Mối hàn đường ống xử lý nhiệt

Ủ đúng cách và phân tích số 2-D tối ưu hóa độ bền và độ bền của đường may

Nhu cầu năng lượng của thế giới đã tăng lên ít nhiều đều đặn trong nhiều năm mà không có dấu hiệu kết thúc. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, nguồn cung xăng dầu tăng từ 76,76 triệu thùng mỗi ngày vào tháng 9 năm 2001 lên 88,7 triệu thùng vào tháng 7 năm 2011, tăng 16%. ¹ Tương tự, số lượng giàn khoan dầu đang hoạt động tăng từ 2.242 năm 2001 lên 3.397 năm 2011, tăng 52%. ²

Sự gia tăng nhu cầu năng lượng đã thúc đẩy nhu cầu đối với ống hàn đường nối dọc được sản xuất trên các dây chuyền hàn liên tục loại ống được sử dụng để vận chuyển dầu và khí đốt dưới áp suất cao. Đường ống như vậy phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt, bao gồm cả những tiêu chuẩn do API đặt ra. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, điều cần thiết là phải hiểu động lực chuẩn hóa đường may. Cũng cần phải hiểu các quy trình xử lý nhiệt sử dụng phương pháp làm nguội trung gian. Điều này là do các kim loại và thành dày được sử dụng trong đường ống làm phức tạp quá trình xử lý nhiệt các đường hàn. Các thông số quy trình như thời gian gia nhiệt, tần số và thiết kế cuộn dây cũng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Một cách hay để xem và hiểu những ảnh hưởng này là sử dụng mô hình số.

Tại sao phải xử lý nhiệt mối hàn?

Trong quá trình hàn tần số cao, mặt ngoài và mặt trong của thành ống chịu nhiệt độ cao nhất. Điều này tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có hình dạng đồng hồ cát đặc trưng. Nhiệt cũng làm thay đổi đặc tính kéo của HAZ, làm giảm độ dẻo dai của nó (khả năng hấp thụ tác động mà không bị vỡ). Xử lý nhiệt đường hàn tái thiết lập các đặc tính kéo của HAZ, đưa chúng trở lại mức bằng với các đặc tính của vật liệu cơ bản.

Tuy nhiên, thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) hiện đại lấy được độ bền của chúng, một phần, từ kích thước hạt nhỏ—cơ chế độ bền duy nhất góp phần tích cực vào độ bền và độ dẻo dai. Do đó, những loại thép này có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước hạt có thể thu được từ quá trình xử lý nhiệt thông thường, và các loại ống cao hơn có thể cần phải trải qua các quy trình xử lý nhiệt phức tạp hơn.

Điều cần thiết là phải nhận ra rằng trong quá trình xử lý nhiệt đường may trong dây chuyền, phần lạnh hơn của đường ống hoạt động như một bộ tản nhiệt. Theo đó, tốc độ làm mát chủ yếu là kết quả của sự dẫn nhiệt bên trong đường ống. Xử lý nhiệt đường hàn được thực hiện đúng cách đảm bảo vùng được gia nhiệt với nhiệt độ chuẩn hóa chính xác; nghĩa là, với sự chênh lệch nhiệt độ đủ nhỏ giữa tường bên trong và bên ngoài. Ngoài ra, nó phải bao phủ toàn bộ HAZ ở bức tường bên trong.

Phân tích số 2D

Cách duy nhất để hiểu những gì xảy ra bên trong bức tường thép là sử dụng các công cụ mô hình số để điều tra quá trình ủ đường nối. Quá trình có thể được biểu diễn bằng mô hình mặt cắt 2D. Tính toán điện từ và nhiệt phải được tương quan để phân tích quá trình. ³

Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong thành ống khi độ dày thành ống tăng lên. Độ sâu thâm nhập hiện tại là nhỏ miễn là nhiệt độ vẫn ở dưới điểm Curie. Bất kể độ sâu thâm nhập, cường độ từ trường từ cuộn dây cảm ứng giảm theo khoảng cách. Do đó, mật độ năng lượng ở bên ngoài ống cao hơn ở bên trong, ngay cả ở nhiệt độ trên điểm Curie.

Hình 1 minh họa cách dẫn nhiệt trong thành ống ở giai đoạn cuối của quá trình gia nhiệt. Đường ống hoạt động như một bộ tản nhiệt cho vùng được làm nóng và sự chuyển pha xảy ra ở các thời điểm khác nhau ở bên ngoài và bên trong tường do chênh lệch nhiệt độ. Năng lượng cần thiết cho quá trình biến đổi làm chậm quá trình cân bằng nhiệt độ.

Tổn thất nhiệt từ bề mặt bên trong của ống do bức xạ và đối lưu góp phần tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt tường bên trong và bên ngoài. Điều này gây ra chênh lệch nhiệt độ cố định không thể cân bằng bằng dẫn nhiệt và có thể trở nên đáng kể trong đường ống có thành dày.

Bố cục đường và theo dõi đường may

Kết quả của xử lý nhiệt đường hàn cũng phụ thuộc vào cách bố trí dây chuyền. Do không gian thường bị hạn chế trong các nhà máy, điều quan trọng là phải tính toán chiều dài cuộn dây và khoảng cách giữa chúng để đạt được kết quả tối ưu. Mô phỏng 2-D của quy trình chuẩn hóa có thể xác minh bố cục và cũng tính toán phần làm mát của quy trình.

Thông thường, ống hàn liên tục bị xoắn sau khi hàn. Do đó, đường hàn di chuyển ra khỏi vị trí 12 giờ khi nó đến phần bình thường hóa đường nối. Theo dõi đường may là cần thiết để giữ cho cuộn dây chuẩn hóa đường may ở đúng vị trí. Hai loại theo dõi là ngang và quỹ đạo.

Hệ thống theo dõi ngang có một cuộn dây có khoảng cách tối thiểu cố định đến vị trí 12 giờ của đường ống và chỉ di chuyển theo chiều ngang từ vị trí này. Khi đường hàn di chuyển ra khỏi vị trí 12 giờ, khoảng cách nối giữa đường hàn và cuộn dây tăng lên, làm giảm hiệu suất của cuộn dây. Ngoài ra, cuộn dây không còn được định vị đối xứng so với ống. Hệ thống theo dõi ngang không phù hợp với độ lệch lớn hoặc cho các bức tường dày hơn thường được sử dụng trong đường ống.

Các hệ thống theo dõi quỹ đạo giữ các cuộn dây ở cùng một vị trí so với đường hàn khi đường hàn lệch khỏi vị trí 12 giờ. Điều này có nghĩa là mô hình sưởi ấm không bị ảnh hưởng bởi ống xoắn hoặc ống dẫn. Hệ thống sưởi được tối ưu hóa ở bất kỳ vị trí nào trong phạm vi theo dõi. Không cần tăng kích thước quá mức của vùng được làm nóng (điều này cũng yêu cầu tăng chiều dài làm mát). Khi được thực hiện chính xác, theo dõi quỹ đạo đảm bảo bình thường hóa đường may chính xác của đường hàn bất kể vị trí đường hàn.

Xác minh mô phỏng

Kết quả từ một đường chạy cho thấy mô phỏng 2-D rất hữu ích khi thiết kế bố cục đường. Tất nhiên, các thông số quy trình cuối cùng phải được tinh chỉnh trong dây chuyền để đạt được kết quả tốt nhất có thể đối với các kích cỡ và loại vật liệu khác nhau. Một dây chuyền được thiết kế tốt là điều cần thiết để sản xuất ống ở tốc độ và chất lượng mong muốn.

Thông tin liên hệ tư vấn

Để biết thêm thông tin chi tiết và có giá tốt nhất, vui lòng liên hệ chúng tôi:

CÔNG TY CỔ PHẦN DIMEC

Hotline: 0966.92.0404

Email: info@dimec.vn

Website: dimec.vn

Trụ sở chính: Số 285 Phúc Lợi, P. Phúc Lợi, Q. Long Biên, TP. Hà Nội

CN Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, đường Nguyễn Sinh Sắc, P. Hòa Minh, Q. Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng

CN Hồ Chí Minh: Số 84 đường 10, KĐT Vạn Phúc, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh