 cơng trình dân dụng cũng đang 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 để hàn đường 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 điện cực là que hàn. Trong q trình hàn
các chuyển động 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 được thực hiện bằng tay.
Phương pháp cơng nghệ hàn này ñược sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nó có
tối đa 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
đối rẻ tiền. Mặc dù đã 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 cơng nghệ hàn khơng thể tiến
hành cơ khí hóa và tự động hóa. Và được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp
đóng tàu, lắp đặt các kết cấu thép vv…
Chất lượng của mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người cơng
nhân và dịng điện 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 điện cực que hàn rất thích hợp cho hàn đường ống,
bình áp lực, hàn được tất cả các vị trí hàn trong khơng gian từ vị trí 1G đến 6G. ðể
có được một hiệu quả cao, hàn tay ñược giảm ñi và ñược thay thế bằng các cơng
nghệ hàn mới như hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn tự động dưới lớp khí bảo vệ.
1.3.2. Hàn hồ quang trong mơi trường khí bảo vệ
Hàn hồ quang trong mơi 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 cơng 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