1

A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Đường ống luôn đóng vai trò quan trọng trong các công trình xây dựng
thủy điện, dầu khí, giao thông, hoá chất…Nâng cao năng suất, chất lượng mối
hàn nối các ống dẫn luôn là vấn đề cấp bách được nhiều nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu và đã ứng dụng công thành công các nghệ tiên tiến tích hợp
điều khiển tự động vào công nghệ hàn để tạo ra các thiết bị hàn tự động với độ
tin cậy cao thay thế con người hay cải tiến các thiết bị cũ để tăng năng suất lao
động gấp nhiều lần so với trước đây.
Tại Nhật Bản, việc nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ hàn tự
động nối ống ở trạng thái không quay đang được chú trọng đặc biệt. Hệ thống
thiết bị hoàn chỉnh và đồng bộ gồm các công đoạn gá lắp định tâm, hàn, chụp
X-ray, siêu âm, xử lý nhiệt khử ứng suất dư, bọc lớp bảo vệ với tên gọi
phương pháp SPREAD đã được nghiên cứu và đưa vào sản xuất trên thực tiễn.
Vào năm 1996 các nhà nghiên cứu tại SUMITOMO METAL INDUSTRIES
đã triển khai một hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống không quay dùng đồng
thời 2 xe hàn chạy vòng quanh ống để hàn toàn bộ các đường hàn một cách tự
động có sự trợ giúp của máy tính theo một công nghệ được lập trình trước và
đã thu được các kết quả khả quan về chất lượng cũng như năng suất hàn [1].
Vì thế đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tự động nối ống
không quay” do nghiên cứu sinh lựa chọn có tính cấp thiết và khả năng ứng
dụng cao ở Việt Nam.
2. Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu
a) Mục tiêu: Mục tiêu của đề tài luận án là nghiên cứu làm chủ công
nghệ và tích hợp điều khiển thiết bị hàn tự động nối ống thép đường kính lớn
từ 20 inch (529 mm) đến 240 inch (6.096 mm) với chiều dày thành ống từ 14
mm đến 30 mm ở trạng thái không quay và đưa vào ứng dụng thực tiễn trên
các công trình xây dựng nhà máy thủy điện và dầu khí ở Việt Nam.
b) Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm tích

3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và
thực nghiệm. Về mặt lý thuyết, tiến hành nghiên cứu các loại vật liệu hàn, vật
liệu phụ trợ cho quá trình hàn; nghiên cứu các phương pháp kiểm tra chất
lượng mối hàn, qui trình đảm bảo chất lượng mối hàn; nghiên cứu các báo cáo
khoa học đã công bố trên các tạp chí quốc tế về lĩnh vực hàn tự động nối ống
thép. Về mặt thực nghiệm, sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực
giao để thực hiện các thí nghiệm.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a) Ý nghĩa khoa học
1) Giới thiệu được phương pháp hàn nối ống đường kính lớn không
quay tự động điều khiển một số thông số công nghệ chính. Từ đó xác định mô
hình thí nghiệm và phương pháp thực nghiệm hàn nối ống không quay trong
quy mô phòng thí nghiệm;
2) Bằng thực nghiệm đã xác định được các bộ thông số hàn theo 12
cung hàn quy ước theo chiều kim đồng hồ trên mô hình thí nghiệm ở 4 vùng
hàn chính phù hợp với đặc tính của từng vùng cần hàn: Hàn ngửa; Hàn leo đi
xuống; Hàn trần (hàn sấp); Hàn leo đi lên;
3) Sử dụng phần mềm xử lý số liệu thực nghiệm chuyên dùng và đưa ra các
mô hình toán học đánh giá chất lượng hàn phụ thuộc vào từng vị trí cung hàn quy
ước trên mô hình thí nghiệm trong hệ toạ độ cực làm cơ sở khoa học cho việc tự
động hoá điều khiển vô cấp các thông số công nghệ trong quá trình hàn.
b) Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án đã được ứng dụng
trong hàn đường ống cấp nước Nhà máy thủy điện Nậm Khánh – Bắc Hà –
Lào Cai đạt yêu cầu kỹ thuật của dự án.
3

5. Đóng góp mới của tác giả luận án: là các mục 1; 2; 3 phần ý nghĩa khoa
học và đóng góp về thực tiễn nêu trên. Đặc biệt là:
1. Đã xây dựng các mô hình toán học thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của

V
h
= 8,113 + 2,092.φ – 2,425.φ
2
+ 0,623.φ
3
– 0,046.φ
4
; R = 0,98816 (4.4)
2. Bằng các cách đánh giá hình thái bề mặt mối hàn, kiểm tra siêu âm
mối hàn để kiểm định chất lượng tổng hợp của mối hàn tại các vị trí 12 cung
hàn quy ước khác nhau. Ngoài ra, đã sử dụng phương pháp hiển vi quang
học để nghiên cứu khảo sát chụp ảnh tổ chức thô đại và tổ chức tế vi vật liệu
trong mối hàn và các vùng lân cận biên giới của nó với kim loại nền cơ bản
(cả hai phía mối hàn nối). Các ý kiến bàn luận về các kết quả thực nghiệm đã
minh chứng tốt cho các mức chất lượng mối hàn tùy thuộc vị trí cung hàn
không có sự khác nhau đáng kể;
3. Từ các kết quả thực nghiệm trên mô hình thí nghiệm với 12 cung hàn
quy ước khác nhau trên chu vi tiết diện ngang ống thép, là cơ sở khoa học
đáng tin cậy cho việc đề xuất các bộ thông số công nghệ chính phù hợp với
điều kiện hàn nối ống thép ở trạng thái không quay trên quy mô hiện trường
các công trình thủy điện ở Việt Nam, đảm bảo chất lượng mối hàn đồng đều
và ổn định. Kết quả ứng dụng trên thực tiễn do Viện Nghiên cứu Cơ khí
chủ trì đạt yêu cầu của nhà đầu tư xây dựng nhà máy thủy điện Nậm Khánh
(Bắc Hà, Lào Cai).
6. Kết cấu luận án: Luận án ngoài phần Mở đầu (04 trang), được trình bày
trong 5 chương với 130 trang: Chương 1: Tổng quan về hàn nối ống thép
không quay và giới hạn nội dung nghiên cứu (35 trang); Chương 2: Xây
dựng mô hình thí nghiệm, phương pháp nghiên cứu và kiểm tra chất lượng
mối hàn nối ống thép đường kính lớn không quay (29 trang); Chương 3: Ảnh


1) Động cơ; 2) Lô dây hàn; 3) Đầu hàn;

4) Xích truyền động; 5) Con lăn dẫn
hướng; 6) & 7) Bộ cấp dây hàn
Hình 1.2. Mô hình thi
ết bị HTĐ nối ống
không quay của hãng Styk – Nga (a) và ảnh
chụp kết cấu mô hình (b) 1: 1) Ống hàn;

2) Ray dẫn hướng; 3) Xe hàn; 4) Cơ cấu cấp
dây hàn; 5) Lô day hàn; 6) Dây có lõi thu
ốc;
7) Khuôn định dạng mối hàn.
1.2. Phân tích, lựa chọn, đánh giá tính hàn của vật liệu cơ bản
Đã phân tích và lựa chọn kim loại cơ bản là thép kết cấu thông dụng có
tính hàn tốt, thành phần hóa học và cơ tính của thép cần đạt các chỉ tiêu như
cho trong các bảng 1.1 và bảng 1.2.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của thép Q345B 4
Mác thép
Thành

ph
ần hóa học, % khối l
ư
ợng

C

Mn

0,02
-

0,2

Bảng 1.2. Cơ tính của thép Q345B 4
Mác thép
Cơ tính
Gi
ới hạn chảy,


s
, MPa
Độ bền kéo,

k
, MPa
Độ giãn dài,
, %
Công va đập
tại 20
o
C (J)
Q345B 325 470-630 21 34
1.3. Cơ sở lựa chọn công nghệ, vật liệu hàn nối ống thép không quay
1.3.1. Lựa chọn công nghệ hàn sử dụng trong thực nghiệm
Với ống thép đường kính 72 inch dày 18 mm được chế tạo từ thép kết
cấu Q345B có tính hàn tốt, NCS lựa chọn công nghệ hàn tự động với dây lõi
đặc, trong môi trường khí bảo vệ với đường kính dây hàn là 1,2 mm. Điều này


1,85
≤ 0,025 ≤ 0,03 ≤ 0,5
Bảng 1.5. Cơ tính đạt được của kim loại mối hàn khi sử dụng dây MG-51T
và khí bảo vệ CO
2
1
0.2 % OS
,
MPa

TS
,
MPa

EI
,
%

IV
,
J

470

560

32

70 J t

H
ợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt
lớn và ít rỗ khí
Ar + 20 ÷ 30
%N
2

Khí trơ

H
ợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt lớn v
à
ít rỗ khí (tốt hơn 100 % He)
N
2

100 %

Công su
ất nh
i
ệt lớn, cho Cu

Ar + 25 ÷ 30
%N
2

t
ốt h
ơn 100 %

ột số thép h
ợp kim thấp

6 Ar +
20÷50%CO
2

Ôxy hóa

Các lo
ại thép khác nhau, chủ yếu cho
dạng dịch chuyển ngắn mạch
Ar + 10 %CO
2
+
5 %CO
2

Ôxy hóa

Các lo
ại thép

CO
2
+ 20 %O
2

lượng mối hàn
Vì ống được hàn nối ở trạng thái không quay trong quá trình hàn, nên
trong công nghệ này có những vấn đề cơ sở lý thuyết cần được quan tâm một
cách đặc biệt:
1) Do khi hàn, vị trí hàn thay đổi từ hàn sấp đến hàn đứng (tụt), hàn trần
và từ hàn trần đến hàn đứng (leo), hàn sấp do đó việc hình thành mối hàn đảm
bảo đạt yêu cầu về chiều rộng mối hàn và chiều sâu ngấu là quan trọng nhất;
2) Khi vị trí hàn thay đổi, do trọng lực mà vũng hàn có xu hướng chảy
xuống, gây khó khăn cho sự hình thành mối hàn mà cụ thể là rất khó đảm bảo
mối hàn đủ ngấu và đủ rộng. Nếu chiều rộng mối hàn và chiều sâu ngấu đảm
bảo đạt yêu cầu và đồng đều trên toàn bộ chu vi ống thì chất lượng mối hàn sẽ
được đảm bảo vì với vật liệu cơ bản dễ hàn như thép Q345B và khi vật liệu
hàn đã được chọn hợp lý thì hình dáng và kích thước mặt cắt ngang mối hàn
có ý nghĩa quyết định;
3) Chiều rộng mối hàn chủ yếu phụ thuộc vào biên độ lắc đầu hàn do
đó tác giả đã chọn chiều sâu ngấu h (mm) làm thông số đầu ra để khảo sát. Do
vậy, để đi sâu vào lĩnh vực này, việc trước tiên là cần có đề xuất về mô hình
hàn nối ống không quay ở quy mô phòng thí nghiệm để khảo sát những đặc
điểm cơ bản khi hàn ở các vị trí khác nhau trong hệ tọa độ cực tương ứng với
điều kiện hàn nối ống đường kính lớn trên thực tế hiện trường;
4) Các yếu tố công nghệ hàn cần lưu ý goomg có:
1.4.1. Ảnh hưởng của dòng điện hàn I
h
(A):
Dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn đến hình dáng kích thước và tổ chức
kim loại mối hàn, nên sẽ được nghiên cứu bằng quy hoặc thực nghiệm để tìm
bộ giá trị phù hợp cùng với điện áp hàn và vận tốc hàn (hình 1.4);
1.4.2. Ảnh hưởng của điện áp hàn U
h
(V): Điện áp hàn có ảnh hưởng lớn
Hình 1.6.
Ảnh h
ư
ởng tốc độ h
àn

Hình 1.8. T
ầm với điện cực D
Hình 1.7. S
ơ đ
ồ nguy
ên lý v
ị trí đầu h
àn khi hàn MAG
Hình 1.10. S
ơ đ

1.5.1. Nguyên lý chung:

Các ch
ế độ công nghệ qua việc
thí nghiệm hàn nối ống không quay
trên mô hình ở quy mô Phòng thí
nghiệm ứng với các cung khác nhau
tùy theo tư thế ống nằm ngang đã
được đánh giá đảm bảo yêu cầu chất
lượng công nghệ hàn (hình 1.13)
gồm có: Xe hàn; Bộ cấp dây hàn; Cơ
cấu dao động đầu hàn; Bộ phận cấp
khí bảo vệ; Nguồn điện hàn; Bộ định
vị đầu hàn; Đồ gá định tâm đầu hàn;
Sơ đồ kết nối hệ thống thiết bị hàn;
Hình 1.13. H
ệ thống h
àn t
ự động nối
ống đường kính lớn không quay
1.5.2. Quy trình lắp đặt thiết bị thí nghiệm: gồm 13 bước quy định;
1.5.3. Phương pháp điều khiển và hiệu chỉnh các thông số công nghệ
Hiệu chỉnh các thông số công nghệ hàn được điều chỉnh bằng hai phương
pháp: 1) Phương pháp điều khiển bằng tay; 2) Phương pháp điều khiển tự
động. Sơ đồ điều khiển thông minh cho trên hnhf 1.16.

Hàn leo lên
Hàn tr
ần (h
àn s

cung hàn;
+ Thực hiện các thí nghiệm, ghi lại các kết quả, loại bỏ các sai số;
+ Từ kết quả thu được, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất xác
định phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến
hình dáng mối hàn (ở đây là chiều sâu ngấu) tại từng cung hàn;
+ Từ phương trình hồi quy tìm được, xác định các bộ chế độ công nghệ
hàn hợp lý trên từng cung nhằm đảm bảo chiều sâu ngấu đồng đều trên toàn
bộ chu vi đường ống.
Kết luận chương 1
1) Đã trình bày tổng quan về vật liệu, công nghệ và thiết bị hàn nối
ống trong trường hợp ống không quay thoogn qua một số nghiên cứu ở trong
và ngoài nước;
2) Đã hệ thống hoá một cách khái quát về cơ sở lý thuyết về sự ảnh
hưởng của các thông số hàn chủ yếu tới chất lượng mối hàn làm tiền đề cho
việc lựa chọn phương án mô hình thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các
thông số công nghệ chính tới tính chất mối hàn;
3) Đã trình bày về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, sơ đồ kết nối và
nguyên lý điều khiển thiết bị hàn nối ống đường kính lớn không quay trên thực
tế và ứng dụng trên mô hình thí nghiệm để xác lập cơ sở khoa học cho việc
chọn bộ thông số công nghệ hàn phù hợp;
4) Đã đề xuất mục tiêu, các nội dung cần thực hiện cụ thể và giới hạn
phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án.

Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN NỐI ỐNG
THÉP ĐƯỜNG KÍNH LỚN KHÔNG QUAY
2.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm hàn nối ống không quay
Mô hình thí nghiệm chuẩn bị cho nghiên cứu ảnh hưởng của một số
thông số công nghệ chính khi hàn nối ống đường kính lớn (ống không quay)
đơn giản nhất là chọn vị trí các ống hàn nối ở phương ngang. Khi đó, xét mặt

Cung
7h-8h
Cung
6h-7h
Cung
5h-6h
Cung
4h-5h
Cung
3h-4h
Cung
2h-3h
Cung
1h-2h

Hình 2.2. S
ơ đ
ồ chia cung theo
mặt cắt ngang ống hàn nối
Bảng 2.2. Khoảng biến thiên của các thông số công nghệ hàn cần khảo sát trên
từng dây cung
Cung
Kho
ảng biến thi
ên c
ủa các thông số công nghệ h
àn

I
h


160 ÷ 180

18 ÷ 24

8 ÷ 10

C.III (1h ÷ 2h)

160

÷ 180

18 ÷ 24

8 ÷ 10

C.IV (2h
÷

3h)

160 ÷ 180

18 ÷ 24

8 ÷ 10

C.V (3h
÷


C.VIII (6h
÷

7h)

130 ÷ 160

18 ÷ 24

6 ÷ 8

C
.
IX (
7h
÷
8h)

130 ÷ 160

18 ÷
24

6 ÷ 8

C.X (8h
÷
9h)


bảng 2.3;
2) Tầm với điện cực D (mm): thí nghiệm với dải chiều cao điện cực
theo bảng 2.4;
3)Tần số lắc đầu hàn f (lần/ph): thí nghiệm với tần số lắc theo bảng 2.5;
4) Biên độ lắc B (mm): thí nghiệm với biên độ lắc theo bảng 2.6.
11

2.2.3. Mã số hóa các thông số chế độ hàn cần khảo sát (bảng 2.7);
2.2.4. Xây dựng các ma trận thí nghiệm tại từng cung hàn
Theo kết quả một số nghiên cứu trong và ngoài nước, chiều sâu ngấu
(h) phụ thuộc vào các thông số công nghệ hàn theo mô hình hàm phi tuyến:

ji
k
ji
ji
ij
k
i
ii
k
i
ii
xxaxaxaaY



#
1,1
2

i
yy
yy
R
1
2
1
2
2
(2.10)
Mã số hóa chế độ hàn cho ở bảng 2.9.
Bảng 2.8. Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao với số thí nghiệm N = 15
S
ố thứ tự các
thí nghiệm
X
0
X
1
X
2
X
3
Y
i
1

+1

–

–
1

+1

–
1

Y
i3

4

+1

+1

+1

–
1

Y
i4

5

+1

–

1

+1

+1

Y
i7

8

+1

+1

+1

+1

Y
i8

9

+1

–

α


0

Y
i11

12

+1

0

+ α

0

Y
i12

13

+1

0

0

–

α


2.3.1. Chuẩn bị mép hàn: Theo tiêu chuẩn ASME B31.3 của Hiệp hội cơ
khí Mỹ;
2.3.2. Lắp đặt, kiểm tra và vận hành thiết bị: gồm các bước: 1) Kiểm tra
lại toàn bộ hệ thống thiết bị; 2) Lắp đặt hệ thống thiết bị.
2.4. Phương pháp thí nghiệm hàn nối ống đường kính lớn không quay
2.4.1. Thứ tự thao tác: theo quy trình chỉ dẫn trong luận án;
2.4.2. Theo dõi và quan sát trong khi hàn: theo quy trình chỉ dẫn trong
luận án;
12 2.4.3. Theo dõi quan sát hoạt động chung của hệ thống thiết bị: theo chỉ
dẫn trong luận án;
2.5. Các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn
2.5.1. Phân loại khuyết tật hàn: gồm có: Khuyết tật ngoài (hình 2.3);
Khuyết tật nằm bên trong mối hàn như (hình 2.4) trong bản luận án;
2.5.2. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp không phá huỷ
Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (thường dùng cho các kết
cấu công trình) có thể sử dụng như sau: 1) Phương pháp thanh tra kỹ thuật;

2) Phương pháp quan sát; 3) Phương pháp phát quang và chỉ thị mầu; 4)
Phương pháp kiểm tra độ kín; 5) Phương pháp phóng xạ;6) Phương pháp siêu
âm; 7) Phương pháp kiểm tra bột từ;
2.5.3. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp phá huỷ:
1) Phương pháp kiểm tra trình độ sản xuất cho phép đánh giá chất lượng
và số lượng các khuyết tật cục bộ bên trong và bên ngoài mối hàn, cũng như
xác định chất lượng của dây hàn, khí bảo vệ, mức độ tối ưu của chế độ hàn;
2) thông qua xác định độ cứng tế vi thường dùng để xác định cơ tính của
mối hàn và kết cấu hàn như thử kéo, thử nén, thử uốn, thử dai va đập (hình
2.15). Các mẫu thử được cắt tách ra từ sản phẩm hoặc chúng được hàn cùng

nghiệm hàn nối tại các dây cung ứng với vị trí phân vùng cung hàn khác nhau.

a)
b)
Hình 3.1.
Ảnh chụp quá tr
ình chu
ẩn bị phôi h
àn n
ối theo mô h
ình thí nghi
ệm đề xuất:
a) các đoạn dây cung được ghép sơ bộ tại 12 phân vùng thí nghiệm hàn; b) Mô hình
hàn thử nghiệm sau lắp ghép sơ bộ với đường kính đường tròn ngoại tiếp D = 915
mm (1/2 đường kính ống thép hàn nối trên thực tế)

3.2. Kết quả hàn thử nghiệm trên mô hình: Kết quả hàn thử nghiệm cho
trong các bảng 3.1  3.12 luận án với đầy đủ số liệu thực nghiệm thể hiện mối
quan hệ giữa các thông số chủ yếu khi hàn trên mô hình thí nghiệm nối ống
không quay và hàm mục tiêu lựa chọn là chiều sâu ngấu của mối hàn (h, mm).
3.3. Phân tích kết quả thực nghiệm
Trên các hình 3.3 là một ví dụ ảnh chụp kết quả hàn thử nghiệm trên mẫu
thí nghiệm tại cung hàn 1 h  3 h, còn hình 3.4 – tại cung hàn 3 h  5 h quy ước
trên mô hình thí nghiệm đề xuất và chế độ hàn nối tương ứng. Chất lượng mối
hàn tổng hợp qua 3 lớp hàn đều tốt.

a) Hàn một lớp

b) Hàn 2 lớp

Kết luận chương 3
1) Để nghiên cứu công nghệ hàn nối ống tự động ống không quay ứng
dụng nối các đường ống trong các công trình thủy điện, dầu khí (đường kính
lớn từ 529 mm đến 6096 mm và chiều dày 14

30mm), cần tiến hành thực
hiện hàn thử trên mô hình thí nghiệm (thu nhỏ bằng 1/2 kích thước ống trên
thực tế) nhằm khảo sát đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn
tới tính chất mối hàn;
2) Đã khảo sát đánh giá chiều sâu ngấu và hình thái bề mặt mối hàn tại
từng cung hàn quy ước khác nhau trên toàn bộ chu vi ống và xác định cơ tính
mối hàn nhận được ở những vị trí đó nhận được khi hàn thử trên mô hình thí
nghiệm đạt yêu cầu về độ kín và độ bền;
3) Từ kết quả thực nghiệm và tính toán mô hình toán học mô tả quy luật
ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến chiều sâu ngấu tại từng cung trên
toàn bộ chu vi ống, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất chế độ hàn hợp
lý áp dụng cho quá trình hàn nối ống thép không quay trên quy mô hiện
trường các công trình thủy điện.


1) Biên giới kim loại giữa vật liệu mối hàn lớp lót (lớp 1) và các lớp
vật liệu cơ bản hàn nối rất tốt, không ngậm khuyết tật, đảm bảo kín và độ bền
tốt (hình 4.1 a, b). Điều đó chứng tỏ chế độ hàn nối thử nghiệm đã chọn là khá
thích hợp;
2) Một số mẫu sau khi hàn lớp điền đầy (lớp 2) lên trên lớp lót (lớp 1)
còn có một ít khuyết tật hàn cục bộ, có thể cho là ở dạng ngậm xỉ (hình 4.1 c,
d và hình 4.2 f), nhưng không đáng kể. Điều đó tuy làm giảm chất lượng mối
hàn, song với kích thước khuyết tật nhỏ và phân bố cục bộ, nên vẫn đảm bảo
16 được độ kim của mối hàn nối ống. Những khuyết tật này là kết quả của việc
hàn ở những vị trí khó, ví dụ như ở cung hàn thuộc vùng hàn leo xuống (4 h ÷
5 h; 5 h ÷ 6 h) và ở các cung hàn leo lên (6 h ÷ 7 h hoặc 7 h ÷ 8 h), hoặc là do
việc làm sạch bề mặt lớp hàn lót (lớp 1) chưa tốt (hình 4.2 e);
3) Ở các vị trí của cung hàn khác trên mô hình thí nghiệm, biên giới
giữa vật liệu mối hàn và các kim loại cơ bản (chụp ảnh tổ chức cả 3 lớp hàn
nối) đều đạt được ở mức rất tốt, điều đó chứng tỏ mối hàn rất ngấu, kín khít và
có độ bền cao. các chế độ hàn thử nghiệm trong quy hoạch thực nghiệm ở
những mẫu thí nghiệm trên mô hình này được cho là trong vùng hợp lý, tương
ứng với mỗi chế độ hàn ứng với vị trí cung hàn quy ước cụ thể.
Như vậy, qua việc phân tích tổ chức thô đại mối hàn nối trên các mẫu
quy hoạch thực nghiệm theo mô hình thí nghiệm đề xuất của luận án cho thấy
định hướng lựa chọn và điều chỉnh phạm vi thay đổi của các thoogn số công
nghệ chính khi hàn nối ống không quay ở các vị trí cung hàn quy ước là hợp
lý, có thể đảm bảo được chất lượng mối hàn nối ống thép khá tốt.
4.2. Nghiên cứu đặc điểm tổ chức tế vi kim loại mối hàn trên biên giới với
kim loại cơ bản
Sơ đồ quy ước các vùng phân tích khảo sát và chụp ảnh tổ chức tế vi vật
liệu mối hàn và kim loại cơ bản trên các mẫu thép hàn nối theo mô hình thí

a) No.3-2, x100
b) No.3-2, x100
a) No.3-2, x200

d) No.3-2, x200
Hình 4.8.
Ảnh chụp tổ chức tế vi kim loại mối h
àn và kim lo
ại c
ơ b
ản ở chế độ h
àn
tương ứng với cung hàn 8 h  9 h (lớp hàn 3): a) Biên giới trái; b) Biên gi
ới phải;
c) Kim loại cơ bản; d) Kim loại mối hàn
Các kết quả thực nghiệm ở những vị trí cung hàn quy ước khác đạt
tương tự như trên và cho phép khẳng định các chế độ công nghệ hàn thử
nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm đã đạt yêu cầu về chất lượng tổng hợp
giữa hình thái hình học, chiều sâu ngấu, độ bền cơ học, tổ chức thô đại và tổ
chức tế vi vật liệu kim loại cơ bản và mối hàn. Do đó, dựa trên các số liệu thực
nghiệm có thể xây dựng mô hình toán học mô tả hàm mục tiêu chất lượng mối
hàn tại các vị trí khác nhau quy ước trên toàn bộ chu vi ống hàn thông qua chỉ
tiêu độ ngấu mối hàn phụ thuộc vào 3 thông số công nghệ chính là I
h
, U
h
và
V
h
, nhằm phục vụ cho hàn thử nghiệm nối ống thép đường kính lớn không

1h

15

0.26166667

190

24

8.6

6.1

1h
–

2h

45

0.785

185

23

8.4

6.0

21.5

7.3

6.1

4h
–

5h

135

2.355

150

20

6.5

5.9

5h
–

6h

165


8h

225

3.925

135

19

5.5

5.8

8h
–

9h

255

4.44833333

145

20.5

6.5

5.9

23

7.8

6.0

11h
–

12h

345

6.01833333

190

25

8.6

6.1

Bảng 4.2. Bộ thông số công nghệ chính khi hàn lớp điền đầy và lớp phủ trên
từng cung hàn quy ước
Cung hàn
φ

(độ)
φ (rad)

0.26166667

210

24

8.6

1h
–

2h

45

0.785

205

23

8.4

2h
–

3h

75


2.355

165

20

6.5

5h
–

6h

165

2.87833333

155

19

5.8

6h
–

7h

195



4.44833333

160

20.5

6.5

9h
–

10h

285

4.97166667

175

21.5

7.2

10h
–

11h

315

thông số công nghệ hàn được khảo sát vào vị trí mối hàn.
19 Hình 4.12.
Đ
ồ thị mô tả mối quan hệ giữa c
ư
ờng độ d
òng
đi
ện h
àn và v
ị trí mối h
àn
trong tọa độ cực

Hình 4.13.
Đ
ồ thị mô tả mối quan hệ giữa điện áp h
àn và v
ị trí mối h
àn trong

tọa độ cực

Hình 4.14.
Đ
ồ thị mô tả mối quan hệ giữa vận tốc h
àn và v

h
= 23,305 + 2.553.φ  3,528.φ
2
+ 0,93.φ
3
 0,068. φ
4
; R = 0,98382 (4.3)
3) Vận tốc hàn (m/h):
V
h
= 8,113 + 2,092.φ  2,425.φ
2
+ 0,623.φ
3
 0,046.φ
4
; R = 0,98816 (4.4)
(trong đó: φ tính theo đơn vị radian).
Kết luận chương 4
Đã nghiên cứu khảo sát và chụp ảnh tổ chức thô đại, tổ chức tế vi
vùng lân cận mối hàn giữa hai đầu kim loại hàn nối cơ bản và vật liệu trong
mối hàn trên kính hiển vi quang học (với độ phóng đại x 100, x 200). Từ đó đã
phân tích đánh giá chất lượng mối hàn thông qua việc tổng hợp các tiêu chí
chính như tổ chức hạt tinh thể của vật liệu tại các vùng phân tích đối với các
mẫu thí nghiệm trên mô hình ở nhiều vị trí cung hàn đặc trưng nhất khác nhau
(hàn trần đi xuống, hàn leo đi xuống, hàn ngửa đi lên, hàn leo đi lên) để so
sánh với tiêu chí chiều sâu ngấu của mối hàn tương ứng, kết quả đạt yêu cầu
kỹ thuật cần thiết;
2) Từ các kết quả thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm và sử dụng


b)
Hình 5.3.
Ảnh chụp việc điều chỉnh bộ phận cấp dây h
àn đ
ể h
àn th
ử nghiệm nối ống
thép đường kính lớn không quay tại hiện trường

a)

b)

Hình 5.4. Tích h
ợp điều khiển PLC theo các chế độ h
àn n
ối ống

đư
ờng kính lớn
không quay áp dụng ở quy mô công trình thủy điện Việt Nam

a) Vị trí cung hàn 1 h ÷ 2 h
b)Vị trí cung hàn 1 h ÷ 2 h
Hình 5.6. Ảnh chụp quá trình hàn nối ống đường kính lớn không quay tại hiện trư
ờng
công trình thủy điện: a) Cung hàn trần đi xuống; b) Mối hàn tương ứng
Kết quả phân tích đánh giá chất lượng tổng hợp các mối hàn tại tất cả
các cung hàn ở 12 vị trí phân vùng khác nhau theo quy ước trên chu vi ống

h hàn n
ối ống đ
ư
ờng kính lớn không quay tại hiện
trường công trình thủy điện: a) Cung hàn ngửa đi xuống; b) Mối hàn tương ứng
a) Vị trí cung hàn 5 h ÷ 6 hb) Vị trí cung hàn 5 h ÷ 6 h
Hình 5.10.
Ảnh chụp quá tr
ình hàn n
ối ống đ
ư
ờng kính lớn không qu
ay t
ại hiện
trường công trình thủy điện: a) Cung hàn ngửa đi xuống; b) Mối hàn tương ứng
23

5.2. Kiểm định chất lượng mối hàn nối ống thép đường kính lớn không
quay trên hiện trường
Qua kết quả kiểm tra chất lượng mối hàn cho thấy: Chế độ hàn nối các
ống thép đường kính lớn không quay tại hiện trường công trình nhà máy thủy
điện Nậm Khánh được đề xuất dựa trên cơ sở khoa học của đề tài luận án là
hợp lý, đảm bảo chất lượng mối hàn nối đạt yêu cầu kỹ thuật của nhà đầu tư.
Với mô hình đề xuất có thể mở rộng phạm vi ứng dụng cho việc hàn nối các
loại ống thép có gam đường kính khác, lần đầu tiên ứng dụng thành công ở
Việt Nam và là đóng góp mới về mặt lý luận khoa học trong lĩnh vực chuyên
ngành hàn của tác giả luận án.

2) Đã đề xuất mô hình để thực hiện các thí nghiệm theo quy hoạch
thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn chính
(dòng điện hàn, điện áp hàn, vận tốc hàn, lưu lượng khí bảo vệ, tầm với điện
cực, biên độ dao động đầu hàn, tần số dao động đầu hàn) đến chất lượng mối
24 hàn nối đường ống thép đường kính lớn ở trạng thái không quay và trình bày
các phương pháp kiểm định chất lượng mối hàn làm cơ sở khoa học cho việc
đánh giá các kết quả thực nghiệm của đề tài luận án;
3) Đã thực hiện hàn thử nghiệm theo các chế độ quy hoạch thực
nghiệm trực giao hai cấp ba thông số khảo sát và tính toán xây dựng các mô
hình toán học mô tả hàm mục tiêu chất lượng mối hàn (chiều sâu ngấu) phụ
thuộc vào 3 thông số công nghệ chính (dòng điện hàn, điện áp hàn, vận tốc
hàn) và đánh giá chất lượng tổng hợp của mối hàn thu nhận được ở các chế độ
hàn nối ống không quay trên 12 cung xác định vị trí hàn khác nhau, Kết quả
thực nghiệm là cơ sở khoa học đáng tin cậy cho việc đề xuất chế độ công nghệ
hàn hợp lý áp dụng để hàn nối ống thép đường kính lớn không quay trên quy
mô hiện trường các công trình thủy điện ở Việt Nam;
4) Đã nghiên cứu khảo sát và chụp ảnh tổ chức thô đại và tổ chức tế vi
vật liệu trong 03 lớp của mối hàn lót (1); hàn điền đầy (2) và hàn phủ (3) và
biên giới liên kết của vật liệu mối hàn với kim loại nền cư bản trên hai đầu
ống thép hàn nối ở trạng thái không quay của các mẫu quy hoạch thực nghiệm
nhận được khi hàn nối trên mô hình thí nghiệm với 12 cung hàn quy ước. Kết
quả nhận được là cơ sở khoa học góp phần luận giải các quan điểm đánh giá
chất lượng tổng hợp cùng với phương pháp kiểm tra khuyết tật bằng siêu âm
mối hàn nối các ống thép đường kính lớn không quay khi hàn trên công trình
thủy điện ở Việt Nam;
5) Từ kết quả thực nghiệm và tính toán xây dựng mô hình toán học hàm
hồi quy chiều sâu ngấu của mối hàn tương ứng với các cung hàn quy ước trong