Trờn thế giới, vấn đề cơ giới hoỏ, tự động hoỏ quỏ trỡnh hàn nối ống khụng quay trong lĩnh vực thuỷ điện đó được tiến hành nghiờn cứu phỏt triển ứng dụng vào sản xuất từ cỏch đõy hơn nửa thế kỷ [1, 2].
Trong việc nghiờn cứu thiết kế chế tạo cỏc hệ thống thiết bị hàn tựđộng nối ống khụng quay, tại Mỹ, Nga vào đầu những năm 1960, lần đầu tiờn đó ứng dụng Hệ thống thiết bị hàn tựđộng trong khớ bảo vệ CO2 với cơ cấu xớch dẫn hướng của Falkewitch với 2 đầu hàn trờn một xe (Hỡnh 1.1).
Hỡnh 1.1. Thiết bị hàn trong khớ bảo vệ CO2 của Falkewitch.
Vào những năm 1970-80, vấn đề nghiờn cứu thiết kế thiết bị cơ giới hoỏ, tự động hoỏ hàn nối ống ngày càng được chỳ trọng ở hầu hết cỏc nước
cụng nghiệp phỏt triển trờn thế giới từ Phỏp, í, Thuỵ điển, Nga cho đến cỏc quốc gia khỏc như Mỹ, Canada. . . Một trong những hướng cụng nghệ là thiết bị hàn tự động Styk của Nga [2] đó được thiết kế và chế tạo để hàn khớ điện với việc tạo dỏng cưỡng bức cho mối hàn từ bờn ngoài bằng cỏc mỏ đồng trượt và được làm mỏt bằng nước (Hỡnh 1.2).
Hỡnh 1.2. Thiết bị hàn Styk (Nga).
Thiết bị hàn được ỏp dụng trong thực tế bao gồm rất nhiều quỏ trỡnh hàn khỏc nhau được dựng trong hàn nối ống. Trong nhúm cỏc thiết bị hàn khụng hồ quang cú thể kểđến là hàn ma sỏt, hàn chựm tia điện tử vào những năm 1960; hàn ỏp lực, hàn từ trường xoay, hàn nổ những năm 1970; hàn Laser 1980; hàn tổ hợp Laser và MAG, TIG trong những năm 1990. Thành tựu khoa học cụng nghệ lớn nhất trong giai đoạn này phải kểđến là phỏt minh
ứng dụng của Viện Hàn Patụn Ukraina về thiết bị hàn ỏp lực đối đầu cho cỏc đường ống dẫn dầu kớch thước lớn. (Hỡnh 1.3).
Hỡnh 1.3. Thiết bị hàn đường ống bằng cụng nghệ hàn ỏp lực.
Cựng với sự phỏt triển khụng ngừng của cụng nghệ tin học điều khiển tự động hoỏ trong những năm gần đõy, trong lĩnh vực hàn ống tiếp tục cú sự thay đổi căn bản về cụng nghệ và thiết bị.
Tại Nhật Bản [4, 5], đó nghiờn cứu ứng dụng một Hệ thống thiết bị hoàn chỉnh và đồng bộ hàn nối ống khụng quay bao gồm tất cả cỏc nguyờn cụng từ gỏ lắp định tõm, hàn, chụp X-ray, siờu õm, xử lý nhiệt khử ứng suất dư đến phủ bọc cỏc lớp bảo vệ với tờn gọi là hệ thống SPREAD và đưa vào sản xuất. (Hỡnh 1.4).
Hỡnh 1.4. Hệ thống thiết bị hàn SPREAD (Nhật)
Vào năm 1996 cỏc nhà nghiờn cứu tại SUMITOMO METAL INDUSTRIES [5] đó triển khai một hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống khụng quay dựng đồng thời 2 xe hàn chạy vũng quanh ống để hàn toàn bộ cỏc đường hàn một cỏch tựđộng cú sự trợ giỳp của mỏy tớnh theo một cụng nghệ được lập trỡnh trước và đó thu được cỏc kết quả khả quan về chất lượng cũng như năng suất hàn. (Hỡnh 1.5).
Đõy cũng là một cụng trỡnh nghiờn cứu thuộc loại mới nhất gần đõy trờn thế giới về hàn tự động nối ống đường kớnh lớn ở trạng thỏi khụng quay mà nhúm đề tài đó thu thập và tỡm hiểu được và đề xuất xõy dựng đề cương nghiờn cứu triển khai theo hướng cụng nghệ này.
Một trong những vấn đề thực tiễn đặt ra cho việc hàn tự động nối ống khụng quay là việc thực hiện gỏ lắp cỏc đoạn ống tại cụng trường. Cụng việc này rất quan trọng khi hàn tự động vỡ vừa cần đảm bảo độ đồng tõm, thẳng cần thiết cho tuyến ống vừa cần đảm bảo khe hở cho phộp đối với mối hàn tự động ở cỏc tư thế khỏc nhau trờn chu vi ống.
Đồ gỏ lắp và định tõm ống được phõn làm hai loại [2]: - Đồ gỏ định tõm bờn ngoài ống.
- Đồ gỏ định tõm bờn trong ống.
Đồ gỏ định tõm bờn ngoài ống thụng thường dựng thủy lực và chia làm 3 loại: loại dựng dõy xớch (hydraulic chain clamp), loại vành kẹp (hydraulic rim clamp) và loại lồng (hydraulic cage clamp).
Đồ gỏ định tõm bờn trong ống chia làm 2 loại: loại thủy lực (internal hydraulic alignment clamp) và loại dựng khớ nộn (internal pneumatic alignment clamp).
Đi đầu trong lĩnh vực chế tạo cỏc đồ gỏ định tõm là cỏc Cụng ty của Nga – Gasstroymachine với cỏc chủng loại đồ gỏ định tõm trong và ngoài cho ống cú đường kớnh từ 20 inch (529 mm) đến 100 inch (2.520 mm) và Mỹ - Hóng Mathey Dearman với cỏc chủng loại đồ gỏ định tõm trong cho ống cú đường kớnh từ 20 inch (529 mm) đến 60 inch (1.524 mm) và đồ gỏ định vị ngoài cho ống đến 6.100 mm.
Trờn hỡnh 6 là mụ tả đồ gỏ định tõm trong dựng thủy lực của Hóng Mathey Dearman đó được cấp Bằng sỏng chế số hiệu 6.109.503 vào năm 2000 tại Mỹ.
Hỡnh 1.6. Đồ gỏ định tõm trong của Hóng Mathey Dearman (Mỹ).
Chức năng quan trọng của cỏc đồ gỏ định tõm trong và ngoài là đảm bảo cho hai đầu ống khi ghộp nối tạo nờn độ đồng phẳng theo đường sinh, khắc phục mức độ ụ-van theo chu vi ống và cố định được khe hở cụng nghệ hàn cần cú theo thiết kếđểđảm bảo chất lượng mối hàn nối.
Cỏc loại đường ống sử dụng trong cụng trỡnh thủy điện nhỏ và vừa cú đường kớnh và chiều dày khỏc nhau tựy thuộc vào độ cao của mực nước hồ chứa và yờu cầu phỏt điện nờn trong quỏ trỡnh thi cụng, căn cứ vào địa hỡnh cụ thể của tuyến ống mà sẽ cú yờu cầu hàn từ trong ra hay từ ngoài vào hoặc hàn kết hợp cả hai cỏch, vỡ vậy cỏc bộ đồ gỏ định tõm thường được chế tạo theo từng cụng trỡnh cụ thể và cho một loại đường kớnh ống nhất định.
Đề tài dự kiến nghiờn cứu thiết kế chế tạo 02 bộđịnh tõm trong cho ống cú đường kớnh loại 72 inch (1.829 mm) và 100 inch (2.438 mm) để cú thể ỏp dụng cho cụng trỡnh thủy điện Nậm Ngần – Hà Giang. Bộ định tõm ngoài được chế tạo 01 bộ dựng chung cho cỏc dải đường kớnh đú.