Hcmute nghiên cứu ảnh hưởng của phương án định vị đến biến dạng kết cấu hàn hồ quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG ÁN ĐỊNH VỊ ĐẾN BIẾN DẠNG KẾT CẤU HÀN HỒ QUANG MÃ SỐ: B2016.SPK.04 SKC 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG ÁN ĐỊNH VỊ ĐẾN BIẾN DẠNG KẾT CẤU HÀN HỒ QUANG Mã số: B2016.SPK.04 Chủ nhiệm đề tài: TS PHẠM SƠN MINH Tp HCM, 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG ÁN ĐỊNH VỊ ĐẾN BIẾN DẠNG KẾT CẤU HÀN HỒ QUANG Mã số: B2016.SPK.04 Xác nhận tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) Tp.HCM, 04/ 2018 Luan van DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA STT Họ tên Phạm Sơn Minh Trần Minh Thế Uyên Trần Văn Trọn Huỳnh Đỗ Song Toàn Đơn vị công tác Nội dung công việc tham gia ĐH SPKT (*) Điều hành chung đề tài Tp.HCM (*) Xây dựng đề cương chi tiết nghiên cứu đề tài (*) Thiết kế mơ hình nghiên cứu q trình biến dạng kết cấu trình hàn ống: - Mơ hình liên kết đâu mí - Mơ hình liên kết hàn góc (*) Thực nghiệm mơ hình nghiên cứu trình hàn kết cấu dạng ống cho liên kết dạng góc: - Vng góc - Liên kết T - Liên kết ống mặt phẳng ĐH SPKT (*) Thư ký khoa học Tp.HCM (*) Thực nghiệm mơ hình nghiên cứu q trình hàn kết cấu dạng ống cho liên kết đâu mí ĐH SPKT (*) Thu thập phân tích tài liệu: Tp.HCM - Qui trình hàn hồ quang - Các tiêu chuẩn thơng dụng q trình hàn kết cấu ống - Đặc tính thép que hàn dùng trình hàn ống (*) Khảo sát nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng liên kết hàn với nhóm giải pháp: - Thứ tự hàn - Phương pháp định vị - Phương pháp kẹp chặt (*) Thí nghiệm hàn kết cấu dạng ống với phương án định vị khác ĐH SPKT (*) Mơ q trình hàn hồ Tp.HCM quang với kết cấu dạng ống: - Phân bố biến dạng - Phân bố nhiệt - Phân bố ứng suất (*) Mô hàn kết cấu dạng ống với thứ tự hàn, phương án kẹp chặt định vị khác (*) Thí nghiệm hàn kết cấu i Luan van Đỗ Thành Trung Nguyễn Việt Thắng Phan Thế Nhân Hồ Ngọc Thế Quang dạng ống với thứ tự hàn khác ĐH SPKT (*) Chế tạo mơ hình nghiên cứu Tp.HCM trình hàn kết cấu dạng ống cho liên kết đâu mí (*) Thí nghiệm hàn kết cấu dạng ống với phương án kẹp chặt khác ĐH SPKT (*) Chế tạo mơ hình nghiên cứu Tp.HCM trình hàn kết cấu dạng ống cho liên kết dạng góc: -Vng góc - Liên kết T - Liên kết ống mặt phẳng Cao Đẳng (*) Thực nghiệm mơ hình nghiên Nghề Kỹ cứu q trình hàn kết cấu dạng ống cho liên kết dạng góc: Thuật - Vng góc Cơng - Liên kết T - Liên kết ống mặt phẳng Nghệ Tp Hcm TNHH Kỹ Mơ thí nghiệm hàn kết cấu dạng ống với thứ tự Thuật hàn, phương án kẹp chặt định vị Đồng khác Thuận Phát ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH STT Tên đơn vị nước Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên người đại diện đơn vị Đại học Sư Phạm Kỹ Thực nghiệm mơ hình Thuật TP HCM nghiên cứu trình hàn ThS Trần Minh Thế Uyên TNHH Kỹ Thuật Đồng Thuận Phát Hỗ trợ thí nghiệm đo kiểm kết ThS Hồ Ngọc Thế Quang Trung tâm nghiên cứu chuyển giao công nghệ - ĐH SPKT TP HCM Hỗ trợ thiết bị đo kiểm ThS Lê Tấn Cường ii Luan van MỤC LỤC DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA i ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU x I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1 Tên đề tài Thời gian thực hiện: Chủ nhiệm đề tài Đơn vị chủ trì thực đề tài Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu đề tài Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 7.1 Đối tượng nghiên cứu 7.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 8.1 Cách tiếp cận 8.2 Phương pháp nghiên cứu Tóm tắt Các nội dung theo đăng ký ban đầu đề tài: 9.1 Các nội dung đăng ký ban đầu theo Thuyết minh hợp đồng 9.2 Sản phẩm đề tài II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Chương 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ HÀN VÀ BIẾN DẠNG HÀN 1.1 Thông tin chung Chương 1.2 Kết nghiên cứu 1.2.1 Sự hình thành mối hàn 1.2.2 Công nghệ hàn hồ quang môi trường khí bảo vệ 12 1.2.3 Sự tạo thành ứng suất biến dạng hàn 17 1.2.4 Các u cầu thơng dụng q trình hàn ống 20 Chương 2: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN 22 2.1 Thông tin chung Chương 22 2.2 Kết nghiên cứu 22 2.2.1 Các nghiên cứu nước 23 2.2.2 Các nghiên cứu nước 29 iii Luan van Chương 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Q TRÌNH BIẾN DẠNG CỦA KẾT CẤU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN ỐNG 31 3.1 Thông tin chung Chương 31 3.2 Kết nghiên cứu 31 3.2.1 Phương án chuyển động mỏ hàn 32 3.2.3 Thiết kế đồ gá mỏ hàn 38 3.2.4 Thiết kế thiết bị hàn để hàn góc 60 góc từ 60 đến 90 39 3.2.5 Tính tốn thiết kế kích thước xác cho máy tính tốn chọn động 41 Chương 4: MƠ PHỎNG Q TRÌNH HÀN HỒ QUANG VỚI KẾT CẤU DẠNG ỐNG 46 4.1 Thông tin chung Chương 46 4.2 Kết nghiên cứu 46 4.2.1 Tổng quan mơ hình tốn q trình mơ 47 4.2.2 Phương trình truyền nhiệt 50 4.2.3 Mơ hình nguồn nhiệt 51 4.2.4 Qui trình mơ q trình hàn 52 4.2.5 Mơ q trình hàn với độ dày khác 53 4.2.6 Mơ q trình hàn với thay đổi phương án định vị 59 Chương 5: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Q TRÌNH HÀN CÁC KẾT CẤU DẠNG ỐNG 68 5.1 Thông tin chung Chương 68 5.2 Kết nghiên cứu 68 5.2.1 Thiết kế Cam để đưa vào vẽ 3D 68 5.2.2 Gia công khối chữ V 70 5.2.3 Gia công phần gối đỡ 70 5.2.4 Gia công trục 71 5.2.5 Lắp máy 72 5.2.6 Thiết kế mạch điều khiển 75 Chương 6: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM HÀN CÁC KẾT CẤU DẠNG ỐNG VỚI CÁC THỨ TỰ HÀN, PHƯƠNG ÁN KẸP CHẶT VÀ ĐỊNH VỊ KHÁC NHAU 78 6.1 Thông tin chung Chương 78 6.2 Kết nghiên cứu 79 6.2.1 So sánh biến dạng kết thực nghiệm kết mô liên kết hàn ống đâu mí với cá chiều dày ống khác 79 6.2.2 So sánh biến dạng kết thực nghiệm kết mơ liên hết hàn ống vng góc với chiều dày ống khác 83 6.2.3 So sánh biến dạng kết thực nghiệm kết mô liên hết hàn ống chữ T với chiều dày ống khác 86 6.2.4 So sánh biến dạng kết thực nghiệm kết mô liên hết hàn với phương án định vị kẹp chặt khác 90 6.2.5 Ứng dụng phương pháp CAE phân tích qui trình hàn ống có tiết diện hình chữ nhật 92 Chương 7: KẾT LUẬN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 DANH MỤC HÌNH iv Luan van Hình 1 Liên kết hàn Hình Vũng hàn 10 Hình Hình dạng kích thước bể hàn 11 Hình Tác dụng lực từ trường ép lên đầu mút điện cực 12 Hình Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy khí bảo vệ 13 Hình Thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy khí bảo vệ 14 Hình Chiều dài điện cực phía ngồi mỏ hàn 15 Hình Ảnh hưởng chiều dài hồ quang đến độ ngấu mối hàn 16 Hình Biến dạng ngang mối hàn 20 Hình 10 Biến dạng dọc mối hàn chữ T 20 Hình Phương pháp hàn hồ quang (a) mơ hình truyền nhiệt vũng hàn (b) 24 Hình 2 KQ phân bố nhiệt vũng hàn Gery et al [2] 26 Hình Mơ hình nghiên cứu Heinze 26 Hình Mơ hình nghiên cứu biến dạng vật hàn Deng et al [5] 26 Hình Mơ hình hàn ống Qureshi 27 Hình Mơ hình nghiên cứu Liu et al với ống thành dày 28 Hình Mơ hình hàn mỏng Long et al 28 Hình Phương án phơi quay 33 Hình Phương án mỏ hàn di chuyển điều khiển cam 34 Hình 3 Đồ gá dạng rãnh tròn, kẹp hàm 36 Hình Cơ cấu kẹp cam 36 Hình Cơ ccấu kẹp thông dụng lĩnh vực hàn 37 Hình Phương án 37 Hình Phương án gá mỏ hàn điểm 38 Hình Phương án gá mỏ hàn điểm 38 Hình Cơ cấu cam 39 Hình 10 Đồ gá ống 40 Hình 11 Xác định khoảng cách X 40 Hình 12 Phương pháp điều chỉnh đồ gá theo góc hàn kết cấu 41 Hình 13.Bánh côn thẳng 42 Hình 14 Bánh côn sau lắp đặt 43 Hình 15 Chi điểm ống 44 Hình 16 Đưa mỏ hàn vị trí P0 44 Hình 17 Biên dạng cam sau q trình tính tốn 45 Hình Tương tác trường vật lý khác trình hàn 48 Hình Mơ hình nguồn nhiệt Goldak's double ellipsoid 51 Hình Sơ đồ qui trình mơ simufact welding 53 Hình 4 Tọa độ vị trí đo biến dạng liên kết hàn đâu mí 53 Hình Tọa độ vị trí đo biến dạng liên kết hàn vng góc 55 Hình Tọa độ vị trí đo biến dạng liên kết hàn vng góc 57 Hình Mơ hình hàn đâu mí 59 Hình Ảnh hưởng vị trí kẹp chặt đến biến dạng liên kết hàn đâu mí 61 v Luan van Hình Mơ hình hàn góc 90° 61 Hình 10 Ảnh hưởng vị trí kẹp chặt đến biến dạng liên kết hàn góc 90° 64 Hình 11 Mơ hình hàn góc 60° 64 Hình 12 Ảnh hưởng vị trí kẹp chặt đến biến dạng liên kết hàn góc 60° 67 Hình Chia điểm 69 Hình Đưa mỏ hàn vị trí xuất phát 69 Hình Nối điểm lại thành biên dạng cam 70 Hình Kích thước khối V 70 Hình 5 Gối đỡ 71 Hình Mặt cắt trục 71 Hình Bản vẽ trục 72 Hình Lắp trục bánh 73 Hình Lắp giá đỡ đồ gá chữ V 73 Hình 10 Định vị ống 74 Hình 11 Bộ phận thước thay đổi góc 74 Hình 12 Mạch điều khiển 75 Hình 13 Bảng điều khiển 75 Hình 14: Mạch điện 77 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn đâu mí dày 2.5 mm 79 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn đâu mí dày 3.2 mm 80 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn đâu mí dày mm 80 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn đâu mí dày 5mm 81 Hình Biểu đồ tổng hợp kết biến dạng hàn đâu mí thí nghiệm loại chiều dày 81 Hình 6 Biểu đồ biến dạng mẫu hàn vng góc dày 2.5 mm 83 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn vng góc dày 3.2 mm 83 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn vng góc dày mm 84 Hình Biểu đồ biến dạng mẫu hàn vng góc dày 5.2 mm 84 Hình 10 Biểu đồ tổng hợp kết biến dạng hàn vng góc thí nghiệm với loại chiều dày 85 Hình 11 Biểu đồ biến dạng mẫu hàn chữ T dày 2.5 mm 87 Hình 12 Biểu đồ biến dạng mẫu hàn chữ T dày 3.2 mm 87 Hình 13 Biểu đồ biến dạng mẫu hàn chữ T dày mm 88 Hình 14 Biểu đồ biến dạng mẫu hàn chữ T dày 5.2 mm 88 Hình 15 Biểu đồ tổng hợp kết biến dạng hàn chữ T thí nghiệm với loại chiều dày 89 Hình 16 So sánh kết biến dạng mô thực nghiệm thay đổi vị trí kẹp với liên kết hàn đâu mí 90 Hình 17 So sánh kết biến dạng mô thực nghiệm thay đổi vị trí kẹp với liên kết hàn góc 90° 91 Hình 18 So sánh kết biến dạng mô thực nghiệm thay đổi vị trí kẹp với liên kết hàn góc 60° 91 vi Luan van Hình 19 Mơ hình hình học tốn 92 Hình 20 Máy hàn MIG bán tự động 93 Hình 21 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1-2-3-4 93 Hình 22 Kết mô biến dạng đường hàn 1-2-3-4 94 Hình 23 Biểu đồ mô biến dạng đường hàn 1-2-3-4 94 Hình 24 Kết mô ứng suất đường hàn 1-2-3-4 94 Hình 25 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1-3-2-4 94 Hình 26 Kết mơ biến dạng đường hàn 1-3-2-4 95 Hình 27 Biểu đồ mơ biến dạng đường hàn 1-3-2-4 95 Hình 28 Kết mơ ứng suất đường hàn 1-3-2-4 95 Hình 29 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1-2 hàn đường 3-4 96 Hình 30 Kết mơ biến dạng đường hàn 1-2 hàn đường 3-4 96 Hình 31 Biểu đồ mơ biến dạng đường hàn 1-2 hàn đường 3-4 96 Hình 32 Kết mơ ứng suất đường hàn 1-2 hàn đường 3-4 97 Hình 33 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1- hàn đường 2-3 97 Hình 34 Kết mơ biến dạng đường hàn 1- hàn đường 2-3 97 Hình 35 Biểu đồ mơ biến dạng đường hàn 1- hàn đường 2-3 98 Hình 36 Kết mô ứng suất đường hàn 1- hàn đường 2-3 98 Hình 37 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1-3 hàn đường 2-4 98 Hình 38 Kết mô biến dạng đường hàn 1-3 hàn đường 2-4 99 Hình 39 Biểu đồ mô biến dạng đường hàn 1-3 hàn đường 2-4 99 Hình 40 Kết mô ứng suất đường hàn 1-3 hàn đường 2-4 99 Hình 41 Kết phân bố nhiệt độ đường hàn 1-2-3 tiếp đến hàn đường lại 100 Hình 42 Kết mô biến dạng đường hàn 1-2-3 tiếp đến hàn đường lại 100 Hình 43 Biểu đồ mô biến dạng đường hàn 1-2-3 tiếp đến hàn đường lại 100 Hình 44 Kết mơ ứng suất đường hàn1-2-3 tiếp đến hàn đường lại 101 Hình 45 Kết phân bố nhiệt độ hàn đường hàn đường cịn lại 101 Hình 46 Kết mô biến dạng hàn đường hàn đường cịn lại 101 Hình 47 Biểu đồ mô biến dạng hàn đường hàn đường cịn lại 102 Hình 48 Kết mô ứng suất hàn đường hàn đường lại 102 Hình 49 Kết phân bố nhiệt độ hàn lần đường 102 Hình 50 Kết mơ biến dạng hàn lần đường 103 Hình 51 Biểu đồ mơ biến dạng hàn lần đường 103 Hình 52 Kết mơ ứng suất hàn lần đường 103 Hình 53 Quá trình gá hàn đính 105 Hình 54 Quá trình gá thiết bị hàn 105 Hình 55 Quá trình thiết bị hàn bán tự động 106 Hình 56 Quá trình hàn máy 106 vii Luan van  Ứng suất : Hình 44 Kết mơ ứng suất đường hàn1-2-3 tiếp đến hàn đường lại Ứng suất cao đường hàn phần có màu đỏ : 2686 (MPa) Ứng suất thấp vùng có màu xanh dương : 2,6303 (MPa)  Hàn đường hàn đường (2 - - ) :  Nhiệt độ : Hình 45 Kết phân bố nhiệt độ hàn đường hàn đường lại o o Nhiệt độ : Max = 2054,3 C ; Min = 20,985 C  Kết biến dạng : Hình 46 Kết mơ biến dạng hàn đường hàn đường lại Biến dạng : Max = 0,421mm ; Min = 0,08 mm  Biến dạng hộp là: 0,421 - 0,08 = 0,341(mm)  Biểu đồ biến dạng : 101 Luan van Hình 47 Biểu đồ mơ biến dạng hàn đường hàn đường cịn lại  Ứng suất : Hình 48 Kết mô ứng suất hàn đường hàn đường lại Ứng suất cao đường hàn phần có màu đỏ : 670,01 (MPa) Ứng suất thấp vùng có màu xanh dương : 1,1993(MPa)  Kết luận : Ta thấy thông số đầu vào hàn hai điều kiện o khác phân bố nhiệt độ có chênh lệch thấp khoảng 15 C dựa vào kết mô ta thấy hàn theo thứ tự đường xong hàn đường 2-3-4 cịn lại cho kết biến dạng thấp hàn theo thứ tự 1-2-3 xong hàn đường 4, đường hàn 1, 2-3-4 có phân bố nhiệt độ thấp Ứng suất dư trường hợp hàn 1, 2-3-4 nhỏ nhiều 2000 MPa (*) Trường hợp : Hàn lần đường  Nhiệt độ : Hình 49 Kết phân bố nhiệt độ hàn lần đường o o Nhiệt độ : Max = 2054,3 C ; Min = 20,85 C 102 Luan van  Kết biến dạng : Hình 50 Kết mơ biến dạng hàn lần đường Biến dạng : Max = 0,383 mm , Min = 0,103 mm  Biến dạng hộp là: 0,383 – 0,103 = 0,28 (mm)  Biểu đồ biến dạng : Hình 51 Biểu đồ mô biến dạng hàn lần đường  Ứng suất : Hình 52 Kết mô ứng suất hàn lần đường Ứng suất cao đường hàn phần có màu đỏ, thường nằm đường hàn : 633,15 (MPa) 103 Luan van Ứng suất thấp vùng có màu xanh dương : 1,2662 (MPa)  Kết luận : Ta thấy thông số đầu vào hàn lúc đường hàn phân bố nhiệt độ đều, nên biến dạng thấp Ứng suất dư gần trường hợp lại (*) Kết luận phương án hàn khác  Qua kết mô trường hợp nói ta nhận thấy hàn lúc đường cho nhiệt độ ứng suất cao lại cho kết biến dạng hàn 0, 28 (mm) thấp trường hợp lại  Để tối ưu tiết kiệm thời gian mà đem lại suất cao ta chọn phương án hàn đường lúc làm phương án hàn Bảng Bảng thống kê số liệu mô Nhiệt độ Biến dạng (mm) o ( C) Hàn đường : thứ tự hàn 1-2-3-4 o Max = 1969,8 C Hàn đường : thứ tự hàn o Max = 1985,6 C 1-3-2-4 o Min = 27,56 C o Min = 39,162 C Hàn lần đường : thứ tự 1-2 hàn tiếp 3-4 o Max = 2053,1 C Hàn lần đường : thứ tự 1-4 hàn tiếp 2-3 o Max = 2054,3 C Hàn lần đường : thứ tự o Max = 2050,7 C 1- hàn tiếp – o Min = 22,001 C o Min = 20,985 C o 0,414 0,436 0,337 o Max = 2064,1 C Hàn lần đường: thứ tự hàn : hàn đường trước sau hàn đường cịn lại o Max = 2054,3 C Hàn lúc đường o Max = 2054,3 C o Min = 23,629 C o Min = 20,985 C o Min = 20,85 C Max = 537, 48 Min = 1,46 Max = 485,54 Min = 1,466 Max = 597,69 Min = 1,4366 Max = 602,3 0,29 Min = 1,7292 Max = 483,04 0,367 Min = 21, 284 C Hàn lần đường: Thứ tự hàn 1-2-3 hàn đường lại Ứng suất (MPa) Min = 2,1087 Max = 2686 0,634 Min = 2,6303 Max = 670,01 0,341 0,28 Min = 1,1993 Max = 633,15 Min = 1,2662 104 Luan van 6.2.5 Thực nghiệm biến dạng hộp ứng với qui trình hàn khác nhau: 6.2.5.1 Quy trình hàn sản phẩm dạng hộp Sau mô xong ta chọn trường hợp ( hàn lúc đường, hàn đường, hàn lần đường ) để hàn thực tế lấy kết thực tế để so sánh với kết mơ chọn trường hợp có biến dạng thấp để gia công sản phẩm  - Bước Chuẩn bị phôi hàn Gá đặt hàn đính thành hộp : 300x170x100  mm Hình 53 Q trình gá hàn đính  Bước : Gá đặt chi tiết hộp lên đồ gá hàn Hình 54 Quá trình gá thiết bị hàn  Bước : Tiến hành hàn sản phẩm 105 Luan van Hình 55 Quá trình thiết bị hàn bán tự động 6.2.5.2 Chọn trường hợp trình hàn - Trường hợp 1: Hàn đường hàn (máy 1) Hình 56 Quá trình hàn máy - Trường hợp 2: Hàn lúc đường hàn (máy & máy 4) Hình 57 Quá trình đường hàn máy 1, máy 106 Luan van - Trường hợp : Hàn lúc đường hàn (máy 1, máy 2, máy 3, máy 4) Hình 58 Quá trình hàn máy 1, máy 2, máy 3, máy Hình 59 Sản phẩm trình hàn máy & máy lúc 6.2.5.3 Kết so sánh mẫu hàn lúc đường : Hình 60 Vị trí đường biến dạng mẫu hàn lúc đường 107 Luan van Hình 61 Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn lúc đường  Kết luận: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần với Độ chênh lệch thấp cụ thể điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế thấp điểm bắt đầu mô 0.015 sau có xu hướng giảm dần võng giữa, độ võng thực tế thấp mơ 0,06 mm sau có xu hướng tăng dần lên điểm cuối đầu cịn lại, đường thực tế cao mơ 0,12 mm 6.2.5.4 Kết so sánh mẫu hàn đường 1-2-3-4 Hình 62 Vị trí đường biến dạng Hình 63 Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn đường 108 Luan van  Kết luận: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần khác nhiều Ở điểm gần điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế cao điểm bắt đầu mơ 0.15 sau có xu hướng giảm dần không tạo độ võng mô điểm cuối đầu lại, đường thực tế thấp mô 0,237 mm 6.2.5.5 Kết so sánh mẫu hàn đường 1-4 hàn 2-3 : Hình 64 Vị trí đường biến dạng mẫu hàn đường Hình 65 Biểu đồ so sánh kết đường biến dạng mô thực tế mẫu hàn đường hàn  Kết luận: trường hợp ta thấy kết thực tế kết mô gần khác nhiều Ở điểm thứ gần điểm bắt đầu đường biến dạng thực tế cao điểm bắt đầu mô 0,218 sau có xu hướng giảm dần tạo độ võng gần đường hàn sau tăng nhẹ độ tăng so với đường mô 0,011 mm tiế tục giảm điểm cuối đầu cịn lại, đường thực tế thấp mơ 0,14 mm 6.3 Kết luận Dựa vào kết thực tế ta chọn phương án tối ưu có suất lợi ích cao trường hợp hàn bán tự động lúc đường hàn Trường 109 Luan van hợp có độ biến dạng thấp gần xác trường hợp chọn từ kết mơ Hai mẫu cịn lại khơng có kết xác q trình hàn đính q trình đo cịn gặp nhiều khó khăn dẫn đến sai số nhiều, kết mô với kết thực tế chênh lệch nhiều nên ta không chọn trường hợp Sai số gặp phải q trình tạo phơi q trình hàn  Sai số trình cắt: Vật liệu chuẩn bị thép CT3 với kích thước (1000 * 2000*5) mm, cắt máy cắt thép theo kích thước: 300 mm x 160 mm 300 mm x 90 mm Do thép có kích thước lớn nên không tránh khỏi sai số cong vênh trình vận chuyển trình cắt lưỡi cắt gây  Sai số trình hàn:  Hàn đính:  Trước hàn đính, thép chuẩn bị kiểm tra độ phẳng hầu hết gia công lại búa khó tìm vật liệu phẳng tuyệt đối mong muốn thị trường biện pháp gia công phần làm giảm bớt công vênh vật liệu đồng thời tạo biến dạng khác gây sai số đo đạt biến dạng sau vị trí gia cơng  Trong hàn đính: sản phẩm hàn đính thủ cơng tay nên không tránh khỏi sai số riêng hàn đính sai số cộng vồn cơng vênh vật liệu Cách khắc phục: cần tạo cấu hàn đính tự động để cải thiện độ xác sản phẩm  Hàn vng góc tạo sản phẩm: Do thực trình hàn bán tự động nên lại khó tránh khỏi sai số trình gá đặt sản phẩm, gá đặt tay hàn vào vị trí đường hàn sai số chế độ hàn máy biến thiên trình hàn độ cứng vững toàn hệ thống máy hàn (chưa kể đến ảnh hưởng thời tiết thời điểm hàn ảnh hưởng đến tốc độ nguội sản phẩm gây biến dạng khác nhau)  Sai số trình đo: Sai số sinh sai số dụng cụ đo cụ thể thước kẹp, đồng hồ so mặt phẳng tựa sản phẩm trình đo Ngồi sai só cịn đến từ cách thức đo biến dạng: sau hàn sản phẩm bị biến dạng, thông số đo đạt mặt biến dạng sản phẩm tương đối gá mặt biến dạng 110 Luan van Chương 7: KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng phương án định vị đến biến dạng kết cấu hàn hồ quang”, mã số B2016.SPK.04, thiết kế chế tạo thành công thiết bị thí nghiệm biến dạng hàn hồ quang cho sản phẩm dạng ống (Phụ Lục 3B), thiết bị đáp ứng nhu cầu tạo mẫu hàn trình nghiên cứu biến dạng ống sau trình hàn liên kết đâu mí, T, góc 60° với ống có đường kính từ 21.3 mm đến 141.1 mm, với chiều dài mẫu thử thay đổi từ 50 mm đến 350 mm Trong trình nghiên cứu đề tài này, ống làm từ vật liệu thép CT3 Sau q trình mơ thực nghiệm, đề tài hoàn thành nội dung đăng ký với kết luận sau: - Sau mơ làm thí nghiệm hàn ống với trường hợp hàn chữ T Ø62 mm Ø52 mm chiều dày 2.5 mm, 3.2 mm, 4.0 mm, 5.2 mm kết luận sau rút ra:  Các ống dày biến dạng nhiệt gây nhỏ, khó biến dạng Các ống có chiều dày nhỏ độ biến dạng nhiệt gây lớn hàn chế độ hàn (biến dạng 3,54 mm ống dày 2.5 mm; 1,05 mm ống dày 5.2 mm)  Nhìn chung, với ống có chiều dày nhỏ hơn, nhiệt độ cuối trình hàn cao Trong mô này, với chiều dày 2.5 mm, nhiệt độ cao tập trung vùng cuối đường hàn với giá trị nhiệt độ 1427 oC Trong đó, với chiều dày 5.2 mm, giá trị nhiệt độ cao tập trung vùng cuối đường hàn, giá trị nhiệt độ mức 987 oC  Phương pháp mô cho thấy phân bố ứng suất kết cấu hàn chương Với phân bố này, ứng suất cao tập trung vị trí bắt đầu kết thúc đường hàn Ngoài ra, phương pháp số cho thấy vùng lân cận đường hàn tồn giá trị ứng suất dư Nhìn chung, với ống có chiều dày lớn hơn, ứng suất dư giảm đáng kể - Q trình thực nghiệm cho thấy phương pháp mơ dự đốn xác độ biến dạng chi tiết hàn ứng với phương án định vị kẹp chặt khác Kết thực nghiệm cho thấy vị trí định vị kẹp chặt có ảnh hưởng rõ rệt đến độ biến dạng chi tiết hàn Kết mô kết thực nghiệm cho thấy vị trí kẹp chặt gần vị trí hàn biến dạng có khuynh hướng giảm Kết luận thể rõ với liên kết hàn góc 60°, khoảng cách a giảm từ 350 mm xuống 150 mm, biến dạng kết cấu giảm từ 7.9 mm xuống 7.0 mm 111 Luan van - Qua q trình ứng dụng qui trình mơ cho sản phẩn dạng hộp, dựa vào kết thực tế ta chọn phương án tối ưu có suất lợi ích cao trường hợp hàn bán tự động lúc đường hàn Trường hợp có độ biến dạng thấp gần xác trường hợp lại 112 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C Heinze, C Schwenk, M Rethmeier, Numerical calculation of residual stress development of multi-pass gas metal arc welding under restraint conditions, Materials and Design Materials and Design 36 (2012) 201-209 [2] D Deng, FEM prediction of welding residual stress and distortion in carbon steel considering phase transformation effects, Materials and Design 30/2 (2009) 369-366 [3] D Deng, H Murakawa, Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint, Computational Materials Science 43 (2008) 363-366 [4] D Gery, H Long, P Maropoulos, Effects of welding speed, energy input and heat source distribution on temperature variations in butt joint welding, Journal of Materials Processing Technology 167 (2006) 393-401 [6] D Deng, W Liang, H Murakawa, Determination of welding deformation in fillet-welded joint by means of numerical simulation and comparison with experimental measurements, Journal of Materials Processing Technology 183/2-3 (2007) 219-226 [6] E.M Qureshi, A.M Malik, N.U Dar, Residual stress fields due to varying tack welds orientation in circumferentially welded thin-walled cylindersinternational, Journal of Advances in Mechanical Engineering (2009) [7] J Goldak, M Bibby, J Moore, R House, B Patel, Computer modeling of heat flow in welds, Metallurgical Transactions B 17/3 (1986) 687-600 [8] J Goldak, A Chakravarti, M Bibby, A new finite element model for welding heat source, International Journal Metallurgical and Materials Transactions B 16/2 (1984) 299-306 [9] C Liu, J.X Zhang, C.B Xue, Numerical Investigation on residual stress distribution and evolutions during multi-pass narrow gap welding of thick-welled stainless steel pipes, Journal of Fusion Engineering and Design 86 (2011) 288-296 [10] H Long, D Gery, A Carlier, P.S Maropoulos, Prediction of welding distortion in butt joint of thin plates, Jounral of Material and Design 30 (2009) 4126-4136 [11] Đào Quang Kế, Tăng Bá Đại, Đào Nguyễn Quang Linh, Hoàng Văn Châu, Nghiên cứu đặc điểm tính cơng nghệ hàn hàn tự động chế tạo kết cấu thép thuốc hàn gốm, Tạp chí Cơ Khí Việt Nam, Số + 2, trang 20 – 27, 2014 [12] Vũ Văn Ba, Nguyễn Thục Hạ, Bùi Văn Hạnh, Ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến hình dạng kích thước mối hàn giáp mối phía ghép nối tổng đoạn 113 Luan van vỏ tàu thủy hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc tự động, Khoa học & Công nghệ Các trường Đại học Kỹ thuật, 2013, số 97 trang 82-88, 2013 [13] Nguyễn Tấn Tiến, Nghiên cứu thiết kế cảm biến hàn hồ quang quay ứng dụng việc dò đường hàn, Đề tài nghiên cứu Sở KHCN TP HCM, 2012 [14] Vũ Đình Toại, Nguyễn Thúc Hà, Nghiên cứu mơ q trình hàn hồ quang thép đóng tàu phần mềm Sysweld, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Trường Đại học Kỹ thuật 2014, số 98 trang 39-46, 2014 [15] Phạm Sơn Minh, Nguyễn Minh Triết, Mô biến dạng vật hàn q trình hàn hồ quang khí bảo vệ, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 1-2 tang 108-114, 2014 [16] Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Nguyễn Minh Triết, Trần Viết Phú, Nghiên cứu biến dạng kết cấu q trình hàn hồ quang khí bảo vệ, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật 2014, số 28 trang 8-14, 2014 114 Luan van S K L 0 Luan van