so_4_2014_25_ngo_hung_833

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI TRONG KẾT CẤU TÀU THÉP THE ASSESSMENT EFFECTS ON SUBMERGED - ARC WELDING MODES TO THE STRENGTH OF BUTTED PLATE IN STEEL SHIP Ngô Hùng1, Huỳnh Văn Vũ2 Ngày nhận bài: 18/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 06/5/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014 TĨM TẮT Bài báo cơng bố kết nghiên cứu ảnh hưởng việc lựa chọn chế độ hàn tự động lớp thuốc (chỉ xét ba thông số cường độ dòng điện I, điện áp hàn U vận tốc hàn V) đến độ bền mối hàn kết cấu giáp mối tàu thép Thông qua kết kiểm tra độ bền 21 loạt mẫu thí nghiệm mối hàn giáp mối theo quy định Quy phạm TCVN 6259-6:2010 với chế độ hàn khác tính tốn lý thuyết, kết luận chế độ hàn với cường độ dòng điện I = 1000(A), điện áp U = 35(V) vận tốc hàn V = 27(m/h) cho kết tốt Từ khóa: chế độ hàn, hàn tự động lớp thuốc, thông số hàn ABSTRACT This paper performs the result of effects on submerged-arc welding modes (including three parameters: amperage welding I, voltage welding U and velocity welding V) to the strength of butted plate in steel ship Through the strength testing of specimens according to the rule TCVN 6259-6:2010, the 21 experiment specimens conducted by submerged-arc welding with some different modes, it concludes that the welding mode (amperage welding I = 1000(A), voltage welding U = 35(V) and velocity welding V = 27(m/h)) is the best Keywords: welding mode, submerged-arc welding, welding parameters I ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ hàn lĩnh vực phức tạp, cần phải có phối hợp lĩnh vực khoa học khác như: Vật lý, hóa học, luyện kim, khí, tự động hóa, kỹ thuật điện điện tử Chính chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan, chủ quan chế tạo sản phẩm phương pháp hàn Trong phương pháp hàn khác nhau, yếu tố công nghệ có ảnh hưởng khác Cơng nghệ hàn hồ quang lớp thuốc hay gọi hàn hồ quang chìm SAW phương pháp hàn dây điện cực nóng chảy lớp thuốc bảo vệ sử dụng nước có cơng nghiệp phát triển [1] Công nghệ hàn hồ quang lớp thuốc (SAW) ứng dụng rộng rải nước phát triển [2, 6] Tuy nhiên Việt Nam nói chung nhà máy đóng tàu nói riêng đặc biệt sở dạy nghề, cơng nghệ tỉnh Khánh Hịa trọng, bước đầu có tính thăm dị, chưa hình thành quy trình ổn định phát triển mạnh Vì phương pháp hàn hồ quang tự động lớp thuốc phát triển mạnh ngành cơng nghiệp đóng tàu nước phát triển Việc lựa chọn chế độ hàn trước chủ yếu dựa theo yêu cầu nhà sản xuất chí kinh nghiệm du nhập từ nước có đóng tàu phát triển cá biệt có trường hợp khơng coi trọng Điều rõ ràng chưa phù hợp với điều kiện môi trường, người, thiết bị,… Việt Nam ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm Sau thời gian tham gia trực tiếp sản xuất, đào tạo công nhân hàn qua đặt hàng sở đóng tàu việc cung cấp nguồn nhân lực vấn đề qua tìm hiểu nghiên cứu trước, Ngô Hùng: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2011 - Trường Đại học Nha Trang TS Huỳnh Văn Vũ: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản nhận thấy việc lựa chọn chế độ hàn hợp lý nhằm đảm bảo chất lượng mối hàn chưa đặt quan tâm cách mức Đặc biệt trường hợp hàn có yêu cầu chất lượng cao hàn kết cấu tàu thép Chính việc nghiên cứu ảnh hưởng thơng số công nghệ đến chất lượng, tạo dáng mối hàn trình hàn việc làm cần thiết cấp bách Dựa tài liệu có nước nước ngoài, hãng thiết bị hàn giới thu thập tập hợp thơng số tối ưu lý thuyết, từ thực nghiệm nghiên cứu mẫu tác giả tiến hành lựa chọn thông số thực nghiệm cho phù hợp với điều kiện Việt Nam Trong trình hàn khảo sát yếu tố yếu tố khác giữ nguyên Từ cho yếu tố đầu ra: hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn biến dạng hàn Hình Quy cách hàn thử nghiệm Phương pháp hàn hồ quang tự động lớp thuốc SAW, với máy hàn hiệu KOBELCO, số hiệu DW-S43G Việt Nam sản xuất, dây hàn thép cacbon AWS-A5.17-EH14 đường kính F4.0mm, thuốc bảo vệ AN-348-A Nga sản xuất Quá trình hàn thử nghiệm tiến hành xưởng Cơ khí Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa, kiểm tra độ bền uốn, kéo kim loại Hình Biểu đồ lực kéo – giãn dài thép 150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 4/2014 Dựa kết thí nghiệm đánh giá thơng số hàn thay đổi hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn biến dạng hàn thay đổi nào, dẫn đến tính chúng bị tác động Từ đến kết luận việc lựa chọn thông số công nghệ hàn hồ quang lớp thuốc SAW cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối hàn tốt áp dụng đào tạo sản xuất Việt Nam II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu ảnh hưởng ba thơng số cường độ dịng điện hàn I(A), điện áp hàn U(V), tốc độ hàn V(m/h) đến chất lượng mối hàn giáp mối kết cấu tàu thép theo quy định Quy phạm TCVN 6259-6:2010 (hình 1) [7] Hình Vị trí cắt mẫu kiểm tra độ bền mẫu thử mối hàn phịng thí nghiệm tính Viện Chế tạo tàu thủy - Trường Đại học Nha Trang Tấm phôi thép nguyên liệu AH-36 xác định độ bền kéo hình (ứng suất kéo lớn σU= 545 kN/mm2, ứng suất chảy σY= 366 kN/mm2, độ giãn dài Dl = 26.7%) độ bền uốn hình (lực uốn lớn Fm=56.59 kN) Hình Biểu đồ lực uốn – giãn dài thép Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014 khả tài cho phép việc kiểm tra tất Phương pháp nghiên cứu mẫu tốt nhất, nhiên chọn Chọn chế độ hàn ứng với thép AH-36 có chiều phơi hàn tốt theo kiểm tra sơ chất dày 16mm, đặt tên loạt mẫu X1 có thơng số lượng bên để giảm bớt thời gian, kinh tế, cụ thể I = 1000(A), U = 35(V), V = 27(m/h) [1, 3] công sức thực nghiệm thỏa mãn điều kiện Sau thay đổi giá trị ba thông số cách quy hoạch thực nghiệm tăng lên giảm 20% so với giá trị tiêu chuẩn Phôi sau lựa chọn cắt thành mẫu trên, đặt tên từ loạt mẫu X2 đến X7 Lần lượt thử tiêu chuẩn theo vị trí quy định hình giá trị thơng số tương ứng với nhóm để xác định thông số độ bền ứng suất kéo mẫu hàn thực nghiệm trình bày bảng lớn nhất, ứng suất chảy, lực uốn lớn nhất, biến dạng Với loạt mẫu Xi tiến hành hàn phơi (Mj, Mj+1, dài, … Chẳng hạn hình ảnh phôi lựa chọn để thử Mj+2) vào thời điểm khác nhau, sau lựa chọn nghiệm loạt mẫu X1 (để đơn giản gọi mẫu X1) phôi có hình dạng tốt đem phân tích đánh giá Tất nhiên điều kiện thời gian thí nghiệm hình Bảng Chế độ hàn 21 mẫu thử nghiệm TT I (A) U (V) V (m/h) 1000 35 27 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1200 35 27 800 35 27 1000 42 27 1000 28 27 1000 35 32.4 1000 35 21.6 Tên mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 Loạt mẫu X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Hình Phơi lựa chọn để thử nghiệm loạt mẫu X1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 151 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 Kết thử nghiệm độ bền mẫu X1 so với giá trị thép bảng Rõ ràng giá trị độ bền mối hàn mẫu X1 tốt vật liệu bản, điều chứng tỏ chế độ hàn mẫu X1 đạt yêu cầu Bảng So sánh giá trị độ bền mẫu X1 với kim loại Đại lượng Ứng suất kéo (MPa) Lực uốn (kN) Ứng suất chảy (MPa) Độ giãn dài (%) Mẫu kim loại (KLCB) 545 56.59 366 26.7 Mẫu thử X1 (MT) 540 56.50 360 28.4 Tên III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Sau thực xác định thông số độ bền từ mẫu thử cắt từ phôi lựa chọn loạt mẫu X1 đến X7 nêu trên, kết thực nghiệm tổng hợp bảng sau: Bảng Tổng hợp kết độ bền mẫu thí nghiệm Loạt mẫu X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 r (mm) Chiều rộng mối hàn 30 35 25 40 25 23 35 h (mm) Chiều cao mối hàn 3 1.5 5 4.5 σU (kN/mm2) Ứng suất kéo lớn 540 532 435 532 435 532 465 σY (kN/mm2) Ứng suất chảy 360 355 303 355 303 355 303 Fm (kN) Lực uốn 56.50 45.75 28.63 52.92 45.75 45.75 52.92 ∆l (%) Độ giãn dài 28.4 26.7 27.5 26.7 27.5 26.7 27.5 I (A) Cường độ dòng điện 1000 1200 800 1000 1000 1000 1000 U (V) Điện áp hàn 35 35 35 42 28 35 35 V (m/h) Vận tốc hàn 27 27 27 27 27 32.4 21.6 Từ kết bảng 3, so với giá trị độ bền ứng với mẫu X2 đến X7 không đạt yêu cầu vật liệu (σU= 545 kN/mm2, σY= 366kN/mm2, Ngoài ra, từ bảng 3, biểu diễn mối tương ∆l = 26.7%, Fm= 56.59 kN), nhận thấy độ quan thông số U, I, V với thơng số hình bền vị trí mối hàn mẫu từ X2 đến X7 học r, h, ∆l mẫu lựa chọn đồ thị hình nhỏ Điều chứng tỏ chế độ hàn tương thông số độ bền σU, σY, Fm đồ thị hình 152 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 Hình Mối tương quan U, V với thơng số hình học r, h, ∆l Qua đồ thị hình 7, nhận thấy rằng: - Mẫu X1 có độ giãn dài lớn nhất, chứng tỏ độ dẻo dai mẫu thử tốt - Khi tăng điện áp hàn U chiều rộng mối hàn r tăng theo, chiều cao mối hàn h giảm (mẫu X4) ngược lại (mẫu X5) - Khi tăng vận tốc hàn V chiều rộng mối hàn r giảm (mẫu X6) ngược lại (mẫu X7) Hình Mối tương quan U, I, V với thông số độ bền σU, σY, Fm Qua đồ thị hình 6, nhận thấy rằng: IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Mẫu X1 có độ bền lớn Kết luận - Khi tăng điện áp hàn U tốc độ hàn V Như vậy, qua tính tốn lý thuyết để xác định độ bền mối hàn tăng lên (mẫu X4, X6) ngược lại thơng số chế độ hàn tiêu chuẩn, sau dùng (mẫu X5, X7), nhiên không đạt độ bền thực nghiệm để hàn loạt phôi mẫu cách mẫu X1 thay đổi thông số có phạm vi 20%, TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 153 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản nhận thấy chế độ hàn hợp lý mẫu X1, hay với loại thép đóng tàu AH-36 có kích thước bề dày t = 16 (mm) chọn thơng số chế độ hàn là: + Cường độ dòng điện I = 1000(A); + Điện áp hàn U = 35(V); + Vận tốc hàn V = 27(m/h) Rõ ràng so với số liệu chế độ hàn cung cấp nhà sản xuất quy định Đăng kiểm miền hay khoảng giá trị đó, tác giả xác định thông số cụ thể chế độ hàn tối ưu ứng với điều kiện cụ thể trường Trung Cấp Nghề Ninh Hòa điều kiện sản xuất Nhà máy Tàu biển Hyundai – Vinashin Kiến nghị Sau nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, khảo sát thực tế Nhà máy tàu biển Hyundai - Vinashin q trình đào tạo cơng nhân hàn Trường Trung cấp Nghề Ninh Hòa việc ứng dụng quy trình hàn tự động lớp thuốc, có số lưu ý sau: - Khi sử dụng máy hàn cần phải thử đối chiếu với thông số nhà sản xuất quy định - Nguồn điện hàn phải dùng chỉnh lưu điện áp chiều DC không đổi Số 4/2014 - Về chế độ hàn, phải chọn thông số tối ưu mật độ dòng điện đơn vị diện tích dây điện cực với thép bon 900(A/mm2) - Điện áp hồ quang hàn không đổi nằm dải cho phép từ (34 -36)V - Vận tốc hàn tối ưu 27m/h - Tầm với điện cực chọn 105 mm - Dùng thuốc hàn nóng chảy phải sấy 9300C Về phương pháp chuẩn bị mối hàn, cần phải tuân thủ theo quy tắc sau: - Khe hở chi tiết phải đảm bảo nhỏ suốt chiều dài đường hàn - Cắt vát cạnh mép hàn phải mỏ cắt máy cắt khí - Hai bên chiều rộng mối hàn 25 - 25mm phải làm khô làm sơn, dầu mỡ tạp chất khác - Hàn đính phải dùng que hàn tốt hàn MIG/ MAG chất lượng cao, chiều dài hàn đính 65mm, khoảng cách đoạn hàn đính khơng xa q 500mm, đầu cuối đường hàn đính phải hàn phụ: phụ đầu đường hàn dài 150mm, phụ cuối đường hàn dài 90mm, chiều rộng phụ 100mm - Đối với mối ghép hàn đấu mí có chiều dày lớn 15mm cần phải dùng kỹ thuật lót TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Thông, 2000 Vật liệu công nghệ hàn NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Structural welding code-steel AWS D1.1/D1.1M:2004 American welding Socciety 550N.W LeJeune Road, Mimami, Florida 33126 Gas Metal Arc Welding Guidelines Editor:JeffNadzam, senior Application Engineer Request E205Sefety 2345Murphy Blvd, Gainesville, Georgia 30504U.S.A Phone: 1-800-241-0804 Fax(770)535-0544 WebSite:www.Harriscal.com.Booklet:www Lincolnelectric.com/pdfs/products/literature/e205.pdf Leonard P.connor, 2009 Welding Handbook Vol.1,2,3 Americal Welding Society Miami Dupont J.N and Marder, 2005 The Efficiency of ARC Welding Procecces, Welding journal December ESAB: 2011 Repair and Maintenace Welding Handbook GOTEBORGS SWEDEN Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6259-6:2010, Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép, Phần 6: HÀN Hà Nội 154 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG