so 1 2014 10 bui van nghiep 7587

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2014 THÔNG BÁO KHOA HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI MỐI HÀN ĐẾN BIẾN DẠNG GĨC KHI HÀN TẤM TƠN BAO VỎ TÀU THỦY EFFECTS BETWEEN THE LENGTH OF BUTTED WELD AND AN ANGULAR DISTORTION WHILE WELDING OF SHIP HULL Bùi Văn Nghiệp1 Ngày nhận bài: 02/12/2013; Ngày phản biện thơng qua: 20/12/2013; Ngày duyệt đăng: 10/3/2014 TĨM TẮT Bài báo công bố kết nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài mối hàn giáp mối đến biến dạng góc phơi q trình hàn gây hàn tôn bao vỏ tàu thủy, nghiên cứu thực theo quy trình R-31/PA với thơng số chiều dài phôi hàn khác Kết cho thấy: biến dạng góc vị trí theo chiều dài mối hàn không giống độ lớn góc biến dạng tăng dần theo chiều dài mối hàn Khi chiều dài mối hàn lớn 500 mm xuất đoạn biến dạng góc đồng dạng khu vực mối hàn Khi chiều dài mối hàn lớn 2000 mm, biến dạng dọc xuất vị trí hai đầu mối hàn, 800 mm tính từ đầu mối hàn 600 mm tính từ cuối mối hàn, khu vực mối hàn có biến dạng góc đồng dạng Đồng thời kết thực nghiệm cao kết tính theo Okerblom [6] Từ khóa: biến dạng góc, chiều dài mối hàn, biến dạng dọc ABSTRACT This paper perform results of study on effects between the length of butted weld and an angular distortion while welding of ship hull, all experiments were conducted on the R-31/PA welding proceduce and specifications with different lengths of butted weld The result shows that: the angular distortion along a length of butted weld are different and an angular distortion magnitude has trend to increase on the welded length When the welded length exceeds 500 mm, a similar angular distortion at around the mid-span area is occurred When the welded length exceeds 2000 mm, the longitudinal distortion occurs only on two the ends of butted weld, about 800 mm at the beginning and 600 mm at the end of welded length, remaining mid-span area is similar of angular distortion Simultaneous, the experimental results are higher than the Okerblom’s formular Keywords: angular distortion, length of butted weld, longitudinal distortion I ĐẶT VẤN ĐỀ Biến dạng góc bảy loại biến dạng xảy gia công ghép nối kim loại phương pháp hàn Nó có giá trị lớn thực mối hàn giáp mối [10], gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn, kết cấu hàn gây ứng suất dư làm hư hỏng kết cấu sau hàn trình khai thác, sử dụng Nhưng vấn đề biến dạng nói chung biến dạng góc nói riêng tồn nhà máy đóng tàu, sau hàn, nhà máy phải tốn khoảng chi phí lớn để khắc phục Trong lịch sử, có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vấn đề ứng suất biến dạng hàn như: Slavianov, 1892 [10], Rosenthal Daniel, 1940 [7], Okerblom, 1955 [8], Ola Westby, 1968 [9], Artem Pilipenko, 2001 [10], Ở Việt Nam, kể đến số nghiên cứu tác giả năm 2009, 2010 2012 [3], [4], [5], Hoàng Văn Tráng, 2012 [6],…Tuy nhiên, nghiên cứu cho kết lệch xa so với lý thuyết nghiên cứu phần nhỏ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc hàn tàu thủy ThS Bùi Văn Nghiệp: Khoa Kỹ thuật giao thông – Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 57 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2014 Trong nghiên cứu trước đây, tác giả phát nhiều yếu tố ảnh hưởng lớn đến biến dạng góc hàn nối tơn bao vỏ tàu có đề xuất sau cơng trình nghiên cứu đó, có yếu tố chiều dài mối hàn Với mong muốn nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài mối hàn đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu thủy nhằm khuyến cáo nguy xảy biến dạng hàn mối hàn dài để có sở nghiên cứu giải pháp hạn chế tối đa biến dạng, hạn chế chi phí công sức khắc phục khuyết tật biến dạng hàn gây ra, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời đánh giá độ xác cơng thức tính biến dạng góc Okerblom đề xuất áp dụng điều kiện thực tế hàn vỏ tàu thủy Kết nghiên cứu sở liệu cho nghiên cứu tiếp theo, cho mô số nhằm giảm thiểu chi phí thực nghiệm điều kiện tổ chức thực nghiệm lĩnh vực hàn tàu thủy tốn II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Sự ảnh hưởng chiều dài mối hàn đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu nghiên cứu với mối ghép giáp mối, tư hàn trình hàn hồ quang tay gây Quy trình hàn lựa chọn nghiên cứu R-31/PA, theo tiêu chuẩn VR [2], với thông số bản: Kiểu mối hàn giáp mối; Tư hàn (1G); Vật liệu ASTMA131; Cấp vật liệu AH36; Chiều dày 10 mm; Vật liệu hàn AWS E6013; Số lớp hàn 04; Kiểu vát mép chữ V (550±5) Chế độ hàn quy cách mối hàn cho tương ứng bảng hình Bảng Chế độ hàn Lớp hàn Phương pháp hàn Điện cực (mm) Cường độ dòng điện (A) Điện áp (V) Tốc độ hàn (mm/s) SMAW SMAW θ3.2 70 20 3÷4 θ3.2 100 20 3÷4 SMAW θ3.2 100 20 3÷4 SMAW θ3.2 110 20 3÷4 Ghi Hình Quy cách mối hàn nghiên cứu Quy cách, số lượng mẫu hàn thí nghiệm nơi thực Quy cách mẫu hàn thí nghiệm tiến hành theo quy định [2] hình 2, với: chiều rộng W =300 mm (tương ứng 150 mm), chiều dài cho loại mẫu L1 = 350 mm, L2 = 500 mm, L3 = 750 mm, L4 = 1000 mm, L5 = 1500 mm, L6 = 2000 mm, L7 = 3000 mm, chiều dày 10 mm Thí nghiệm tiến hành 21 mẫu cho trường hợp, 147 mẫu cho nghiên cứu Các mẫu hàn có L ≤ 2000 mm thực Trung tâm hàn kỹ thuật cao - Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang Các mẫu hàn có L > 2000 mm thực Công ty Trách nhiệm hữu hạn Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin 58 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Hình Kích thước mối hàn nghiên cứu Trình tự nghiên cứu thực nghiệm Trên sở vấn đề lý thuyết liên quan, nghiên cứu thực nghiệm tiến hành theo bước sau: Bước 1: Chuẩn bị vật liệu bản, vật liệu hàn thiết bị liên quan; Bước 2: Cắt phơi mẫu theo kích thước quy định [2]; Bước 3: Hàn đính phơi mẫu theo quy định [2]; Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2014 cho mẫu có chiều dài ≤ 1000 mm loại có kích thước 100x10 mm cho mẫu có chiều dài lớn 1000 mm (hình 3); Bước 4: Vạch dấu mạng lưới phôi mẫu để phục vụ công tác đo lấy kết biến dạng: Lưới chia làm loại, loại có kích thước 50x10 mm Hình Lưới đo biến dạng hàn phôi mẫu Bước 5: Hàn phôi mẫu theo quy trình [2]; Bước 6: Đo kết thực nghiệm Phương pháp đo biến dạng góc mối hàn xác định cách cho mẫu nằm mặt chuẩn, dùng thước thẳng đặt ngang qua bề mặt mẫu, dùng thước đo khe hở đặt vào bề mặt mẫu bề mặt thước cho kích thước độ hở eMcn (hình 4) Từ eMcn phương pháp tốn học tính góc biến dạng β Bằng cách đo tương tự xác định khe hở eGiữa eMép theo chiều dọc biến dạng để xác định biến dạng dọc Hình Phương pháp đo khe hở biến dạng eMcn Xác định góc biến dạng β theo cơng thức β = 2.sin (e/b).180/π (1) Trong đó: e khe hở thước phôi mối hàn [mm], b = W/2 (W chiều rộng mẫu) [mm] Bước 7: Thảo luận đánh giá kết nghiên cứu Cơ sở để thảo luận đánh giá kết nghiên cứu dựa yếu tố: Các kết nghiên cứu liên quan Cơng thức tính tốn biến dạng góc Okerblom đề xuất [8]: (2) Trong đó: I cường độ dòng điện [A]; U hiệu điện [V]; ν tốc độ hàn [mm.s-1]; h chiều dày [mm] III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L1 = 350 mm Trường hợp phôi mẫu có chiều dài L1 = 350 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L1 = 350 mm STT L (mm) 50 100 150 200 250 300 350 eMcn (mm) 4.4 4.5 4.5 4.6 4.7 4.7 4.8 4.9 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.1 eMép (mm) eGiữa (mm) β (độ) 0.1 0.2 0.2 0.3 0.2 0.1 3.4 3.4 3.5 3.5 3.6 3.6 3.7 3.7 Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L2 = 500 mm Trường hợp phơi mẫu có chiều dài L2 = 500 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L2 = 500 mm STT L (mm) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 eMcn (mm) 5.1 5.1 5.2 5.2 5.2 5.3 5.3 5.6 5.6 5.8 5.9 1.0 2.1 3.1 4.0 4.1 4.0 3.8 2.8 1.6 eGiữa (mm) 0.4 1.7 3.0 3.1 3.2 3.2 2.5 1.0 0.4 0.0 3.9 3.9 4.0 4.0 4.0 4.1 4.1 4.3 4.3 4.4 4.5 eMép (mm) β (độ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 59 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2014 Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L3 = 750 mm Trường hợp phơi mẫu có chiều dài L3 = 750 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L3 = 750 mm STT L (mm) 50 100 150 200 250 300 350÷450 500 550 600 650 700 750 eMcn (mm) 5.4 5.7 5.8 5.8 5.9 6.2 6.3 6.4 6.7 6.8 6.9 6.9 7.0 7.0 eMép (mm) 0.5 2.3 3.7 4.7 5.5 6.6 7.5 7.0 6.6 5.1 3.7 2.0 eGiữa (mm) 0.7 2.2 3.2 4.1 5.1 6.2 7.3 7.0 6.3 5.4 3.5 1.3 β (độ) 4.1 4.4 4.4 4.4 4.5 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.3 5.3 5.3 Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L4 = 1000 mm Trường hợp mẫu có chiều dài L4 = 1000 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L4 = 1000 mm 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 ÷650 700 750 800 850 900 950 1000 eMcn (mm) 5.4 5.5 5.6 5.7 5.9 6.2 6.6 7.1 7.4 7.8 8.1 8.5 8.8 8.9 9.0 9.0 9.1 9.5 eMép (mm) 0.8 1.5 2.6 4.0 5.5 7.0 8.7 10.0 11.4 11.6 10.0 8.5 7.5 5.4 3.4 1.0 0 0.6 2.5 3.5 4.3 5.5 6.7 7.8 8.9 9.7 10.5 9.5 8.6 7.5 6.8 4.5 2.5 4.1 4.1 4.2 4.3 4.5 4.7 5.0 5.4 5.7 5.9 6.2 6.5 6.7 6.8 6.8 6.8 6.9 7.2 STT L (mm) eGiữa (mm) β (độ) Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L5 = 1500 mm Trường hợp mẫu có chiều dài L5 = 1500 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L5 = 1500 mm STT L (mm) 100 200 300 400 500 600 700÷1100 1200 1300 1400 1500 eMcn (mm) 5.4 5.6 5.7 5.9 6.2 6.6 7.1 7.4 8.0 8.2 8.6 9.1 eMép (mm) 0.5 1.5 4.0 5.5 7.0 8.7 10.0 7.6 3.5 1.5 eGiữa (mm) 0.6 1.0 4.3 5.5 6.7 7.8 8.9 6.5 3.6 1.4 β (độ) 4.1 4.3 4.4 4.5 4.7 5.0 5.4 5.7 6.1 6.3 6.6 6.9 Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L6 = 2000 mm Trường hợp mẫu có chiều dài L6 = 2000 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L6 = 2000 mm STT L (mm) 100 200 300 400 500 600 700 800÷1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 eMcn (mm) 5.6 5.6 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.5 7.2 7.8 8.5 9.2 9.2 9.3 9.5 eMép (mm) 0.5 1.5 2.6 4.0 5.5 7.0 8.7 10.0 11.4 10.0 5.4 3.4 1.0 eGiữa (mm) 0.6 1.0 2.0 2.8 4.0 5.2 6.3 8.9 9.7 9.5 5.3 3.0 1.5 β (độ) 4.3 4.3 4.3 4.4 4.4 4.5 4.6 5.0 5.5 5.9 6.5 7.0 7.0 7.1 7.3 Kết biến dạng góc mẫu có chiều dài L7 = 3000 mm Trường hợp mẫu có chiều dài L7 = 3000 mm, kết biến dạng góc thể bảng Bảng Kết biến dạng góc phơi mẫu có chiều dài L7 = 3000 mm STT L (mm) eMcn (mm) eMép (mm) eGiữa (mm) β (độ) 100 200 300 400 500 600 700 800÷2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 7.0 7.8 8.5 8.7 9.1 9.3 9.5 0.8 2.5 3.9 5.0 5.8 7.0 7.8 10.0 11.4 10.0 3.4 2.5 1.0 0.7 2.3 3.4 4.5 5.3 6.5 7.6 8.9 9.7 9.5 3.0 2.3 1.5 4.4 4.6 4.6 4.7 4.8 5.0 5.1 5.2 5.3 5.9 6.5 6.7 6.9 7.1 7.3 5.8 6.0 6.0 6.1 6.3 6.5 6.7 6.8 60 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Kết hình dạng phơi mẫu sau hàn Trên sở kết thí nghiệm, hình dạng phơi mẫu bị biến dạng hình Số 1/2014 mối hàn điểm L = 350 mm (Vì L = 350 mm theo quy định [2]) Tại điểm đầu mối hàn, biến dạng góc thấp 3.40 ứng với mẫu L1 = 350 mm, cao 4.40 ứng với mẫu L7 = 3000 mm Tại điểm L = 350 mm, biến dạng góc thấp 3.70 ứng với mẫu L1 = 350 mm, cao 5.40 ứng với mẫu L4 = 1000 mm Tại điểm cuối mối hàn, biến dạng góc thấp 3.70 ứng với mẫu L1 = 350 mm, cao 7.30 ứng với mẫu có L ≥ 2000 mm Hình Hình dạng phơi mẫu biến dạng trường hợp L4 = 1000 mm Thảo luận Theo kết thực nghiệm từ bảng 2, 3, 4, 5, 6, 8, nhận thấy vấn đề sau: Khi thực hàn theo quy trình hàn R-31/PA cho trước, kết biến dạng góc vị trí theo chiều dài phơi mẫu khơng giống độ lớn góc biến dạng tăng dần tỷ lệ theo chiều dài mối hàn Khi chiều dài mối hàn lớn 500 mm bắt đầu xuất đoạn biến dạng góc đồng dạng khu vực mối hàn Biến dạng dọc xuất với biến dạng góc, chiều dài mối hàn lớn biến dạng dọc thể rõ làm cong theo trục mối hàn Khi chiều dài mối hàn L ≥ 2000 mm, biến dạng dọc xuất hai đầu mối hàn, 800 mm tính từ đầu mối hàn 600 mm tính từ cuối mối hàn, khu vực mối hàn có biến dạng góc đồng dạng Những kết với dự đoán tác giả thực nghiên cứu trước đây, mối hàn dài, nhiệt lượng truyền vào kim loại lớn, nhiệt lượng gây giãn nở, gây co ngót vật liệu kết biến dạng góc lớn Đồng thời gây biến dạng dọc theo trục mối hàn làm cho phôi mẫu cong vênh theo chiều dọc Theo cơng thức tính biến dạng góc (1) Okerbloom đề xuất, trường hợp quy trình hàn cho trước R-31/PA, góc biến dạng β=2.470 Do cơng thức tính biến dạng góc Okerbloom đề xuất khơng xét đến yếu tố chiều dài Vì để có sở so sánh, lựa chọn điểm phôi mẫu để lấy kết so sánh là: Điểm đầu mối hàn, điểm cuối IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở kết nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài mối hàn đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu, cụ thể nghiên cứu quy trình hàn R-31/PA, tác giả có kết luận sau: Yếu tố chiều dài mối hàn có ảnh hưởng lớn đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu: góc biến dạng khơng giống vị trí theo chiều dài có tỷ lệ tăng dần theo chiều dài mối hàn Biến dạng dọc xuất với biến dạng góc, chiều dài mối hàn lớn biến dạng dọc thể rõ làm cong vênh theo trục mối hàn Khi chiều dài mối hàn lớn 500 mm bắt đầu xuất đoạn biến dạng đồng dạng khu vực mối hàn (cả biến dạng góc biến dạng dọc) Khi chiều dài mối hàn lớn 2000 mm, biến dạng dọc xuất hai đầu mối hàn, 800 mm từ đầu mối hàn 600 mm từ cuối mối hàn, cịn lại khu vực mối hàn có biến dạng đồng dạng Kiến nghị Qua thời gian thực nghiên cứu, tác giả có số kiến nghị sau: - Cẩn trọng sử dụng công thức Okerblom để tính tốn biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu cơng thức cho kết thấp nhiều so với thực tế hàn tàu thủy - Đầu tư nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài mối hàn đến biến dạng góc với nhiều loại chiều dày khác - Đầu tư nghiên cứu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu để góp phần vào việc nghiên cứu giải pháp khắc phục biến dạng góc TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 61 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2014 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hướng dẫn cho đăng kiểm viên, 2005 Hướng dẫn giám sát đóng tàu biển, phần NB-07, Hướng dẫn kiểm tra hàn thân tàu Đăng kiểm Việt Nam Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép, 2003 Phần 6,7: TCVN 6259 Bùi Văn Nghiệp, 2010 Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Trường Đại học Nha Trang Bùi Văn Nghiệp, 2009 Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn nhiệt hàn đến biến dạng góc hàn tôn bao vỏ tàu Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường TR2009-13-09CH Trường Đại học Nha Trang Bùi Văn Nghiệp, 2013 Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn nhiệt hàn đến biến dạng góc hàn tơn bao vỏ tàu, báo Tạp chí Khoa học - Công nghệ thủy sản số 1/2013 Trường Đại học Nha Trang Hoàng Văn Tráng, 2012 Nghiên cứu giải pháp khắc phục biến dạng góc hàn tơn bao tàu thủy Luận văn Tốt nghiệp Đại học Trường Đại học Nha Trang D Rosenthal, 1941 Mathematical theory of heat distribution during welding and cutting, Am Weld Journ Okerblom, 1955 The calculations of deformation of welded metal structures, Mashgiz, Moscow O Westby, 1968 Temperature distribution in the work-piece by welding Doctoral Thesis The technical University of Norway, Trondheim Tiếng Anh 10 Artem Pilipenko, 2001 Computer simulation of residual stress and distortion of thick plates in multi-electrode submerged arc welding, doctor thesis, Trondheim, Norway 11 Quality Standard, 2008 Hyundai Vinashin Shipyard co., LTD 62 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ... (mm) 10 0 200 300 400 500 600 700 800? ?14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 2000 eMcn (mm) 5.6 5.6 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.5 7.2 7.8 8.5 9.2 9.2 9.3 9.5 eMép (mm) 0.5 1. 5 2.6 4.0 5.5 7.0 8.7 10 .0 11 .4 10 .0... 9.5 eMép (mm) 0.8 1. 5 2.6 4.0 5.5 7.0 8.7 10 .0 11 .4 11 .6 10 .0 8.5 7.5 5.4 3.4 1. 0 0 0.6 2.5 3.5 4.3 5.5 6.7 7.8 8.9 9.7 10 .5 9.5 8.6 7.5 6.8 4.5 2.5 4 .1 4 .1 4.2 4.3 4.5 4.7 5.0 5.4 5.7 5.9 6.2 6.5... STT L (mm) 50 10 0 15 0 200 250 300 350 400 450 500 eMcn (mm) 5 .1 5 .1 5.2 5.2 5.2 5.3 5.3 5.6 5.6 5.8 5.9 1. 0 2 .1 3 .1 4.0 4 .1 4.0 3.8 2.8 1. 6 eGiữa (mm) 0.4 1. 7 3.0 3 .1 3.2 3.2 2.5 1. 0 0.4 0.0 3.9