i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ LÊ VĂN THOÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HÀ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ LÊ VĂN THỒI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HÀN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn Hà Nội - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 01 năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hoàng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Hoàng Văn Châu, TS Nguyễn Hà Tuấn tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Viện nghiên cứu Cơ khí, lãnh đạo, chuyên viên Thầy Trung tâm đào tạo sau đại học Viện, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại học SPKT Hưng n có hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện thời gian qúa trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, Khoa Cơ khí đồng nghiệp đóng góp ý kiến, hỗ trợ tơi trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn công ty chế tạo kết cấu thép địa bàn tỉnh Hưng Yên cán kỹ thuật công ty giúp đỡ tạo điều kiện cho tham quan tìm hiểu thực tế kết cấu thép chế tạo hàn để phục vụ việc nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa Cơ khí -Trường Cao đẳng nghề Việt Xơ giúp đỡ trang thiết bị thí nghiệm q trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể gia đình, bạn bè, người chia sẻ, động viên, giúp đỡ tơi học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ xiv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu luận án 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án 2 Phương pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 3 5.1 Ý nghĩa khoa học 3 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: .4 Các điểm luận án 4 Kết cấu luận án 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 5 1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới 5 1.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng cơng nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung chế tạo khí Việt Nam 13 Kết luận chương 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 18 2.1 Khái quát công nghệ hàn lớp thuốc (SAW) 18 2.1.1 Nguyên lý, đặc điểm, phạm vi ứng dụng 18 2.1.2 Thiết bị vật liệu hàn 19 2.1.2.1.Thiết bị hàn 19 2.1.2.2 Vật liệu hàn [13,39,44] 22 2.1.3 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ .24 2.1.4 Ảnh hưởng thông số công nghệ 25 iv 2.1.4.1 Ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn 26 2.1.4.2 Ảnh hưởng điện áp hồ quang 26 2.1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ hàn .27 2.1.4.4 Ảnh hưởng đường kính điện cực 27 2.1.5 Xác định thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc (SAW) .28 2.1.5.1 Thông số công nghệ hàn liên kết giáp mối .28 2.1.5.2 Thông số công nghệ mối hàn góc .32 2.1.6 Quá trình luyên kim hàn lớp thuốc .35 2.1.6.1 Tác dụng hydro với kim loại mối hàn 35 2.1.6.2 Tác dụng oxy với kim loại mối hàn 40 2.1.6.3 Tác động kim loại mối hàn với xỉ hàn .42 2.2 Hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung .43 2.2.1 Nguyên lý đặc điểm 43 2.2.2 Sự khác biệt so với hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường 44 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nóng chảy hàn 45 2.2.3.1 Bố trí dây hàn cấp kim loại bổ sung 45 2.2.3.2 Ảnh hưởng chế độ công nghệ hàn 47 2.3 Xác định thông số công nghệ SAW có kim loại bổ sung để thực nghiệm 47 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 50 3.1 Mơ hình thí nghiệm 50 3.2 Thiết bị, vật liệu thực nghiệm .50 3.2.1 Thiết bị thực nghiệm 50 3.2.2 Vật liệu 51 3.2.2.1 Vật liệu làm mẫu 51 3.2.2.2 Vật liệu hàn .53 3.3 Điều kiện thí nghiệm 55 3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 58 3.4.1 Tổng quan phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 58 3.4.2 Phân tích phương sai ANOVA 61 3.4.3 Tối ưu nhiều mục tiêu tiêu đánh giá tổng thể (OEC) .62 3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn .68 3.5.1 Các bước tiến hành hàn mẫu .68 3.5.2 Phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn 69 v 3.5.3 Các thiết bị kiểm tra .72 Kết luận chương 73 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 75 4.1 Hình dạng kích thước mối hàn .75 4.2 Tổ chưc tế vi liên kết hàn mẫu .79 4.3 Kết phân tích thành phần hóa học mối hàn 83 4.4 Kết kiểm tra tính mối hàn 85 4.4.1 Độ bền kéo, độ dẻo kim loại mối hàn 85 4.4.2 Độ dai va đập kim loại mối hàn 88 4.4.3 Độ cứng kim loại mối hàn 89 4.4.4 Độ bền uốn kim loại mối hàn 90 4.5 Về suất hàn 90 4.6 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ hàn đến tính mối hàn 91 4.6.1 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh, N) tới độ bền kéo mối hàn 92 4.6.1.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ bền kéo mối hàn 92 4.6.1.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ bền kéo mối hàn 95 4.6.1.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih,Vh,N tới độ bền kéo mối hàn 96 4.6.2 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh,N) tới độ cứng kim loại mối hàn 100 4.6.2.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 100 4.6.2.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ cứng kim loại mối hàn 102 4.6.2.3 Xây dựng quan hệ toán học thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 103 4.6.3 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ 105 4.6.3.1 xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn .105 4.6.3.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ dai va đập mối hàn 108 4.6.3.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn 108 vi 4.7 Xác định mức thông số công nghệ .112 Kết luận chương 116 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 126 PHỤ LỤC 127 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Nội dung viết tắt ASTM (American Society for Testing and Materials) – Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ AWS (American Welding Society) - Hiệp hội hàn Mỹ aK Độ dai va đập b Chiều rộng mối hàn c Chiều cao mối hàn c’ Chiều cao mối hàn liên kết hàn vát mép CF Hệ số điều chỉnh yếu tố CH2O Nồng độ nước hòa tan CPO (Contour Plot Optimization) – Tối ưu theo biểu đồ đường bao d Đường kính dây hàn F Ferit Fđ Tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn fT Bậc tự thực nghiệm fj Bậc tự yếu tố fIh Bậc tự yếu tố dòng hàn fVh Bậc tự yếu tố tốc độ hàn fN FCAW Bậc tự yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp GMAW (Gas Metal Arc Welding) - Hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) - Hàn hồ quang điện cực vonfram khí (Flux Core Arc Welding) - Hàn hồ quang dây lõi thuốc bảo vệ GLS (Generalized Least Squares Regression) Hồi quy bình phương nhỏ Gđ Khối lượng kim loại đắp GĐKL Khối lượng kim loại bổ sung đắp vào mối hàn GĐD Khối lượng kim loại đắp từ dây vào mối hàn Gij Là giá trị đo thử nghiệm thứ i ứng với tiêu chí thứ j Gminj Giá trị nhỏ đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j viii Gmaxj HAZ Giá trị lớn đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j Vùng ảnh hưởng nhiệt h1 Chiều sâu chảy hàn phía thứ [H] Độ hòa tan Hyđro kim loại HV10 Độ cứng mối hàn Ih Cường độ dòng điện hàn J Mật độ dòng điện Ji Là tổng kết yếu tố j mức i kh Hệ số tỷ lệ Ln Mảng trực giao Me Kim loại Mđ Khối lượng kim loại đắp mối hàn MSDi Độ lệch bình phương trung bình thử nghiệm thứ i MKC.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn MKC.HV Mẫu kiểm chứng độ cứng mối hàn MKC.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn MKCĐ.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.HV Mẫu kiểm chứng Độ cứng kim loại mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu mĐB Khối lượng kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn mĐD Khối lượng kim loại đắp mối hàn từ dây m Trung bình tỷ số nhiễu mji Trung bình tỷ số tín hiệu/nhiễu ứng với mức yêu tố [Mn] (MnO)th MVR Hàm lượng mangan hòa tan kim loại lỏng Hàm lượng oxit mangan thuốc hàn (Multivariate Regression) – Hồi quy nhiều biến N Tỷ lệ kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn n Tổng số thí nghiệm thực nji Là số thử nghiệm yếu tố j mức i OEC (Overall Evaluation Criteria) - Chỉ số đánh giá tổng thể OECi Chỉ số đánh giá tổng thể với điều kiện thử nghiệm thứ i ix OECBj1 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng lớn tốt OECNj2 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng bình thường tốt OECSj3 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng nhỏ tốt [O] Hàm lương oxy kim loại lỏng PH Áp suất riêng phần hyđro nguyên tử pha khí PH2 Áp suất riêng phần hyđro phân tử pha khí PH2O Áp suất riêng phần nước pha khí PJ Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tới hàm mục tiêu PIh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố dòng điện hàn tới hàm mục tiêu PVh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tốc độ hàn tới hàm mục tiêu PN Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ KL bổ sung tới hàm mục tiêu pWPS q (Priliminary Welding procedure Specification)- Quy trình hàn sơ qđ SAW Cơng suất nhiệt hiệu dụng hồ quang Năng lượng đường (Submerged Arc Welding)- Hàn tự động lớp thuốc SJ Tổng bình phương yếu tố SIh Tổng bình phương yếu tố cường độ dịng hàn SVh Tổng bình phương yếu tố tốc độ hàn SN ST Tổng bình phương yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp Tính tổng bình phương S/N Tỷ số tín hiệu nhiễu T Tổng kết thí nghiệm TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Uh Điện áp hàn Vh Tốc độ hàn Vd Tốc độ cấp dây hàn VJ Bình phương trung bình (phương sai) yếu tố VIh Bình phương trung bình yếu tố cường độ dịng hàn VVh Bình phương trung bình yếu tố tốc độ hàn x VN Bình phương trung bình yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung WJ Là trọng số tương đối tiêu chí thứ j y Giá trị trung bình tất lần đo yi Giá trị đo thí nghiệm thứ i Yopt Giá trị tối ưu Yddk Là giá trị đáp ứng dự đốn tiêu chí k ứng với mức tối ưu yêu tố tìm thơng qua số đánh giá tổng thể OEC n Hệ số ngấu mối hàn mh Hệ số hình dạng mối hàn đ Hệ số đắp Mật độ b Giới hạn bền kéo t Giới hạn chảy s Độ dãn dài tương đối xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Hệ số tỷ lệ kh 29 Bảng 2-2 Mật độ dòng điện phụ thuộc đường kính dây hàn 29 Bảng 2-3 Sự phụ thuộc số A vào đường kính dây hàn 30 Bảng 2-4 Sự phụ thuộc số mật độ dòng điện dây hàn 32 Bảng 2-5 Hàm lượng hydro thoát phụ thuộc vào lượng gỉ sắt 36 Bảng 3-1 Thành phần hóa học thép (%) 53 Bảng 3-2 Cơ tính thép 53 Bảng 3-3 Thành phần hóa học thuốc hàn HJ431 53 Bảng 3-4 Thành phần hóa học dây hàn AWS.17.EL12 54 Bảng 3-5 Cơ tính kim loại đắp dây AWS.17.EL12 54 Bảng 3-6 Một số kim loại bổ sung dùng ứng dụng 54 Bảng 3-7 Đặc tính kỹ thuật bột kim loại bổ sung 54 Bảng 3-8 Giá trị thơng số cơng nghệ thí nghiệm hàn mẫu 58 Bảng 3-9 Phương án thực nghiệm thay giá trị mức thông số .59 Bảng 3-10 Các đặc trưng chất lượng theo Taguchi 60 Bảng 3-11 Thơng số thí nghiệm hàn mẫu 68 Bảng 4-1 Kích thước mối hàn mẫu thực nghiệm 76 Bảng 4-2 Độ rộng HAZ liên kết hàn mẫu .79 Bảng 4-3 Ảnh chụp tổ chức tế vi mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết hàn mẫu .80 Bảng 4-4 Kết đo cấp hạt tổ chức tế vi mối hàn 83 Bảng 4-5 Thành phần hóa học mối hàn mẫu sau kiểm tra 84 Bảng 4-6 Tóm tắt kết kiểm tra độ bền kéo, độ dẻo kim loại mối hàn 86 Bảng 4-7 Tóm tắt kết kiểm tra độ dai va đập 88 Bảng 4-8 Kết kiểm tra độ cứng mối hàn 89 Bảng 4-9 Tóm tắt kết kiểm tra uốn mối hàn 90 Bảng 4-10 Đánh giá suất trình hàn .91 Bảng 4-11 Các mức giá trị tương ứng yếu tố ảnh hưởng 92 Bảng 4-12 Các điều kiện thử nghiệm, kết đo tỷ lệ S/N 93 Bảng 4-13 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ bền kéo mối hàn 93 Bảng 4-14 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ bền kéo mối hàn 95 xii Bảng 4-15 Kết đo Độ cứng kim loại mối hàn tỷ lệ S/N 100 Bảng 4-16 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ cứng kim loại mối hàn .101 Bảng 4-17 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ cứng mối hàn 103 Bảng 4-18 Các phương án thí nghiệm, kết đo độ dai va đập tỷ lệ S/N 106 Bảng 4.19 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ dai va đập mối hàn 106 Bảng 4-20 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn 108 Bảng 4-21 Kết giá trị tiêu tính mối hàn theo dạng hàm hồi quy 110 Bảng 4-22 Kết S/N tổng phương sai ứng với hàm hồi quy cho tiêu tính mối hàn 111 Bảng 4-23 Các thông số đầu vào kết OEC cho thí nghiệm 112 Bảng 4-24 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới OEC .113 Bảng 4-25 Kết dự đoán tiêu chí riêng lẻ ứng với mức tối ưu thơng số tính theo OEC 115 Bảng 4-26 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng 116 xiii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Ngun lý hàn tự động lớp thuốc 18 Hình 2.2 Một số nguồn hàn tự động .20 Hình 2.3 Đầu hàn tự động tiêu biểu .21 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn 22 Hình 2.5 Ảnh hưởng góc nghiêng dây hàn, vật hàn 25 đến hình dạng kích thước mối hàn 25 Hình 2.6 Ảnh hưởng cường độ dịng hàn đến hình dạng kích thước mối hàn .26 Hình 2.7 Ảnh hưởng điện áp hàn đến hình dạng kích thước mối hàn 27 Hình 2.8 Ảnh hưởng tốc độ hàn đến hình dạng kích thước mối hàn .27 Hình 2.9 Ảnh hưởng đường kính điện cực đến hình dạng kích thước mối hàn 28 Hình 2.10 Liên kết hàn giáp mối hàn hai phía khơng khe hở .28 Hình 2.11 Liên kết hàn giáp mối vát mép, có khe hở hàn hai phía .31 Hình 2.12 Kích thước mối hàn góc khơng vát mép, hàn lớp .32 Hình 2.13 Sơ đồ tính tốn chiều cao tồn kim loại đắp hàn nhiều lớp .34 Hình 2.14 Hàm lượng hydro kim loại mối hàn phụ thuộc hàm lượng thuốc hàn 37 Hình 2.15 Độ hịa tan hydro sắt phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất riêng phần pha khí kim loại PH2= 0,1 MPa 37 Hình 2.16 Độ hòa tan hydro sắt phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất riêng phần PH2 khác pha khí 38 Hình 2.17 sơ đồ hàn hồ quang thuốc có kim loại bổ sung 44 Hình 2.18 Kim loại bổ sung cấp trước dây, thuốc hàn; .46 Hình 2.19 Kim loại bổ sung cấp thơng qua ống gắn kết điện cực 46 Hình 2.20 Kim loại bổ sung cấp cho khu vực hàn song song với dây hàn 47 Hình 3.1 Mơ hình thí nghiệm .50 Hình 3.2 Thiết bị hàn LINCOLN IDEALARC DC600 51 Hình 3.3 Nguyên lý thiết bị cấp kim loại bổ sung: 51 Hình 3.4 Thiết bị hàn tự động SAW với kim loại bổ sung để thực nghiệm .51 Hình 3.5 Kết cấu liên kết hàn mẫu thực nghiệm 55 Hình 3.6 Các liên kết hàn thí nghiệm 56 xiv Hình 3.7 Thực nghiệm hàn mẫu 69 Hình 3.8 Q trình gia cơng mẫu: a) cưa mẫu; b)mài, đánh bóng mẫu 70 Hình 3.9 Các mẫu kiểm tra tổ chức thơ đại, tế vi liên kết; 70 Hình 3.10 Mẫu kiểm tra tính 71 Hình 3.11 Mẫu kiểm tra độ dai va đập mối hàn 72 Hình 3.12 Các thiết bị kiểm tra đánh giá liên kết hàn 73 Hình 4.1 Ảnh mối hàn sau thực nghiệm hàn 75 Hình 4.2 Ảnh tổ chức thơ đại liên kết hàn mẫu .77 Hình 4.3 Đồ thị kiểm tra độ bền kéo mẫu hàn .86 Hình 4.4 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ bền kéo mối hàn 94 Hình 4.5 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N 95 tới độ bền kéo mối hàn 95 Hình 4.6 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào thông số hàn 97 mức tối ưu dạng tuyến tính 2D 97 Hình 4.7 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào thông số hàn 98 mức tối ưu dạng tuyến tính 3D 98 Hình 4.8 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào thông số Ih,Vh, N .99 mức tối ưu dạng phi tuyến 2D 99 Hình 4.9 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào thông số Ih,Vh ,N .99 mức tối ưu dạng phi tuyến 3D 99 Hình 4.10 So sánh kết nội suy theo hai dạng hàm lũy thừa tuyến tính 99 Hình 4.11 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ cứng kim loại mối hàn .102 Hình 4.12 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N .102 tới độ cứng kim loại mối hàn .102 Hình 4.13 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh ,N 103 mức tối ưu dạng tuyến tính 2D 103 Hình 4.14 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh, N 104 mức tối ưu dạng phi tuyến 2D 104 Hình 4.15 So sánh quan hệ tuyến tính phi tuyến độ cứng kim loại mối hàn phụ thuộc vào thông số N, Vh, Ih (2D) 104 Hình 4.16 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh, N mức tối ưu dạng hàm tuyến tính 3D .105 xv Hình 4.17 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh, N 105 mức tối ưu dạng hàm phi tuyến 3D .105 Hình 4.18 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ dai va đập mối hàn 107 Hình 4.19 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N tới độ dai va đập mối hàn 107 Hình 4.20 Sự phụ thuộc dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng tuyến tính, phi tuyến 2D 109 Hình 4.21 Sự phụ thuộc độ dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng tuyến tính 3D 109 Hình 4.22 Sự phụ thuộc độ dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng phi tuyến 3D 109 Hình 4.23 Biểu đồ phân mức yếu tố Ih, Vh, N cho số đánh giá tổng thể OEC .114 Hình 4.24 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih,Vh Ntới số đánh giá tổng thể OEC 114 xvi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cơng nghệ hàn công nghệ ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp, cho phép chế tạo kết cấu hợp lý tất chủng loại vật liệu kim loại hợp kim thực tế ứng dụng với kích thước Hiện có 70 phương pháp hàn có liên quan đến hàn biết đến ứng dụng thực tế sản xuất công nghiệp Nước ta công nghiệp phát triển chậm so với giới song có nhiều cơng nghệ hàn suất, chất lượng cao SAW, GTAW, PLASMA ứng dụng vào sản xuất chế tạo sản phẩm ngành khí nhằm đáp ứng nhu cầu ngày phát triển công nghiệp nước nhà Do phát triển mạnh mẽ toàn diện lĩnh vực hàn mà hầu hết loại thép sử dụng chế tạo sản phẩm hàn khác nhau, song sử dụng chủ yếu thép bon thấp, trung bình thép hợp kim thấp Đặc biệt thép bon thấp sử dụng với khối lượng lớn để chế tạo kết cấu khung thép, loại dầm, dàn, trụ, bể chứa, cơng nghiệp đóng tầu để phục vụ cho việc xây dựng nhà xưởng, tổ hợp cơng nghiệp lượng, hố chất, luyện kim, khai thác chế biến dầu khí, giao thơng vận tải Thép hợp kim thấp có tính tốt giá thành cao nhiều so với thép bon nên khối lượng sử dụng chế tạo kết cấu hàn nhiều so với thép bon thấp, chúng chủ yếu sử dụng để chế tạo kết cấu chịu tải lớn, áp lực cao môi trường làm việc khác thép bon kết cấu nồi hơi, bình ngưng, hệ thống chịu áp lực cao kết cấu máy chế tạo cơng nghệ hàn Ngồi việc chế tạo kết cấu đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế khác nhau, cơng nghệ hàn cịn hiệu tạo phơi chế tạo máy cho phép tạo phôi tiết kiệm so với công nghệ đúc Ở nước tiên tiến, tất cấu kiện thân máy như: máy xúc, máy ủi, máy dập, xe vận tải lớn, tàu thuỷ vận tải, máy cơng cụ gia cơng khí v.v thực công nghệ cắt hàn tự động có điều khiển theo chương trình, định hướng quan trọng cho phát triển công nghệ hàn nước nước ta Với mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội đến năm 2030 nước ta trở thành nước công nghiệp đại dẫn tới phát triển không ngừng ngành công nghiệp khí chế tạo máy, nhu cầu chế tạo kết cấu thép sản phẩm hàn vô lớn để đáp ứng yêu cầu xây dựng sở hạ tầng cơng nghiệp đại Vì việc đầu tư nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ hàn tiên tiến suất cao, chất lượng tốt vào thực tế sản xuất cần thiết Trong cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc với hạt kim loại bổ sung có vai trị quan trọng việc hàn chi tiết dày từ thép bon, thép hợp kim thấp công nghệ hàn tiên tiến giới Tuy nhiên nước ta cơng nghệ cịn chưa áp dụng rộng rãi sản xuất Nguyên nhân thiếu cơng trình nghiên cứu chất tối ưu hố chế độ cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc với hạt kim loại bổ sung, thiếu điều kiện sở vật liệu, thiết bị, chưa thiết lập xây dựng quy trình cơng nghệ tiêu chuẩn để áp dụng vào sản xuất Vì vậy, việc triển khai nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn” cần thiết nước ta Mục tiêu nghiên cứu luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ hàn tỷ lệ hạt kim loại bổ sung vào kim loại đắp đến chất lượng mối hàn thép cacbon - Xây dựng hàm toán học biểu diễn quan hệ tiêu tính với thơng số cơng nghệ hàn gồm: cường độ dịng hàn Ih (A), tốc độ hàn Vh (m/h), tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp N (%) hồi quy thực nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án + Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu chất lượng mối hàn thép cacbon giáp mối phía vát mép chữ V hàn cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc với thép bon thấp (SS400), dạng có chiều dày 18 mm với liên kết hàn giáp mối vát mép chữ V, hàn phía với thuốc hàn HJ431và hạt kim loại bổ sung hãng HOGANAS Đánh giá mẫu hàn tổ chức thô đại, tổ chức tế vi tiêu tính mối hàn, từ kết tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng thơng số dịng hàn Ih, tốc độ hàn Vh, tỷ lệ hạt kim loại N tới chất lượng liên kết hàn Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm + Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích tổng hợp sở lý thuyết công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung có tham khảo nghiên cứu liên quan + Nghiên cứu thực nghiệm: - Xây dựng mơ hình thực nghiệm sở phân tích yếu tố đầu vào mục tiêu đầu trình hàn Tính tốn xác định mức thơng số tổ hợp phương án thực thí nghiệm theo phương pháp Taguchi - Đo tiêu tính, hình thái liên kết hàn, sử dụng phân tích phương sai ANOVA hồi quy nhiều biến để đánh giá kết nghiên cứu theo mục tiêu đặt - Thực nghiệm kiểm chứng để xác nhận hiệu quả, độ tin cậy phương pháp, số liệu thực nghiệm mơ hình hồi quy, từ làm sở ứng dụng kết nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Biểu diễn quan hệ thông số cơng nghệ q trình hàn gồm Ih,Vh, N với tiêu tính mối hàn dạng hàm toán học, làm sở để xây dựng quy trình hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Chỉ ảnh hưởng thơng số cơng nghệ hàn chính, tỷ lệ hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn như: hình dạng kích thước mối hàn, cấu trúc tế vi liên kết hàn, tính mối hàn suất trình hàn - Cung cấp hướng tiếp cận đơn giản để xác định miền tối ưu đồng thời nhiều tiêu chí chất lượng liên kết hàn - Phân tích phương sai để xác định kết hợp thông số Ih, Vh, N nhằm đạt tiêu tính cao miền khảo sát định lượng tỷ lệ ảnh hưởng thơng số tới tiêu tính mối hàn - Sử dụng công cụ hồi quy bình phương tối thiểu để thiết lập quan hệ tốn học Ih, Vh, N với tiêu tính mối hàn, từ phân tích xu ảnh hưởng chúng, làm sở để lập thơng số q trình hàn 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Đề xuất thông số công nghệ hợp lý công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung để hàn kết cấu từ thép bon nhằm đạt chất lượng mối hàn tốt - Kết nghiên cứu luận án làm sở ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung để chế tạo sản phẩm hàn Các điểm luận án - Ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung vào chế tạo sản phẩm khí - So sánh cấu trúc tế vi liên kết hàn hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường làm sở cho việc đánh giá chất lượng mối hàn - Xây dựng hàm hồi quy thể mối quan hệ ảnh hưởng đồng thời thông số Ih, Vh, N đến hàm mục tiêu tiêu tính mối hàn - Sử dụng số đánh giá tổng thể OEC để tìm mức phù hợp thông số công nghệ đáp ứng đồng thời nhiều mục tiêu tính mối hàn Kết cấu luận án Ngoài phần mở đầu mục theo quy định, nội dung nghiên cứu luận án trình bày 04 chương kết luận chung luận án - Chương Tổng quan công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Chương Cơ sở lý thuyết hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Chương Xây dựng mơ hình thực nghiệm - Chương Kết thực nghiệm thảo luận - Kết luận chung luận án - Tài liệu tham khảo - Danh mục cơng trình cơng bố luận án - Phụ lục luận án ... khai nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn? ?? cần thiết nước ta Mục tiêu nghiên cứu luận án - Nghiên cứu. .. 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 5 1.1 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới... mối hàn tốt - Kết nghiên cứu luận án làm sở ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung để chế tạo sản phẩm hàn Các điểm luận án - Ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc