Nghiên cứu biến dạng của sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THANH PHONG NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA SẢN PHẨM DẠNG HỘP VỚI QUY TRÌNH HÀN BÁN TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKC007427 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THANH PHONG NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA SẢN PHẨM DẠNG HỘP VỚI QUY TRÌNH HÀN BÁN TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH TPHCM - 07/2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: TRẦN THANH PHONG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19 -04 - 1980 Nơi sinh: Tây Ninh Quê quán: Trảng Bàng – Tây Ninh Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Ấp An Thới, Xã An Tịnh, Huyện Trảng Bàng, TP Tây Ninh Điện thoại quan: 0663893366 Fax: 0663893367 Điện thoại nhà riêng: 093.458.9995 E-mail: tran.phong1904@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm Thời gian đào tạo từ 09/2008 đến 09/2011 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Ngành học: Cơng nghệ chế tạo máy III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2007-2010 Trường TCN KV Nam Tây Ninh Trưởng Khoa khí 2010-2012 Trường TCN KV Nam Tây Ninh Trưởng Khoa khí 2012- Đến Trường TCN KV Nam Tây Ninh Trưởng Khoa khí i 125 0.10824 0.18 137.5 0.10421 0.175 150 0.10287 0.16 162.5 0.1044 0.155 175 0.10859 0.15 187.5 0.11492 0.145 200 0.12274 0.14 212.5 0.1313 0.145 225 0.13993 0.15 237.5 0.14804 0.14 262.5 0.16113 0.1 275 0.16609 0.07 287.5 0.1707 0.05 300 0.1763 0.03 Bảng 5.13 Bảng số liệu biến dạng vị trí đường hàn giữa mô thực tế hàn đường  Đường biến dạng 3: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần khác nhiều Ở điểm thứ gần điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế cao điểm bắt đầu mô 0,218 sau có xu hướng giảm dần tạo độ võng gần giữa đường hàn sau tăng nhẹ độ tăng so với đường mô 0,011 mm tiế tục giảm điểm cuối đầu cịn lại, đường thực tế thấp mơ 0,14 mm 5.3.3 Đường biến dạng 4: Hình 5.27 : Vị trí đường biến dạng mẫu hàn đường 79 Chart Title 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 100 150 200 Simulation(mm) 250 300 350 Experiment(mm) Hình 5.28 : Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn đường hàn Bảng số liệu so sánh biến dạng giữa mô thực tế mẫu hàn đường Distance(mm) 12.5 25 37.5 50 62.5 75 87.5 100 112.5 125 137.5 150 162.5 175 187.5 200 212.5 225 237.5 250 Simulation(mm) 0.21614 0.20384 0.1926 0.18162 0.17059 0.15947 0.1484 0.13769 0.12773 0.11902 0.11214 0.10763 0.10592 0.1072 0.11132 0.1179 0.12638 0.13621 0.14685 0.1579 0.16906 80 Experiment(mm) 0.46 0.485 0.475 0.455 0.435 0.41 0.38 0.345 0.31 0.29 0.28 0.26 0.235 0.22 0.21 0.22 0.225 0.24 0.245 0.23 0.21 262.5 0.18019 0.19 275 0.19143 0.17 287.5 0.20333 0.15 300 0.21739 0.13 Bảng 5.14 : Bảng số liệu biến dạng vị trí đường hàn giữa mô thực tế hàn đường  Đường biến dạng 4: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần khác nhiều Ở điểm thứ gần điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế cao điểm bắt đầu mô 0,282 sau có xu hướng giảm dần tạo độ võng gần giữa đường hàn sau tăng nhẹ độ tăng so với đường mô 0,07 mm tiế tục giảm điểm cuối đầu cịn lại, đường thực tế thấp mơ 0,087 mm 5.3.4 Đường biến dạng : Hình 5.29 : Vị trí đường biến dạng mẫu hàn đường Chart Title 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 Simulation(mm) 100 150 200 250 300 Experiment(mm) 350 Hình 5.30 : Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn đường hàn 81 Bảng số liệu so sánh biến dạng giữa mô thực tế mẫu hàn đường Distance(mm) Simulation(mm) Experiment(mm) 0.26973 0.47 12.5 0.25318 0.48 25 0.23776 0.45 37.5 0.22292 0.44 50 0.20841 0.43 62.5 0.19427 0.415 75 0.18071 0.39 87.5 0.16809 0.37 100 0.15674 0.34 112.5 0.14714 0.32 125 0.13968 0.31 137.5 0.13478 0.28 150 0.13276 0.265 162.5 0.13377 0.255 175 0.13782 0.25 187.5 0.1447 0.255 200 0.15414 0.26 212.5 0.16581 0.27 225 0.17928 0.275 237.5 0.19428 0.28 250 0.21043 0.26 262.5 0.22743 0.23 275 0.24524 0.2 287.5 0.26413 0.17 300 0.28483 0.145 Bảng 5.15 Bảng số liệu biến dạng vị trí đường hàn giữa mơ thực tế hàn đường  Đường biến dạng 5: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần khác nhiều Ở điểm thứ gần điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế cao điểm bắt đầu mơ 0,227 sau có xu hướng giảm dần tạo độ võng gần giữa đường hàn sau tăng nhẹ độ tăng so với đường mô 0,09 mm tiế tục giảm điểm cuối đầu lại, đường thực tế thấp mô 0,139 mm 82 5.4 Kết luận Dựa vào kết thực tế ta chọn phương án tối ưu nhất có suất lợi ích cao nhất trường hợp hàn bán tự động lúc đường hàn Trường hợp có độ biến dạng thấp nhất gần xác nhất đường hợp chọn từ kết mô Hai mẫu cịn lại khơng có kết xác nhất q trình hàn đính q trình đo cịn gặp nhiều khó khan dẫn đến sai số q nhiều, kết mô với kết thực tế chênh lệch nhiều nên ta không chọn trường hợp Sai số gặp phải trình tạo phơi q trình hàn  Sai số q trình cắt: Vật liệu chuẩn bị thép tấm CT3 với kích thước (1000 * 2000*5) mm, cắt máy cắt thép theo kích thước: 300x160 300x90 Do thép tấm có kích thước lớn nên khơng tránh khỏi sai số cong vênh trình vận chuyển trình cắt lưỡi cắt gây Hình 5.31 : Máy cắt thép  2Sai số q trình hàn:  Hàn đính:  Trước hàn đính, tấm thép chuẩn bị kiểm tra độ phẳng hầu hết gia công lại búa khó tìm vật liệu phẳng tuyệt đối mong muốn thị trường biện pháp gia công phần làm giảm bớt công vênh vật liệu đồng thời tạo biến dạng khác gây sai số đo đạt biến dạng sau vị trí gia cơng 83  Trong hàn đính: sản phẩm hàn đính thủ công tay nên không tránh khỏi sai số riêng hàn đính sai số cộng vồn công vênh vật liệu Cách khắc phục: cần tạo cấu hàn đính tự động để cải thiện độ xác giữa sản phẩm  Hàn vng góc tạo sản phẩm: Do thực q trình hàn bán tự động nên lại khó tránh khỏi sai số trình gá đặt sản phẩm, gá đặt tay hàn vào vị trí đường hàn sai số chế độ hàn máy biến thiên trình hàn độ cứng vững toàn hệ thống máy hàn (chưa kể đến ảnh hưởng thời tiết thời điểm hàn ảnh hưởng đến tốc độ nguội sản phẩm gây biến dạng khác nhau)  Sai số trình đo : Sai số sinh sai số dụng cụ đo cụ thể thước kẹp, đồng hồ so mặt phẳng tựa sản phẩm q trình đo Ngồi sai só cịn đến từ cách thức đo biến dạng: sau hàn sản phẩm bị biến dạng, thông số đo đạt mặt biến dạng sản phẩm tương đối gá mặt biến dạng đối diện 84 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận Trong suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp em học hỏi hiểu biết nhiều, hoàn thiện kỹ vẽ kỹ thuật, kỹ hàn hồ quang, phương pháp đo sai số, Biết thêm phần mềm ANSYS 16.0, nắm rõ cách sử dụng cách mơ sản phẩm Tìm phương án tối ưu nhất để hạn chế sai hỏng, biến dạng trình hàn hồ quang bán tự động, mang lại lợi ích cao cho khí phát triển nước ta Cũng qua luận văn tốt nghiệp em tổng hợp nhiều kiến thức hữu ích mơn học chun ngành ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy, biết sử dụng thành thạo máy : hàn hồ quang, hàn MIG bán tự động, máy phay ….vv Biết sử dụng dụng cụ đo : thước kẹp, đồng hồ so, ê ke vng góc 6.2 Hướng phát triển đề tài Từ những kết mô đề tài trên, ứng dụng thực tiễn vào xí nghiệp hàn gia cơng khí để tao những sản phẩm có chất lượng tốt nhờ những dự đốn có trước Khơng dừng lại sản phẩm hàn bán tự động dạng hộp, tương lai làm máy hàn bán tự động nhiều sản phẩm với hình dạng khác hình trụ trịn, hàn góc chữ T, hàn bán tự động ống áp lực … Đưa máy hàn tự động vào nhiều xí nghiệp khí nước góp phần nâng cao ngành cơng nghiệp phát triển mạnh nước ta 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngơ Lê Thơng Cẩm nang hàn, Nxb khoa khọc kỹ thuật, 2006 TS Ngơ Lê Thơng CƠNG NGHỆ HÀN ĐIỆN NĨNG CHẢY (tập 1: sở lý thuyết), Nxb Khoa học kỹ thuật, 2004 AWS D1.1/D1.1M, Structural Welding Code – Steel, 2006 TCVN 1651 -85, Thép cốt bê tông cán nóng TS Nguyễn Thúc Hà, TS Bùi Văn Hạnh, TH.S Võ Văn Phong Giáo trình cơng nghệ hàn, Nxb Giáo dục, 2006 M Seyyedian Choobi1, M Haghpanahi and M Sedighi Investigation of the Effect of Clamping on Residual Stresses and Distortions in Butt-Welded Plates, (2010) T Böhme, C Dornscheidt, T Pretorius, J Scharlack and F Spelleken, Modeling, Simulation and Experimental Studies of Distortions, Residual Stresses and Hydrogen Diffusion During Laser Welding of As-Rolled Steels (2012) 86 TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA SẢN PHẨM DẠNG HỘP VỚI QUY TRÌNH HÀN BÁN TỰ ĐỘNG THE STUDY OF DISTORTION PRODUCT BOX WITH SEMIAUTOMATIC WELDING PROCESS Tác Giả : Trần Thanh Phong Học viên cao học Trường ĐHSPKT Tóm tắt Đề tài: “Nghiên cứu biến dạng sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động” Trong trình nghiên cứu biến dạng sản phẩm hàn hồ quang có khí bảo vệ, đề tài thu thập so sánh độ biến dạng sản phẩm nhiệt độ đường hàn Ngồi q trình biến dạng cịn xảy q trình chế tạo phơi q trình định vị hàn đính sản phẩm Khảo sát thực nghiệm biến dạng sản phẩm hàn dạng hộp nhiều trường hợp hàn khác độ dày 3mm mức độ biến dạng bề mặt nhiều so với hàn thép có độ dày 5mm Trong trường hợp xác định độ biến dạng vật hàn tùy thuộc vào phương pháp hàn đồng thời hàn đường hàn lúc hay thay đổi vị trí hàn khác nhau.Vì cơng trình nghiên cứu tiến hành mơ biến dạng sản phẩm hộp, ứng suất dư tập trung hộp nhiệt trình hàn hồ quang gây để từ dự báo trước biến dạng có hại q trình hàn nhằm giảm thiểu chúng, góp phần tiết kiệm chi phí hàn Từ khố : Biến dạng, q trình biến dạng, ứng suất dư ABSTRACT At present, non-removable bonds of sheet metal are mainly made by welding In the field of sheet metal welding, tubular, box type, besides the requirements of structural welded deformation is increasingly focused research In order to reduce the distortion of the welded structure, in addition to the material requirements, the weld process together with the important factors, has a great influence on the shape of the welded structure The topic was implemented from 29/08/2016 to 28/02/2017 at the University of Technical Education The content and research method of the topic is: "Study of deformation of box products with semiautomatic welding process" After researching the topic, the following issues were solved:  Keyword: Deformation, deformation, residual stress 87 Giới thiệu chung Hàn hồ quang điện mơi trường có khí bảo vệ (GSAW: Gas Shielded Arc Welding) công nghệ hàn sử dung rất rộng rãi Trong công nghiệp đại hàn hồ quang điện môi trường có khí bảo vệ chiếm vị trí rất quan trọng Nó khơng những hàn loại thép kết cấu thơng thường mà cịn hàn loại thép hợp kim cao, kim loại màu hợp kim chúng  Ứng suất hàn l) Theo nguyên nhân tạo ứng suất, có loại:  Ứng suất nhiệt, nhiệt lượng hàn phân bổ không gây nên;  Ứng suất cấu trúc, chuyển biến cấu trúc vùng ảnh hưởng nhiệt gây nên 2) Theo thời gian tồn ứng suất:  Ứng suất tạm thời, xuất nhất thời mối nối trình hàn  Ứng suất dư, loại ứng suất tồn vĩnh viễn chi tiết hàn sau hàn không áp dụng biện pháp công nghệ giải toả 3) Theo tính chất hoạt động, tác dụng ứng suất:  Ứng suất chủ động, loại ứng suất hàn xuất chi phối tình trạng chịu tải chi tiết  Ứng suất phản ứng, loại ứng suất xuất tình trạng chi tiết hàn bị khống chế biến dạng tự đồ gá hàn  Ngồi cịn phân biệt ứng śt theo đặc tính trạng thái ứng suất:  Ứng suất đường tác dụng theo chiều  Ứng suất mặt phẳng tác dụng theo hai chiều hai phương khác (hai đường thẳng tạo nên mặt phẳng)  Ứng suất khối tác dụng theo ba chiều không gian  Kết nghiên cứu ảnh hưởng ứng suất hàn đến sức bền kết cấu hàn thiết kế kết cấu công nghệ chế tạo hợp lý có ý nghĩa định đèn hình thành ứng suất sức bền sản phẩm hàn Ngoài biến dạng yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến định hình khơng gian sức bền chi tiết hàn  Biến dạng hàn  Biến dạng hàn hậu ứng suất hàn Biến dạng hàn phân biệt loài biến dạng ngang, dọc góc  Biến dạng đàn hồi  Xuất trình lực tác dụng hay kim loại bị gia nhiệt mất sau ngừng tác dụng lực chấm dứt gia nhiệt làm nguội chi tiết, đưa chi tiết trở trạng thái nhict độ bình phương  Biến dạng dẻo hay biến dạng dư  Xuất tác dụng lực học hay nguồn nhiệt đốt nóng kim loại giữ nguyên biến dạng sau ngừng tác dụng lực vào chi tiết ngừng đốt nóng làm nguội đưa chi tiết trở trạng thái nhiệt độ bình thường 88  Do trình bị đốt nóng ứng suất xuất dọc theo đường tâm chi tiết Cùng với trình nguội, tượng co ngói xuất dọc theo trục mối hàn đối xứng qua trọng tâm mát cắt chi tiết, khiến cho chiều dài chi tiết giảm  Biến dạng ngang Của chi tiết hàn khiến chiều rộng chi tiết (theo chiều đường góc với đường tâm trục mối hàn) co lại ngắn Trong trường hợp hàn tôn tấm, tấm lơ cong phía khối lượng kim loại nóng chảy nhiều (phía chiều dầy mối hàn lớn) Biến dạng ngang có khả gây nên nứt xé mối nối Độ lớn biến dạng phụ thuộc vào tính dẻo kim loại, kích thước vùng bị đốt nóng, vùng hàn kích thước Hình dạng chi tiết hàn cấu trúc kim loại bản, tính dẫn nhiệt, hệ số dãn dài kim loại chi tiết hàn Những chi tiết có độ dẫn nhiệt tốt hệ số dàn dải nhỏ độ biến dạng hàn nhỏ So với thép bon thấp, thép khơng gỉ có biến dạng hàn lớn, cịn nhơm dẫn nhiệt tốt hơn, biến dạng hàn Như biến dạng chi tiết hàn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố  Biến dạ`ng góc Biến dạng góc hình thành sau hàn kim loại mối hàn bị co lại không xảy những mối hàn đối đầu mối hàn ghép góc Thể tích kim loại nóng chảy những mối hàn nối không kim loại vùng mối hàn co nhiều mạnh kim loại mối hàn dẫn đến tượng cong kim loại hai phía đối xưng qua trục mối hàn phía, tức gây biến dạng góc những mối hàn đối đầu ghép góc Bằng giải pháp tạo biến dạng góc ban đầu loại trừ biến dạng góc sau hàn kiểu hàn chữ V Cũng ứng dụng kiểu mối hàn chữ X để loại trừ hoàn toàn biến dạng góc Hình : Biến dạng ngang mối hàn; a) Biến dạng mối hàn giáp mí; b) Biến dạng mối hàn chữ T Nhiệm vụ đề tài, phương pháp nghiên cứu giới hạn đề tài Ngiên cứu công nghệ hàn hồ quang điện mơi trường có khí bảo vệ Lập quy trình mơ biến dạng liên kết hàn Tiến hành mơ q trình hàn hộp mối hàn Từ thu nhận kết mơ tiến hành phân tích Tiến hành làm thí nghiệm với mẫu hàn, so sánh biến dạng mẫu hàn với kết mô rút kết luận Phương pháp nghiên cứu 89 Phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu: Thu thập tài liệu liên quan tới kỹ thuật hàn , tiêu chuẩn liên quan tới trình hàn, từ khâu chuẩn bị mối ghép , vật liệu liệu hàn, chế độ hàn Phương pháp phân tích, so sánh: Dựa kết q trình mơ , kết thí nghiệm để so sánh, rút yếu tố ảnh hưởng đến kết So sánh tương thích giữa kết mơ thí nghiệm thực tế biến dạng vật hàn Từ rút kết luận mang tính thuyết phục cao, dự báo trước những biến dạng có hại, ảnh hưởng đến suất hàn thực tế Phân tích kết thí nghiệm thực nghiệm 4.1 Mơ hình hình học, thơng số hàn kim loại hàn tốn: Hình : Mơ hình hình học tốn Ta xét trường hợp sản phẩm hộp có chiều dày 5mm  Chiều dài: 300 mm  Chiều rộng: 170 mm  Chiều cao : 100 mm Thông số hàn: lấy với thực tế q trình làm thực nghiệm  Dịng: 50-90A  Voltage: 80V Thành phần kim loại: sử dụng thép tấm cacbon thấp CT3 theo tiêu chuẩn TCVN 165185 Thành phần:  C: 0.14 ÷ 0.22  Si: 0.12 ÷ 0.30  Mn: 0.40 ÷ 0.65 Đặc tính:  Young’s Modulus (Gpa): 210 (tại 20 °C)  Yeild Strength (MPa): 355  Hệ số Poisson: 0.33  Nhiệt độ nóng chảy (°C): 1505 4.2 So sánh kết mơ phỏng kết thực nghiệm 90 Chart Title 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 50 100 150 200 Simulation(mm) 250 300 350 Experiment(mm) Hình : Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn lúc đường 91 Kết luận Dựa vào kết thực tế ta chọn phương án tối ưu nhất có suất lợi ích cao nhất trường hợp hàn bán tự động lúc đường hàn Trường hợp có độ biến dạng thấp nhất gần xác nhất đường hợp chọn từ kết mơ Hai mẫu cịn lại khơng có kết xác nhất q trình hàn đính q trình đo cịn gặp nhiều khó khan dẫn đến sai số nhiều, kết mô với kết thực tế chênh lệch nhiều nên ta không chọn trường hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngơ Lê Thơng Cẩm nang hàn, Nxb khoa khọc kỹ thuật, 2006 TS Ngơ Lê Thơng CƠNG NGHỆ HÀN ĐIỆN NĨNG CHẢY (tập 1: sở lý thuyết), Nxb Khoa học kỹ thuật, 2004 10 AWS D1.1/D1.1M, Structural Welding Code – Steel, 2006 11 TCVN 1651 -85, Thép cốt bê tông cán nóng 12 TS Nguyễn Thúc Hà, TS Bùi Văn Hạnh, TH.S Võ Văn Phong Giáo trình cơng nghệ hàn, Nxb Giáo dục, 2006 13 M Seyyedian Choobi1, M Haghpanahi and M Sedighi Investigation of the Effect of Clamping on Residual Stresses and Distortions in Butt-Welded Plates, (2010) 14 T Böhme, C Dornscheidt, T Pretorius, J Scharlack and F Spelleken, Modeling, Simulation and Experimental Studies of Distortions, Residual Stresses and Hydrogen Diffusion During Laser Welding of As-Rolled Steels (2012) Họ tên: TRẦN THANH PHONG Đơn vị: Học viên cao học Trường ĐHSPKT Điện thoại: 0934589995 Email: tran.phong1904@gmail.com 92 S K L 0 ... tích kết đề tài nghiên cứu nêu thấy vấn đề mô biến dạng hàn quan tâm có tầm ảnh hưởng lớn Vì đề tài: ? ?Nghiên cứu biến dạng sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động? ?? thực với mục đích sau:... trung mô biến dạng sản phẩm dạng hộp trình hàn sử dụng phương pháp hàn hồ quang Vì cơng trình nghiên cứu tiến hành mô biến dạng sản phẩm hộp, ứng suất dư tập trung hộp nhiệt trình hàn hồ quang gây... 60520103 ? ?Nghiên cứu biến dạng sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động? ?? II Nhiệm vụ - Khái quát lý thuyết hàn hồ quang nóng chảy - Tìm hiểu lý thuyết hàn hồ quang điện - Nghiên cứu thiết