Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:160

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xác định được quy luật, mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ làm cơ sở cho việc xác định trị số tối ưu của chế độ hàn, nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, tăng năng suất, giảm giá thành chế tạo nồi hơi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP DƯƠNG VIẾT CHÍNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ THUỘC CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN NỒI HƠI SỬ DỤNG TRONG SẤY GỖ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP DƯƠNG VIẾT CHÍNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ THUỘC CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN NỒI HƠI SỬ DỤNG TRONG SẤY GỖ Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ VĂN THÁI Hà Nội, 2012
i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân; nhân dịp này tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới: - TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đại học lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo tận tình và cung cấp các tài liệu khoa học. - Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện và công trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. - Ban lãnh đạo, nhân viên Trung tâm đánh giá kỹ năng nghề hàn Quốc gia đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, cử người có chức năng kết hợp giúp tôi thực hiện các thí nghiệm. - Viện hàn, tổng công ty lắp máy Việt Nam đã cung cấp tài liệu. - Công ty TNHH nồi hơi công nghiệp đã cung cấp tài liệu và tạo điều kiện cho tôi thăm quan, phỏng vấn. Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa hàn, các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng LILAMA 1 đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp do tôi tự làm, số liệu thu thập, kết quả tính toán trung thực và được trích dẫn rõ ràng. Tác giả Dương Viết Chính
ii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn.......................................................................................... i Mục lục................................................................................................ ii Danh mục các từ viết tắt ................................................................... vi Danh mục các bảng............................................................................ vii Danh mục các hình............................................................................. viii Đặt vấn đề........................................................................................... 1 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 3 1.1- Nồi hơi trong dây chuyền sấy gỗ.............................................. 3 1.2- Các phương pháp gia công nồi hơi, hàn nồi hơi.................... 5 1.2.1- Các phương pháp gia công nồi hơi.................................... 5 1.2.2- Hàn nồi hơi......................................................................... 8 1.2.2.1- Hàn thân ba lông ............................................................ 8 1.2.2.2- Hàn lỗ chui và các ống nước với nồi hơi........................ 9 1.3 - Tình hình nghiên cứu chế độ hàn khi gia công nồi hơi......... 12 1.4 - Kết luận chung.......................................................................... 15 Chương 2 - MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG 16 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài............................................... 16 2.2- Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu......................... 16 2.3- Nội dung nghiên cứu............................................................... 16 2.4- Phương pháp nghiên cứu........................................................ 16 2.4.1- Các phương pháp nghiên cứu chung................................. 16 2.4.2- Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm........ 19 2.4.2.1- Thí nghiệm thăm dò....................................................... 19 2.4.2.2- Thực nghiệm đơn yếu tố................................................. 21 2.4.2.3- Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố.......................... 24 2.4.2.4- Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu............... 31 2.4.2.5- Chất lượng mối hàn nồi hơi và phương pháp kiểm tra 34 Chương 3 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 37 3.1 - Khái quát chung về nồi hơi sấy gỗ........................................ 37 3.1.1- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của nồi hơi........................... 37
iii 3.1.1.1 - Cấu tạo............................................................................. 37 3.1.1.2 - Nguyên lý hoạt động........................................................ 38 3.1.2- Đặc tính kỹ thuật của nồi hơi nghiên cứu............................ 38 3.1.3 - Xác định một số kích thước cơ bản của nồi hơi.................. 39 3.1.3.1 - Chọn vật liệu chế tạo ba lông và ống nước bức xạ nhiệt 39 3.1.3.2 - Xác định kích thước và thông số ba lông trên.................. 39 3.1.3.3- Xác định kích thước của ba lông dưới............................... 43 3.1.3.4- Xác định kích thước ống bức xạ nhiệt và van an toàn...... 43 3.2 - Tính toán chế độ hàn............................................................... 47 3.2.1- Lựa chọn loại mối hàn........................................................ 47 3.2.2- Lựa chọn vật liệu hàn.......................................................... 47 3.2.3- Chế độ hàn......................................................................... 48 3.2.3.1- Kích thước gá lắp............................................................ 48 3.2.3.2- Tính tiết diện kim loại đắp và số lớp hàn...................... 48 3.2.3.3- Tính toán các thông số chế độ hàn................................. 49 3.3 - Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn nồi hơi........ 56 3.3.1 - Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ........................................ 56 3.3.1.1- Công nghệ hàn................................................................. 56 3.3.1.2- Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ................................... 56 3.3.2 - Ảnh hưởng của vật liệu........................................................ 58 3.3.2.1- Ảnh hưởng của vật liệu phụ............................................. 58 3.3.2.2- Ảnh hưởng của kim lại cơ bản.......................................... 58 3.3.3 - Ảnh hưởng của chế độ hàn.................................................. 60 3.3.3.1- Ảnh hưởng chung của chế độ hàn đến cơ tính mối hàn 60 3.3.3.2- Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến cơ tính mối hàn........................................................................................................ 62 3.4- Kết luận chương....................................................................... 69 Chương 4 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 70 4.1 - Mục tiêu của thực nghiệm..................................................... 70 4.2 - Chuẩn bị thí nghiệm.............................................................. 70 4.2.1- Chuẩn bị mô hình thí nghiệm........................................... 70 4.2.1.1- Mẫu hàn......................................................................... 70 4.2.1.2- Máy hàn......................................................................... 71
iv 4.2.2 - Thiết bị kiểm tra (đo) và phương pháp kiểm tra (đo) ......... 72 4.2.2.1 - Kiểm tra độ bền kéo của mối hàn.................................. 72 4.2.2.2 - Kiểm tra góc uốn của mối hàn...................................... 73 4.2.2.3 - Kiểm tra độ dai va đập của mối hàn.............................. 73 4.3- Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng và khoảng giới hạn của chúng................................................................................................... 74 4.3.1- Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng.......................................... 74 4.3.2- Giới hạn của các yếu tố ảnh hưởng..................................... 75 4.3.2.1- Dòng điện hàn............................... .................................. 75 4.3.2.2- Điện thế hàn...................................................................... 76 4.3.2.3- Tốc độ hàn........................................................................ 76 4.4. Kết quả thí nghiệm thăm dò.................................................... 76 4.4.1. Trường hợp hàm mục tiêu là độ bển kéo.......................... 76 4.4.2. Trường hợp hàm mục tiêu là góc uốn.............................. 78 4.4.3. Trường hợp hàm mục tiêu là độ dai va đập...................... 79 4.5 - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố........................ 81 4.5.1 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến cơ tính mối hàn.................................................... 81 4.5.1.1- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến độ bền kéo mối hàn................................................................ 81 4.5.1.2- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến góc uốn của mối hàn............................................................... 83 4.5.1.3- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến độ dai va đập của mối hàn...................................................... 84 4.5.2 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến cơ tính mối hàn............................................................... 86 4.5.2.1 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến độ bền kéo................................................................. 86 4.5.2.2 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến góc uốn..................................................................... 87 4.5.2.3 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến độ dai va đập của mối hàn........................................ 89 4.5.3 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến cơ tính mối hàn................................................................ 90
v 4.5.3.1 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến độ bền kéo của mối hàn..................................................... 90 4.5.3.2 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến góc uốn của mối hàn.......................................................... 92 4.5.3.3 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến độ dai va đập của mối hàn ................................................ 93 Kết luận phần thực nghiệm đơn yếu tố.............................................. 95 4.6 - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố........................... 95 4.6.1-Chọn vùng nghiên cứu và giá trị biến thiên của các yếu tố 95 4.6.2 - Xây dựng ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm..................... 96 4.6.3 - Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến độ bền kéo..................................................................................... 97 4.6.3.1- Kết quả xử lý số liệu......................................................... 97 4.6.3.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 99 4.6.4- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến góc uốn ........................................................................................ 100 4.6.4.1- Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm ...................................... 100 4.6.4.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực..................... 103 4.6.5- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến độ dai va đập................................................................................. 103 4.6.5.1- Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm....................................... 103 4.6.5.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực..................... 106 4.7- Xác định chế độ hàn nồi hơi tối ưu ........................................ 106 Kết luận và kiến nghị ......................................................................... 110 1 - Kết luận .................................................................................... 110 2 - Kiến nghị................................................................................... 111 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 112 Phụ lục ................................................................................................. 114
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Ý nghĩa 1G Hàn giáp mối ở tư thế bằng 2G Hàn giáp mối ở tư thế ngang American Society Of Mechanical Engineers - Bộ tiêu chuẩn của ASME hiệp hội cơ khí Hoa Kỳ American Society for Testing and Materials - Hiệp hội vật liệu ASTM và thử nghiệm Hoa Kỳ CN Công nghệ CO Certificate of Origin - giấy chứng nhận xuất xứ hàng hóa CQ Certificate of Quality - chứng nhận chất lượng hàng hóa DIN Deutsches Institut für Normung -Tiêu chuẩn quốc gia Đức DT Destructive Testing - Kiểm tra mối hàn bằng thử phá hủy EMC Độ ẩm cân bằng trung bình EPC Engineering -Procurement-Construction-Nhà thầu trọn gói FCAW Flux cored arc welding - Hàn bằng dây lõi thuốc FSB Độ ẩm bão hòa thớ gỗ JIS Japanese Industrial Standards - Tiêu chuẩn quốc gia Nhật KH Khoa học Metal active gas - phương pháp hàn điện cực nóng chảy trong MAG môi trường khí bảo vệ CO2 MC Độ ẩm của gỗ NNPTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn Pressure Equipment Directive - Tiêu chuẩn thiết bị chịu áp lực PEC của Liên minh châu Âu QA Đảm bảo chất lượng sản phẩm QC Kiểm tra chất lượng sản phẩm SAW Submerged Arc Welding - Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ TCVN Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam TMC Độ ẩm cần thiết
vii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Các bộ phận của lò hơi và nguồn gốc chi tiết 6 3.1 Thành phần hóa học của thép ASTM A515 39 3.2 Số liệu kỹ thuật về các bộ phận chính của nồi hơi 46 3.3 Thành phần hoá học của dây ER70S- 6 47 3.4 Thông số chế độ hàn lớp lót 56 Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt của một số phương 3.5 57 pháp hàn 3.6 Hàm lượng carbon tương đương và tính hàn của kim loại 59 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của b 77 4.2 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 77 4.3 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của  78 4.4 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 79 4.5 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của ak 80 4.6 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 80 4.7 Dạng mã hóa và giá trị của các yếu tố đầu vào 96 4.8 Ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm 96
viii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Cấu tạo của nồi hơi 7 1.2 Cấu tạo ba lông nồi hơi 7 1.3 Chế tạo thân ba lông bằng máy lốc 3 trục 7 1.4 Chế tạo đáy ba lông bằng máy vê chỏm cầu 8 1.5 Hàn ống nước bằng phương pháp TIG + SMAW 9 1.6 Phương pháp hàn MAG 10 1.7 Thiết bị hàn MAG 10 1.8 Máy hàn tự động hàn đường sinh của bình 10 1.9 Máy hàn tự động hàn chu vi của bình 11 1.10 Các tư thế hàn 11 2.1 Sơ đồ nguyên tắc quy hoạch thực nghiệm 25 2.2 Máy thử kéo và mẫu thử 35 2.3 Máy thử uốn, mẫu thử uốn 36 2.4 Máy thử va đập và mẫu thử 36 3.1 Vị trí của nồi hơi trong lò sấy gỗ 37 3.2 Cấu tạo chung của nồi hơi 37 3.3 Mối hàn giáp giáp mối khi hàn ba lông 47 3.4 Kích thước lắp ghép và mối hàn 48 3.5 Tiết diện kim loại đắp của mối hàn 48 3.6 Tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn 61 3.7 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của dòng điện hàn 63
ix TT Tên hình Trang Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của mật độ dòng điện, 3.8 64 vận tốc điện cực khi hàn trong môi trường CO2 3.9 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện thế hàn 65 3.10 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc độ hàn 67 3.11 Tầm với điện cực 68 4.1 Kích thước mẫu thử độ bền kéo 70 4.2 Kích thước mẫu thử uốn 71 4.3 Kích thước mẫu thử độ dai va đập 71 4.4 Máy hàn tự động MAG KN350 72 4.5 Thiết bị kiểm tra độ bền kéo mối hàn 72 4.6 Thiết bị kiểm tra góc uốn mối hàn 73 4.7 Thiết bị kiểm tra độ dai va đập 74 4.8 Đồ thị quan hệ giữa độ bền kéo với dòng điện hàn 82 4.9 Đồ thị quan hệ giữa góc uốn với dòng điện hàn 84 4.10 Đồ thị quan hệ giữa độ dai va đập với dòng điện hàn 85 4.11 Đồ thị quan hệ giữa độ bền kéo với điện thế hàn 87 4.12 Đồ thị quan hệ giữa góc uốn với điện thế hàn 88 4.13 Đồ thị quan hệ giữa độ dai va đập với điện thế hàn 90 4.14 Đồ thị quan hệ giữa độ bền kéo với tốc độ hàn 91 4.15 Đồ thị quan hệ giữa góc uốn với tốc độ hàn 93 4.16 Đồ thị quan hệ giữa độ dai va đập với tốc độ hàn 94
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nồi hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt nóng nước thành hơi, dưới tác động của áp suất, hơi nóng mang nhiệt sẽ truyền nhiệt sang một quy trình khác. Nồi hơi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực chế biến gỗ, nồi hơi sử dụng để làm nguồn cung cấp nhiệt và dẫn nguồn nhiệt đến các thiết bị sấy gỗ. Các lò sấy ở Việt Nam rất khác nhau về cấp độ, từ công nghệ cao đắt tiền tới rẻ tiền, công nghệ cũ, và công nghệ do địa phương tự xây dựng. Nhìn chung, phần lớn các lò sấy của Việt Nam sử dụng lò hơi để tạo ra nhiệt. Do đặc điểm làm việc dưới áp suất và nhiệt độ cao, đòi hỏi nồi hơi phải có độ bền cao. Ngoài việc chọn vật liệu phù hợp với đặc điểm chịu lực và nhiệt độ thì quy trình gia công chế tạo đòi hỏi phải tính toán và lựa chọn khắt khe, đặc biệt là quy trình hàn để đảm bảo các điều kiện về chịu lực và an toàn khi vận hành. Hiện nay ngành chế tạo máy của Việt Nam đã phát triển và có được công nghệ chế tạo tiên tiến; chúng ta đã có đầy đủ những thiết bị chế tạo máy tiên tiến trên thế giới đặc biệt là thiết bị gia công và thiết bị hàn kim loại. Tuy vậy, một số thiết bị quan trọng phục vụ công nghiệp như: bồn, bể, nồi hơi, thiết bị chịu áp lực...vẫn phải nhập ngoại nguyên chiếc hoặc nhập khẩu công nghệ; điều này làm lãng phí về mặt kinh tế cho đất nước, không chủ động trong sản xuất để trở thành các nhà thầu EPC ngay cả các dự án xây dựng công nghiệp trong nước. Để sử dụng có hiệu quả các thiết bị hàn sẵn có để sản xuất nồi hơi trong nước, từng bước giảm giá thành của thiết bị sử dụng hơi nóng nói chung và thiết bị sấy gỗ nói riêng nhưng vẫn đảm bảo được tính năng sử dụng và quy định về an toàn. Với ý nghĩa đó, việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ” là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và xã hội. Việc nghiên cứu về ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ sẽ mang lại:
2 - Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ + Từng bước xây dựng các quy định, quy chuẩn về chế tạo và kiểm định các thiết bị áp lực theo tiêu chuẩn Quốc gia phù hợp với thực tế và điều kiện về khoa học công nghệ hiện nay. + Thực hiện nghiên cứu chế tạo các thiết bị chịu áp lực nhỏ, xây dựng ngân hàng dữ liệu nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, từng bước thực hiện chế tạo theo công nghệ nội địa các thiết bị chịu áp lực lớn hơn như bình, bồn, bể cao áp. - Hiệu quả kinh tế xã hội + Sử dụng được thiết bị hàn, nhân công trong nước để chế tạo nồi hơi phục vụ chế biến gỗ nhằm từng bước nội địa hóa để giảm giá thành sản phẩm. + Sử dụng được các tiêu chuẩn, quy chuẩn và quy định Quốc gia để đăng kiểm nội địa mà không cần đăng kiểm hoặc giám sát của Quốc tế, không cần trả phí cho bản quyền của quy trình của nước ngoài. + Chủ động chế tạo nồi hơi theo các mục đích sử dụng khác nhau, phù hợp với năng suất và quy mô sản xuất của doanh nghiệp chế biến gỗ và các lĩnh vực khác.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1- Nồi hơi trong dây chuyền sấy gỗ Gỗ ở trạng thái tự nhiên luôn luôn chứa một lượng nước lớn bên trong; khi không có hoặc chỉ có một lượng nước nhỏ thoát ra khỏi gỗ thì gỗ được gọi là gỗ tươi. Lượng nước tồn tại bên trong ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của gỗ; vì vậy, việc làm cho nước bên trong gỗ thoát ra ngoài là bước đầu tiên và quan trọng nhất trước khi gỗ được đem chế biến. Nước trong gỗ thoát ra ngoài sẽ làm cho gỗ có kích thước ổn định, không bị sâu mọt, dễ dàng bảo quản, quá trình hoàn thiện và gia công sản phẩm cũng vì thế mà sẽ đạt chất lượng cao hơn. Đặc biệt, việc xử lý nước trong gỗ sẽ làm nhằm giảm trọng lượng của nó theo đó làm giảm chi phí vận chuyển. Hiện nay, Việt Nam là một nước có ngành công nghiệp chế biến gỗ thuộc loại lớn trên thể giới. Cụ thể, trong tháng 9/2011, xuất khẩu gỗ của Việt Nam đã đạt 402 triệu USD, đưa tổng kim ngạch xuất khẩu 9 tháng đầu năm 2011 lên 3 tỷ USD, tăng 17% so với cùng kỳ năm trước, vươn lên đứng đầu khu vực Đông Nam Á và thứ 10 thế giới, mỗi năm nước ta phải nhập khẩu tới 4 triệu m³ gỗ để làm nguyên liệu chế biến. Có nhiều phương pháp làm cho nước trong gỗ thoát ra ngoài, phổ biến như: hong phơi, sấy chân không, sấy cưỡng bức... Tuy nhiên, hong phơi có những nhược điểm là thời gian sấy dài, gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới độ ẩm cần thiết 15% , cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi. Sấy chân không đã được áp dụng phổ biến ở các nước châu Âu và châu Á; tuy vậy, do giá thành thiết bị cao và vận hành phức tạp nên phương pháp sấy này vẫn chưa được áp dụng phổ biến cho nền công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta. Với nhu cầu sản xuất lớn, nhằm đảm bảo độ ẩm của gỗ theo quy định thì việc sấy gỗ cưỡng bức bằng lò sấy gỗ là lựa chọn tối ưu tại nước ta. Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độ ẩm tương đối và sự tuần hoàn không khí trong lò sấy được kiểm soát trong suốt quá trình sấy. Nhiệt độ trong quá trình sấy có thể lên tới 100oC. Tuy nhiên, việc sấy gỗ với nhiệt độ cao thường không phổ biến bởi vì khó hạn chế các khuyết sinh ra trong quá trình sấy.
4 Tại các nhà máy chế biến gỗ, mùn cưa, gỗ rác, phoi bào, gỗ vụn được mặc định là phế thải của chế biến gỗ; các phế thải này thường được tập trung thành đống lớn ở khu vực ở nhà máy không có mái che, khi có mưa sẽ tạo ra lượng nước hôi thối, mất vệ sinh thải ra hệ thống nước thải của môi trường; một số nhà máy, phế thải này được đem đi đốt với khối lượng lớn, thải ra môi trường nhiều chất độc hại. Những năm gần đây, các nhà máy đã tận dụng phế thải này để chuyển hóa thành nhiệt lượng để phục vụ cho nhu cầu sấy gỗ. Để thực hiện quá trình sấy gỗ thì nhiệt lượng là tác nhân cần thiết để làm bay hơi nước từ gỗ. Nhiệt được cung cấp bằng việc đốt than, dầu, ga hoặc các phế thải trong quá trình chế biến gỗ…thông qua nồi hơi. Nồi hơi (boiler) là một thiết bị thu năng lượng (nhiệt năng) do quá trình đốt nhiên liệu (phế thải chế biến gỗ) để chuyển cho quá trình sấy gỗ trong lò sấy thông qua tác nhân trung gian là nước. Nồi hơi thu nhiệt của qua trình đốt để đun nóng nước trong nồi thành hơi, dưới tác động của áp suất hơi sẽ truyền nhiệt sang lò sấy gỗ. Khi nước được chuyển thành hơi, thể tích sẽ tăng lên khoảng 1.600 lần, tạo ra áp suất rất cao, vì vậy lò hơi là thiết bị phải được tuân thủ quy trình kỹ thuật chế tạo và vận hành có độ an toàn cao. [8] Hệ thống lò hơi bao gồm: một hệ thống nước cấp, hệ thống hơi và hệ thống nhiên liệu. Hệ thống nước cấp nước cho lò hơi và tự động điều chỉnh nhằm đáp ứng nhu cầu hơi. Hệ thống thu gom hơi và kiểm soát hơi do lò hơi sản xuất ra. Một hệ thống đường ống dẫn hơi tới vị trí cần sử dụng; qua hệ thống này, áp suất hơi được điều chỉnh bằng các van và kiểm tra bằng thiết bị đo áp suất hơi. Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng để tạo ra nhiệt cần thiết. Các thiết bị cần dùng trong hệ thống nhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong hệ thống nhiên liệu. Nước đưa vào lò hơi được chuyển thành hơi được gọi là nước cấp; nước cấp có hai nguồn chính là: Nước ngưng hay hơi ngưng tuần hoàn từ các quy trình và nước đã qua xử lý từ bên ngoài bộ phận lò hơi và các quy trình của nhà máy. Để nâng cao hiệu quả sử dụng lò hơi, một thiết bị trao đổi nhiệt đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng nhiệt thải từ khí lò.
5 Hiện nay trong công nghiệp thường sử dụng các loại lò hơi như lò hơi ống lửa, lò hơi ống nước, lò hơi trọn bộ, lò hơi buồng lửa tầng sôi... Trong chế biến gỗ, lò hơi buồng lửa tầng sôi FBC là một lựa chọn khả thi và có rất nhiều ưu điểm so với hệ thống đốt truyền thống khác, nó mang lại rất nhiều lợi ích là: thiết kế lò hơi gọn nhẹ, nhiên liệu linh hoạt, hiệu suất cháy cao hơn và giảm thải các chất gây ô nhiễm độc hại như SO và NO. Nhiên liệu đốt của những lò hơi loại này gồm có than, vỏ trấu, bã mía, và các chất thải nông nghiệp khác. Lò hơi buồng lửa tầng sôi có các mức công suất rất khác nhau từ 0,5 T/h cho tới hơn 100 T/h. Loại lò hơi này được sử dụng trong sấy lúa, sấy gỗ, nhà máy đường... [8] Theo báo cáo của dự án 027/06VIE “Tăng cường kỹ năng và cải tiến công nghệ cho các xưởng xẻ quy mô nhỏ vùng nông thôn Việt Nam - MS4: Sấy gỗ ở Việt Nam” [2] và các nguồn số liệu tại một số nhà máy chế tạo nồi hơi rải đều trên các vùng trên lãnh thổ Việt Nam; các doanh nghiệp chế biến gỗ và các cơ sở sấy gỗ có quy mô từ nhỏ đến lớn thường sử dụng các loại lò sấy gỗ có áp suất làm việc của nồi hơi từ 6 ÷ 12 kg/cm2, năng suất sinh hơi từ 1400 ÷ 2800 kg/h, thuộc loại buồng lửa tầng sôi FBC. Đây là loại lò hơi có công suất nhỏ, sử dụng nhiên liệu là bã mía, mùn cưa, rơm rạ và các phụ phẩm chế biến gỗ..., loại này có thể chế tạo và đăng kiểm trong nước, giá thành lò tổng thể thấp. Tùy thuộc vào quy mô của từng doanh nghiệp mà sử dụng số lò hơi nhiều hay ít, những doanh nghiệp nhỏ có thể sử dụng 01 chiếc, doanh nghiệp lớn có thể sử dụng nhiều lò sấy. Ví dụ Công ty Hoàng Thanh có trụ sở tại Dĩ An tỉnh Bình Dương sử dụng 12 lò, công ty Toung Tai sử dụng 10 lò đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà máy. 1.2 - Các phương pháp gia công nồi hơi, hàn nồi hơi 1.2.1 - Các phương pháp gia công nồi hơi - Lò hơi gồm nhiều chi tiết, cụm chi tiết và các linh kiện hợp thành. Hiện nay trong nước chỉ chế tạo một số bộ phận của lò hơi và tiến hành lắp ráp với các bộ phận khác nhập ngoại hoặc mua của các doanh nghiệp sản xuất chuyên biệt. (bảng 1.1)
6 Bảng 1.1. Các bộ phận của lò hơi và nguồn gốc chi tiết TT Tên thiết bị Đ.vị Số lg Nơi sản xuất 1 Quạt hút, công suất 5,5KW Cái 01 Cty cơ điện 2 Quạt đẩy, Công suất 1,1kw. Cái 01 Cty cơ điện 3 Bơm điện cấp nước cho lò Cái 01 Taiwan 4 Bộ tự động cấp nước Bộ 01 Korea 5 Tủ điện điều khiển Cái 01 Cty cơ điện 6 Cụm ống thuỷ Cụm 2 China 7 Cụm đồng hồ áp lực Cụm 01 Taiwan 8 Van an toàn Cái 02 Germany 9 Van hơi mặt bích thép cấp hơi Cái 01 Germany Van hơi mặt bích thép xả ống 10 Cái 02 Germany góp Van hơi mặt bích thép xả ba 11 Cái 01 Germany lông 12 Van hơi mặt bích thép cấp nước Cái 01 Germany 13 Van hơi mặt bích thép xả nhanh Cái 01 Germany 14 Van hơi mặt bích thép xả e Cái 01 Germany 15 Dây cáp điện Bộ 01 Vinacab 16* Nồi hơi Cái 01
7 - Nồi hơi gồm ba phần chính được liên kết kín với nhau bằng phương pháp hàn. (hình 1.1) 1- Ba lông trên, 2-ống nước, 3- ba lông dưới Hình 1.1. Cấu tạo của nồi hơi - Ba lông trên và ba lông dưới có nhiệm vụ khác nhau trong quá trình làm việc nhưng chúng có cùng cấu tạo, kích thước và chịu cùng áp suất, vì vậy khi chế tạo cũng giống nhau về vật liệu và kích thước.(hình 1.2) 1- Thân ba lông; 2- Đáy ba lông Hình 1.2. Cấu tạo ba lông nồi hơi - Thân của ba lông được chế tạo bằng phương pháp lốc để tạo hình sau đó sử dụng phương pháp hàn để nối kín. (hình 1.3) Hình 1.3. Chế tạo thân ba lông bằng máy lốc 3 trục
8 - Đáy ba lông được chế tạo bằng phương pháp vê chỏm cầu. (hình 1.4) Hình 1.4. Chế tạo đáy ba lông bằng máy vê chỏm cầu 1.2.2 - Hàn nồi hơi 1.2.2.1- Hàn thân ba lông Hiện nay, tại Việt Nam có rất nhiều phương pháp hàn đang phổ biến có thể hàn được mối hàn ba lông để đảm bảo năng suất, chất lượng và kinh tế như: hàn hồ quang tay SMAW, hàn TIG (GTAW), hàn MAG (GMAW), hàn dưới thuốc (SAW), hàn dây lõi bộ (FCAW)... Phương pháp hàn điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ gọi là MAG (GMAW) có giá thành chế tạo rẻ, thiết bị đa dạng và phổ biến, hiện nay được nhiều doanh nghiệp áp dụng, ưu điểm của phương pháp hàn MAG là: - Dùng cho hàn thép các bon thấp và thép hợp kim thấp với dạng dịch chuyển tia. Dạng dịch chuyển ngắn mạch thích hợp để hàn các tấm mỏng, dạng dịch chuyển giọt lớn có thể hàn được các tấm dày nhưng có hiện tượng bắn toé kim loại. - Hàn được ở mọi tư thế - Chiều dày kim loại hàn từ 0,8mm đến 40 mm - Mật độ dòng hàn cao, vùng ảnh hưởng nhiêt hẹp. - Có thể điều chỉnh thành phần hoá học của mối hàn thông qua thay đổi thành phần dây hàn. - Khả năng cơ giới hoá và tự động hoá cao, chiều sâu nóng chảy lớn - Chi phí thấp, năng suất cao, chất lượng liên kết hàn được đảm bảo - Hạn chế ảnh hưởng của tay nghề người thợ đến chất lượng mối hàn - Thiết bị hàn đơn giản, phổ biến trên thị trường.
9 Ba lông nồi hơi có dạng bình chứa, có chiều dài mối hàn lớn, mối hàn là đường thẳng và đường chu vi, yêu cầu mối hàn ngấu hoàn toàn nên đòi hỏi sự đồng đều về cơ tính của các mối hàn trên toàn chi tiết. Để đảm bảo yêu cầu trên ta có thể chọn quá trình hàn MAG tự động để hàn ba lông. 1.2.2.2- Hàn lỗ chui và các ống nước với nồi hơi (hình 1.5) Các mối hàn liên kết ống với ba lông: Vì các đường ống nước và lỗ chui có đường kính nhỏ không thực hiện được bằng phương hàn tự động nên các mối hàn này thực hiện bằng phương pháp lót TIG, phủ hồ quang tay với quy trình hàn đòi hỏi kỹ thuật khắt khe với que hàn đặc biệt có tính chịu lực cao. [16,20] Hình 1.5. Hàn các ống nước bằng phương pháp lót TIG phủ hồ quang tay * Phương pháp hàn MAG - Hàn MAG (Metal Active Gas) là phương pháp hàn nóng chảy bằng bằng hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Nguồn nhiệt được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của không khí ở môi trường xung quanh bởi khí hoạt tính CO2 [21] (hình 1.6) - Nguồn điện được cung cấp bởi bộ phận biến thế hàn, một đầu được nối với chi tiết, đầu còn lại nối với dây hàn thông qua kẹp tiếp điện ở đầu mỏ. Hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn, bể hàn được bảo vệ bằng nguồn khí đóng chai thông qua hệ thống ống dẫn và van được phun ra ở đầu mỏ. - Dây hàn được đóng thành cuộn lớn đặt trong máy hàn và chuyển ra liên tục nhờ hệ thống đẩy dây vì vậy quá trình hàn được liên tục. (hình 1.7)