Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề Hàn Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XƠ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 20 …… ……………… Ninh bình, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Như biết, có khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau, ứng dụng hầu hết ngành công nghiệp để chế tạo sản phẩm từ nhỏ vi mạch điện tử đến lớn tàu biển, dầm cầu,… Để đảm bảo cho kết cấu hàn có ” Độ tin cậy ” ” Tính làm việc liên tục ” địi hỏi người thiết kế kết cấu hàn phải có kiến thức xác để lựa chọn vật liệu hàn, tính tốn độ bền cho mối hàn nói riêng kết cấu hàn nói chung Giáo trình mơn học “Tính tốn kết cấu hàn” giúp có kiến thức để giải vấn đề Giáo trình biên soạn cho đối tượng sinh viên chuyên nghề hàn, trình độ cao đẳng Quá trình biên soạn tác giả có nhiều cố gắng song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp để giáo trình hồn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn … ,ngày… tháng năm…… Biên soạn Chủ biên: Hoàng Ngọc Lâm MỤC LỤC TT Nội dung Lời giới thiệu Chương 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn Tổng quan kết cấu hàn Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết cấu hàn Thép định hình Thép Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn Chương 2: Tính độ bền mối hàn tác dụng tải trọng tĩnh Cơ sở tính tốn độ bền mối hàn chịu tác dụng tải trọng tĩnh Tính tốn độ bền mối hàn giáp mối Tính tốn độ bền mối hàn chồng Tính tốn độ bền mối hàn hỗn hợp Chương Tính ứng suất biến dạng hàn Tổng quan ứng suất biến dạng hàn Tính ứng suất biến dạng co dọc hàn đắp vào mép Tính ứng suất biến dạng co dọc hàn giáp mối Chương 4: Giới thiệu số kết cấu hàn Giới thiệu kết cấu dầm Giới thiệu kết cấu trụ Giới thiệu kết cấu dàn Giới thiệu kết cấu vỏ Trang 6 10 13 16 17 18 18 24 28 32 37 37 40 45 54 54 57 58 61 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN Mã mơn học: MH 22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Là mơn học bố trí cho sinh viên sau học xong môn học, mô đun sở; môn học, mô đun chuyên môn từ MĐ 14 đến MH 21 - Tính chất: Là mơn học chun mơn - Ý nghĩa vai trị mơn học: ’’Tính tốn kết cấu hàn’’ mơn học chuyên môn nghề hàn, môn học chương trình đào tạo, giúp người học trang bị khả tính tốn, chọn vật liệu hàn, sử dụng nhiều thực tế sản xuất Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Liệt kê đầy đủ loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn; + Trình bày xác phương pháp tính tốn vật liệu chế tạo kết cấu hàn; + Trình bày rõ cơng thức tính tốn độ bền, ứng suất biến dạng hàn; + Trình bày phương pháp giải tốn kiểm nghiệm độ bền tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu hàn đơn giản - Về kỹ năng: + Tính tốn xác vật liệu gia cơng kết cấu hàn cụ thể; + Giải tốn tính độ bền mối hàn, tính ứng suất biến dạng hàn; + Tra bảng, tính tốn vật liệu hàn xác; - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Tn thủ quy trình tính tốn kết cầu hàn; + Tự giác, rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỷ, cẩn thận, xác cơng việc Nội dung môn học: Số TT Thời gian (giờ) Tên chương, mục Tổng Lý Bài Kiểm số thuyết tập tra Chương 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn 4 0 Tổng quan kết cấu hàn Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết 0,5 cấu hàn Thép định hình Thép 0,5 Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn Chương 2: Tính độ bền mối hàn 16 12 tác dụng tải trọng tĩnh Cơ sở tính tốn độ bền mối hàn chịu tác dụng tải trọng tĩnh Tính tốn độ bền mối hàn giáp mối 3 Tính tốn độ bền mối hàn chồng Tính tốn độ bền mối hàn hỗn hợp Kiểm tra Chương Tính ứng suất biến dạng 20 12 hàn Tổng quan ứng suất biến dạng hàn Tính ứng suất biến dạng co dọc 4 hàn đắp vào mép Tính ứng suất biến dạng co dọc hàn giáp mối Kiểm tra Chương 4: Giới thiệu số kết cấu hàn 4 0 Giới thiệu kết cấu dầm Giới thiệu kết cấu trụ Giới thiệu kết cấu dàn Giới thiệu kết cấu vỏ 1 Chương 5: Kiểm tra kết thúc môn học Cộng 45 32 10 CHƯƠNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Mã chương: MH 22 01 Giới thiệu: Để chế tạo kết cấu hàn khác phải sử dụng loại vật liệu hàn khác cho phù hợp với nhu cầu sử dụng trường hợp cụ thể thực tế Chương trang bị cho sinh viên kiến thức loại vật liệu dùng để chế tạo kết cấu hàn, cơng dụng từ lựa chọn loại vật liệu phù hợp để chế tạo nên kết cấu hàn Mục tiêu: - Trình bày tổng quan kết cấu hàn; - Nhận biết loại thép định hình U, I, V , thép tấm, loại vật liệu khác nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo kết cấu hàn; - Giải thích cơng dụng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn; - Trình bày phương pháp tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao; - Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng; - Tuân thủ quy định, quy phạm phân loại vật liệu; - Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tinh thần tập thể, có tránh nhiệm với cơng việc Tổng quan kết cấu hàn 1.1 Giới thiệu chung kết cấu hàn * Kết cấu hàn sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: - Trong xây dựng: Khung, vịm có độ lớn, khung nhà, - Trong giao thông vận tải: Cầu thép, vỏ tàu, tơ, máy bay, - Trong khí CTM: Máy móc, cầu trục, khung, bệ máy, - Trong ngành lượng, hoá chất: Hệ thống nồi hơi, đường ống, dàn khoan, bồn bể, * Kết cấu hàn phong phú đa dạng chủng loại, kích cỡ khối lượng * Kết cấu hàn làm việc điều kiện khác nhau: - Dưới nước: tàu ngầm, dàn khoan, tàu thuỷ, - Trên không vũ trụ: máy bay, tàu liên hợp, - Trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao thấp - Trong điều kiện ăn mòn mài mịn cao, Hình 1.1 Kết cấu dầm cầu Hình 1.2 Kết cấu dàn khoan dầu tự nâng Hình 1.3 Tàu chở dầu 300.000 Để tạo phận kết cấu kết cấu tổng thể người ta sử dụng nhiều trình cơng nghệ khác đúc, biến dạng tạo hình, gia cơng cắt gọt, Trong kết cấu gia công, chế tạo công nghệ hàn kỹ thuật quy ước gọi kết cấu hàn Ví dụ: cầu thép, nồi hơi, dầm cầu trục, Cùng với phát triển của lĩnh vực công nghiệp, công nghệ hàn đời chậm (cuối kỷ thứ 19) có bước tiến dài trở thành phương pháp công nghệ tiên tiến thiếu nhiều công nghệ khí Có thể nhận thấy khối lượng kết cấu hàn ngày lớn, đa dạng hình thức, kiểu dáng chủng loại vật liệu Theo điều tra Tổ chức Hàn Quốc tế IIW( International Institute of Welding) năm 2007 sản lượng thép vượt q tỷ tấn, ước tính 2/3 sản lượng dùng để chế tạo kết cấu hàn- thực số khổng lồ 1.2 Đặc điểm kết cấu hàn 1.2.1 Ưu điểm - Khả chịu lực lớn, có độ tin cậy cao sử dụng - Do vật liệu kim loại có tính tốt ổn định chất lượng, - Khối lượng nhỏ: kết cấu hàn nhẹ loại kết cấu chịu lực khác bêtông cốt thép, gỗ - Cơ động lắp ráp vận chuyển: Do có khối lượng bé việc vận chuyển từ nơi sản xuất tới nơi tổ hợp kết cấu dễ dàng nhanh chóng Một kết cấu đồ sộ chia thành đơn vị vận chuyển hợp lý tổ hợp nhanh chóng trường Hơn nữa, kết cấu kim loại dễ sửa chữa, thay di chuyển - Có tính cơng nghiệp hố cao, tức chế tạo hàng loạt điều kiện nhà máyvới thiết bị chun dùng có mức độ khí hố tự động hố cao - Có thể tạo kết cấu siêu trường, siêu trọng, phi tiêu chuẩn (không hạn chế kích thước khối lượng) mà phương pháp công nghệ khác thực gặp nhiều khó khăn - Có thể tạo kết cấu nguyên khối bền vững từ vật liệu có tính chất khác Điều có ý nghĩa phần phận kết cấu phải làm việc điều kiện khác mài mòn, ăn mòn, nhiệt độ áp suất cao thấp - Các liên kết hàn khơng có độ bền cao mà có độ kín tốt cần thiết cho nhiều loại kết cấu nồi hơi, vỏ tàu thuỷ, bồn bể, đường ống, - Đầu tư thiết bị nhà xưởng thấp - Điều kiện lao động công nhân cải thiện - Tiết kiệm vật liệu dùng để chế tạo kết cấu Hình 1.4 So sánh liên kết hàn với liên kết đinh tán ghép ren 1.2.2 Nhược điểm Trong trình hàn thường phải sử dụng nguồn nhiệt cơng suất lớn (hồ quang, khí cháy, chùm tia lượng cao, ) có độ tập trung cao, tác dụng thời gian ngắn, khu vực hàn có tốc độ nguội lớn vật hàn có phân bố nhiệt độ khơng Điều dẫn đến hậu : - Tại khu vực mối hàn vùng lân cận nhiệt, tổ chức kim loại tính chất khác thay đổi theo chiều hướng xấu tăng cứng giảm dẻo, dai làm giảm khả làm việc kết cấu hàn, đặc biệt kết cấu làm việc tác dụng tải trọng động, tải trọng va đập mơi trường có nhiệt độ thấp - Trong kết cấu hàn tồn trạng thái ứng suất dư - Kết cấu hàn dễ bị biến dạng tác dụng nhiệt, làm giảm độ xác tăng độ phức tạp cho trình lắp ráp, tổ hợp tiếp theo, giảm tính thẩm mỹ sản phẩm gây tốn thêm có nhu cầu loại bỏ biến dạng hàn - Để tạo kết cấu hàn đạt yêu cầu, thông thường người thiết kế phải giải đồng thời vấn đề lớn sau đây: Chọn vật liệu hợp lý Có giải pháp kết cấu tối ưu Có cơng nghệ chế tạo phù hợp để đạt yêu cầu chất lượng Thực tiễn cho thấy, giải tốt vấn đề kết cấu hàn cho phép Đáp ứng yêu cầu sử dụng Tiết kiệm vật liệu Chế tạo cơng nghệ tiên tiến có chất lượng suất cao Vận chuyển, tổ hợp đơn giản Đảm bảo tính thẩm mỹ độ xác cần thiết Giá thành sản phẩm thấp Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn 2.1 Thép cacbon 2.1.1 Định nghĩa đặc điểm ứng dụng - Là thép mà cacbon nguyên tố chủ yếu định tính chất thép Ngồi C, thép cacbon chứa lượng hạn chế nguyên tố khác Mn, Si, P, S ( Thơng thường Mn 2k –  hệ siêu tĩnh Trong trương hợp để xác định ứng lực phần tử dàn, ngồi hệ phương trình cân tĩnh cần phải dùng thêm phương trình biến dạng khác 3.2 Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu dàn 3.2.1 Đọc vẽ: + Xác định kích thước ghi vẽ - Xác định kích thước tổng thể dàn: (chiều dài, chiều rộng…) - Xác định kích thước chi tiết kết cấu + Xác định ký hiệu ghi vẽ - Ký hiệu dung sai kích thước, ký hiệu độ nhám bề mặt… - Ký hiệu vật liệu … + Liệt kê đầy đủ loại vật liệu chế tạo dàn Trong kết cấu hàn có chi tiết làm từ loại vật liệu khác có kích thước khác 65 3.2.2 Tính tốn vật liệu gia cơng Thơng thường tính tốn vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn người ta dựa vào bảng sau: STT Tên chi tiết Hình vẽ chi tiết Số lượng Vật liệu Ghi - Tên chi tiết: cần ghi ký hiệu chi tiết mà vẽ ký hiệu - Hình vẽ chi tiết: cần phải vẽ xác hình dạng chi tiết ghi cụ thể kích thước chi tiết - Số lượng: xác định xác số lượng chi tiết kết cấu hàn - Vật liệu: xác định vật liệu chế tạo chi tiết Giới thiệu kết cấu vỏ 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Khái niệm Kết cấu vỏ chiếm tỉ trọng lớn loại kết cấu hàn, việc tính tốn xác có ý nghĩa quan trọng phương diện tiết kiệm vật liệu Theo điều kiện vận hành, kết cấu vỏ phân biệt thành hai nhóm chính: - Nhóm thứ bao gồm kết cấu làm việc nhiệt độ thấp 1000C , áp suất 0,07 MPa( 0,7at.), không làm việc môi trường độc hại dễ cháy nổ Tính tốn bền loại kết cấu tiến hành theo tiêu chuẩn quy phạm chung kết cấu kim loại thơng dụng - Nhóm thứ hai bao gồm kết cấu làm việc nhiệt độ áp suất cao nhóm một, làm việc mơi trường độc hại dễ cháy nổ Tính tốn, thiết kế chế tạo kết cấu thuộc nhóm phải tiến hành theo tiêu chuẩn quy phạm riêng tiêu chuẩn nồi hơi, bình áp lực, quy định Cơ quan đăng kiểm quan quản lý chất lượng khác 4.1.2 Đặc điểm Ngoài việc thỏa mãn yêu cầu độ bền liên kết hàn phải đảm bảo độ kín cần thiết Các mối hàn thường có chiều dài lớn nên phải ưu tiên sử dụng phương pháp hàn có suất cao Phôi dùng kết cấu thường trải qua nguyên công biến dạng tạo hình trước làm cho kim loại dễ bị biến dạng dẻo mức độ cao Để kết cấu hàn không giảm khả làm việc, vật liệu nên chọn với độ dẻo cao so với loại kết cấu khác 66 Hình 4.7: Kết cấu vỏ 4.2 Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu vỏ 4.2.1 Đọc vẽ: + Xác định kích thước ghi vẽ - Xác định kích thước tổng thể kết cấu: (chiều dài, chiều rộng…) - Xác định kích thước chi tiết kết cấu + Xác định ký hiệu ghi vẽ - Ký hiệu dung sai kích thước, ký hiệu độ nhám bề mặt… - Ký hiệu vật liệu … + Liệt kê đầy đủ loại vật liệu chế tạo kết cấu Trong kết cấu hàn có chi tiết làm từ loại vật liệu khác có kích thước khác 4.2.2 Tính tốn vật liệu gia cơng Thơng thường tính tốn vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn người ta dựa vào bảng sau: STT Tên chi tiết Hình vẽ chi tiết Số lượng Vật liệu Ghi 67 - Tên chi tiết: cần ghi ký hiệu chi tiết mà vẽ ký hiệu - Hình vẽ chi tiết: cần phải vẽ xác hình dạng chi tiết ghi cụ thể kích thước chi tiết - Số lượng: xác định xác số lượng chi tiết kết cấu hàn - Vật liệu: xác định vật liệu chế tạo chi tiết * Câu hỏi ơn tập cuối chương Câu 1: Trình bày khái niệm vè kết cấu dầm? Câu 2: Trình bày khái niệm kết cấu dàn? Câu 3: Trình bày khái niệm vè kết cấu vỏ? 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kết cấu hàn- Trường ĐHBK Hà Nội- 2016 [2] Đồn Đình Kiến-Thiết kế kết cấu thép-NXB xây dựng 2014 69 ... hỏi người thiết kế kết cấu hàn phải có kiến thức xác để lựa chọn vật liệu hàn, tính tốn độ bền cho mối hàn nói riêng kết cấu hàn nói chung Giáo trình mơn học ? ?Tính tốn kết cấu hàn? ?? giúp có kiến... tạo kết cấu hàn 4 0 Tổng quan kết cấu hàn Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết 0,5 cấu hàn Thép định hình Thép 0,5 Tính tốn vật liệu gia công kết cấu hàn Chương 2: Tính độ bền mối hàn. .. dạng hàn Tính ứng suất biến dạng co dọc hàn đắp vào mép Tính ứng suất biến dạng co dọc hàn giáp mối Chương 4: Giới thiệu số kết cấu hàn Giới thiệu kết cấu dầm Giới thiệu kết cấu trụ Giới thiệu kết