Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm.

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Đ Ỗ H ẢI TĨ N L U Ậ N Á N TI Ế N SĨ K Ỹ T H U Ậ ĐỖ HẢI TĨNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 DẠNG TẤM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2023 BỘ CƠNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ĐỖ HẢI TĨNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 DẠNG TẤM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 Xác nhận Viện Nghiên cứu Cơ khí PGS.TS Lê Thu Quý Người hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Người hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) PGS.TS Đào Duy Trung PGS.TS Lê Thu Quý HÀ NỘI - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa có tác giả/nhóm tác giả khác nghiên cứu công bố Một số kết nghiên cứu công bố báo báo cáo khoa học đồng ý đồng tác giả cho phép đưa vào nội dung luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh NCS Đỗ Hải Tĩnh LỜI CẢM ƠN Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Cơng Thương); Trung tâm Đào tạo (Viện Nghiên cứu Cơ khí); lãnh đạo Trung tâm chuyển giao công nghệ Việt - Đức (Tổng cục Tiêu chuẩn, Đo lường Chất lượng, Bộ Khoa học Cơng nghệ); Phịng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn Xử lý bề mặt; Công ty Cổ phần Eresson Việt Nam phịng thí nghiệm chuyên ngành tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm nghiên cứu hồn thành tiêu đánh giá chất lượng mối hàn plasma thép không gỉ SUS 304 luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể người hướng dẫn khoa học PGS.TS Đào Duy Trung PGS.TS Lê Thu Quý tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả trân trọng cảm ơn cá nhân nhà khoa học Trung tâm Đào tạo tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, tư vấn khoa học cho nghiên cứu sinh suốt thời gian nghiên cứu để hồn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ gia đình ln động viên, chia sẻ khó khăn nguồn động lực to lớn giúp tác giả vượt qua khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả luận án NCS Đỗ Hải Tĩnh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng, phạm vi, giới hạn nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học .3 5.2 Ý nghĩa thực tiễn .3 Kết cấu luận án Đóng góp lĩnh vực khoa học chuyên ngành Chương TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN PLASMA .5 1.1.1 Sơ lược lịch sử ngành hàn 1.1.2 Phân loại phương pháp hàn 1.2 Tổng quan công nghệ hàn plasma 12 1.2.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng ngồi nước 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 16 1.3 Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn plasma 18 1.3.1 Khái niệm hàn plasma .18 1.3.2 Nguyên lý hàn hồ quang plasma 19 1.3.3 Các phương pháp hàn hồ quang plasma .21 1.3.4 Các ưu điểm nhược điểm PAW 26 1.4 Xác định nội dung nghiên cứu luận án 35 Kết luận Chương .36 CHƯƠNG VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Vật liệu thí nghiệm .38 2.1.1 2.1.2 Lựa chọn vật liệu, kích thước phôi hàn plasma dây hàn 38 Lựa chọn kết cấu mối hàn plasma cách gá lắp 40 2.2 Thiết bị phương pháp thí nghiệm 41 2.2.1 Thiết bị hàn plasma 41 2.2.2 Lựa chọn chế độ hàn plasma cho bước thí nghiệm .41 2.2.3 Thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng hàn 42 2.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 44 2.2.4.1 Chuẩn bị vật liệu thiết bị hàn plasma .44 2.2.4.2 Kiểm tra khả thiết bị hàn plasma đáp ứng yêu cầu thí nghiệm 46 2.2.4.3 Hàn đính kết cấu theo đường hàn plasma 46 2.2.4 Thí nghiệm hàn plasma theo chế độ định hướng công nghệ … 46 2.3 Phương pháp tính tốn xây dựng hàm mục tiêu chất lượng mối hàn plasma thép SUS 304…………………………………………………………… 52 2.3.1 Cơ sở để xây dựng mô hình tốn học dự báo đặc tính bền mối hàn 52 2.3 Phương pháp lập ma trận thực nghiệm trực giao mức yếu tố 33 53 2.3.2.1 Đặt vấn đề 53 2.3.2.2 Cơ sở lý thuyết lập ma trận thực nghiệm trực giao mức yếu tố 33 54 Kết luận Chương .57 Chương NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH MỐI HÀN PLASMA THÉP SUS 304 59 3.1 Đánh giá ngoại dạng 59 3.1.1 Hình thái bề mặt kích thước hình học mối hàn .59 3.1.2 Biến dạng kết cấu mối hàn 67 3.2 Đặc tính - lý vật liệu mối hàn 70 3.3 Đặc tính kim tương học vật liệu mối hàn 82 3.3.1 Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt 82 3.3.2 Kích thước hình học mối hàn 83 3.3.3 Tổ chức tế vi vùng cấu trúc đặc trưng vật liệu mối hàn .85 3.4 Độ cứng tế vi vùng cấu trúc đặc trưng mối hàn 92 3.5 Phân tích SEM EDX mối hàn .99 Kết luận Chương .103 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐẶC TÍNH BỀN VẬT LIỆU MỐI HÀN PLASMA THÉP SUS 304 104 4.1 Ảnh hưởng độc lập chế độ hàn đến chất lượng mối hàn plasma 104 4.1.1 Độ bền kéo .104 4.1.2 Giới hạn chảy 107 4.1.3 Độ giãn dài tương đối .109 Nghiên cứu đặc tính – lý liên kết hàn plasma theo ma trận trực giao mức yếu tố 33 115 4.2.1 Kết thực nghiệm theo quy hoạch N27 115 4.2.2 Thảo luận khoa học kết thực nghiệm mô 119 4.2.2.1 Ảnh hưởng chế độ hàn đến độ bền kéo .119 4.2.2.2 Ảnh hưởng chế độ hàn đến giới hạn chảy 124 4.2.2.3 Ảnh hưởng chế độ hàn đến độ giãn dài tương đối 125 4.3 Mơ hình dự báo đặc tính bền vật liệu mối hàn plasma thép SUS 304 127 4.3.1 Mơ hình dự báo độ bền kéo theo quy hoạch trực giao mức yếu tố 33………… 127 4.3.2 Mơ hình dự báo giới hạn chảy theo quy hoạch trực giao mức yếu tố 33………… 130 4.3.3 Mơ hình dự báo độ giãn dài tương đối theo quy hoạch trực giao mức yếu tố 33133 Kết luận Chương .136 KẾT LUẬN CHUNG 137 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .138 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 139 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Hàn khí hoạt tính điện cực kim loại (Gas metal active welding) GMAW Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Hàn que (Shielded Metal Arc Welding) TIG SMAW Hàn plasma (Plasma welding) PAW Hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ với điện cực khơng nóng chảy (Gas Tungsten Arc Welding) GTAW Hàn microplasma (Microplasma welding) MPA Vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat affected zone) HAZ Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Quy hoạch thực nghiệm TIG QHTN Chiều dày thép hàn, mm t Cường độ dòng plasma mức trên, A Ih Cường độ dòng plasma mức dưới, A Ib Tốc độ hàn, cm/ph Vh Tốc độ cấp dây hàn, cm/ph vcd Lưu lượng cấp khí gas, lít/phút G Điện áp hàn, V U Đường kính dây hàn, mm d Chiều cao phía mối hàn plasma, mm hT Chiều rộng phía mối hàn plasma, mm bT Chiều cao phía mối hàn plasma, mm hD Chiều rộng phía mối hàn plasma, mm bo Độ uốn cong trung bình liên kết hàn plasma ảnh hưởng nhiệt hàn, mm f t.b Độ bền kéo liên kết hàn plasma thép SUS 304, MPa ơki Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 HV0,2 Giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304, MPa ơsi Độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304, % ơLi Thí nghiệm sàng lọc định hướng công nghệ đợt TNĐ1 i Thí nghiệm đợt TNĐ2 i DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị hàn GMAW Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn gia tăng xung tần số trình giảm làm nguội vùng HAZ liền sát đến đường nóng chảy hợp kim nhôm theo Ghost tác giả, 1994 [16] Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống thiết bị hàn FCAW (a); hình thành mối hàn chìm sử dụng thuốc trợ dung hàn bazơ (b);Mơ tả q trình sản xuất dây hàn lõi thuốc (c) [106] Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ TIG (GTAW) [106] Hình 1.5 So sánh trình hàn TIG (a) kết hợp với hàn plasma (b) Hình ảnh dịng plasma hàn lỗ khóa (c) [106] Hình 1.6 So sánh phân bổ nhiệt hàn TIG với plasma: kích hoạt plasma: 40 CFH Ar, 200 A, 15 V; Xung plasma ổn định (kích thước 3/16 inch) Hình 1.7 Đồ thị mối tương quan suất hàn với chiều dày phôi hàn hàn TIG hàn plasma Hình 1.8 Sự phụ thuộc nhiệt độ vào bán kính bề mặt vũng hàn có không dùng chất trợ dung (a); tương quan sức căng bề mặt mật độ lớp đắp hàn thép khơng gỉ SUS 304 có trợ dung TiO2 (b); tương quan độ ngấu sâu mật độ lớp đắp trợ dung TiO2 theo Tanaka, 2000 sơ đồ ngun lý mơ tả mơ hình hàn thu hẹp nhờ hoạt tính chất trợ dung (d) [106] 10 Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cảm ứng điện từ vào nhiệt độ Ác-gông Ar khoảng 3000 ÷ 30 000 K (a); Sơ đồ vị trí hàn khảo sát (b) nguyên lý mô tả thay đổi điện áp, trường điện từ mật độ lớp đắp (c) [106] 11 Hình 1.10 Nguyên lý hàn hồ quang plasma (a) mở rộng khu vực hàn lỗ khóa (b) .20 Hình 1.11 Lưu lượng khí tạo plasma tiêu biểu 21 Hình 1.12 Ảnh đầu hàn plasma (a); dạng linh kiện đầu hàn plasma (b) [106] .25 Hình 1.13 Hình ảnh nguồn hàn (a), Bảng cài đặt điều khiển trình hàn plasma (b) đồ gá hàn (c) hệ thống thiết bị hàn plasma LINCOLN C3 MATIC 32-33 25 Hình 1.14 So sánh hàn hồ quang khí điện cực khơng nóng chảy (tungsten) (a) so với hàn plasma thép không gỉ SUS 304 dày 13 mm (b) hàn lỗ khóa (c) 26 Hình 1.15 Ảnh mơ tả hàn plasma nối ống (a) hình dạng dịng plasma (b) 26 Hình 1.16 Ảnh hàn micro plasma 15  200 A, ứng dụng công nghiệp 26 Hình 1.17 Sơ đồ kết cấu góc vát mép 75O, 60O hàn TIG hàn plasma 27 Hình 1.18 Ba dạng kết cấu hàn SMAW, TIG, PAW với cường độ dịng plasma trung bình 15  200 A .27 Hình 1.19 Nguyên lý điều chỉnh dòng hàn plasma mức 100 A .27 ii