Quy trình hàn ống ở vị trí 1G vát mép khe hở hẹp

MÔ TẢ CHUNG  

Nhóm kỹ sư ứng dụng đã thực hiện dự án xây dựng quy trình hàn liên kết ống 1G bằng quá trình GMAW cho phôi ống có thông số kích thước 6.5” x 1” (16.5 cm x 25 mm) với mác thép là AISI 4130.

Thiết bị hàn được lựa chọn là hệ thống hàn Apex 3000/Helix M85 (Orbital MIG) của Lincoln Electric áp dụng cho toàn bộ các lớp hàn từ lót đến phủ với cùng loại dây hàn SuperArc AK-10 trong hỗn hợp khí bảo vệ 85% Ar + 15% CO₂.

Các liên kết hàn được chụp X quang và chuyển đến khách hàng để thực hiện tiếp các phép thử khác.

TỪ KHÓA: SuperArc AK-10, 0.045”, 1G-ống quay, Hàn ống, Power Wave S350, Apex 3000/Helix M85, RapidArc.

1. Nội dung thực nghiệm

Các đơn vị nhà thầu lắp ghép ống và nhà xưởng chế tạo ống thường mong muốn sử dụng thiết kế liên kết vát mép khe hở hẹp (narrow groove) với hai lý do chính như sau:

1. Liên kết khe hở hẹp giúp làm giảm lượng kim loại bổ sung và do đó tăng tốc độ điền đầy liên kết.
2. Khe hở hẹp giúp giảm thời gian gá lắp và hạn chế được ứng suất dư cũng như biến dạng sau khi hàn.

Công nghệ hàn thường vẫn được sử dụng cho hàn khe hở hẹp đó là dùng STT cho lớp lót và GMAW-P hoặc GMAW-S (mỏ đơn hoặc mỏ kép) cho lớp điền đầy và lớp phủ.

Năm 2012, nhóm kỹ sư ứng dụng của Lincoln Electric đã nghiên cứu áp dụng quá trình hàn GMAW-P cho liên kết ống 5G khe hở hẹp bằng hệ thống hàn ống Bug-O Piper Plus. Năng suất hàn lớp lót đã tăng 3 lần so với quá trình hàn TIG thông thường, tuy nhiên khả năng điều khiển về mặt cơ khí tự động hóa không được linh hoạt đối với tình trạng chất lượng vát mép không đồng đều.

Thực nghiệm là nhằm đưa hệ thống hàn Orbital MIG Apex 3000/Helix M85 vào áp dụng để cải thiện khả năng cơ khí/tự động hóa cho cả hai vị trí liên kết hàn 1G và 5G ống vát mép khe hở hẹp.

2. Quy trình thực nghiệm

Hình 1 thể hiện thực tế gá lắp đối với trường hợp ống quay ở vị trí 1G. Ống có kích thước 6.5” x 1” (16.5 cm x 25 mm), vật liệu AISI 4130. Dạng vát mép như thể hiện trong hình là tối ưu cho ứng dụng loại này. Góc nghiêng và vị trí mỏ hàn được giữ nguyên cho tất cả các lớp hàn.

Xe hàn Apex 3000/Helix M85 (Orbital MIG) được gá lên ½ vòng ray nhằm giúp kiểm soát chính xác quá trình hàn thông qua bàn đạp hàn điều khiển từ xa. Quá trình hàn GMAW – P (RapidArc) được áp dụng cho tất cả các lớp hàn (root to cap) với khí bảo vệ 85Ar/15CO₂. Bảng 1 là dữ liệu bộ thông số quy trình hàn cho từng lớp/lượt (pass/layer).

Hình 1. Hình ảnh gá lắp và thiết kế liên kết ống 1G.

3. Kết quả và thảo luận

Bảng 1 là dữ liệu bộ thông số quy trình hàn cho tất cả các lớp/lượt (root to cap) hàn. Quy trình này có thể tiếp tục thực nghiệm để tối ưu hóa đặc tính hồ quang cũng như cho chất lượng hàn cao phù hợp với các thay đổi về điều kiện gá lắp. Dưới đây là một vài nhận xét có được sau mỗi lớp hàn:

Quá trình hàn lớp lót (root pass) bằng xung RapidArc với dây hàn SuperArc AK-10 đường kính 0.045” (1.1 mm) trong môi trường khí bảo vệ 85%Ar/15%CO₂.:

• Thực nghiệm này sử dụng dụng cụ gá ống kết hợp bộ gá quay có mâm cặp và do đó không cần phải hàn gá đính.
• Nhóm thực nghiệm đã sử dụng loại pép đặc biệt “định hướng” dây hàn Profax (18S45-SPADE) nhằm cho phép tiếp cận sâu hơn trong liên kết khe hở hẹp với mục đích đạt được chính xác CTWD – Contact Tip Work Distance. (xem Hình 2).
• Chiều dài chụp khí ảnh hưởng trực tiếp đến CTWD khi hàn tấm dày khe hở hẹp. Do đó nhóm thực nghiệm đã dử dụng loại chụp khí #1 Profax 27S50 cắt ngắn đi 2 5/16” (5.9 mm) khi hàn lớp lót (roopt pass).
• Ở tốc độ hàn 31 IPM (79 cm/phút) khi hàn lớp lót, cần thiết phải kiểm soát chặt chẽ tốc độ quay, dạng dao động ngang, chiều cao mỏ cũng như quỹ đạo dọc trục,…để có được chất lượng tốt.
• Thiết bị Apex 3000/Helix M85 chính là chìa khóa cho việc ứng dụng vào các yêu cầu cao về kiểm soát chuyển động của hồ quang.
• Thực nghiệm này chỉ thực hiện lớp lót trên một nửa chu vi ống.
• Làm sạch vị trí mồi hồ quang/kết thúc hồ quang (start/stop) bằng mài một cách cẩn thận giúp quyết định chất lượng của toàn bộ liên kết.
• Công việc tiếp theo của thực nghiệm này là tối ưu hóa thông số công nghệ hàn cho vị trí Start/Stop để giảm bớt nguyên công mài sửa.

Quá trình hàn các lớp điền đầy (fill passes) bằng xung RapidArc với dây hàn SuperArc AK-10 đường kính 0.045” (1.1 mm) trong môi trường khí bảo vệ 85%Ar/15%CO₂.

• Dao động mỏ hàn một cách chính xác sẽ quyết định trực tiếp đến chất lượng các lớp điền đầy.
• Chiều dài chụp khí ảnh hưởng trực tiếp đến CTWD khi hàn tấm dày khe hở hẹp. Do đó nhóm thực nghiệm đã dử dụng loại chụp khí #2 Profax 401-6-75 cắt ngắn đi 2 5/8” (6.7 mm) khi hàn lớp 3 và 4.
• Ở tốc độ hàn 17 IPM (43 cm/phút) khi hàn lớp lót, cần thiết phải kiểm soát chặt chẽ tốc độ quay, dạng dao động ngang, chiều cao mỏ cũng như quỹ đạo dọc trục,…để có được chất lượng tốt. (Apex 3000/Helix 85M hoàn toàn đáp ứng yêu cầu công nghệ này).
• Tốc độ quay ống cần bào đảm chính xác và ổn định.

Quá trình hàn các lớp phủ (fill/cap passes) bằng xung RapidArc với dây hàn SuperArc AK-10 đường kính 0.045” (1.1 mm) trong môi trường khí bảo vệ 85%Ar/15%CO₂.

• Chiều dài chụp khí ảnh hưởng trực tiếp đến CTWD khi hàn tấm dày khe hở hẹp. Do đó nhóm thực nghiệm đã dử dụng loại chụp khí #2 Profax 401-6-75 cắt ngắn đi 2 5/8” (6.7 mm) khi hàn lớp 5 và 7 (cap pass).
• Ở tốc độ hàn 16 IPM (40 cm/phút) khi hàn lớp lót, cần thiết phải kiểm soát chặt chẽ tốc độ quay, dạng dao động ngang, chiều cao mỏ cũng như quỹ đạo dọc trục,…để có được chất lượng tốt.(Hình 3)

Kiểm tra - Testing

Qua chụp RT cho thấy có một khuyết tật kích thước và hình dạng tương tự như mặt cắt ngang của dây hàn nằm tại vị trí mồi hồ quang lớp lót thứ 2 (lớp hot). Kết quả siêu âm – UT cho thấy có khuyết tật thiếu ngấu (LOF) vào mép liên kết ở lớp giữa. Nguyên nhân sơ bộ đánh giá là do mẫu hàn bị trượt trong quá trình quay (gá lắp trên bộ gá quay – mâm cặp chưa bảo đảm).

Bảng 1: Bộ thông số quy trình hàn: SuperArc AK-10/ 85%Ar/15%CO₂.

Hình 2: Pép hàn/chụp khí chuyên dụng cho khe hở hẹp và trình tự lớp/lượt hàn.

 Hình 3: Hình ảnh mối hàn hoàn thiện OD/ID – liên kết vát mép khe hở hẹp bằng quá trình hàn GMAW-P (RapidArc)

4. Kết luận

1. Dạng xung GMAW-P (RapidArc) có thể ứng dụng cho hàn root to cap ống dày, vát mép khe hở hẹp ở vị trí 1G (ống quay).
2. Tổng thời gian hồ quang là 8.23 phút.
3. Hồn hợp khí trộn 85%Ar15%CO₂ là lựa chọn phù hợp cho mục đích cân bằng giữa dạng dịch chuyển xung phun tia (pulse-spray transfer mode) và chiều sâu ngấu. (ở các thực nghiệm khác cũng đạt được kết quả như vậy đối với khí trộn 80%Ar20%CO₂.
4. Hàn bằng dạng xung RapidArc cho tốc độ hàn 30 IPM (79 cm/phút) ở lớp lót và nhanh gấp 3 lần so với sử dụng dạng xung STT (Surface Tension Transfer) với cùng loại dây hàn SuperArc AK-10 đường kính 0.045” (1.1 mm).
5. Sử dụng bộ hàn Orbital MIG Apex 3000/Helix 85M cho phép đạt được chất lượng hàn do có thể kiểm soát một cách chính xác dao động ngang cũng như chuyển động của mỏ hàn khi hàn nối ống quay ở vị trí 1G. Đây là “chìa khóa” cho việc tạo ra một liên kết hàn khe hở hẹp đạt chất lượng với tốc độ hàn cao.
6. Cũng có thể sử dụng dạng vát mép J cho ứng dụng khe hở hẹp, tuy nhiên lại không hiệu quả do phức tạp về gia công vát (gia công cắt gọt) so với dạng vát mép sử dụng trong thực nghiệm này.
7. Đội ngũ kỹ sư ứng dụng của Lincoln tiếp tục phát triển quy trình hàn nhằm tối ưu hóa chất lượng tại vị trí mồi/ngắt hồ quang.

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.