BÀI 3: ĐO BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ QUANG ( MIG/ MAG )

BÀI 3: ĐO BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ QUANG ( MIG/ MAG ) MỤC ĐÍCH  Biết cách hàn hồ quang  Xác định biến dạng kim loại có chiều dài khác  Tính tốn để tìm ứng suất uốn CƠ SỞ LÝ THUYẾT a) Biến dạng có hai loại biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo  Biến dạng đàn hồi: biến dạng có khả khơi phục lại hình dạng ban đầu chưa có lực tác dụng vào Lực xuất vật bị biến dạng có tác dụng khơi phục lại hình dạng ban đầu gọi lực đàn hồi  Biến dạng dẻo: biến dạng vật liệu chịu thay đổi hình dạngkhơng thể đảo ngược tác dụng lực bên Ở cấp độ tinh thể, biến dạng dẻo kim loại thường sai lệch mạng gây b) Biến dạng hàn gì? Các biến dạng cong vênh tượng xảy co ngót khơng kim loại vật hàn kim loại trình nung nóng làm nguội hàn sau hàn Các thay đổi thể tích, mối hàn bị hạn chế kết cấu kẹp vật liệu khác xung quanh dễ dẫn đến hình thành ứng suất hàn Ứng suất gây biến dạng vật liệu, chí gây xé rách đứt gãy Biến dạng hàn gây phát sinh chi phí sửa chữa, giảm chất lượng, thẩm mỹ sản phẩm tăng thời gian thi cơng Vì phát nguy có biện pháp ngăn ngừa biến dạng hàn vấn đề quan trọng cần quan tâm trình hàn c) Các loại biến dạng hàn:  Có nhiều loại biến dạng hàn như: biến dạng ngang, dọc, xoắn, uốn cong góc Các biến dạng xảy riêng lẻ đồng thời nhiều biến dạng lúc  Các nguyên nhân gây biến dạng hàn: Có nhiều nguyên nhân để dẫn đến biến dạng hàn mức độ ảnh hưởng biến dạng khó dự đốn Cần xem xét đến yếu tố vật liệu gốc mức độ hạn chế, đặc tính nhiệt đặc tính khác; yếu tố ứng suất nội sinh từ q trình gia cơng kim loại trước cán, tạo hình uốn; yếu tố kiểu mối hàn; độ xác q trình gia cơng chất q trình hàn - loại quy trình, tính đối xứng mối nối, gia nhiệt trước trình tự mối hàn yêu cầu d) Các biện pháp hạn chế biến dạng:  Tác động co ngót mối hàn khó loại bỏ hồn tồn số biện pháp hạn chế tối thiểu tác động tiêu cực:  Giảm khối lượng hàn giúp tránh cho mối hàn đầy, dùng phương pháp hàn gián đoạn  Giảm thiểu số lượng lớp hàn  Định vị cân mối hàn xác quanh trục  Di chuyển theo kiểu hàn lùi hàn đoạn với mối hàn đắp chồng ngắn hướng ngược lại  Trình tự hàn lập kế hoạch trước  Rút ngắn thời gian hàn  Sử dụng thiết bị hàn xung để giảm thiểu tích lũy nhiệt vào vật hàn  Có thể tránh giảm đáng kể biến dạng hàn kết cấu thép cách sử dụng định vị ngang tăng cứng nêm để ghép đặt trước đường nối tấm; dùng loại kẹp linh hoạt để tạo nên khe hở cần thiết chi tiết trước hàn kẹp vật hàn mỏng Các biến dạng lực uốn hạn chế gân tăng cứng dọc Thiết lập thực trình tự hàn quan trọng Kỹ thuật uốn cong trước điều chỉnh trước giúp ngăn ngừa biến dạng Để hạn chế cong vênh dùng nước để làm nguội trình hàn  Các kết cấu ống dễ xảy biến dạng sau hàn, để hạn chế dùng ngang gắn với giằng nêm bên bên dọc theo mối nối Để khống chế co ngang dùng mối hàn đính dùng cặp đơi áp sát kh hàn mặt bích với ống e) Ứng suất ?  Chúng ta hiểu đơn giản sau: Ứng suất toàn phần p điểm xét nội lực đơn vị diện tích: f) Ứng suất tồn đâu ? Ứng suất biến dạng sinh trình hàn nguyên nhân sau:  Do nung nóng làm nguội khơng kim loại vật hàn: Sự phân bố nhiệt độ vật hàn không làm vật hàn dãn nở không đều, làm cho mối hàn vùng lân cận mối hàn tồn ứng suất Ứng suất làm cho vật hàn biến dạng bị đứt  Do co ngót kim loại lỏng vũng hàn kết tinh: Khi đông đặc kim loại lỏng bị giảm thể tích, sinh ứng suất liên kết hàn Sự giảm thể tích kim loại lỏng đông đặc gọi co ngót  Do biến đổi tổ chức kim loại mối hàn vùng lân cận mối hàn: Do ảnh hưởng nhiệt nên kim loại mối hàn vùng lân cận mối hàn thay đổi tổ chức, tạo nên ứng suất vật hàn Đặc biệt hàn thép hợp kim thép cacbon g) Ứng suất dư đâu mà có ? Ứng suất dư phát sinh q trình gia cơng nhiệt, gia cơng học q trình luyện thép h) Ứng suất dư hàn : Nội lực: nung nóng nguội khơng hàn cân vùng ảnh hưởng nhiệt đạt tới giới hạn chảy Ngoại lực: đồ gá k) Hàn MIG, MAG ?  Đây máy hàn sử dụng phương pháp hàn hồ quang kim loại mơi trường khí bảo vệ Cịn gọi hàn dây, hàn CO2 Có Tên gọi quốc tế Gas Metal ARC Welding  Phân biệt hàn MIG hàn MAG  Hàn MIG (Metal inert gas): phương pháp hàn sử dụng khí bảo vệ khí “trơ” hàn thép hỗn hợp hợp kim kim loại màu  Hàn MAG (Metal active gas): phương pháp hàn sử dụng khí bảo vệ khí “hoạt hóa” hàn thép thường, thép hỗn hợp hợp kim thấp  Khí trơ sử dụng chủ yếu Argon Helium (khí dùng pha trộn thêm)  Khí hoạt hóa thường sử dụng (CO2), Argon có trộn thêm khí Oxy (O2) đơi khí Hydro (H2) Hình 1: Cấu tạo máy hàn MAG  Hàn MIG – MAG sử dụng hồ quang thiết lập bề mặt vật hàn dây điện cực nóng chảy cấp tự động vào chi tiết hàn Hồ quang bảo vệ dịng khí trơ khí có tính khử Sự cháy hồ quang trì nhờ hiệu chỉnh đặc tính điện hồ quang Chiều dài hồ quang cường độ dịng điện hàn trì tự động tốc độ hàn góc điện cực trì thợ hàn NỘI DUNG THÍ NGHIỆM  Bài thí nghiệm thực hành máy hàn MAG  Thực hành hàn đắp kim loại có chiều dài khác với hàn tự lại ngàm chặt đầu  Bước Nhận mẫu thép Mài sơ để loại bỏ vết ghỉ sét  Bước Cắt thành có kích thước 150-200-150-200 mm  Bước Tiến hành hàn đắp mẫu: ⁺ Mẫu 150 200 cm hàn đắp không ngàm đầu ⁺ Mẫu 150 200 cm cịn lại có ngàm đầu  Bước Tiến hành đo độ võng sau hàn Đo tối thiểu lần, ghi nhận giá trị, lấy giá trị trung bình  Bước Từ số liệu thu được, thay vào cơng thức để tính mơ men uốn Từ suy ứng suất uốn  Bước Nhận xét, tìm cách giải khắc phục độ cong  Bước Dọn dẹp vệ sinh Về viết báo cáo KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Hàn tự do: a Tấm thép dài 148 mm hàn tự Dài L =148 mm Rộng (mm) 24,4 24,3 24,5 24,5 24,5 ∑ = 24,44 Dày (mm) 2,1 2,06 2,1 2,16 2,1 ∑ = 2.104 Hình 2: Hàn tự với L = 148 mm cong phía có mối hàn f 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f Hình Biểu đồ độ võng 150mm + h = 2,104 mm, b= 24,44 mm, E = 21000 kg/mm2 + Độ võng lớn f =3.9 mm Ta có f = 𝑀𝐿2 8𝐸𝐽 suy momen M= 8𝑓𝐸𝐽 𝑙2 = 8x3,9x210 00x18,97 1482 =5674,437 (N.mm) Với J= ( b.ℎ3 )/12= (24,44 x 2,1043 )/12= 18,97 (𝑚𝑚4) Ta có momen chống uốn w = Suy ứng suất uốn 𝜎= 𝑏ℎ2 5674,437 18,03 =18.03 (𝑚𝑚3 ) =314,72 (N.𝑚𝑚2) b Tấm thép dài 201 mm hàn tự Dài L =201 mm Rộng (mm) 24,2 24,3 24,3 24,5 24,4 ∑ = 24,34 Dày (mm) 2,1 2,1 2,1 2,16 ∑ = 2.092 Hình 4: Hàn tự với L = 201 mm cong phía có mối hàn f 2.5 1.5 0.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 f Hình 5: Biểu đồ độ võng 201mm + h = 2.092mm, b= 24,34 mm, E = 21000 kg/mm2 + Độ võng lớn f = mm Ta có f = 𝑀𝐿2 8𝐸𝐽 suy momen M= 8𝑓𝐸𝐽 𝑙2 = 8x6x210000x18,57 2012 =4633,2 (N.mm) 180 200 Với J= ( b.ℎ3 )/12= (24,34 x 2,0923 )/12= 18,57 (𝑚𝑚4) Ta có momen chống uốn w = Suy ứng suất uốn 𝜎= 4633,2 17,75 𝑏ℎ2 =17,75 (𝑚𝑚3 ) =260,13 (N.𝑚𝑚2 ) 4.2 Hàn có ngàm hai đầu: a Tấm thép dài 147 mm hàn có ngàm hai đầu Dài L =147 mm Rộng (mm) 25,1 25,2 24,9 24,9 24,9 ∑ = 25 Dày (mm) 2,1 2,1 2,08 2,08 2,1 ∑ = 2.092 Hình 6: Hàn có ngàm đầu với L = 147 mm cong phía khơng có mối hàn f 2.5 1.5 0.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f Hình 7: Biểu đồ độ võng 147 mm +h = 2,092 mm, b= 25 mm, E = 21000 kg/mm2 +Độ võng lớn f = 1,7 mm Ta có f = 𝑀𝐿2 8𝐸𝐽 8𝑓𝐸𝐽 suy momen M= 𝑙2 8x1,7x210000x19,07 = 1472 =2520,4 (N.mm) Với J= ( b.ℎ3 )/12= (25x2,0923 )/12= 19,07(𝑚𝑚4) Ta có momen chống uốn w = Suy ứng suất uốn 𝜎 = 𝑏ℎ2 2520,4 18,24 =18,24 (𝑚𝑚3) =138,2 (N.𝑚𝑚2) b Tấm thép dài 184 mm hàn có ngàm hai đầu Dài L =184 mm Rộng (mm) 24,7 24,8 24,7 24,8 24,9 ∑ = 24,78 Dày (mm) 2,1 2,16 2,1 2,1 2,1 ∑ = 2.112 Hình 8: Hàn có ngàm đầu với L = 184 mm cong phía có mối hàn f 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 f Hình 9: Biểu đồ độ võng 184 mm +h = 2,112 mm, b= 24,78 mm, E = 21000 kg/mm2 +Độ võng lớn f = 2,2 mm Ta có f = 𝑀𝐿2 8𝐸𝐽 suy momen M= 8𝑓𝐸𝐽 𝑙2 8x2,2x210000x19,45 = 1842 =2123,3 (N.mm) 200 Với J= ( b.ℎ3 )/12= (24,78x2,1123 )/12= 19,45(𝑚𝑚4) Ta có momen chống uốn w = Suy ứng suất uốn 𝜎 = 𝑏ℎ2 2123,3 18,42 =18,42 (𝑚𝑚3) =115,2(N.𝑚𝑚2) Hình 10: số liệu thu NHẬN XÉT Nguyên nhân gây biến dạng ứng suất hàn kim loại bị nung nóng khơng dẫn đến dịch chuyển dịng kim loại khơng gây biến dạng Vì hàn để hạn chế biến dạng mong muốn biến dạng cần phải tính tốn chọn vị trí kẹp để hạn chế biến dạng đạt biến dạng mong muốn ... giúp ng? ?n ng? ??a biến d? ?ng Để hạn chế cong vênh d? ?ng nước để làm nguội trình hàn  Các kết cấu ? ?ng dễ xảy biến d? ?ng sau hàn, để hạn chế d? ?ng ngang gắn với gi? ?ng nêm bên bên dọc theo mối nối Để kh? ?ng. . .ng? ?n ng? ??a biến d? ?ng hàn vấn đề quan tr? ?ng cần quan tâm trình hàn c) Các loại biến d? ?ng hàn:  Có nhiều loại biến d? ?ng hàn như: biến d? ?ng ngang, dọc, xoắn, uốn cong góc Các biến d? ?ng xảy ri? ?ng. .. đâu ? ? ?ng suất biến d? ?ng sinh trình hàn nguyên nhân sau:  Do nung n? ?ng làm nguội kh? ?ng kim loại vật hàn: Sự phân bố nhiệt độ vật hàn kh? ?ng làm vật hàn dãn nở kh? ?ng đều, làm cho mối hàn v? ?ng lân