Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kết cấu hàn đến kết quả kiểm tra siêu âm

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ VĨNH LÃM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ KẾT CẤU HÀN ĐẾN KẾT QUẢ KIỂM TRA SIÊU ÂM Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS LƯU ĐỨC BÌNH Phản biện 2: PGS.TS LÊ VIẾT NGƯU Luận văn bảo trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng năm 2013 Có thể tìm hiều luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, Công nghệ kiểm tra không phá hủy (Non Destructive Test: NDT) công nghệ thiết yếu thiếu ngành công nghiệp Kiểm tra không phá hủy (NDT) bao gồm phương pháp dùng để phát hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn vật liệu, kết cấu, chi tiết để xác định đặc trưng đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả sử dụng đối tượng kiểm tra Kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng để tối ưu hoá trình quy trình công nghệ chế tạo, gia công Nhờ sớm phát loại bỏ vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa trình sản xuất nên giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Đồng thời, nhờ sớm phát khuyết tật kết cấu, hệ thống tiểu hệ thống giúp sớm đưa phương án khắc phục sửa chữa, tránh thảm họa xảy Hiện nay, yêu cầu nghiêm ngặt an toàn công trình dầu khí, nhà máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử, đòi hỏi phải có công nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, suất cao, thân thiện với môi trường người sử dụng Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh hưởng đến tiến độ thực dự án ảnh hưởng không tốt đến môi trường phải sử dụng hoá chất xử lý phim nguồn phóng xạ Nên, xu hướng đầu tư nay, người ta thường tập trung sử dụng phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) công nghệ cao Footer Page of 126 Header Page of 126 Xuất phát từ sở chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết kiểm tra siêu âm” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan phương pháp kiểm tra chế độ hàn kết cấu mối hàn nhằm xác định khuyết tật bên mối hàn Phân tích mức độ ảnh hưởng kết cấu mối hàn đên kết kiểm tra siêu âm đưa giải pháp khắc phục Ý nghĩa khoa học thực tiến đề tài - Về mặt khoa học Xác định khuyết tật bên vật liệu bên kết cấu hàn phương pháp kiểm tra siêu âm (Kiểm tra không phá hủy) - Về thực tiến Kiểm tra không phá huỷ (NDT) phục vụ công tác kiểm tra chất lượng cho hầu hết sản phẩm lĩnh vực: Hàng không, Không gian, Năng lượng, Dầu khí, Hàng hải, v v nhằm hạn chế rủi ro tăng cường tính toàn vẹn kết cấu tính an toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Tóm tắt nội dung luận văn Nội dung đề tài gồm phần sau: - Mở đầu - Tổng quan đề tài cần nghiên cứu - Đổi tượng, địa điểm, nội dung phương pháp nghiên cứu - Cấu trúc luận văn - Kết luận kiến nghị Tổng quan đề tài nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu sở lý thuyết kiểm tra siêu âm Footer Page of 126 Header Page of 126 Xác định nguyên lý phương pháp kiểm tra siêu âm Lựa chọn nguyên lý làm việc thiết bị kiểm tra siêu âm Xác định thông số phương pháp kiểm tra siêu âm Xác định phương pháp tiêu chuẩn để kiểm tra đánh giá 5.2 Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu loại mối hàn, kết cấu hàn Xác định vật liệu hàn ;Dòng điện hàn ;Vận tốc hàn Xác định phương pháp kiểm tra siêu âm mối hàn Xác định ảnh hưởng khuyết tật đến tính liên kết mối hàn Kết kiểm tra Đối tượng, địa điểm phương pháp nghiên cứu 6.1 Đối tượng nghiên cứu - Chế độ hàn - Mối hàn giáp mối - Mối hàn góc chữ T 6.2 Địa điểm nghiên cứu Kiểm tra phương pháp siêu âm thực xưởng Hàn Trường Cao đẳng nghề Cơ điện - Xây dựng & Nông lâm Trung Bộ Bình Định Công ty Sông Thu Đà Nẵng 6.3 phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp thực nghiệm Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn nghiên cứu chia làm thành chương Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương 1: Những nguyên lý phương pháp kiểm tra siêu âm Giới thiệu tổng quan lý thuyết sở số nguyên lý liên quan đến phương pháp kiểm tra siêu âm Chương 2: Thiết bị- kỹ thuật kiểm tra số kết cấu hàn phương pháp siêu âm Giới thiệu số thiết bị, dụng cụ đặc trưng dò khuyết tật, phương pháp tiêu chuẩn, ảnh hưởng khuyết tật, số khuyết tật bên mối hàn kỹ thuật kiểm tra Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm Thực kiểm tra số kết cấu mối hàn phương pháp kiểm tra siêu âm phân tích đánh giá kết kiểm tra Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA KIỂM TRA HÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM (UT) 1.1 BẢN CHẤT, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG Tần số Biên độ Bước sóng Tốc độ sóng âm Âm trở Âm áp Cường độ âm 1.3 PHÂN LOẠI SÓNG SIÊU ÂM Sóng dọc hay sóng nén Sóng ngang hay sóng trượt Sóng mặt hay sóng Rayleigh Sóng mỏng hay sóng Lamb Tốc độ sóng âm 1.4 SÓNG ÂM TẠI MẶT PHÂN CÁCH Phản xạ khúc xạ Định luật Snell 1.5 ĐẶC TÍNH CỦA CHÙM TIA SIÊU ÂM Hiệu ứng áp điện Chùm tia siêu âm Độ phân kỳ chùm tia Biểu đồ định hướng Sự suy giảm chùm tia siêu âm Footer Page of 126 Header Page of 126 Ảnh hưởng tổng cộng suy giảm Những nguyên lý đo độ suy giảm Kết luận chương CHƯƠNG THIẾT BỊ KIỂM TRA BẰNG SIÊU ÂM VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA MỐI HÀN 2.1 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN DÒ KHUYẾT TẬT BẰNG SIÊU ÂM Sóng siêu âm có tần số cao (0,5 - 20 MHZ) truyền vào vật kiểm Cường độ sóng âm đo phản xạ (xung phản hồi) mặt phân cách (khuyết tật) đo bề mặt đối diện vật kiểm (xung truyền qua) Chùm sóng âm phản xạ phát phân tích để xác định có mặt khuyết tật, vị trí độ lớn 2.1.1 Phân loại thiết bị kiểm tra siêu âm 2.1.2 Các loại đầu dò 2.1.3 Hệ thống kiểm tra 2.2 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN DÒ KHUYẾT TẬT BẰNG SIÊU ÂM 2.2.1 Phương pháp truyền sóng qua vật kiểm tra 2.2.2 Phương pháp xung phản hồi 2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ TIÊU CHUẨN 2.3.1 Tiêu chuẩn đánh giá kiểm tra không phá hủy (NDT) 2.3.2 Tiêu chuẩn chấp nhận Footer Page of 126 Header Page of 126 2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KHUYẾT TẬT ĐẾN CƠ TÍNH LIÊN KẾT HÀN 2.4.1 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ 2.4.2 Ảnh hưởng vật liệu 2.4.3 Ảnh hưởng chế độ hàn 2.4.4 Ảnh hưởng khuyết tật hàn 2.5 MỘT SỐ KHUYẾT TẬT BÊN TRONG CỦA CÁC DẠNG KẾT CẤU HÀN Nứt biến thể chúng Rỗng mối hàn Lẫn xỉ (ngậm) tạp chất rắn Không ngấu Hàn không thấu Cháy thủng Ngậm on ram 2.6 KỸ THUẬT KIỂM TRA MỘT SỐ KẾT CẤU MỐI HÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 2.6.1 Kiểm tra mối hàn giáp mối 2.6.2 Kiểm tra mối hàn liên kết góc chữ T Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 MỤC ĐÍCH CỦA THỰC NGHIỆM 3.2 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM 3.2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghiệm Mẫu hàn Kích thước mẫu kiểm tra a Hình 3.1 Kích thước mẫu kiểm tra mối hàn giáp mối mối hàn chữ T(a- Mối hàn giáp mối; b- Mối hàn góc) Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 Bảng 3.2 Thông số giá trị chế độ hàn Mức độ Chế độ hàn Ký hiệu Đơn vị Vận tốc hàn V Dòng hàn I TT Giá trị thực Giá trị mã hóa Thấp Cao Thấp Cao m/h 16 30 -1 +1 A 280 320 -1 +1 Như có hai thông số thông số có hai giá trị khác (2²) Do đó, ta có thí nghiệm để tiến hành, bảng dưới: Bảng 3.3 Số liệu kết siêu âm (theo giá trị bảng 3-2) TT V I -1 +1 -1 +1 Kết siêu âm D (mm) H (%) -1 77.76 95 -1 +1 +1 84.28 81.64 61.53 100 55 50 Trong bảng 3.3, kết siêu âm mối hàn thể hai thông số: - D: Khoảng cách đầu dò đến điểm khuyết tật (mm) - H: Chiều cao xung dội (%) Kết biểu diễn bảng bên dưới: Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 Bảng 3.4 Hệ số ảnh hưởng D đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên D Giá trị trung bình 76,30 mm Hệ số ảnh hưởng V -3,39 mm Hệ số ảnh hưởng I -4,72 mm Hệ số ảnh hưởng V I -6,66 mm Hình 3.4 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên D Từ đồ thị, có nhận xét dòng điện hàn có ảnh hưởng nhiều so với tốc độ hàn lên thông số D kết siêu âm Tiến hành tương tự cho quan hệ hệ số ảnh hưởng hai yếu tố và kết siêu âm thông số H: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 Bảng 3.5 Hệ số ảnh hưởng H đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên H Giá trị trung bình 75 mm Hệ số ảnh hưởng V mm Hệ số ảnh hưởng I -22,5 mm Hệ số ảnh hưởng V I -2,5 mm Hình 3.5 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên H Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 3.3.2 Hàn giáp mối (có vát) Hình Hình mối hàn giáp mối có vát Xét mối hàn giáp mối với chế độ hàn khác Hai kim loại sử dụng để hàn có chiều dày 15 mm, với chế độ hàn khác (ở thay đổi vận tốc hàn cường độ dòng điện hàn) Áp dụng lý thuyết thiết kế thực nghiệm, ta lập bảng sau: Bảng 3.6 Thông số giá trị chế độ hàn TT Chế độ hàn Ký hiệu Đơn vị Mức độ Giá trị thực Giá trị mã hóa Thấp Cao Thấp Cao Vận tốc hàn V m/h 16 30 -1 +1 Dòng hàn I A 280 320 -1 +1 Như có hai thông số thông số có hai giá trị khác (2²) Do đó, ta có thí nghiệm để tiến hành, bảng dưới: Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 Bảng 3.7 Số liệu kết siêu âm (theo giá trị bảng 3-6) TT V I Kết siêu âm D (mm) H (%) -1 -1 65.35 77 +1 -1 63.89 54 -1 +1 63.17 100 +1 +1 65.51 46 Trong bảng 3.7, kết siêu âm mối hàn thể hai thông số: - D: Khoảng cách từ điểm đầu dò đến điểm có khuyết tật(mm) - H: Chiều cao xung dội(%) Kết biểu diễn bảng bên dưới: Bảng 3.8 Hệ số ảnh hưởng D đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên D Giá trị trung bình 64,5 mm Hệ số ảnh hưởng V -0,17 mm Hệ số ảnh hưởng I -0,18 mm Hệ số ảnh hưởng V I -0,99 mm Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 Hình 3.7 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên D Từ đồ thị, có nhận xét dòng điện hàn có ảnh hưởng nhiều so với tốc độ hàn lên thông số D kết siêu âm Tiến hành tương tự cho quan hệ hệ số ảnh hưởng hai yếu tố và kết siêu âm thông số H: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Bảng 3.9 Hệ số ảnh hưởng H đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên H Giá trị trung bình 69 mm Hệ số ảnh hưởng V -19 mm Hệ số ảnh hưởng I 33 mm Hệ số ảnh hưởng V I -73 mm Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 Hình 3.8 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên H 3.3.3 Hàn chữ T không vát Hình 3.9 Hình mối hàn chữ T không vát Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Xét mối hàn chư T với chế độ hàn khác Hai kim loại sử dụng để hàn có chiều dày 10 mm, với chế độ hàn khác (ở thay đổi vận tốc hàn cường độ dòng điện hàn) Áp dụng lý thuyết thiết kế thực nghiệm, ta lập bảng sau: Bảng 3.10 Thông số giá trị chế độ hàn TT Chế độ hàn Ký hiệu Đơn vị Mức độ Giá trị thực Giá trị mã hóa Thấp Cao Thấp Cao Vận tốc hàn V h 16 30 +1 Dòng hàn I A 280 320 -1 +1 Như có hai thông số thông số có hai giá trị khác (2²) Do đó, ta có thí nghiệm để tiến hành, bảng dưới: Bảng 3.11 Số liệu kết siêu âm (theo giá trị bảng 3-10) TT V I Kết siêu âm D (mm) H (%) -1 -1 64.23 41 +1 -1 64.51 44 -1 +1 88.73 93 +1 +1 89.45 44 Trong bảng 3.11, kết siêu âm mối hàn thể hai thông số: - D: Khoảng cách từ điểm đầu dò đến điểm có khuyết tật(mm) Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 - H: Chiều cao xung dội(%) Bảng 3.12 Hệ số ảnh hưởng D đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên D Giá trị trung bình 76,7 mm Hệ số ảnh hưởng V -32,0 mm Hệ số ảnh hưởng I 12,3 mm Hệ số ảnh hưởng V I 0,11 mm Hình 3.10 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên D Từ đồ thị, có nhận xét dòng điện hàn có ảnh hưởng nhiều so với tốc độ hàn lên thông số D kết siêu âm Tiến hành tương tự cho quan hệ hệ số ảnh hưởng hai yếu tố và kết siêu âm thông số H: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Bảng 3.13 Hệ số ảnh hưởng H đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên H Giá trị trung bình 55 mm Hệ số ảnh hưởng V -11 mm Hệ số ảnh hưởng I 13 mm Hệ số ảnh hưởng V I -13 mm Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 Hình 3.11 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên H 3.3.4 Hàn chữ T có vát Hình 3.12 Mối hàn chữ T có vát Xét mối hàn chư T với chế độ hàn khác Hai kim loại sử dụng để hàn có chiều dày 15 mm, với chế độ hàn khác (ở thay đổi vận tốc hàn cường độ dòng điện hàn) Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Áp dụng lý thuyết thiết kế thực nghiệm, ta lập bảng sau: Bảng 3.14 Thông số giá trị chế độ hàn Chế độ hàn TT Ký hiệu Đơn vị Mức độ Giá trị thực Giá trị mã hóa Thấp Cao Thấp Cao Vận tốc hàn V m/h 16 30 -1 +1 Dòng hàn I A 280 320 -1 +1 Như có hai thông số thông số có hai giá trị khác (2²) Do đó, ta có thí nghiệm để tiến hành, bảng dưới: Bảng 3.15 Số liệu kết siêu âm (theo giá trị bảng 3-14) TT V I -1 Kết siêu âm D (mm) H (%) -1 89.51 70 +1 -1 89.60 70 -1 +1 87.64 100 +1 +1 87.61 57 Trong bảng 3.15, kết siêu âm mối hàn thể hai thông số: - D: Khoảng cách đầu dò đến điểm khuyết tật (mm) - H: Chiều cao xung dội (%) Cũng từ lý thuyết thiết kế thực nghiệm, ta có ma trận quan hệ hệ số ảnh hưởng kết siêu âm thông số D: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 Bảng 1.16 Hệ số ảnh hưởng D đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên D Giá trị trung bình 88,6 mm Hệ số ảnh hưởng V 0,26 mm Hệ số ảnh hưởng I 0,71 mm Hệ số ảnh hưởng V I -0,28 mm Hình 3.13 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên D Từ đồ thị, có nhận xét dòng điện hàn có ảnh hưởng nhiều so với tốc độ hàn lên thông số D kết siêu âm Tiến hành tương tự cho quan hệ hệ số ảnh hưởng hai yếu tố và kết siêu âm thông số H: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Bảng 3.17 Hệ số ảnh hưởng H đến kết qủa kiểm tra siêu âm Hệ số ảnh hưởng lên H Giá trị trung bình Hệ số ảnh hưởng V Hệ số ảnh hưởng I Hệ số ảnh hưởng V I Footer Page 23 of 126 74 mm -10 mm 4,1 mm -10 mm Header Page 24 of 126 22 Hình 3.14 Đồ thị hệ số ảnh hưởng lên Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết kiểm tra siêu âm” Bằng phương pháp thu thập tham khảo tài liệu liên quan, đề tài đã: Nghiên cứu lý thuyết siêu âm, phương pháp kiểm tra siêu âm Tổng hợp đưa số đặc trưng trình truyền sóng, từ lựa chọn nguyên lý phương pháp kiểm tra siêu âm Vận dụng lý thuyết lựa chọn đặc trưng bản, loại thiết bị - dụng cụ, hiệu chuẩn hệ thống kiểm tra thông số kiểm tra Nghiên cửu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết siêu âm Đã lựa chọn số tiêu chuẩn đánh giá kết kiểm tra không phá hủy, tiêu chuẩn chấp nhận cho kết cấu mối hàn chịu ứng suất kéo ứng suất nén Thiết lập bảng so sánh thử nghiệm phương pháp kiểm tra phá hủy kiểm tra không phá hủy Nhận biết kết cấu hàn khuyết tật bên kim loại mối hàn Đã tổng hợp dạng khuyết tật hàn ảnh hưởng đến dạng kết cấu hàn Đã thiết lập bảng ảnh hưởng chung khuyết tật, phương pháp kiểm tra mối hàn công nghệ siêu âm nhằm xác Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 định vị trí, kích thước chất khuyết tật nằm bên kim loại mối hàn Đã xây dựng quy trinh kiểm tra số mối hàn phương pháp kiểm tra siêu âm Xác định số liệu ảnh hưởng kết cấu đến kết kiểm tra siêu âm Hướng phát triển Do điều kiện thời gian nghiên cứu hạn chế, phạm vi lĩnh vực kiểm tra khuyết tật mối hàn phương pháp kiểm tra siêu âm rộng, đề tài tác giá tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết kiểm tra siêu âm, cụ thể ảnh hưởng chế độ hàn (Tốc độ hàn dòng điện hàn) phương pháp kiểm tra siêu âm Do cần nghiên cứu thêm số ảnh hướng khác để đề tài nhằm hoàn thiện Cần mở rộng phạm vi nghiên cứu phương pháp kiểm tra khuyết tật đưa vào theo tiêu chuẩn đánh giá siêu âm đến loại kết cấu khác vật liệu khác ngành khí chế tạo Footer Page 26 of 126 ... là: Nghiên cứu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết kiểm tra siêu âm Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan phương pháp kiểm tra chế độ hàn kết cấu mối hàn nhằm xác định khuyết tật bên mối hàn. .. tật mối hàn phương pháp kiểm tra siêu âm rộng, đề tài tác giá tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng số kết cấu hàn đến kết kiểm tra siêu âm, cụ thể ảnh hưởng chế độ hàn (Tốc độ hàn dòng điện hàn) phương... thông số D kết siêu âm Tiến hành tương tự cho quan hệ hệ số ảnh hưởng hai yếu tố và kết siêu âm thông số H: Kết biểu diễn bảng bên dưới: Bảng 3.17 Hệ số ảnh hưởng H đến kết qủa kiểm tra siêu âm