(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra, đánh giá chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm.”, nhận nhiều giúp đỡ quý thầy, cô chun gia, cơng ty, bạn bè gia đình Tôi xin cảm ơn: Xin cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Đặng Thiện Ngôn dành nhiều thời gian quan tâm, truyền đạt kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên trình thực luận văn Xin cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Lê Chí Cương giành nhiều thời gian truyền đạt cho kiến thức bổ ích, giúp đỡ tận tình, động viên tơi trình thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy, cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng, chuyên môn cho thời gian học tập nghiện cứu trường Xin cảm ơn tập thể kỹ sư công ty TNHH Lucassen Precision Asia nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tơi hồn thành khóa học Xin chân thành cảm ơn ii TÓM TẮT Cùng với phát triển kinh tế xã hội nhu cầu nguồn lượng ngày tăng Hiện nước ta đầu tư xây dựng hệ thống nhà máy lọc dầu nhằm làm giảm áp lực nhập lượng phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu nước Nhu cầu vận chuyển, cung cấp nguồn nhiên liệu dầu mỏ, khí đốt… quan tâm nhiều Do đó, việc sử dụng nhiều đường ống đặt biệt ống thép lớn để giải vấn đề vận chuyển, dự trữ Vấn đề đặt an toàn đường ống việc kiểm soát chất lượng ống chế tạo đưa vào vận hành Xuất phát từ thực tiễn, nhiều nghiên cứu thiết bị chế tạo, thử nghiệm đưa vào sử dụng Một số phương pháp kiểm tra khơng phá hủy ứng dụng nhiều như: siêu âm, quang học, thẩm thấu… Trong nước, thiết bị sử dụng đa số nhập từ nước ngồi, cơng trình nghiên cứu vấn đề kiểm tra chưa đẩy mạnh Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm.”, thực nhằm mục đích đưa số phương án thiết kế thử nghiệm giúp kiểm tra chất lượng mối hàn đường ống thép Đường ống dùng nhiều hệ thống, đóng vai trị quan trọng vận chuyển, truyền tải, lưu trữ nên yêu cầu chất lượng phải đảm bảo Khuyết tật ảnh hưởng đến đường ống chủ yếu khuyết tật mối hàn nối đường ống khuyết tật ăn mịn mơi trường với tác nhân bên bên ngồi làm bề dày ống khơng đảm bảo Việc kiểm tra, kiểm định chất lượng khuyết tật đường ống có nhiều phương pháp Một số phương pháp kiểm tra khơng phá hủy NDT ứng dụng nhiều chụp ảnh phóng xạ, bột từ, dòng điện, rò rỉ, siêu âm, thẩm thấu, quang học, truyền âm, siêu âm tổ hợp pha… Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra kiểm tra mối hàn giáp mối, kiểm tra dọc ống tay tự động, kiểm tra ăn mòn, kiểm tra bồn chứa xăng dầu Tuy nhiên tất thiết bị kiểm tra chủ yếu nhập từ nước phí cao Phương pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) phương pháp cho kết xác, nhanh, hình ảnh màu chiều chưa ứng dụng nhiều nước ta Từ vấn đề thực trạng trên, đề tài tập trung tìm hiểu phương pháp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra mối hàn thiết bị kiểm tra ăn mòn đường ống sử dụng đầu siêu âm tổ hợp pha cho đường ống dẫn từ 90mm trở lên iii ABSTRACT With economic and social development, the demand for energy is increasing Currently, our country have been investing in building the refinery system to reduce pressure very much in energy imports including foreign fuel sources such as oil, gas Therefore, the use of a lot of pipes and steel tubes are especially great to resolve issues such as transportation, storage The issue is safe in controling quality for pipes and tubes when manufacturing and commissioning procedures Practically, research and equipment have been manufactured, tested and put into use One of them is the method of nondestructive testing is applied much as ultrasound, optical, permeable In Vietnam, most equipment has being imported Thus, research in issues have not yet been checked strictly The theme "research, design and manufacture of automatic equipment bring probes for testing tube quality by ultrasound technology."is done in purpose for some designed and tested plans to check quality of welded steel pipes Pipelines are used in the system It is very important in transport, transmission, storage Almost defects of pipes are affected by environmental factors inside and outside resulting in guarantee of pipe thickness There are multiple methods in inspecting and accrediting for pipeline defects Nondestructive testing NDT is used as the most popularest one including radiographic, magnetic powder, currents, leakage, ultrasound, osmosis, optical, acoustic, ultrasonic complex challenge Currently, there is a lot of testing methods such as butt weld inspection, testing along the pipe by hand or automatically, checking corrosion and inspecting fuel tanks However, all testing equipment mainly are imported Therefore, it is expensive to acquired them The ultrasonic testing phase combination (UT-PA) method is the newest one for accurate and fast results with 3-D color images However, it has not yet been used popularly in our country iv MỤC LỤC LỜI CAM KẾT i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xv CHƢƠNG 1:GIỚI THIỆU 16 1.1 Tính cấp thiết đề tài 17 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 17 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 18 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 18 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 18 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 18 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu đề tài 18 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 18 1.5 Phương pháp nghiên cứu 19 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 19 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 19 1.6 Kết cấu luận văn 19 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 20 2.1 Phân loại ống thép theo công nghệ 20 2.1.1 Ống thép đúc 20 2.1.2 Ống thép hàn 21 2.2.1 Ống inox (ống thép không gỉ) 21 2.2.2 Ống thép tròn đen 22 2.2.3 Ống thép mạ kẽm 22 2.3 Các loại mối hàn ống 23 v 2.4 Khuyết tật mối hàn 24 2.4.1 Nứt 25 2.4.2 Rỗ khí 27 2.4.3 Lẫn xỉ 28 2.4.4 Không ngấu 29 2.4.5 Lẹm chân chảy loang 30 2.4.6 Khuyết tật hình dạng 30 2.5 Khuyết tật ăn mòn kim loại 31 2.5.1 Cấu tạo kim loại ảnh hưởng đến q trình ăn mòn 31 2.5.2 Sự ăn mòn kim loại 31 2.6 Thiết bị kiểm tra khuyết tật 35 2.6.1 Trong nước 35 2.6.2 Ngoài nước 36 2.7 Các tồn định hướng nghiên cứu: 38 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 39 3.1 Kiểm tra phá hủy 39 3.1.1 Kiểm tra thử kéo kim loại đắp 39 3.1.2 Kiểm tra thử độ dai va đập 39 3.1.3 Kiểm tra thử độ cứng 39 3.1.4 Kiểm tra thử phá gãy mối hàn 39 3.2 Kiểm tra không phá hủy (NDT)Non-Destructive-Testing 39 3.2.1 Kiểm tra thị giác quang học 41 3.2.2 Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu (Penetrant Testing - PT) 42 3.2.3 Phương pháp kiểm tra chụp ảnh phóng xạ 43 3.2.4 Kiểm tra bột từ 44 3.2.5 Kiểm tra truyền âm 45 3.2.6 Phương pháp kiểm tra dịng điện xốy 45 3.2.7 Kiểm tra siêu âm 46 vi 3.2.8 Siêu âm Phased Array (PA) 48 CHƢƠNG4: YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 58 4.1 Phân tích đối tượng thiết kế 58 4.1.1 Thiết bị kiểm tra mòn 58 4.1.2 Thiết bị kiểm tra mối hàn nối ống 59 4.2 Phương án chọn lựa thiết kế cho cấu kẹp dẫn động 60 4.2.1 Phương án thiết kế cho cấu kẹp 60 4.2.2 Phương án chuyển động dọc ống 64 4.3 Phương án thiết kế cụm chi tiết chuyển động tròn quanh ống 68 4.3.1 Phương án 68 4.3.2 Phương án 70 4.3.3 So sánh lựa chọn phương án chuyển động tròn quanh ống 71 4.4 Phương án chọn lựa thiết kế cho cấu đo mối hàn đường ống 71 4.4.1 Phân tích kẹp, lực áp đầu dị vào ống 71 4.4.2 Phương án thiết kế cụm mang đầu dò siêu âm kiểm tra đường hàn 72 4.5 Phương án thiết kế cụm mang đầu dò siêu âm kiểm tra mòn 73 4.6 Thiết kế cấu điều chỉnh cụm đầu dò 74 4.7 Thiết kế cấu cụm bánh xe từ 75 4.8 Thiết kế hộp động 76 4.9 Lựa chọn phương án thiết kế khung sườn 76 4.9.1 Phương án 1: Sử dụng kẹp kết hợp bánh xe từ 76 4.9.2 Phương án 2: Sử dụng kẹp đầu 77 4.10 Phương án chọn lựa thiết kế đo mối hàn vòng ống 78 4.10.1 Xác định sai lệch đầu dò so với mối hàn 78 4.10.2 Phân tích lựa chọn thiết bị phản hồi vị trí: 80 4.11 Thiết kế thiết bị đo mối hàn vòng ống 82 4.12 Phương án tháo lắp vòng định vị 82 4.12.1 Cấu tạo chốt tháo lắp nhanh (locking pin) 82 vii 4.12.2 Phương án 1: Dùng bu lông để tháo lắp 84 4.12.3 Phươngán 2: Dùng 04 chốt tháo lắp nhanh 84 4.12.4 Phương án 3: Dùng chốt định vị kết hợp với 01 chốt tháo lắp nhanh 85 4.12.5 So sánh phương án lựa chọn 86 CHƢƠNG 5: CHẾ TẠO THIẾT BỊ 87 5.1 Chế tạo kẹp 87 5.2 Chế tạo cụm chi tiết chuyển động tròn quanh ống 88 5.3 Chế tạo cấu chuyển động dọc ống 89 5.4 Chế tạo cấu mang đầu dò 89 5.5 Chế tạo cấu cụm bánh xe từ 90 5.6 Chế tạo cấu điều chỉnh cụm đầu dò 91 5.7 Chế tạo hộp động 91 5.8 Thiết bị đo mối hàn vòng ống 92 5.8.2 Quy trình kiểm tra, đánh giá thực nghiệm 93 5.9 Thiết bị đo sử dụng cụm bánh xe từ 94 CHƢƠNG 6: KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ 95 6.1 Chuẩn bị thiết bị đo 95 6.1.1 Bộ quét thiết bị 95 6.1.2 Đầu dò nêm 95 6.1.3 Chất tiếp âm 95 6.1.4 Chuẩn 95 6.2 Chuẩn bị bề mặt đo 96 6.3 Kiểm tra vận hành thiết bị 96 6.3.1 Vùng kiểm tra 96 6.3.2 Kim loại 96 6.3.3 Hiệu chỉnh (Transfer correction) 96 6.3.4 Tốc độ quét 97 viii 6.3.5 Kiểm tra với đầu dò PA 97 6.3.6 Kiểm tra thiết bị 97 6.3.7 Nứt ngang 97 6.3.8 Tiêu chuẩn chấp nhận 98 6.3.9 Xuất hình ảnh báo cáo 98 6.4 Thử nghiệm 99 6.4.1 Thực nghiệm xác định lực lò xo 99 6.4.2 Thực nghiệm xác định sai số vòng đầu dò 101 6.4.3 Thực nghiệm xác định sai số dọc trục 102 6.5 Thực nghiệm đo với Omni Scan đầu dò 102 6.5.1 Thử nghiệm với mối hàn vòng ống 103 6.5.2 Thử nghiệm ăn mòn 106 CHƢƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 109 7.1 Kết luận 109 7.2 Kiến nghị 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC 112 8.1 Kết cấu tổng thể cấu 112 8.2 Tính tốn khí 112 8.2.1 Tính toán truyền bánh 112 8.2.2 Tính tốn truyền đai 114 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DAC Digital to Analogue Converter MPI Magnetic Particle Inspection NDT Non - Destructive Testing NDE Non - Destructive Evaluation NDI Non - Destructive Inspection LPI Liquid Penetran Inspection PA Phased Array UI Untrasonic Inspection VT Visual Test PT Penetrant Test MT Magnetic particle test ET Eddy Current Test RT Radiographic Test UT Ultrasonic Test AET Acoustic Emission Testing LT Leak Testing API Amrican Petreleun Instiute GB Great Britain ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials UT-PA Ultrasonic Test Phase Array x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.2:Ống thép không gỉ [2] 21 Hình 2.3:Ống thép trịn đen [3] 22 Hình 2.4:Ống thép mạ kẽm [3] 23 Hình 2.5:Mối hàn dọc ống [4] 23 Hình 2.6:Mối hàn ngang ống [5] 24 Hình 2.7:Mối hàn xoắn ống [6] 24 Hình 2.8:Các khuyết tật mối hàn [7] 25 Hình 2.9:Các kiểu nứt mối hàn [8] [9] 26 Hình 2.10:Ảnh chụp nứt mối hàn [10] 27 Hình 2.11:Khuyết tật rỗ khí 27 Hình 2.12:Các vị trí tồn rỗ khí [11] 28 Hình 2.13:Khuyết tật lẫn xỉ [11] 28 Hình 2.14:Khuyết tật xỉ hàn 29 Hình 2.16:Hình chụp khuyết tật khơng ngấu 30 Hình 2.17:Khuyết tật lẹm chân(cháy chân), chảy loang (tràn) 30 Hình 2.18:Các sai lệch hình dạng mối hàn 31 Hình 2.19:Dạng mòn kim loại theo thời gian [20] 32 Hình 2.20:Dạng ăn mịn [13] 33 Hình 2.21:Dạng ăn mịn khơng [13] 33 Hình 2.23:Dạng ăn mòn tinh thể [13] 34 Hình 3.1:Các phương pháp kiểm tra không phá hủy [17] 40 Hình 3.2:Các phương pháp kiểm tra chủ yếu 40 Hình 3.3:Sử dụng borescopes kiểm tra [17] 41 Hình 3.4:Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu 42 Hình 3.5:Chụp phim đường hàn 43 Hình 3.6:Sử dụng hạt huỳnh quang ướt để kiểm tra vết nứt gần lỗ tra dầu 44 Hình 3.7:Sử dụng hạt huỳnh quang ướt để kiểm tra vết nứt trục 44 Hình 3.8:Thiết bị kiểm tra bột từ 45 Hình 3.9:Kiểm tra dịng diện xốy 46 Hình 3.10:Nguyên lý siêu âm kiểm tra khuyết tật vật liệu [20] 47 xi -23- NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG ĐẦU DÒ KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG ỐNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM 1 Đặng Thiện Ngôn Nguyễn Hải Đăng Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Học viên cao học Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh ABSTRACT With economic and social development, the demand for energy is increasing Currently, our country have been investing in building the refinery system to reduce pressure very much in energy imports including foreign fuel sources such as oil, gas Therefore, the use of a lot of pipes and steel tubes are especially great to resolve issues such as transportation, storage The issue is safe in controling quality for pipes and tubes when manufacturing and commissioning procedures Practically, research and equipment have been manufactured, tested and put into use One of them is the method of nondestructive testing is applied much as ultrasound, optical, permeable In Vietnam, most equipment has being imported Thus, research in issues have not yet been checked strictly The theme "research, design and manufacture of automatic equipment bring probes for testing tube quality by ultrasound technology."is done in purpose for some designed and tested plans to check quality of welded steel pipes Pipelines are used in the system It í very important in transport, transmission, storage Almost defects of pipes are affected by environmental factors inside and outside resulting in guarantee of pipe thickness There are multiple methods in inspecting and accrediting for pipeline defects Nondestructive testing NDT is used as the most popularest one including radiographic, magnetic powder, currents, leakage, ultrasound, osmosis, optical, acoustic, ultrasonic complex challenge Currently, there is a lot of testing methods such as butt weld inspection, testing along the pipe by hand or automatically, checking corrosion and inspecting fuel tanks However, all testing equipment mainly are imported Therefore, it is expensive to acquired them The ultrasonic testing phase combination (UT-PA) method is the newest one for accurate and fast results with 3-D color images However, it has not yet been used popularly in our country TÓM TẮT Ngày với phát triển không ngừng kinh tế, cơng nghệ nhu cầu lượng ngày cao Nguồn lượng chủ yếu khai thác từ thiên nhiên mỏ ngồi biển đường ống đóng vai trị quan trọng việc vận chuyển để đảm bảo nguồn lượng An toàn trình khai thác, vận chuyển lưu trữ đặt nhiều yêu cầu chất lượng đường ống phải đảm bảo an toàn nên phải thường xuyên kiểm tra để từ phát khuyết tật phòng ngừa Kiểm tra siêu âm phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng rộng rãi, công việc kiểm tra khuyết tật ăn mòn dùng đầu siêu âm tổ hợp pha (PA) ứng dụng rộng rãi nước giới nước ta cịn ít, đặc biệt ứng dụng thiết bị để kiểm tra tự động thay cho người Chính lý báo trình bày kết nghiên cứu, khảo sát loại thiết bị, phương pháp kỹ thuật đo siêu âm, quỹ đạo chuyển động thiết bị để từ tiến hành nghiên cứu, tính tốn, chế tạo thử nghiệm thiết bị mang đầu dò kiểm tra ống nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội GIỚI THIỆU Đường ống dẫn có vai trị quan trọng cơng trình xây dựng, thủy điện, dầu khí, giao thơng, hố chất, thực phẩm, dầu khí… Cùng với phát triển nhu cầu kỹ thuật kiểm tra, kiểm định, đảm bảo chất lượng đường ống trình lắp đặt, vận hành, vận chuyển, bảo dưỡng quan tâm đầu tư Một kỹ thuật kỹ thuật kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) quan tâm cho kết nhanh, xác thay phương pháp chụp ảnh phóng xạ có nhiều nguy hiểm với sức khoẻ người Tuy nhiên, việc ứng dụng thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha để đo kiểm đánh giá chất lượng ống Việt Nam nhiều hạn chế do: Phương pháp siêu âm tổ hợp pha chưa ứng dụng nhiều nước ta lĩnh vực thiết bị liên quan phát triển năm gần - Chưa có nhiều nghiên cứu nước ứng dụng thiết bị siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra khuyết tật ăn mịn - Chưa có thiết bị đồ gá chuyên dùng hỗ trợ công việc đo kiểm - Chi phí đầu tư thiết bị kiểm tra tương đối cao Để góp phần vào việc ứng dụng thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha cho việc kiểm tra đánh giá chất lượng ống, đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm’’ triển khai nghiên cứu Đề tài thực nhằm đáp ứng phần nhu cầu thực tiễn giúp ứng dụng, làm chủ công nghệ kiểm tra, đánh giá chất lượng ống Việt Nam ngày rộng rãi 1.1 Thiết bị kiểm tra khuyết tật Luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phát khuyết tật ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha” tác giả Lê Duy Tuấn thực năm 2013 [1] có nghiên cứu đề xuất thiết bị kiểm tra khuyết tật ăn mòn đường ống Tuy nhiên, đề tài đề xuất phương án kết cấu mang tính chất nguyên lý không sử dụng thực tế Hình 1.1: Thiết bị kiểm tra ống Lê Duy Tuấn [1] Thiết bị Hydro form hãng Olympus dùng để kiểm tra ăn mịn đường kính ống trịn lớn 98 mm kết hợp với OmniScan ® để hiển thị hình ảnh thu phân tích Hình 1.3: HydroFORM Olympus [2] Swipe công ty Phoenix cho phép kiểm tra ăn mòn hoạt động quét tay theo hai trục X, Y tích hợp kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA), có encoder Quét bề mặt phẳng rộng Hình 1.4: Máy quét tay Swipe Phoenix[3] Thiết bị Manual One-Axis Scanner hãng Olympus giúp kiểm tra mối hàn bề mặt ống mặt phẳng với đầu dò quét đường kính lớn 100 mm Tùy chỉnh vị trí bánh xe, có encoder độ phân giải 12 xung/mm, tích hợp phân phối nước Bánh xe nam châm sử dụng để bám vào thành ống Hình 1.3: Thiết bị Manual One-Axis Scanner [2] Các thiết bị kể số hạn chế kiểm tra khuyết tật ăn mòn, mối hàn dọc, mối hàn vòng ống riêng biệt Thiết bị kiểm tra tay chiếm đa số nên phụ thuộc nhiều vào tay nghề người vận hành Nước ta hình thành nhiều nhà máy tổ hợp lọc, khai thác dầu khí nên nhu cầu kiểm tra cao mà phải nhập thiết bị máy móc chi phí cao Ứng dụng cơng nghệ kiểm tra siêu âm tổ hợp pha vào việc kiểm tra chất lượng chưa rộng rãi Từ hạn chế tồn đề tài phát triển thiết bị đo nhiều dạng khuyết tật nhiều loại đường ống khác ứng dụng công nghệ siêu âm tổ hợp pha kết nhanh, rõ ràng nhất, hình ảnh màu chiều YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu chuyển động thực kiểm tra Chuyển động thiết bị kiểm tra mối hàn bao gồm: + Chuyển động xoay trịn quanh ống + Chuyển động phụ tịnh tiến dọc ống để bám theo đường hàn Hình 2.1 Thiết bị mang đầu dò kiểm tra mối hàn Chuyển động thiết bị kiểm tra ăn mòn bao gồm: + Chuyển động dọc ống + Chuyển động phụ xoay trịn quanh ống Hình 2.2 Thiết bị mang đầu dò kiểm tra ăn mòn 2.2 Phƣơng án thiết kế 2.2.1 Phƣơng án thiết kế cấu kẹp Yêu cầu: Cơ cấu kẹp phải đảm bảo độ cứng vững độ đồng tâm thiết bị Ngoài cấu kẹp cịn kẹp ống từ 10 đến 30 inch Phương án thiết kế: Cơ cấu kẹp gồm 02 má kẹp khối V kết nối với trục vit me 02 đầu ren thuận nghich Phương Phương án án Hình 2.3: Cơ cấu kẹp chặt Phương án lựa chọn phương án có nguyên lý hoạt động: xoay vit me 02 đầu ren thuận nghịch hai khối V kẹp ống chuyển động tịnh tiến theo chiều hướng tâm để thực việc kẹp nhả ống 2.2.2 Phƣơng án thiết kế cấu chuyển động tròn Yêu cầu: Cơ cấu mang tồn thiết bị chuyển động trịn quanh ống Phương án thiết kế: Cơ cấu bao gồm vòng dẫn hướng vòng dẫn động Cơ cấu chuyển động quanh ống nhờ truyền động motor thông qua ăn khớp bánh motor vịng dẫn động Hình 2.4 Cơ cấu chuyển động tròn quanh ống Nguyên lý hoạt động: Động quay dẫn động cho bánh ăn khớp với bánh vòng định vị tạo chuyển động tròn quanh thành ống Con lăn giúp định vị hệ thống cụm trượt động cơ, tạo độ cứng vững tốt 2.2.3 Phƣơng án thiết kế cấu chuyển động thẳng 2.2.3.1 Thiết bị mang đầu dò đo ăn mòn Yêu cầu: Chuyển động dọc mang đầu dò siêu âm ăn mịn đảm bảo đầu dị ln áp vào thành ống Cơ cấu dọc ống phải đảm bảo độ cứng vững trình hoạt động Hình 2.5: Cơ cấu chuyển động dọc ống Phương án thiết kế: Bao gồm 02 trượt mang cụm đầu dò chuyển động dọc ống trượt thứ làm tăng độ cứng vững cho kết cấu Nguyên lý hoạt động: Thiết bị kiểm tra ăn mịn phải có hai chuyển động chuyển động dọc ống chuyển động tròn quanh ống để xác định khuyết tật Thiết bị mang đầu dị có cử hành trình A B dọc theo chiều dài ống Đầu siêu âm di chuyển từ điểm A đến điểm B để đo độ mòn dọc ống Khi đến biểm B đầu dò xoay góc 10 độ di chuyển trở điểm A để đo độ mòn ống Khi đến điểm A đầu dò xoay tiếp gốc khoảng 10 độ Chu trình tiếp tục lập lại đầu dò xoay đủ vòng quanh ống 2.2.3.2 Thiết bị mang đầu dò đo mối hàn Yêu cầu: Chuyển động dọc mang đầu dò siêu âm ăn mòn đảm bảo đầu dị ln áp vào thành ống Cơ cấu dọc ống phải đảm bảo độ cứng vững trình đo Phương án thiết kế: Sử dụng vit me bi động servo để điều khiển chuyển động dọc trục Hình 2.6: Thiết bị kiểm tra mối hàn Nguyên lý hoạt động: Chuyển động dọc ống thiết bị kiểm tra mối hàn điều khiển động servo, thông qua ăn khớp bánh truyền chuyển động cho cấu vitme đai ốc bi Thiết bị đo mối hàn chuyển động dọc ống trượt 2.2.4 Phƣơng án thiết kế cấu mang đầu dị siêu âm u cầu: Cơ cấu có khả mang lúc 02 đầu dò siêu âm, đầu dị tháo lắp nhanh điều chỉnh khoảng cánh 02 đầu dò dễ dàng Phương án thiết kế: Cơ cấu gồm 01 để kết nối cụm mang đầu dò 02 đầu dò siêu âm Mỗi đầu dò siêu âm liên kết với thơng qua 02 kẹp Phương án 1: Phương án Cải tiến phướng án Hình 2.7: Cơ cấu mang đầu dò Nguyên lý hoạt động: Khi cần điều chỉnh khoảng cách đầu dò, ta tháo nhẹ bulong kẹp, sau điều chỉnh khoảng cách hợp lý, siết chặt kẹp để cố định đầu dò 2.2.5 Phƣơng án thiết kế cụm mang đầu dò siêu âm Yêu cầu: cụm mang đầu dị siêu âm phải đảm bảo 02 đầu dị ln bám chặt vào bề mặt ống điều chỉnh cho nhiều cỡ ống khác phạm vi thiết bị Phương án thiết kế: Đầu dò siêu âm tổ hợp pha phải tiếp xúc với mặt ống để di chuyển mặt cong ống thiết bị kẹp phải lựa quay góc so với mặt cong giới hạn chốt Hình 2.8: Cụm mang đầu dị Ngun lý hoạt động: - Đối với cấu xoay: Khi cần điều chỉnh góc xoay ta tháo nhẹ đai ốc (1), sau điều chỉnh xong siết chặt lại - Đối với cấu chuyển động hướng tâm: lò xo (2) tạo lữ ép giúp bề mặt đầu dị ln áp sát thành ống Ngoài cấu trượt chữ T cho phép cấu thay đổi khoảng cách thay đổi đường kính ống 2.2.6 Phƣơng án thiết kế cụm bánh xe từ Yêu cầu: Đảm bảo khoảng cách cấu chuyển động dọc trục thành ống Phương án thiết kế: Cụm bánh xe từ gồm có 02 cấu a) Cơ cấu trượt chữ T cho phép điều chỉnh khoảng cách thay đổi đường kính ống b) Cơ cấu mang 02 bánh xe từ kết nối với chữ T thông qua ổ lăn cho phép tùy chỉnh chuyển động 11 10 Hình 4.25: Cơ cấu cụm bánh xe từ Nguyên lý hoạt động: Khi thiết bị thực chuyển động trịn quanh ống, vị trí bên ống, lực hút bánh xe từ giúp thiết bị trì độ bám dính lên thành ống, bên cạnh với kết cấu lắp ổ lăn giúp bề mặt bánh xe từ bám tốt vào bề mặt thành ống Khi cần thay đổi đường kính ống, Kết cấu rãnh trượt chữ T cho phép điều chỉnh độ cao bánh xe từ theo chiều hướng tâm CHẾ TẠO THIẾT BỊ 3.1 Chế tạo thiết bị Thiết bị chế tạo thành cụm nhỏ có lắp ghép tháo rời dễ dàng 3.2 Mơ hình lắp ráp hồn chỉnh Mơ hình thiết bị mang đầu dò kiểm tra mối hàn thiết bị mang đầu dò kiểm tra ăn mòn THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ 4.1 Thiết bị thử nghiệm Dụng cụ: Gồm thiết bị chế tạo, đầu dò siêu âm tổ hợp pha, máy phân tích kết Omni Scan MX2, mỡ bơi trơn, thiết bị hiệu chuẩn đầu dị, thước Hình 4.1: Máy phân tích, hiển thị liệu đầu dị siêu âm tổ hợp pha [5] Hình 4.2: Mẫu hiệu chuẩn đầu dò mẫu kiểm tra mối hàn đường ống [5] 4.2 Tiến hành thí nghiệm 4.2.1 Kiểm tra khuyết tật mối hàn Bước 1: Kiểm tra đầu dò dùng mẫu hiệu chuẩn để calib đầu dị trước đo, thiết lập thơng số encoder Bước 2: Dựa vào thơng số đầu dị kích thước mối hàn xác định khoảng cách mép đầu dò tới mối hàn Bước 3: Lắp cụm đầu dị kẹp đầu dị vào thiết bị, chỉnh góc quay kẹp để đầu dị ln áp sát vào thành ống Bước 4: Tiến hành chạy thử nghiệm thu thập liệu Kết thí nghiệm: Khuyết tật đo lần Khuyết tật đo lần Khuyết tật đo lần Không ngấu vách Khuyết tật đo lần Ngậm xỉ Hình 4.1: Kết thu qua lần đo Nhận xét: Từ thí nghiệm nhận thấy thiết bị hoạt tương đối ổn định qua lần lặp lại, độ sai lệch vòng nhỏ Hình ảnh thu rõ ràng thấy vị trí khuyết tật khơng ngấu vách ngậm xỉ Kích thước khuyết tật qua lần đo sai lệch khơng lớn 4.2.2 Thử nghiệm ăn mịn Bước 1: Kiểm tra đầu dò dùng mẫu hiệu chuẩn để calib đầu dị trước đo, thiết lập thơng số encoder Bước 2: Lựa chọn hướng quét hai chiều trình đo nhanh phụ thuộc vào thiết bị đo Hình 4.6: Lựa chọn hướng di chuyển kiểm tra Bước 3:Tiến hành chạy thử nghiệm thu thập liệu Hình 4.7: Kết thu Omni Scan Mx2 Nhận xét: Hình ảnh thu ta nhận thấy màu đậm đỏ vị trí mịn lớn bề dày ống mỏng, màu nhạt xanh vị trí mịn bề dày ống dày KẾT LUẬN - Đề xuất nguyên lý hoạt động, phương án kết cấu thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm kiểm tra đánh giá chất lượng ống (mối hàn độ mịn); - Chế tạo thành cơng, vận hành kiểm nghiệm thiết bị với thiết bị đo siêu âm hãng Olympus cho kết tốt 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Duy Tuấn, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phát khuyết tật ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha, LVCH Đại học SPKT Tp HCM, 2013 [2] Olympus NDT, Industrial Scanners - Scanners and Accessiories (Industrial_ Scanners_catalog_EN_201104), olympus-ims.com, 2011 [3] Phoenix Inspection Systems Ltd, Swipe manual X-Y Scanner, Phoenix Inspection Systems Ltd, 2015 [4] Olympus NDT, Intrduction to phased array Ultrasonic technology application, 2007 -13- S K L 0 ... ứng dụng thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha cho việc kiểm tra đánh giá chất lượng ống, đề tài: ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra chất lượng ống sử dụng kỹ thuật. .. ngồi, cơng trình nghiên cứu vấn đề kiểm tra chưa đẩy mạnh Đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống sử dụng kỹ thuật siêu âm. ”, thực nhằm... việc kiểm tra thành tự động - Đào tạo nguồn nhân lực lĩnh vực siêu âm Việt Nam 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Chế tạo thiết bị mang đầu dò siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra đánh giá chất lượng ống