Bài viết kỹ thuật này cung cấp đánh giá toàn diện về các yêu cầu về khoảng cách mối hàn tối thiểu theo các quy tắc và tiêu chuẩn quốc tế chính. Phân tích bao gồm các tiêu chuẩn ASME, API, AWS, ISO và EN với trọng tâm cụ thể là thiết bị áp suất, hệ thống đường ống và các ứng dụng kết cấu. Các hướng dẫn thực hiện thực tế và biện minh kỹ thuật được trình bày để hỗ trợ khoảng cách mối hàn thích hợp trong các dự án chế tạo.

Khoảng cách mối hàn thích hợp là một cân nhắc thiết kế cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất kết cấu, với ý nghĩa về:

• Tính toàn vẹn luyện kim (hiệu ứng tương tác HAZ)
• Mô hình phân phối ứng suất
• Tính khả thi của chế tạo
• Độ tin cậy dịch vụ lâu dài

Các tiêu chuẩn công nghiệp thiết lập các yêu cầu định lượng dựa trên dữ liệu thực nghiệm và phân tích lỗi trong nhiều thập kỷ, với sự khác biệt đáng chú ý giữa các lĩnh vực ứng dụng.

Cơ sở kỹ thuật cho các yêu cầu về khoảng cách

Cân nhắc luyện kim

Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) thường kéo dài 3-5mm ngoài ranh giới mối hàn có thể nhìn thấy trong thép cacbon (Bình luận AWS D1.1). Các yếu tố chính:

• Các vùng HAZ chồng chéo tạo ra các vùng cứng cục bộ (>350 HV)
• Ảnh hưởng của nhiệt độ xen kẽ đối với cấu trúc vi mô
• Rủi ro nứt hydro trong cấu hình hạn chế

Các yếu tố hiệu suất cơ học

• Giảm tuổi thọ mệt mỏi lên đến 40% khi chồng chéo HAZ 50%
• Tương tác trường ứng suất dư khi khoảng cách <4× độ dày
• Tích lũy biến dạng trong các mối hàn theo cụm

Yêu cầu cụ thể về mã

Tiêu chuẩn thiết bị áp lực

ASME BPVC Phần VIII (Phiên bản năm 2023)

EN 13445-4 (2021)

• Điều 7.7 quy định:

1. Tối thiểu tuyệt đối 25mm
2. 3t cho tàu PED Loại IV
3. Cho phép chồng chéo HAZ khi độ cứng <380 HV (Phụ lục B)

Hệ thống đường ống

Đường ống quy trình ASME B31.3 (2022)

• Đoạn 328.2.2:

1. Dọc: bù 5t hoặc 30 °
2. Kết nối nhánh: 2t phút (Hình 328.5.2B)
3. Vòi nóng: Xác minh 3t + UT

Hàn đường ống API 1104 (2021)

ISO 15649 (2018)

• Mục 6.3.4 thiết lập các yêu cầu theo bậc:

1. 50mm cho đường ống thông thường
2. 8t cho dịch vụ mỏi chu kỳ cao
3. 12t cho các ứng dụng khí chua

Hàn kết cấu

Kết cấu thép AWS D1.1 (2020)

• Điều 3.12:

1. Phi lê gián đoạn: Khoảng cách tối đa 200mm
2. Mối hàn rãnh: Khoảng cách song song 50mm
3. Các mối hàn so le: chồng chéo 75mm

EN 1993-1-8 (2005)

• Mục 4.5 quy định:

1. 1,5× chiều dài chân cho mối hàn phi lê
2. Tối thiểu 30mm cho mối hàn song song
3. Giảm khoảng cách cho phép với phân tích mỏi (Phụ lục B)

Yêu cầu hàn ASME Phần IX

Trình độ quy trình hàn

ASME Phần IX (Phiên bản năm 2023) thiết lập các quy tắc cơ bản về khoảng cách mối hàn thông qua:

QW-202.4 (Yêu cầu về hình học khớp)

• Yêu cầu trình độ quy trình cho bất kỳ cấu hình khoảng cách mối hàn nào
• Yêu cầu trình diễn lắng đọng kim loại hàn âm thanh ở khoảng cách tối thiểu

QW-461.9 (Miễn trừ thử nghiệm va đập)

• Khoảng cách ảnh hưởng đến các cân nhắc chồng chéo HAZ để thử nghiệm va đập: Đối với các mối hàn cách nhau <25mm, HAZ kết hợp phải đủ tiêu chuẩn Đối với các mối hàn cách nhau >25mm, trình độ HAZ riêng lẻ là đủ

QW-180 (Phiếu giảm giá thử nghiệm sản xuất)

• Chỉ định khoảng cách tối thiểu 50mm giữa các mối hàn thử nghiệm trên phiếu đánh giá
• Yêu cầu xác định rõ ràng vị trí của từng mối hàn

Ý nghĩa thực tế đối với các nhà chế tạo

1. Trình độ thủ tục: Phải đủ điều kiện quy trình hàn ở khoảng cách sản xuất tối thiểu dự kiến Giảm khoảng cách yêu cầu đánh giá lại (QW-200.2)
2. Trình độ thực hiện: Thợ hàn phải chứng minh năng lực ở các khoảng cách quy định (QW-304) Kiểm tra đặc biệt cần thiết cho các cấu hình khoảng cách chặt chẽ
3. Yêu cầu tài liệu: WPS phải chỉ định khoảng cách tối thiểu cho phép (QW-482.1) PQR phải ghi lại khoảng cách thực tế được sử dụng (QW-483.2)

Tương tác với quy chuẩn xây dựng

• Phần IX cung cấp các yêu cầu cơ bản
• Quy tắc xây dựng (ví dụ: ASME VIII, B31.3) có thể áp đặt các hạn chế bổ sung
• Khi có xung đột, yêu cầu nghiêm ngặt hơn sẽ được áp dụng (QW-100)

Tiêu chuẩn ứng dụng đặc biệt

DNV-ST-F101 (năm 2021)

• Bảng 5-8 thiết lập:

1. 3t cho hoạt động bình thường
2. 6t cho các vị trí nhạy cảm với mệt mỏi
3. 10t cho điều kiện Bắc Cực

Chế tạo bồn, bể

API 650 (2020)

• Mục 5.2.4 nhiệm vụ:

1. Tối thiểu 300mm giữa các mối hàn vỏ
2. Khoảng cách 5t cho mối hàn vòi phun
3. Phương án thay thế: 3t với PWHT (Phụ lục F)

Hướng dẫn thực hiện thực tế

Cân nhắc giai đoạn thiết kế

1. Xác định các tiêu chuẩn quản lý dựa trên:

• Yêu cầu về thẩm quyền
• Điều kiện dịch vụ
• Thông số kỹ thuật của khách hàng

2. Ghi lại tất cả các trường hợp ngoại lệ về khoảng cách với:

• Tính toán kỹ thuật
• Kế hoạch NDE
• Chứng nhận vật liệu

Thực tiễn tốt nhất về chế tạo

• Thực hiện các kế hoạch trình tự mối hàn để quản lý biến dạng tích lũy
• Sử dụng miếng đệm tạm thời cho các ứng dụng quan trọng
• Xác minh dung sai phù hợp đáp ứng AWS D1.1 Bảng 6.1

Xu hướng mới nổi

• Tăng cường sử dụng thiết kế dựa trên biến dạng cho phép tối ưu hóa khoảng cách
• Xác minh bản sao kỹ thuật số của hiệu ứng tương tác mối hàn
• Sản xuất bồi đắp thách thức các quy tắc khoảng cách truyền thống

Bảng tham khảo nhanh về yêu cầu về khoảng cách mối hàn

Ghi chú: t = độ dày vật liệu, D = đường kính ống

Tham khảo

1. ASME BPVC Phần VIII-1 (2023), UW-13, UW-51
2. EN 13445-4: 2021, Điều 7.7
3. ASME B31.3-2022, Đoạn 328.2
4. AWS D1.1/D1.1M:2020, Điều 3.12
5. API 1104:2021, Mục 7.3
6. DNV-ST-F101 (2021), Bảng 5-8
7. BS 7910: 2019, Phụ lục K
8. Tài liệu IIW XIII-2561-19 (Cân nhắc về mệt mỏi)
9. ASME BPVC Phần IX (2023), QW-202.4, QW-461.9
10. Giải thích Phần IX của ASME IX-19-12 (Yêu cầu về khoảng cách)
11. NBPV NR-393 (Hướng dẫn ứng dụng Phần IX)