(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ DUY TUẤN NGHIÊN CỨU, 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 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ DUY TUẤN NGHIÊN CỨU, 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 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Duy Tuấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26 – 06 - 1986 Nơi sinh: Thanh Hóa Quê quán: Thiệu Giao, Thiệu Hóa, Thanh Hóa Chức vụ, đơn vị cơng tác trƣớc học tập, nghiên cứu: Giảng viên môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ Khí Trƣờng Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Địa liên lạc: 12, Nguyễn Văn Bảo, Phƣờng 4, Quận Gò Vấp, Tp.HCM Điện thoại quan:083.8940390 Điện thoại riêng: 0937.747.171 E-mail: leduytuan1986@gmail.com/yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 07/2007 Nơi học: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Ngành học: Cơ Điện Tử Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 9/2009 Nơi học: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật khí Tên luận án tốt nghiệp: Thiết kế, mơ động máy phay Bảo vệ luận án tốt nghiệp: Năm 2009 Ngƣời hƣớng dẫn: Ths Châu Minh Quang Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2011 đến 10/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Công Nghệ ChếTạo Máy Tên 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 Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 18/10/2013 Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM i Ngƣời hƣớng dẫn: TS Lê Chí Cƣơng Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 11 /2009 - đến Trƣờng ĐH Công Nghiệp Tp HCM Giảng viên IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày03 tháng 11năm2013 Ngƣời khai ký tên Lê Duy Tuấn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 11 năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Lê Duy Tuấn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị phát khuyết tật ăn mòn đường ống dẫn sử dụng đầu dị siêu âm tổ hợp pha”, tơi nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý thầy, cô chuyên gia, công ty, bạn bè gia đình Tơi xin cảm ơn: Xin cảm ơn chân thành đến thầyTS Lê Chí Cƣơng dành nhiều thời gian quan tâm, truyền đạt kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên trình thực luận văn Xin cảm ơn chân thành đến thầyPGS TS Đặng Thiện Ngônđã giành nhiều thời gian truyền đạt cho kiến thức bổ ích, giúp đỡ tận tình, động viên tơi q trình thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng, chuyên môn cho thời gian học tập nghiện cứu trƣờng Xin cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt (Visco) nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Xin cảm ơn anhLê HồngThơng -Giám đốc cơng ty TNHH khí Hiệp Lực nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt trình làm luận văn Xin gửi lời cảm ơn đếncác thầy, cô môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ Khí Trƣờng ĐH Cơng Nghiệp Tp HCM, đồng nghiệp trƣờng bạn, bạn bè tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tơi hồn thành khóa học Xin cảm ơn gia đình ln bên Xin chân thành cảm ơn iv MỤC LỤC TRANG Chƣơng 1:GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 1.4.1 1.4.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.5.2.1 Phƣơng pháp lý thuyết 1.5.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm Chƣơng 2:TỔNG QUAN 2.1 Phân loại ống thép theo công nghệ .5 2.1.1 Ống thép đúc 2.1.1.1 Khái qt quy trình cơng nghệ 2.1.1.2 Phân loại ống đúc dựa vào mục đích sử dụng 2.1.2 Ống thép hàn 2.3.1 Mối hàn dọc ống (mối hàn dọc trục) 2.3.2 Mối hàn ngang ống (mối hàn hƣớng kính) .10 2.3.3 Mối hàn xoắn ống .10 2.4 Khuyết tật mối hàn 10 2.4.1 Định nghĩa 10 2.4.2 Phân loại khuyết tật mối hàn 10 2.4.2.1Nứt 10 2.4.2.2Rỗ khí 12 2.4.2.3Lẫn xỉ 12 2.4.2.4Không ngấu 13 2.4.2.5Lẹm chân chảy loang .13 2.4.2.6Khuyết tật hình dạng 14 2.5 Khuyết tật ăn mòn kim loại 14 2.5.1 Cấu tạo kim loại ảnh hƣởng đến trình ăn mịn 14 2.5.2 Sự ăn mịn kim loại 15 2.5.2.1 Phân loại ăn mòn [17] 15 vii 2.5.2.2Q trình ăn mịn 15 2.5.2.3 Các dạng ăn mòn bề mặt 16 2.6 Kiểm tra không phá hủy (NDT) .18 2.7 Các nghiên liên quan đến đề tài 20 2.7.1 2.7.2 2.8 Các nghiên cứu nƣớc 20 Các nghiên nƣớc .21 Thiết bị kiểm tra khuyết tật 21 2.8.1 2.8.2 Máy quét tay MODEL 4020 hãng WesDyne NDE 21 HydroFORM hãng Olympus .22 2.8.4 Manual One-Axis Scanner hãng Olympus (HSMT- Compact Weld Inspection) .24 Chƣơng 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 3.1 3.1.1 Các phƣơng pháp kiểm tra .26 Kiểm tra thị giác quang học (VT) .26 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7 Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic test) 26 Chụp phim (RT) .27 Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu (PT) 28 Kiểm tra bột từ (MT) .29 Kiểm tra truyền âm (AE) 31 Kiểm tra rò rỉ (LT) 31 3.1.8 Siêu âm tổ hợp pha (UT - PA) 31 3.1.8 Lựa chọn phƣơng pháp kiểm tra .32 3.2.4 Hình ảnh thu đƣợc 44 3.2.4.1Hiển thị dạng A-Scan 44 3.2.4.2Hiển thị dạng B-Scan 45 3.2.4.3Hiển thị dạng C-Scan 45 3.2.4.4Hiển thị dạng S-Scan 46 Chƣơng 4:YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 47 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế 47 4.2 Phƣơng án chọn lựa thiết kế .48 4.2.1 Phƣơng án chuyển động tròn quanh ống 48 4.2.1.1Phƣớng án 1: Bánh xe từ 48 4.2.1.2Phƣơng án 2: dùng cùm cố định quanh ống .48 4.2.2 Phƣơng án chuyển động dọc ống .49 4.2.2.1 Phƣớng án1: Xi lanh khí nén 49 4.2.2.2 Phƣơng án 2: vít me kết hợp với truyền đai 50 4.2.2.3 Phƣơng án 3: Bộ truyền trục vít me kết hợp trƣợt 51 viii 4.2.2.4 So sánh phƣơng án lựa chọn 51 4.2.3.1 Phƣớng án 1: Dùng loadcell cảm biến lực ép đầu đò vào ống 53 4.2.3.2 Phƣơng án 2: Dùng lò xo 53 4.2.3.4 So sánh phƣơng án lựa chọn 54 4.2.4 Xác định sai lệch đầu dò so với mối hàn 54 4.2.4.1 Phƣơng án 1: Sử dụng cảm biến nhận diện mép mối hàn 54 4.2.4.2 Phƣơng án 2: Dùng đèn laser đƣờng 55 4.2.4.3 Phƣơng án 3: Dùng Camera .56 4.2.4.4 So sánh phƣơng án lựa chọn 56 4.2.5.1 Phƣớng án 1: Dùng Encoder 57 4.2.5.2 Phƣơng án 2: Dùng thƣớc quang 57 4.2.5.3 So sánh phƣơng án lựa chọn 58 4.2.6.1 Phƣớng án 1: Dùng kẹp hình tam giác 58 4.2.6.2 Phƣơng án 2: Dùng kẹp hình chữ nhật 59 4.2.6.3 So sánh phƣơng án lựa chọn 60 4.2.7 Chất tiếp âm 60 4.2.8 Lựa chọn điều khiển 60 4.2.9 Lựa chọn phƣơng án thiết kế 61 Chƣơng 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU 63 5.1 Tính tốn, thiết kế cấu 63 5.1.1 Tính tốn khí .63 5.1.1.1 5.1.1.2 5.1.1.3 5.1.1.4 5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.3 5.2 5.2.1 Tính tốn truyền đai 63 Tính tốn truyền xích 65 Tính tốn lị xo 69 Tính tốn, kiểm nghiệm bền trục 71 Thiết kế phần mạch 75 Khối mạch điều khiển nút nhấn 76 Khối công suất điều khiển động 77 Sơ đồ kết nối phận 78 Quá trình chế tạo 80 Chế tạo phận khí: .80 5.2.2 Chế tạo mạch điều khiển: 82 5.2.3 Lắp ráp 83 Chƣơng 6:QUI TRÌNH KIỂM TRA, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 85 6.1 Qui trình kiểm tra .85 6.1.1 Phạm vi áp dụng .85 6.1.2 Định nghĩa viết tắt thuật ngữ .86 ix 6.1.2.1 Định nghĩa 86 6.1.2.2 Viết tắt 86 6.1.2.3 Tham chiếu tiêu chuẩn .86 6.1.2.4 Nhân .87 6.1.2.5 Thời gian kiểm tra 88 6.1.2.6 Chuẩn bị thiết bị đo 88 6.1.2.7 Chuẩn bị bề mặt đo 89 6.1.2.8 Kiểm tra vận hành thiết bị 89 6.1.2.9 Sửa chữa kiểm tra lại 91 6.1.2.10 Xuất hình ảnh báo cáo .91 6.2 Thử nghiệm 92 6.2.1 Thực nghiệm xác định lực lò xo 92 6.2.2 6.2.3 Thực nghiệm xác định sai số vòng đầu dò .94 Thực nghiệm xác định sai số dọc trục 96 6.3 6.3.1 6.3.1.1 6.3.1.2 6.3.2 6.3.2.1 Thực nghiệm đo với Omni Scan đầu dò 97 Thử nghiệm với mối hàn vòng ống 98 Các thông số lựa chọn thí nghiệm 98 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm 98 Thử nghiệm ăn mòn 103 Các thơng số lựa chọn thí nghiệm 103 6.3.1.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm 103 Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 7.1 Kết luận 106 7.2 Kiến nghị 107 x Bảng 1.3: Kích thước, chiều dày ống thép mạ kẽm theo tiêu chuẩn: ASME, ASTM DN OD mm 10 15 20 25 32 40 50 65 80 90 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 mm 10.3 13.7 17.1 21.3 26.7 33.4 42.2 48.3 60.3 73 88.9 101.6 114.3 141.3 168.3 219.1 273.1 323.9 355.6 406.4 457.2 508 558.8 609.6 Ống thép mạ kẽm Độ dày (wall thickness) 10 4.78 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 20 4.78 4.78 5.56 6.4 6.4 6.4 7.9 7.9 7.9 9.5 9.5 9.5 30 5.6 5.6 6.4 7.8 8.4 9.5 9.5 11.1 12.7 12.7 14.3 STD 1.7 2.2 2.3 2.8 2.9 3.4 3.6 3.7 3.9 5.2 5.5 5.8 6.6 7.1 8.2 9.3 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 40 1.7 2.2 2.3 2.8 2.9 3.4 3.6 3.7 3.9 5.2 5.5 5.8 6.6 7.1 8.2 9.3 10.3 11.1 12.7 14.3 16.1 9.5 9.5 60 10.3 12.7 14.3 15.1 16.7 19.1 20.6 22.2 24.6 XS 2.4 3.2 3.7 3.9 4.6 4.9 5.1 5.5 7.6 8.1 8.6 9.5 11 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 80 2.4 3.2 3.7 3.9 4.6 4.9 5.1 5.5 7.6 8.1 8.6 9.5 11 12.7 15.1 17.5 19.1 21.4 23.9 26.2 28.6 31 100 15.1 18.3 21.4 23.8 26.2 29.4 32.6 34.9 38.9 120 11.1 12.7 14.3 18.3 21.4 25.4 27.8 31 34.9 38.1 41.3 46 140 20.6 25.4 28.6 31.8 36.5 39.7 44.5 47.6 52.4 160 XXS 4.8 5.6 6.4 6.4 7.1 8.7 9.5 11.1 7.5 7.8 9.1 9.7 10.2 11.1 14 15.2 13.5 15.9 18.3 23 28.6 33.3 35.7 40.5 45.2 50 54 59.5 17.1 19.1 22 22.2 25.4 25.4 Bảng thành phần hóa học ống Bảng 2.1:Bảng tiêu chuẩn thành phần hóa học thép ống tiêu chuẩn ASTM A53/A106 Dung sai kích thƣớc Đặc tính học Thành phần hóa học (%) Bảng nêm đầu dị Bảng 3.1: Kích thƣớc đầu dị siêu âm tổ hợp pha Bảng 3.2: Kích thƣớc nêm đầu dị Chƣơng trình điều khiển #include #device *=16 ADC=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT,NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD //#use rs232(baud=9600, xmit=PIN_A2,rcv=PIN_A3) #use delay(clock=20000000) //#use rs232(baud=9600,xmit=PIN_c6,rcv=PIN_c7) //PHAN CUNG LCD// //#define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D2 #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_D0 #define LCD_DATA4 PIN_D4 #define LCD_DATA5 PIN_D5 #define LCD_DATA6 PIN_D6 #define LCD_DATA7 PIN_D7 PIN_D1 // PHAN CUNG DK DONG CO #define DC_VONG PIN_C0 #define DC_NGANG #define THUAN #define NGHICH PIN_C3 //DINH NGHIA PHAN NUT NHAN #include #define up int8 ok; #define down #define start PIN_B5 int16 xung,adc,en=0; //khai bao bien toan cuc #define mode PIN_B4 int16 pulse=400,i,count=0; #define cb_cu //#define PIN_B7 PIN_B6 cb_ngang_2 #INT_EXT PIN_B1 void ngat() PIN_D1 { xung= adc*100/1023; en++; //lcd_gotoxy(10,2); } //printf(lcd_putc,"%03ld",xung); void chay_toi() output_bit(DC_NGANG,NGHICH); { delay_ms(10); output_bit(DC_VONG,THUAN); set_pwm1_duty(1023-adc); delay_ms(50); } set_pwm2_duty(0); void stop_dc_ngang() } { void chay_lui() output_bit(DC_NGANG,NGHICH); { delay_ms(50); output_bit(DC_VONG,NGHICH); set_pwm1_duty(1023); delay_ms(50); } set_pwm2_duty(0); void stop_dc_vong() //lcd_putc("DOWN"); { } output_bit(DC_VONG,NGHICH); void chay_trai() delay_ms(50); { set_pwm2_duty(1023); adc=read_adc(); } xung= adc*100/1023; void ct_bang_tay() //lcd_gotoxy(10,2); { //printf(lcd_putc,"%03ld",xung); lcd_gotoxy(1,2); output_bit(DC_NGANG,THUAN); lcd_putc("manual :"); delay_ms(10); if(input(up)==0) set_pwm1_duty(1023-adc); {chay_toi(); } lcd_gotoxy(10,2); void chay_phai() lcd_putc("toi "); { while(input(up)==0){;} adc=read_adc(); } if(input(down)==0) delay_ms(500); {chay_lui(); } lcd_gotoxy(10,2); void ct_tu_dong() lcd_putc("lui "); { while(input(down)==0){;} lcd_gotoxy(1,2); } lcd_putc("auto:"); if((input(up)!=0)&&(input(down)!=0) ) en=0; { while(en