Nghiên cứu phát triển thiết bị kiểm tra ống nhỏ sử dụng công nghệ siêu âm tổ hợp pha

v TịMăTT Khuyt tt hƠn trong các mi hƠn nói chung, đặc bit lƠ khuyt tt trong mi hàn ngnói riêng có nh hng ln đn cht lng kt cu hƠn cũng nh quá trình lƠm vic sau này ca chúng. σgoƠi ra, theo các qui đnh về an toƠn hot đng trong các ngƠnh công nghip hoá dầu, đin lực, dầu khí, cần thực hin kiểm tra đnh kỳ cht lng các mi hƠn ng (dc ng) bằng các phng pháp σDT nh X-quang, siêu âm, để đánh giá vƠ quyt đnh thi hn hot đng ca chúng. Vic kiểm tra cht lng mi hƠn ng (dc ng) bằng phng pháp siêu ơm thng đc thực hin bằng tay đòi hi nhiều thi gian, kt qu không ổn đnh vi chi phí ln. Do vy, vn đề nghiên cu, phát triển thit b kiểm tra ng nh s dng siêu ơm đƣ nhn đc sự quan tơm đặc bit. Đề tƠi đƣ tin hƠnh kho sát các loi robot, thit b tự hƠnh, phng pháp vƠ kỹ thut đo bằng siêu ơm để tin hƠnh nghiên cu, thit k vƠ ch to th nghim thit b tự hƠnh kiểm tra đánh giá cht lng ng nh bằng siêu ơm tổ hp pha. Thit b bao gồm các c cu kẹp, đng ray dn hng, c cu di chuyển dc trc, c cu mang đầu siêu ơm, … có thể hot đng tự hƠnh dc theo chiều dƠi ng tin hƠnh đo kiểm vi kt qu ổn đnh, tin cy, thi gian đo kiểm ngắn. SUMMARY Welding defects in buttweld make vertical pipe influence seriously on quality of welding structure as well as its working process. Besides, according to safety at work in petrochemical industry and petroleum industry, weld seam quality need to be tested by NDT techniques, such as: Radiographic testing, Ultrasonic testing vv, From that point this subject will research about a part of welding theory, especially it will lead us to the defect of the weld and the cause make it wrong. After that, we will learn about some methods to checking the quality of welding that is presenting to find out the defect of welding, it’s not easy to see the failure, so we will learn more about devices, engines to help the inspection process to be more precise. From the practical problem and difficulties due to the welding inspection process in reality, this research will focus to studying the self ậ propelled device that it’s capability can walk on the pipe with diameter varies from 0,8 inch ÷ 4,5 inch. Over vi the period of research and learning from the other resources about the self ậ propelled or handicraft on around the world and Vietnam market. This subject will go into research and manufacture the device itself with the simplest structures but bringing high efficiency. In addition, the project will also calculate reliable structure of devices and choosing the most compact structures while ensuring the enduring and able working well. vii MC LC Lụ LCH KHτχ HC i MC LC vii DχσH MC HỊσH x DχσH MC ψσG xiv Chng 1 GII THIU 1 1.1Tính cp thit ca đề tƠi ……………………………………………………… 1 1.2 ụ nghĩa khoa hc vƠ tính thực tin ca đề tƠi………………………………….3 1.β.1Tính thực tin ca đề tƠi 3 1.β.βụ nghĩa khoa hc ca đề tƠi 3 1.γMc tiêu nghiên cu ca đề tƠi 4 1.4Đi tng vƠ phm vi nghiên cu 4 1.4.1Đi tng nghiên cu 4 1.4.βυhm vi nghiên cu 4 1.ηυhng pháp nghiên cu 5 1.θσi dung ca đề tƠi 5 β.1υhng pháp kiểm tra mi hƠn bằng siêu ơm 6 2.1.1 σguyên lý kiểm tra siêu ơm 6 2.1.2 Kỹ thut kiểm tra bằng siêu ơm 6 2.1.3 σguyên tắc kiểm tra 7 2.1.4 Mc đ chp nhn khuyt tt bên trong mi hƠn 9 β.γ.1σt (CRACKS) 16 2.3.2 Rỗ khí 19 2.3.3Ngm x (SτLID IσCLUSIτσS) 21 2.3.4Không thu (LACK OF PENETRATION) 22 2.3.4.1Không thu hoƠn toƠn 23 2.3.4.2Không thu chơn 23 β.γ.ηCháy thng (Burn-Through) 24 2.3.6Cháy chân (Undercut ) 24 2.4 Các nghiên cu liên quan đn đề tƠi 25 β.4.1Các nghiên cu ngoƠi nc 25 β.4.βCác nghiên cu trong nc 29 2.5 Các tồn ti 29 Chng γ C S LÝ THUYT 30 3.1 Các bin pháp phát hin khuyt tt mi hàn 30 viii 3.1.1 υhng pháp chp nh phóng x (Radiographic Testing_RT) 31 3.1.2 Kiểm tra mi hƠn bằng phng pháp siêu ơm (Ultrasonic Testing_UT) 33 3.1.3 υhng pháp kiểm tra siêu âm (Untrasonic Inspection_UI) 34 3.1.4 υhng pháp kiểm tra thẩm thu cht lng (Liquid υenetran inspection_LυI) 36 3.1.5 υhng pháp kiểm tra t tính (Magnetic υarticle Inspection_MυI) 37 3.1.6 υhng pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing_ ET) 39 3.1.7 υhng pháp dùng tia bc x Xquang vƠ Gamma 40 3.1.8 υhng pháp kiểm tra thy lực th áp lực 42 3.2 Các loi đầu dò s dng trong siêu ơm dc trc 44 3.2.1 Đầu dò thông thng 44 3.2.1.1 Đầu dò thẳng 44 3.2.1.2 Đầu dò góc 44 3.2.1.3 Đầu dò kép 44 3.2.1.4 Đầu dò phased array (OLYMPUS) 45 3.2.2 Cu to ca các đầu dò thông thng 45 3.2.3 Cu to ca đầu dò tổ hp pha (phased array) 46 3.2.4 σguyên lý kiểm tra dc trc ca đầu dò 47 Chng 4 υHσG HσG VÀ GII υHÁυ 49 4.1 Thông s thit k 49 4.2 Phác tho nguyên lý hot đng 49 4.2.1 σguyên lý yêu cầu 49 4.2.2 σguyên lý đnh v, vn hƠnh 50 4.2.3 σguyên lý mang thit b chy dc ng 51 4.2.4 σguyên lý dn hng 52 4.3 υhng hng vƠ gii pháp thực hin 53 4.4 Lựa chn phng án ti uμ 59 4.5 Trình tự công vic tin hƠnh 60 Chng η 61 TệσH TτÁσ, THIT K CÁC C CU 61 5.1 Yêu cầu thit k 61 5.2 Tính toán, thit k các c cu 61 5.2.1 Mô hình thit k thit b 61 5.2.2 Tính toán, thit k cm truyền đng 63 5.2.3 Tính toán, thit k cm di trt 67 5.2.3.1 Tính lực kẹp cần thit cho khi V di đng 68 ix 5.2.3.2 Tính toán b truyền vít me ậ đai c kẹp 68 5.2.3.3 Kiểm tra đ bền cho đòn kẹp 71 5.2.3.4 Kiểm tra điều kin bền cho trc kẹp ϕ12: 73 5.2.4 Thit k cm lắp đầu dò siêu ơm 74 5.3 Đề xut mch điều khiển cho c cu 75 Chng θ CH Tτ, TH σGHIM VÀ ĐÁσH GIÁ 79 6.1 Ch to vƠ lắp ráp chi tit 79 6.2 Th nghim 81 6.2.1 Quy trình kiểm tra th nghim 81 6.2.1.1 Quy trình kiểm tra siêu ơm 81 6.2.1.2 Quy trình kiểm tra vƠ vn hƠnh thit b 85 6.3 Thực nghim xác đnh lực ca lò xo 88 6.3.1 Mc đích thực nghim 88 6.3.2 Dng c vƠ các thit b th nghim 88 6.4 Thực nghim xác đnh sai s dc trc 90 6.4.1 Mc đích thực nghim 90 6.4.2 Dng c vƠ thit b th nghim 90 6.5 Thực nghim đo vi τmniScan vƠ đầu dò 91 6.6 Kt qu kiểm tra thực nghim 95 6.7 Đánh giá 99 Chng 7 KT LUσ VÀ KIσ σGH 100 x DANH MC HÌNH Hình 1. 1: Kiểm tra mi hƠn ông bằng tay [13] 2 Hình 1. 2: Kiểm tra bằng tay mi hƠn phă ̉ ng bằng đầu do siêu âm [13] 2 Hình 1. 3 : Kiểm tra bằng tay môi ha  n nôi bôn bằng phng pháp siêu ơm [1γ] 2 Hình 2. 1:Nguyên lý kiểm tra mi hàn bằng siêu âm 6 Hình β. βμ S đồ liên kt mi hàn 7 Hình 2. 3: S đồ dò liên kt giáp hàn mi 7 Hình 2. 4: Các dng s đồ quét để kiểm tra khuyt tt mi hàn [14] 8 Hình 2. 5: Mô phng quá trình siêu âm [14] 9 Hình 2. 6: ng thép không g [8] 10 Hình 2. 7: ng thép tròn đen [8] 10 Hình 2. 8: ng thép m km [8] 13 Hình 2. 9: Quy trình hàn thép không g s dng phôi tm [8] 14 Hình 2. 10: Quy trình công ngh hàn ng thép [8] 15 Hình 2. 11: Tổng hp các khuyt tt ca mi hàn 16 Hình 2. 12: Phân loi khuyt tt nt theo TCVN 6115-1:2005 17 Hình 2. 13: Vùng nh hng nhit (HAZ) 17 Hình 2. 14: Các v trí thng xut hin vt nt dc 18 Hình 2. 15: V trí thng xut hin các vt nt dc 18 Hình 2. 16: Các v trí thng xut hin vt nt ngang 18 Hình 2. 17: V trí các vt nt ngang 19 Hình 2. 18: Nt cắt lp  chân mi hàn [10] 19 Hình 2. 19: Phân loi khuyt tt rỗ khí theo BS EN [10] 20 Hình 2. 20: Các dng khuyt tt rổ khí [10] 21 Hình 2. 21: Rỗ khí bên trong mi hàn [10] 21 Hình 2. 22: Ngm x bên trong đng hàn Hình 2. 23: Ngm x bên ngoƠi đng hàn 22 Hình 2. 24μ S đồ phân loi các khuyt tt ngm x [10] 22 Hình 2. 25: Phân loi khuyt tt không thu [10] 23 Hình 2. 26:Khuyt tt không thu chân [10] 23 Hình 2. 27:Khuyt tt không thu chân [10] 24 Hình 2. 28:Khuyt tt cháy thng [10,12] 24 Hình 2. 29: Phân loi khuyt tt cháy chân theo theo BS EN [10] 24 Hình 2. 30: Khuyt tt cháy chân [10,12] 25 Hình 2. 31: Kiểm tra mi hàn ng bằng tay s dng máy quét COBRA Scanner [9] 25 xi Hình 2. 32: Thit b siêu âm mi hàn OmniScan [9] 26 Hình 2. 33: Thit b kiểm tra mi hàn ni Olympus OmniScan s dng bằng tay [9] . 26 Hình 2. 34: Máy siêu âm mi hàn Olympus [9] 26 Hình 2. 35: Máy kiểm tra mi hàn s dng trong nhà máy sn xut ng [9] 27 Hình 2. 36: Thit b tự đng kiểm tra mi hàn bồn PV ậ 300 [9] 28 Hình 2. 37: Kiểm tra mi hàn bồn áp lực bằng thit b PV ậ 300 [9] 28 Hình 3. 1: ng phát tia X [15] 32 Hình 3. 2: Nguyên lý phát hin khuyt tt bằng phng pháp siêu ơm [15] 33 Hình 3. 3: Thit b siêu âm kiểm tra mi hàn [9] 34 Hình 3. 4: Nguyên lý kiểm tra bằng siêu âm [9] 35 Hình γ. ημ Các bc chuẩn b trc khi kiểm tra [11] 36 Hình 3. 6: Nguyên lý kiểm tra bằng phng pháp t tính [15] 38 Hình 3. 7: Thit b kiểm tra khuyt tt mi hàn bằng dòng xoáy [15] 40 Hình 3. 8: Nguyên lý kiểm tra bằng bc x [15] 41 Hình 3. 9: Kiểm tra mi hàn giáp mi bằng Xquang 41 Hình γ. 10μ S đồ phng pháp kiểm tra áp lực [11] 43 Hình γ. 11μ Đầu dò thẳng [9] 44 Hình γ. 1βμ Đầu dò góc [9] 44 Hình γ. 1γμ Đầu dò kép [9] 45 Hình γ. 14μ Đầu dò phased array (OLYMPUS) [9] 45 Hình γ. 1ημ Đầu dò đn tinh thể vƠ đầu dò tinh thể kép 45 Hình 3. 16: Cu to ca các đầu dò thông thng [9] 46 Hình 3. 17: Cu to Đầu dò siêu âm phased array [9] 46 Hình 3. 18: Cu to ca đầu dò đa tinh thể Phased Array [9] 46 Hình γ. 1λμ υhng pháp kiểm tra siêu âm truyền thng [9] 47 Hình γ. β0μ υhng pháp kiểm tra siêu âm TOFD [9] 47 Hình γ. β1μ υhng pháp kiểm tra siêu âm phased array [9] 48 Hình 4. 2: Nguyên lý yêu cầu ca thit b 49 Hình 4. γμ σguyên lý đnh v, vn hành 50 Hình 4. 4μ υhng án lựa chn đnh v và vn hành bi hai khi V 51 Hình 4. 5: Nguyên lý mang thit b chy dc ng 51 Hình 4. 6: B truyền vitme ậ đai c dn đng đc chn theo phng án β 52 Hình 4. 7: Nguyên lý dn hng cho thit b 52 Hình 4. 8: Nguyên lý dn hng cho thit b đc chn theo phng án β 53 Hình 4. λμ Mô hình phng án 1 54 xii Hình 4. 10μ Mô hình phng án β 55 Hình 4. 11μ Mô hình phng án γ 57 Hình 4. 1βμ Mô hình phng án 4 58 Hình 4. 1γμ Mô hình phng án đƣ lựa chn 59 Hình 5. 1: Mô hình thit b thit k 61 Hình 5. 2: Mô hình phân r thit b 62 Hình 5. 3: Bn v cm chi tit truyền đng 63 Hình 5. 4: Bn v b truyền vítme ậ đai c bi 66 Hình 5. 5: Bn v cm chi tit di trt 67 Hình η. θμ S đồ phân tích lực kẹp tác dng lên khi V 68 Hình η. 7μ Đòn kẹp theo thit k 71 Hình 5. 8: Biểu đồ ni lực ca đòn kẹp 72 Hình 5. 9: Biểu đồ phân b ng sut trên tit din đòn kẹp 72 Hình 5. 10: Biểu đồ ni lực ca trc kẹp 73 Hình 5. 11: Bn v cm chi tit lắp đầu dò siêu âm 74 Hình 5. 12: Mch đng lực 77 Hình 5. 13: Mch điều khiển 78 Hình 5. 14: T đin sau khi thit k và lắp đặt hoàn chnh 78 Hình 6. 1:Mô hình thit b thit k ban đầu 79 Hình 6. 2: Thit b sau khi gia công lắp ráp hoàn chnh 80 Hình θ. γμ Hng nhìn khác ca thit b sau khi gia công lắp ráp hoàn chnh 80 Hình θ. 4μ S đồ tổng quát qui trình kiểm tra siêu âm [9] 81 Hình θ. ημ S đồ thit b đo [λ] 84 Hình 6. 6: X lý file sau khi quét để báo cáo [9] 88 Hình 6. 7: B phn kẹp đầu dò và lực k 88 Hình 6. 8: Lò xo và b kẹp đầu dò 89 Hình 6. 9: Thit b và dng c th nghim sai s dc trc 90 Hình 6. 10: Máy phân tích, hiển th dữ liu vƠ đầu dò siêu âm tổ hp pha [9] 92 Hình θ. 11μ Đầu dò và nêm nghiêng góc 55 0 [9] 92 Hình 6. 12: Hiu chnh calib đầu dò vi mu chuẩn và encoder 92 Hình θ. 1γμ Điều chnh đầu dò so vi mi hàn [9] 93 Hình θ. 14μ Điều chnh đầu dò so vi mi hàn [9] 93 Hình 6. 15: Gá lắp vƠ điều chnh cm đầu dò so vi mi hàn cần kiểm tra trên ng 94 Hình 6. 16: Kiểm tra vƠ điều chnh khong cách đầu dò đúng theo yêu cầu 94 Hình 6. 17: Quá trình vn hành máy siêu âm và thit b đo 94 xiii Hình 6. 18: Kt qu thực nghim lần 1 96 Hình 6. 19: Kt qu thực nghim lần 2 97 Hình 6. 20: Kt qu thực nghim lần 3 99 xiv DANHăMCăBNG Bng 2. 1: Góc vào trong tng vt liu 8 Bng 2. 2: Chiều dài gii hn ca vt kiểm tra 9 Bng β. γμ Kích thc tiêu chuẩn ca ng thép đen tròn [8] 11 Bng β. 4μ Kích thc ng thép m km [8] 12 Bng β. ημ Kích thc ng thép không g, ng hàn [8] 13 Bng β. θμ Kích thc ng thép ch to bằng phng pháp hƠn [8] 15 Bng 5. 1: Bng giá tr Ψ H vƠ Ψ h 64 Bng 6. 1: Kt qu thực nghim xác đnh lực lò xo 90 Bng 6. 2: Kt qu thực nghim sai s dc ca đầu dò 91 [...]... hình nh về công vi c kiểm tra vƠ thi t b kiểm tra ch t l ng m i hƠn ng s d ng kỹ thu t siêu ơm 1 Hình 1 1: Kiểm tra m i hƠn ông bằng tay [13] Hình 1 2μ Kiểm tra bằng tay m i hƠn phẳ ng bằng đầu do siêu ơm [13] Hình 1 3μ Kiểm tra bằng tay môi han nôi bôn bằng ph ng pháp siêu ơm [13] Hình 1 4: Thi t b tự đ ng kiểm tra m i hƠn cho môi nôi đ 2 ng ông [13] Hình 1 5: Thi t b tự hƠnh kiểm tra ng cáp quang d... th cho các thi t b v n hƠnh th công 1.3 M c tiêu nghiên c u c aăđ tài - Đề tƠi nghiên c u về kỹ thu t đo, ph ng pháp đo siêu ơm, đặc bi t lƠ siêu ơm tổ h p pha Qua đó đề xu t qui trình đo kiểm s d ng thi t b tự hƠnh mang đầu dò siêu ơm tổ h p pha - Th nghi m, phát triển các c c u kẹp có điều khiển; - Thi t k , ch t o th nghi m thi t b tự hƠnh mang đầu dò siêu ơm kiểm tra, đánh giá ch t l 1.4 Đ iăt... cán b kiểm tra đòi h i ph i có kinh nghi m - T c đ di chuyển c a thi t b kiểm tra bằng tay không ổn đ nh gơy nh h ng l n đ n k t qu kiểm tra - m ts đ ng ng dƠi vi c kiểm tra bằng th công s không hi u qu về mặt th i gian, nhơn công, … - Thi t b kiểm tra bằng tay t d n do đó chi phí mua sắm thi t b t ng đ i cồng kềnh, đòi h i ph i có đ ng ray ng đ i cao Hình 1.1 đ n 1.η trình bƠy m t s hình nh về công. .. thi t b tự hƠnh kiểm tra m i hƠn d c đ ng ng, nghiên c u các ph ng án cho thi t b kiểm tra đi trên đ ng vƠ mang thi t b kiểm tra siêu âm m i hƠn d c ng 4 ng 1.5 Ph ngăpháp nghiên c u - σghiên c u phơn tích lý thuy tμ Thu th p tƠi li u t các nguồn báo chí, t p chí, sách, t internet có liên quan đ n n i dung nghiên c u Qua phơn tích, x lý thông tin thu đ c đề xu t qui trình ch t o vƠ kiểm tra ng nh - υh... đo kiểm đánh giá ch t l quá trình s d ng luôn lƠ v n đề c p bách đ ng ng ngkhis n xu t vƠ trong c quan tơm nghiên c u σgƠy nay, đƣ có nhiều công trình ng d ng thành công các công ngh tiên ti n để ch t o ra các thi t b kiểm tra tự đ ng giúp tăng năng su t lao đ ng g p nhiều lần vƠ có đ tin c y cao Vì những lý do trên, nên vi c nghiên c u thi t k m t thi t b kiểm tra m i hƠn d c ng mang đầu dò siêu âm. .. siêu âm để đo kiểm, đánh giá ch t l ng m i hƠn d c nglƠ m t v n đề th i sự vƠ c p bách 1.1 Tính c p thi t c aăđ tài Hi n nay trên th gi i cũng nh pháp kiểm tra ch t l ng c a đ Vi t σam v n đang áp d ng nhiều ph ng ng ng Tuy nhiên vi c kiểm tra nƠy còn mang tính th công hoặc bán tự đ ng,vì v y vi c kiểm tra v n còn có m t s nh c điểm sau: - Th i gian đo kiểm l n - Công tác v n hƠnh kiểm tra t ng đ i... các h n ch khi kiểm tra bằng các thi t b th công nh trên vƠ yêu cầu có m t thi t b kiểm tra m i hƠn ng có kh năngtự hành, có tính kinh t trong s d ng Do v y, vi c nghiên c u m t thi t b tự hƠnh có thể mang đầu siêu ơm kiểm tra đ 1.2 c m i hƠn do ̣c ng lƠ m t nhu cầu c p bách ụănghĩaăkhoaăh c và tính thực ti n c aăđ tài 1.2.1 Tínhăthựcăti năc aăđ ătƠi Thi t b tự hƠnh mang đầu dò siêu ơm đo kiểm đánh giá... gi i pháp siêu ơm υhased χrray t t nh t cho kiểm tra các ng m ng thay th cho ch p nh phóng x - Kiểm tra đ  c nhiều đ ng kính ng khác nhau u điểm: - Chuyên dùng cho kiểm tra các m i hƠn có đ - Kh năng ti p c n đ ng kính nh t i (β1 mm) c các v trí ch t hẹp, kho ng cách giữ các ng r t sát nhau (12 mm) - Kiểm tra c hai bên m i hƠn v i β đầu dò ch 1 lần quét - Có thể tách r i c u ki n để kiểm tra t ng... Hình 2 1:σguyên lý kiểm tra m i hƠn bằng siêu ơm 2.1.2 Kỹăthu tăki m tra bằng siêu ơm Kỹ thu t kiểm tra siêu ơm th ng đ c chia ra lƠm ba tiêu chí phơn nhóm ch y uμ - Xung ph n hồi vƠ truyền qua (liên quan đ n năng l ng đ c s d ng ph n x hay truyền qua) - Chùm tia vuông góc vƠ xiên góc (liên quan đ n góc mƠ năng l ng ơm thanh đi vƠo v t kiểm) - Ti p xúc vƠ nhúng (liên quan đ n ph kiểm) 6 ng pháp ti... thi t b kiểm tra ng nh s d ng công ngh siêu ơm tổ h p pha, th nghi m ho t đ ng vƠ hoƠn ch nh thi t k 1.6 N i dung c aăđ tài - Ch ng 1μ Gi i thi u - Ch ng βμ Tổng quan - Ch ng γμC s lý thuy t - Ch ng 4μ υh - Ch ng ημ Tính toán thi t k các c c u - Ch ng θμ Ch t o, th nghi m vƠ đánh giá - Ch ng 7μ K t lu n vƠ ki n ngh ng h ng vƠ gi i pháp 5 Ch ngă2ă T NG QUAN 2.1 Ph ngăphápăki m tra m iăhƠnăbằng siêu ơm . Testing_RT) 31 3.1.2 Kiểm tra mi hƠn bằng phng pháp siêu ơm (Ultrasonic Testing_UT) 33 3.1.3 υhng pháp kiểm tra siêu âm (Untrasonic Inspection_UI) 34 3.1.4 υhng pháp kiểm tra thẩm thu cht. Thit b siêu âm kiểm tra mi hàn [9] 34 Hình 3. 4: Nguyên lý kiểm tra bằng siêu âm [9] 35 Hình γ. ημ Các bc chuẩn b trc khi kiểm tra [11] 36 Hình 3. 6: Nguyên lý kiểm tra bằng phng. dò siêu âm phased array [9] 46 Hình 3. 18: Cu to ca đầu dò đa tinh thể Phased Array [9] 46 Hình γ. 1λμ υhng pháp kiểm tra siêu âm truyền thng [9] 47 Hình γ. β0μ υhng pháp kiểm tra siêu