NGHIÊN cứu, THIẾT kế, CHẾ tạo THIẾT bị tự HÀNH MANG đầu dò KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG ỐNG sử DỤNG kỹ THUẬT SIÊU âm

M CL C L I CAM K T i L IC M N ii TÓM T T iii ABSTRACT iv DANH M C CÁC HÌNH xi DANH M C B NG BI U xv CH NG 1:GI I THI U 16 1.1 Tính cấp thiết c a đề tài 17 1.2 ụ nghĩa khoa học thực tiễn c a đề tài 17 1.2.1 ụ nghĩa khoa học 18 1.2.2 ụ nghĩa thực tiễn 18 1.3 Mục tiêu nghiên c u c a đề tài 18 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên c u 18 1.4.1 Đối tượng nghiên c u c a đề tài 18 1.4.2 Phạm vi nghiên c u 18 1.5 Phương pháp nghiên c u 19 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 19 1.5.2 Các phương pháp nghiên c u cụ thể 19 1.6 Kết cấu c a luận văn 19 CH NG 2: TỔNG QUAN 20 2.1 Phân loại ống thép theo công nghệ 20 2.1.1 ng thép đúc 20 2.1.2 ng thép hàn 21 2.2.1 ng inox (ống thép không gỉ) 21 2.2.2 ng thép tròn đen 22 2.2.3 ng thép mạ kẽm 22 2.3 Các loại mối hàn ống 23 v 2.4 Khuyết tật mối hàn 24 2.4.1 N t 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 c a kim loại ảnh hưởng c a đến 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 c u: 38 CH NG 3: C S LÝ THUY T 39 3.1 Kiểm tra phá h y 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 c ng 39 3.1.4 Kiểm tra thử phá gãy mối hàn 39 3.2 Kiểm tra không phá h y (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 dòng điện xoáy 45 3.2.7 Kiểm tra siêu âm 46 vi 3.2.8 Siêu âm Phased Array (PA) 48 CH NG4: YểU C U VÀ PH NG ÁN THI T K 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 dò 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 c a 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 CH NG 5: CH T O THI T B 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 CH NG 6: KI M TRA VÀ ĐÁNH GIÁ THI T B 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 N t 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 c a lò xo 99 6.4.2 Thực nghiệm xác định sai số vòng c a 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 CH NG K T LU N ậ KI N NGH 109 7.1 Kết luận 109 7.2 Kiến nghị 109 TÀI LI U THAM KH O 110 PH L C 112 8.1 Kết cấu tổng thể c a cấu 112 8.2 Tính toán khí 112 8.2.1 Tính toán truyền bánh 112 8.2.2 Tính toán truyền đai 114 ix DANH M C T 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 VI T T T ASME American Society of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and Materials UT-PA Ultrasonic Test Phase Array x DANH M C CÁC HÌNH Hình 2.2: ng thép không gỉ [2] 21 Hình 2.3: ng thép tròn đen [3] 22 Hình 2.4: ng 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 c a mối hàn [7] 25 Hình 2.9:Các kiểu n t mối hàn [8] [9] 26 Hình 2.10: nh chụp n t 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 không ngấu 30 Hình 2.17:Khuyết tật lẹm chân(cháy chân), chảy loang (tràn) 30 Hình 2.18:Các sai lệch hình dạng c a mối hàn 31 Hình 2.19:Dạng mòn kim loại theo thời gian [20] 32 Hình 2.20:Dạng ăn mòn [13] 33 Hình 2.21:Dạng ăn mòn không [13] 33 Hình 2.23:Dạng ăn mòn tinh thể [13] 34 Hình 3.1:Các phương pháp kiểm tra không phá h y [17] 40 Hình 3.2:Các phương pháp kiểm tra ch 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 n t gần lỗ tra dầu 44 Hình 3.7:Sử dụng hạt huỳnh quang ướt để kiểm tra vết n t c a trục 44 Hình 3.8:Thiết bị kiểm tra bột từ 45 Hình 3.9:Kiểm tra dòng diện xoáy 46 Hình 3.10:Nguyên lý siêu âm kiểm tra khuyết tật vật liệu [20] 47 xi Hình 3.11:Các loại máy siêu âm khuyết tật TOKIMEC [20] 47 Hình 3.12:Thiết bị siêu âm Phased Array 49 Hình 3.13:Thành phần c a hệ thống Phased Array [21] 49 Hình 3.14:Đầu dò Phased Array [22] 50 Hình 3.15:Mặt cắt đầu dò Phased Array [22] 50 Hình 3.16:Các dạng đầu dò Phased Array c a hãng olympus NDT [21] 51 Hình 3.17:Các loại nêm đầu dò Phased Array [22] 51 Hình 3.18:Sự tạo thành chùm tia thời gian trễ cho phát nhận chùm tia 52 Hình 3.19:Điều khiển chùm tia siêu âm [22] 53 Hình 3.20:Khẩu độ hiệu dụng [22] 53 Hình 3.21:Quét tuyến tính với chùm tia thẳng hình ảnh A scan [22] 54 Hình 3.22:Quét tuyến tính với chùm góc hình ảnh A scan [22] 54 Hình 3.23:Hình ảnh sóng thẳng A-scan [22] 55 Hình 3.24:Hình ảnh A-scan c a chùm tia góc [22] 55 Hình 3.25:Hiển thị B-scan [22] 56 Hình 3.26:Mặt Cắt B-scan [22] 56 Hình 3.27:Hình ảnh C-scan thông thường hiển thị vị trí lỗ [22] 56 Hình 3.28:Hình ảnh C-scan tổ hợp pha hiển thị vị trí lỗ [22] 57 Hình 3.29:Hình ảnh C-scan kiểm tra đường hàn [22] 57 Hình 3.30:Hình ảnh S-scan góc quét -300 đến 300 [22] 57 Hình 4.1:Các chuyển động cần có c a thiết bị 58 Hình 4.2:Thiết bị dùng mâm cặp chấu [23] 60 Hình 4.3:Bộ kẹp cố định 61 Hình 4.4:Bộ kẹp cố định ống 62 Hình 4.6:Cơ cấu tay quay cho kẹp 64 Hình4.7:Xi lanh khí nén dẫn hướng 64 Hình 4.8:Bộ truyền đai trượt bi 65 Hình 4.9:Bộ trục vít trượt bi 65 Hình4.10:Thiết kế cấu sử dụng trượt 67 Hình 4.11:Thiết kế cấu sử dụng trượt 67 Hình 4.12:Cụm chi tiết chuyển động tròn quanh ống theo phương án 68 xii Hình 4.13:Chi tiết cụm bánh xe phương án 69 Hình 4.14:Cụm chi tiết chuyển động tròn quanh ống theo phương án 70 Hình 4.15:Chi tiết cụm bánh xe phương án 71 Hình 4.16:Đặt đầu dò so với mối hàn [24] 71 Hình 4.17:Khoảng cách lớn c a nêm so với mặt cong 0,5mm 71 Hình 4.18:Hướng đặt đầu dò siêu âm tổ hợp pha [24] 72 Hình 4.19:Cụm mang đầu dò phương án 72 Hình 4.20:Cụm mang đầu dò phương án 72 Hình 4.21:Bộ kẹp dùng trượt với lò xo 73 Hình 4.22:Cụm chi tiết xoay 74 Hình 23:Cụm chi tịnh tiến 74 Hình 4.24:Cụm chi tiết trượt 75 Hình 4.25:Cơ cấu cụm bánh xe từ 75 Hình 4.26:Hộp động 76 Hình 4.27:Phương án thiết kế kẹp kết hợp với bánh xe từ 76 Hình 4.28:Cơ cấu mang đầu dò sử dụng kẹp hai đầu 77 Hình 4.29:Cảm biến nhận diện mép mối hàn 78 Hình 4.30:Laser đường thẳng 79 Hình 4.31:Camera quan sát 79 Hình 4.32:Encoder gắn động 80 Hình 4.33:Hình dáng thước quang 81 Hình 4.34:Thiết kế thiết bị đo mối hàn vòng ống 82 Hình 4.35:Chốt tháo lắp nhanh [25] 83 Hình 4.36:Nguyên lí hoạt động c a chốt tháo lắp [25] 83 Hình 4.37:Phương án dùng bu lông để tháo lắp 84 Hình 4.38:Phương án dùng chốt tháo lắp 85 Hình 4.39:Phương án dùng chốt định vị kết hợp với chốt tháo lắp 85 Hình 5.2:Thanh nối 88 Hình 5.3:Tấm đỡ 88 Hình 5.4:Cơ cấu chuyển động dọc ống 89 Hình 5.5:Cơ cấu giữ đầu dò 89 xiii Hình 5.6:Cơ cấu cụm bánh xe từ 90 Hình 5.7:Cơ cấu điều chỉnh cụm đầu dò 91 Hình 5.8:Hộp động 92 Hình 5.9:Thiết bị kiểm tra OMNISCAN c a hãng OLYMPUS 92 Hình 5.10:Lắp đầu dò siêu âm vào cụm đầu dò 93 Hình 6.1:Sơ đồ thiết bị đo 95 Hình 6.2:Bộ phận kẹp đầu dò sử dụng lò xo ép lực kế kiểm tra 99 Hình 6.3:Bộ phận kẹp đầu dò, thước kẹp, máy tiện, đồng hồ so 101 Hình 6.4:Các vị trí đặt đầu dò bắt đầu thử nghiệm vòng 101 Hình 6.5:Bộ phận tiến hành thử nghiệm 102 Hình 6.6:Các vị trí đặt đầu dò bắt đầu thử nghiệm dọc 102 Hình 6.7:Máy phân tích, hiển thị liệu đầu dò siêu âm tổ hợp pha 103 Hình 6.8:Mẫu hiệu chuẩn đầu dò mẫu kiểm tra mối hàn đường ống 103 Hình 6.9:Đầu dò nêm nghiêng góc 55 độ 103 Hình 6.10:Kết thu lần đo th 104 Hình 6.11:Kết thu lần đo th 104 Hình 6.12:Kết thu lần đo th 105 Hình 6.13:Kết thu lần đo th 105 Hình 6.14:Đầu dò nêm nghiêng góc độ 106 Hình 6.15:Hiệu chỉnh calib đầu dò với mẫu chuẩn encoder 106 Hình 6.16:Lựa chọn hướng di chuyển kiểm tra 107 Hình 6.17:Kết thu Omni Scan Mx2 107 Hình 6.18:Kết thu sau đo 107 Hình 6.19:Qúa trình đo thử nghiệm 108 xiv -23- NGHIÊN CỨU, THI T K , CH T O THI T B T HÀNH MANG Đ U DÒ KI M TRA CH T L ỢNG KỸ THU T SIÊU ÂM D NG 1 Đặng Thiện Ngôn NG S 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, công nghệ nhu cầu lượng ngày cao Nguồn lượng ch yếu khai thác từ thiên nhiên mỏ biển đường ống đóng vai trò 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 c a 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 h y sử dụng rộng rãi, công việc kiểm tra khuyết tật ăn mòn dùng đầu siêu âm tổ hợp pha (PA) ng dụng rộng rãi nước giới nước ta ít, đặc biệt ng dụng thiết bị để kiểm tra tự động thay cho người Chính lý báo trình bày kết nghiên c u, khảo sát loại thiết bị, phương pháp kỹ thuật đo siêu âm, quỹ đạo chuyển động c a thiết bị để từ tiến hành nghiên c u, tính toán, chế tạo thử nghiệm thiết bị mang đầu dò kiểm tra ống nhằm đáp ng nhu cầu xã hội GI I THI U Đường ống dẫn có vai trò quan trọng công trình xây dựng, th y điện, dầu khí, giao thông, hoá 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 s c khoẻ người Tuy nhiên, việc ng 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 ng dụng nhiều nước ta lĩnh vực thiết bị liên quan phát triển năm gần - Chưa có nhiều nghiên c u nước ng dụng thiết bị siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra khuyết tật ăn mòn - 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 ng 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 c u Đề tài thực nhằm đáp ng phần nhu cầu thực tiễn giúp ng dụng, làm ch 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 c u, thiết kế, chế tạo thiết bị phát khuyết tật ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha” c a tác giả Lê Duy Tuấn thực năm 2013 [1] có nghiên c u 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 c a Lê Duy Tuấn [1] Thiết bị Hydro form c a hãng Olympus dùng để kiểm tra ăn mòn đường kính ống tròn lớn 98 mm kết hợp với OmniScan ® để hiển thị hình ảnh thu phân tích Hình 1.3: HydroFORM c a Olympus [2] Swipe c a 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 c a 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 c a 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 ng dụng công 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 ng dụng công nghệ siêu âm tổ hợp pha kết nhanh, rõ ràng nhất, hình ảnh màu chiều YÊU C U VÀ PH NG ÁN THI T K 2.1 Yêu c u chuy n đ ng th c hi n ki m tra Chuyển động c a thiết bị kiểm tra mối hàn bao gồm: + Chuyển động xoay tròn 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 tròn quanh ống Hình 2.2 Thi t b mang đ u dò ki m tra ăn mòn 2.2 Ph 2.2.1 Ph ng án thi t k ng án thi t k c c u kẹp Yêu cầu: Cơ cấu kẹp phải đảm bảo độ c ng vững độ đồng tâm c a thiết bị Ngoài cấu kẹp 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 Ph ng án thi t k c c u chuy n đ ng tròn Yêu cầu: Cơ cấu mang toàn thiết bị chuyển động tròn 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 c a motor vòng 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 c ng vững tốt 2.2.3 Ph ng án thi t k c c u chuy n đ ng thẳng 2.2.3.1 Thi t b mang đ u dò đo ăn mòn Yêu cầu: Chuyển động dọc mang đầu dò siêu âm ăn mòn đảm bảo đầu dò áp vào thành ống Cơ cấu dọc ống phải đảm bảo độ c ng 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 th làm tăng độ c ng vững cho kết cấu Nguyên lý hoạt động: Thiết bị kiểm tra ăn mòn phải có hai chuyển động chuyển động dọc ống chuyển động tròn quanh ống để xác định khuyết tật Thiết bị mang đầu dò 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 đ vòng quanh ống 2.2.3.2 Thi t b mang đ u dò đo m i hàn Yêu cầu: Chuyển động dọc mang đầu dò siêu âm ăn mòn đảm bảo đầu dò áp vào thành ống Cơ cấu dọc ống phải đảm bảo độ c ng 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 c a 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 Ph ng án thi t k c c u mang đ u dò siêu âm Yêu cầu: Cơ cấu có khả mang lúc 02 đầu dò siêu âm, đầu dò 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 thông 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 Ph ng án thi t k c m mang đ u dò siêu âm Yêu cầu: cụm mang đầu dò siêu âm phải đảm bảo 02 đầu dò bám chặt vào bề mặt ống điều chỉnh cho nhiều cỡ ống khác phạm vi c a thiết bị Phương án thiết kế: Đầu dò siêu âm tổ hợp pha phải tiếp xúc với mặt ống để di chuyển mặt cong c a ống thiết bị kẹp phải lựa quay góc so với mặt cong giới hạn chốt Hình 2.8: Cụm mang đầu dò Nguyên 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 dò áp sát thành ống Ngoài cấu trượt chữ T cho phép cấu thay đổi khoảng cách thay đổi đường kính ống 2.2.6 Ph ng án thi t k c m bánh xe t 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 tròn quanh ống, vị trí bên ống, lực hút c a 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 c a bánh xe từ theo chiều hướng tâm CH T O THI T B 3.1 Ch t o thi t b Thiết bị chế tạo thành cụm nhỏ có lắp ghép tháo rời dễ dàng 3.2 Mô hình lắp ráp hoàn ch nh Mô hình thiết bị mang đầu dò kiểm tra mối hàn thiết bị mang đầu dò kiểm tra ăn mòn TH NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ THI T B 4.1 Thi t b th nghi m Dụng cụ: Gồm thiết bị chế tạo, đầu dò siêu âm tổ hợp pha, máy phân tích kết Omni Scan MX2, mỡ bôi trơn, thiết bị hiệu chuẩn đầu dò, thước Hình 4.1: Máy phân tích, hiển thị liệu đầu dò siêu âm tổ hợp pha [5] Hình 4.2: Mẫu hiệu chuẩn đầu dò mẫu kiểm tra mối hàn đường ống [5] 4.2 Ti n hành thí nghi m 4.2.1 Ki m tra khuy t t t m i hàn Bước 1: Kiểm tra đầu dò dùng mẫu hiệu chuẩn để calib đầu dò trước đo, thiết lập thông số encoder Bước 2: Dựa vào thông số đầu dò kích thước mối hàn xác định khoảng cách mép đầu dò tới mối hàn Bước 3: Lắp cụm đầu dò kẹp đầu dò vào thiết bị, chỉnh góc quay c a kẹp để đầu dò 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 Nh n 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 không ngấu vách ngậm xỉ Kích thước c a khuyết tật qua lần đo sai lệch không lớn 4.2.2 Th nghi m ăn mòn Bước 1: Kiểm tra đầu dò dùng mẫu hiệu chuẩn để calib đầu dò trước đo, thiết lập thông 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 mòn lớn bề dày ống mỏng, màu nhạt xanh vị trí mòn bề dày ống dày K T LU N - Đề xuất nguyên lý hoạt động, phương án kết cấu c a thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm kiểm tra đánh giá chất lượng ống (mối hàn độ mòn); - Chế tạo thành công, vận hành kiểm nghiệm thiết bị với thiết bị đo siêu âm c a hãng Olympus cho kết tốt 6.TÀI LI U THAM KH O [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 [...]... vào việc ng dụng các 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 ’ đã được triển khai nghiên c u Đề tài được thực hiện nhằm đáp ng được phần nào nhu cầu thực tiễn và giúp ng dụng, làm ch công nghệ kiểm tra, đánh giá chất lượng ống ở Việt Nam ngày một... tiêu nghiên c u c a đ tài - Chế tạo thiết bị mang đầu dò siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra đánh giá chất lượng ống - Thiết lập qui trình sử dụng và vận hành c a thiết bị 1.4 Đ i t ng và ph m vi nghiên c u 1.4.1 Đ i t ng nghiên c u c a đ tài - Các loại ống thép dùng trong công nghiệp có kích thước - Các dạng khuyết tật hàn và khuyết tật mòn - Siêu âm tổ hợp pha - Thiết bị kiểm tra khuyết tật và ăn mòn đã có... luận văn Nghiên c u, thiết kế, chế tạo thiết bị phát hiện khuyết tật và ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dò siêu âm tổ hợp pha” c a tác giả Lê Duy Tuấn thực hiện năm 2013 có nghiên c u và đề xuất về thiết bị kiểm tra khuyết tật và ăn mòn đường ống Tuy nhiên, đề tài chỉ mới đề xuất được phương án kết cấu mang tính chất nguyên lý và không sử dụng được trong thực tế Kết cấu thiết bị có các hạn chế sau:... tra đánh 17 giá Gần đây, phương pháp siêu âm tổ hợp pha (PA) cho kết quả nhanh và chính xác hơn UT đã được kiểm ch ng và ng dụng khá rộng rãi nước ta, việc ng dụng siêu âm tổ hợp pha (PA) chưa nhiều nên việc tiến hành nghiên c u đề tài để tìm hiểu khả năng, phạm vi áp dụng kiểm tra và tiến hành chế tạo thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm tổ hợp pha (PA) để kiểm tra khuyết tật nhanh chóng có các ý nghĩa... thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng ống - Xác định được qui trình đo kiểm và đánh giá chất lượng ống 1.2.2 ụ nghƿa th c ti n - Làm ch được công nghệ siêu âm khuyết tật hàn và kiểm tra ăn mòn ống - Giảm giá thành sản phẩm khi mua sản phẩm cùng tính năng từ nước ngoài - Đưa việc kiểm tra thành tự động - Đào tạo nguồn nhân lực trong lĩnh vực siêu âm tại Việt Nam 1.3 M c tiêu nghiên c u c a đ tài - Chế. .. hạn chế do: - Phương pháp siêu âm tổ hợp pha chưa được ng dụng nhiều ở nước ta.Các thiết bị siêu âm tổ hợp pha hiện tại được mua hoàn toàn từ nước ngoài - Chưa có nhiều nghiên c u trong nước về ng dụng thiết bị siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra khuyết tật và ăn mòn - Chưa có các 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 ng dụng. .. lượng đường ống trong quá trình lắp đặt, vận hành, vận chuyển, bảo dưỡng cũng được quan tâm đầu tư Một trong các kỹ thuật đó là kỹ thuật kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (UT-PA) rất được quan tâm vì cho kết quả nhanh, chính xác thay thế phương pháp chụp ảnh phóng xạ có nhiều nguy hiểm với s c khoẻ con người Tuy nhiên, việc ng dụng các thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha để đo kiểm đánh giá chất lượng ống. .. ống sẽ dẫn tới tổn thất về kinh tế và ô nhiễm môi trường Vì vậy, quá trình kiểm tra khuyết tật và ăn mòn ống dẫn rất được quan tâm Kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra không phá h y được sử dụng rộng rãi, công việc kiểm tra khuyết tật và ăn mòn dùng đầu siêu âm tổ hợp pha (PA) đang được ng dụng rộng rãi các nước trên thế giới nhưng ở nước ta thì vẫn còn ít đặc biệt là ng dụng thiết bị để kiểm tra. .. kiểm mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng c a chúng Các phương pháp kiểm tra NDT áp dụng cho kiểm tra đánh giá chất lượng ống Phương pháp kiểm tra ch yếu: 39 Hình 3.1: Các phương pháp kiểm tra không phá h y [17] - 1 Kiểm tra bằng truyền âm (Acoustic Emission Testing - AET) - 2 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu hay thấm màu (Penetrant test - PT) - 3 Dòng xoáy điện (Eddy Current Test - ET) - 4 Kiểm. .. u, chế tạo 18 - Thiết bị tự hành được thiết kế, chế tạo và ng dụng để đo mối hàn giáp mối thẳng và độ mòn c a ống 1.5 Ph ng pháp nghiên c u 1.5.1 C sở ph ng pháp lu n - Nghiên c u đi từ phân tích lý thuyết, nguyên lý từ đó đưa ra yêu cầu thiết kế - Dựa vào yêu cầu thiết kế đề xuất các phương án thiết kế thiết bị tự hành, từ đó lựa chọn phương án khả thi nhất - Từ phương án thiết kế được chọn tiến hành