Hàn SAW Tandem các đoạn ống trụ điện gió ngoài khơi có yêu cầu thử va đập ở -60 oC

NỘI DUNG  

Báo cáo về công nghệ hàn dưới lớp thuốc sử dụng hai hồ quang (SAW Tandem) phê chuẩn cho quy trình hàn các đoạn ống của trụ điện gió với yêu cầu thỏa mãn yêu cầu cơ tính khi thử độ dai va đập ở -60 ^oC (-76 ^oF). Yêu cầu của khách hàng với thử thách là tăng năng suất nhưng không làm ảnh hưởng tới chất lượng và thỏa mãn yêu cầu khắt khe về thử dai va đập.

Vật liệu thép sử dụng để hàn được chế tạo để có tính hàn tốt và độ dai va đập tốt ngay cả đối với vùng ảnh hưởng nhiệt (VAHN). Khách hàng là một công ty có kinh nghiệm trong việc sửa chữa và đóng tàu, đây là lần đầu tiên họ làm dự án về công trình ngoài khơi. Và họ đã đầu tư lớn cho sự thay đổi về công nghệ và trang thiết bị mới nhất để sử dụng cho dự án này và cho tương lai.

Khách hàng không có kinh nghiệm về công nghệ SAW Tandem. Lincoln Electric đã giúp xây dựng quy trình hàn Tandem với hai hồ quang AC-AC giúp tăng năng suất tới 100% so với quá trình hàn 1 dây trước đó.

1. Giới thiệu chung

Khách hàng phải sản xuất các đoạn ống giúp gia cường cho các kết cấu ngoài khơi với quy trình và vật liệu hàn phải tạo ra mối hàn có độ dai va đập đạt yêu cầu ở nhiệt độ thử -60 ^oC (76 ^oF). Đường kính và chiều dày của đoạn ống phù hợp để hàn dưới lớp thuốc hai hồ quang (SAW Tandem). Vấn đề cần quan tâm đó là năng lượng đường cao trong khi mong muốn đạt được yêu cầu độ dai va đập. 

Trong khi, khách hàng có ít kinh nghiệm về công nghệ hàn SAW Tandem, nhưng lại mong muốn nâng cao năng suất cho các kết cấu của dự án trong tương lai. Khách hàng đã quyết định đặt hàng thiết bị hàn SAW Tandem có khả năng điều chỉnh sóng vuông dòng xoay chiều AC. 

Thông thường, công nghệ hàn SAW Tandem sẽ dùng dòng DC+ với dây đi trước và dòng AC với dây đi sau, sẽ giúp cho việc vận hành dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếu đã có kinh nghiệm với công nghệ này, thì việc sử dụng dòng AC cho cả hai dây hàn sẽ giúp tăng năng suất quá trình hàn. Dòng điện hàn AC được điều chỉnh dạng sóng (waveform) sẽ giúp tăng tốc độ đắp. 

Để thỏa mãn yêu cầu về độ dai va đập là một thử thách lớn. Phương án tối ưu, sử dụng thuốc hàn 8500 và dây hàn LS-3 đã cho kết quả đạt yêu cầu.

2. Quá trình thực nghiệm

Khách hàng muốn sử dụng công nghệ SAW tandem để giúp tăng năng suất so với quá trình hàn một hồ quang. Công va đập yêu cầu đạt 28 J ở -60 ^oC ở bên trong vùng kim loại mối hàn (KLMH) và trong VAHN. Mẫu thử dai va đập được cắt ở trên bề mặt và phía đáy của mối hàn (vị trí cách bề mặt 2 mm).

Hai mẫu hàn được hàn với thuốc 888. Trong đó, một mẫu hàn sử dụng dây hàn LS-3 (EH12K) đường kính 1/8’’ (3.2mm), và liên kết hàn còn lại sử dụng dây hàn LA-84 (EF3) đường kính 1/8’’. Dây hàn đường kính 3.2mm được lựa chọn để giảm năng lượng đường, giúp cải thiện độ dai va đập ở VAHN. Kết quả thử nghiệm của hai mẫu này có thể xem ở phần Phụ lục. Vùng KLMH đã không đạt được yêu cầu tối thiểu về độ dai va đập trong khi VAHN cho kết quả đạt yêu cầu tối thiểu. Sau đó, LE quyết định chuyển qua dùng thuốc 8500 kết hợp với dây hàn LS-3 đường kính 5/32’’ (4.0mm). Thuốc hàn 8500 đã cho kết quả độ dai va đập tốt ở lớp phủ. Đường kính dây hàn lớn hơn được sử dụng, VAHN có độ dai va đập tốt khi sử dụng năng lượng đường thấp. Thiết kế liên kết hàn và cách bố trí các đường hàn được cụ thể như trong hình 1. Mẫu phôi hàn được cung cấp bởi khách hàng, với vật liệu được sử dụng là thép S420G2+M, sau đó việc chuẩn bị mẫu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của LE.

Hai đường hàn lót được thực hiện bởi quá trình hàn GMAW, thông số như trong bảng 1. Đường hàn SAW đầu tiên được thực hiện bởi một hồ quang sử dụng dòng DC+, thông số như bảng 2. Các đường hàn từ 4-19 được thực hiện hàn bởi hai hồ quang Tandem, thông số như trong bảng 3. Không tiến hành gia nhiệt trong thực nghiệm này. Nhiệt độ giữa các đường hàn duy trì ở dưới 400 ^oF (204 ^oC). Mặt sau của liên kết hàn được dũi đáy, sau đó thực hiện hàn với 2 đường hàn bằng quá trình SAW 1 dây, thông số hàn như trong bảng 2. Các kiểm tra cơ tính được thực hiện sau khi mối hàn hoàn thiện ở điều kiện thường.

Ba đường hàn sử dụng quá trình hàn SAW 1 hồ quang, sử dụng dây hàn đi trước (lead arc) của hệ thống hàn Tandem, với chế độ cài đặt trên nguồn hàn là: Mode 45 (CV, DC+), 42 ipm (1.1 m/phút), điện áp 25V, tốc độ hàn 16 ipm (41 cm/phút).

Bảng 1: Thông số hàn lớp lót bằng quá trình GMAW

Bảng 2: Thông số hàn SAW một hồ quang cho mặt thứ 2

Bảng 3: Thông số hàn Tandem từ đường hàn thứ 4-19

Hình 1: Thiết kế liên kết hàn và bố trí các đường hàn

Hình 2 dưới đây là khoảng cách giữa các điện cực khi hàn Tandem, và Hình 3 là hình ảnh hai đường hàn trên một lớp hàn.

3. Kết quả và bàn luận

Bảng 4 là kết quả kiểm tra độ dai va đập. Bảng 5 là kết quả thử kéo dọc mối hàn.  

Bảng 4: Bảng kết quả kiểm tra độ dai va đập ở nhiệt độ -60 ^oC

Bảng 5: Kết quả thử kéo dọc mối hàn

4. Phụ lục

Dưới đây là kết quả cho 02 mẫu hàn đầu tiên sử dụng quy trình hàn khác, và dây + thuốc hàn khác. Kết quả không thỏa mãn yêu cầu của khách hàng. Mục đích của phụ lục này để so sánh. Kết quả khi hàn Tandem dùng dây 3.2mm có năng lượng đường thấp hơn so với khi dùng dây LS-3 đường kính 4.0mm và thuốc 8500 như đã đề cập ở phía trên.

Bảng 6: Kết quả thử độ dai va đập khi dùng dây LS-3 và thuốc hàn 888

Bảng 7: Kết quả thử kéo dọc mối hàn khi dùng dây LS-3 và thuốc 888

Trên đây là toàn bộ chia sẻ về hàn SAW Tandem các đoạn ống trụ điện gió ngoài khơi có yêu cầu thử va đập ở -60 oC. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của DG Welding, nếu có bất kỳ thắc mắc nào hoặc cần tư vấn về các thiết bị hay công nghệ hàn vui lòng liên hệ cho chúng tôi. Mời các bạn tham khảo thêm các bài viết khác trong APP - năng lượng.

==========

QUYỀN SỞ HỮU VÀ BẢO MẬT: Báo cáo này căn cứ trên các kết quả thử nghiệm của hãng Lincoln Electric, và được biên tập bởi Double Good JSC – Nhà phân phối sản phẩm và Dịch vụ ủy quyền của Lincoln Electric tại Việt Nam. Không được phép sao chép, lưu chuyển, sử dụng tài liệu này với bất kỳ mục đích nào nếu không được sự cho phép bằng văn bản của Double Good JSC.

Ghi chú: Tính đa dạng trong thiết kế, chế tạo và điều kiện làm việc của các sản phẩm thực tế sẽ ảnh hưởng tới kết quả thực nghiệm. Vì vậy các bên tự cân nhắc và chịu trách nhiệm khi áp dụng các thông tin trong báo cáo này vào công việc của mình.