Xây dựng ơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ hất lượng liên kết hàn giáp mối nóng hảy ủa thép á bon kết ấu hàn

Trang 1 NGUYỄN XUÂN HẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- NGUYỄN XUÂN HẢI CHUYÊN NGÀNH CN HÀNXÂY DỰNG CƠ Ở S LÝ THUYẾ ĐT ÁNH GIÁ SƠ Ộ B CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI NÓNG CHẢY CỦA

CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUY ỄN XUÂN HẢI

XÂY D NG C Ự Ơ Ở S LÝ THUYẾ Đ T ÁNH GIÁ SƠ Ộ B CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI NÓNG CHẢY

CỦA THÉP CÁC BON KẾT CẤU HÀN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Xuân Hải, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011B, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong thời gian học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của thầy PGS.TS HOÀNG TÙNG, Công ty Cổ phần tư vấn và đào tạo CTWEL, Công ty Cổ phần LILAMA 18 (LILAMA 18 JSC) Tôi đã tham gia

nghiên cứu đề tài “Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mối nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn”

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện đang sử dụng và các công trình đã được công bố (ngoại trừ các bảng biểu số liệu tham khảo

và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và nghiên cứu được phép sử dụng)

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình

Hà Nội,ngày 20 tháng 01 năm 2014

NGUY N XUÂN H I Ễ Ả

LỜI CẢM ƠN

Tác gi xin bày tả ỏ lòng cám ơn chân thành của mình t i PGS.TS HOÀNG TÙNG, ớngười đã hướng d n tr c tiẫ ự ếp và giúp đỡ ậ t n tình trong vi c đệ ịnh hướng nghiên c u, ứ

t ổ chức th c hiự ện đến quá trình vi t và hoàn ch nh Luế ỉ ận văn

Tác gi bày t lòng biả ỏ ết ơn đố ới Ban lãnh đại v o Viện Cơ Khí và Viện đào tạo Sau

đại h c – ọ Trường Đại H c Bách Khoa Hà Nọ ội đã tạo điều ki n thu n lệ ậ ợi để hoàn thành b n Luả ận văn này

Tác gi trân trả ọng cám ơn Giám đốc, phòng kỹ thu t Cậ ông ty Lilama 18/Bình dương đã tạo điều ki n cho tôi hoàn thành ph n th c nghi m c a Luệ ầ ự ệ ủ ận văn này

Do năng lực b n thân còn nhi u h n ch nên Luả ề ạ ế ận văn khó tránh khỏi sai sót, tác gi ả

r t mong nhấ ận được sự đóng góp ý ki n cế ủa các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học và

bạn bè đồng nghiệp

Hà Nội,ngày 20 tháng 01 năm 2014

NGUY N XUÂN H I Ễ Ả

M ỤC LỤ C

Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

THU T NG S D NG TRONG LUẬ Ữ Ử Ụ ẬN VĂN 9

PHẦN MỞ ĐẦU 11

I Mục đích nghiên cứu: 11

II N i dung cộ ủa đề tài: 11

III Phương pháp nghiên cứu: 12

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 13

1.1.Tình hình ch t o, nghiên c u chế ạ ứ ất lượng hàn bình ch u áp l c trên th gi i 13 ị ự ế ớ 1.2 Tình hình ch t o,nghiên c u chế ạ ứ ất lượng hàn binh ch u áp lị ực ở Vi t nam 17 ệ Chương II:TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 31

2.1 Phương trình truyền nhi t c a h quang hàn trên b m t bán vô h n 31 ệ ủ ồ ề ặ ạ 2.2.Tính hàn c a thép các bon k t c u: 40 ủ ế ấ 2.3.T ổ chức kim lo i liên k t hàn h quang nóng ch y 50 ạ ế ồ ả Chương III: THỰC NGHIỆM VÀ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 67

3.1.Tính toán các thông s chuy n biố ể ến Austenit đố ới v i thép các bon 67

3.2.Phân tích t ổ chức kim lo i ạ ở các vùng đo nhiệt độ theo thời gian 93

3.3.Các gi y ch ng nh n k t qu ấ ứ ậ ế ả thử nghi m: 103 ệ 3.4.Đánh giá kết qu th c nghi m: 121 ả ự ệ CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 122

K t lu n: 122 ế ậ Ki n ngh : 123 ế ị TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

I TH GI I 124 Ế Ớ

II VI T NAM 126 Ệ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ng B1: V t li u thép t m cho viả ậ ệ ấ ệc chế ạ t o bình b n áp l c 16 ồ ự

B ng B2: Danh mả ục các dự án Bình b n áp lồ ực chế ạ ạ t o t i DOOSAN Vina 25

B ng B3: Danh sách nhà ch tả ế ạo có chứng ch ỉ chất lượng U-stamp 27

B ng B4: Tính ch t lý hóa cả ấ ủa một số kim lo i và h p kim 35 ạ ợ

B ng B5: M t s tính ch t chả ộ ố ấ ất cơ bản của các phương pháp hàn 35

B ng B6: M t s ả ộ ố tính năng cơ học của thép cacbon th p 41 ấ

B ng B7: M t s ả ộ ố tính năng cơ học của thép cacbon th p 41 ấ

B ng B8: Gi i h n ch y và giả ớ ạ ả ới hạn b n cề ủa các loại thép thông d ng theo ASTM 44 ụ

B ng B9: ả Tương quan chiều d y và nhiầ ệt độ gia nhi t 48 ệ

B ng B10: Phân lo i thép Cacbon theo tính hàn 49 ả ạ

B ng B11: Phân lo i thép theo nhóm – ASME IX/2010 49 ả ạ

B ng B12: Phân loả ại nhóm thép có độ ề b n kéo 41Kg/mm2 50

B ng B13: Yêu cả ầu về chỉ tiêu cơ tính 67

B ng B14: Yêu cả ầu về thành ph n hóa h c 68 ầ ọ

B ng B15: Thông s ả ố cơ lý hóa vậ ệt li u kh o sát thép tả ấm A516 Gr.70 69

B ng B16: K t qu phân tích thành ph n hóa m u th nghi m 71 ả ế ả ầ ẫ ử ệ

B ng B17: Ch hàn SAW thả ế độ ực tế trên m u 77 ẫ

B ng B18: K t qu ả ế ả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SAW 77

B ng B19: K t qu ả ế ả đo nhiệt độ 80

B ng B20: Ch hàn FCAW thả ế độ ực tế trên m u 83 ẫ

B ng B21: K t qu ả ế ả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn FCAW 83

B ng B22: S li u nhiả ố ệ ệt độ được đo 87

B ng B23: Ch hàn SMAW thả ế độ ực tế trên m u 89 ẫ

B ng B24: K t qu ả ế ả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hàn SMAW 89

B ng B25: S li u nhiả ố ệ ệt độ được đo 93

B ng B26: K t qu ả ế ả đo độ ứ c ng HV t i LAB 103 ạ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình I-1: L ch s nị ử ồi hơi trên tàu thủy, ch t o b ng thép các bon 13 ế ạ ằ

Hình I-2: L ch s nị ử ồi hơi trên tàu hỏa, chế ạo bằ t ng thép các bon 13

Hình I-3: Bồn làm l nh nhiạ ệt độ ử ụ s d ng – 40oC đến – 60oC, 14

Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg 14

Hình I-5: B n áp lồ ực bằng thép Titan 14

Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thi t k và ch t o theo TCVN 7704 : 2007 17 ế ế ế ạ Hình I-7: Kho l nh LPG Th V i 2 b n LPG l nh trung tâm 18 ạ ị ả ồ ạ Hình I-8: Bồn ch a khí hoá l ng LPG/ 18 ứ ỏ Hình I-9: Bồn ch a khí hoá l ng LPG/ 19 ứ ỏ Hình I-10+I-11: B n kiồ ểu đứng, ch a khí Ôxy, 19 ứ Hình I-12: 26 b n áp l c theo tiêu chu n ASME 20 ồ ự ẩ Hình I-13: Bồn áp lực vậ ệt li u SA516 Gr.70 cho d án Phú M II 20 ự ỹ Hình I-14/15: bồn chứa Oxy l ng mã s HP GOX Buffer D7231B c a hãng 21 ỏ ố ủ Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & d u 21 ầ Hình I-19: Hệ ố th ng bình áp lực vậ ệt li u ch t o SA516-70(N)ế ạ 22

Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mông dương 2/Quảng ninh 23

Hình I-22: Chế ạ t o & lắp đặt giàn ống trao đổi nhi t 23 ệ Hình II-1: Nguồn nhiệt đường di chuy n trong t m m ng 32 ể ấ ỏ Hình II-2/-3: Đồ ị ủ th c a nhiệt độ cho các ngu n nhiồ ệt đường trong t m ph ng m ng 32 ấ ẳ ỏ Hình II-4: Sơ đồ tính toán ngu n nhiồ ệt điểm di động trong t m d y 33 ấ ầ Hình II-5/-6 Các đường đẳng nhi t trong mệ ặt phăng ξ Ψ- 33

Hình II-7/-8: Sơ đồ ba chiều của lời gi i t m dày Rosenthal 34 ả ấ Hình II-9: Chu trình nhi t hàn 38 ệ Hình II-10: Sơ đồ tính bề dày tương đương (CJT) các kế ất c u hàn 47

Hình II-11: Biểu đồ tương quan Ceq và nhiệt độ ầ c n gia nhi t 47 ệ Hình II-12: t ổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhi t & m i hàn 51 ệ ố Hình II-13: c u trúc t vi ti t diấ ế ế ện ngang mối hàn 53

Hình II 14: Chu trình nhi- ệt hàn vùng ảnh hưởng nhiệt của các quá trình hàn nóng chảy 57

Hình II-15: Giản đồ CCT cho thép AISI 1080 59

Hình II-16: Giản đồ CCT cho thép AISI 1020 60

Hình II-17: Phân tích điểm chuyển biến pha cho thép 0.2%C 65

Hình III-1: Thiế ịt b Metal Lab 75/80J MVU-GNR/Italy 70

Hình III-2: Kích thước mẫu hàn SAW 76

Hình III-3a/b Máy hàn tự độ ng SAW Lincoln IDEALARC DC-1000 77

Hình III-3c Thuốc hàn AWS A5.17 F7A(P)8-EH14 78

Hình III-3d Dây hàn ASME SFA 5.17/EH14 78

Hình III-4a Chi ti t liên k t hàn 78 ế ế Hình III-4b M t c t ngang m i hàn 78 ặ ắ ố Hình III-4c Tư thế hàn ASME 1G 78

Hình III-4d Chuẩn bị ẫ m u hàn 78

Hình III-5a/b Trong và sau quá trình hàn 79

Hình III-5e: m u hàn và v ẫ ị trí đo nhiệt độ 80

Hình III-6a: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 1~7 81

Hình III-6b: Biểu đồ đo nhiệt độ kênh 2~8 81

Hình III-7b: M u s #2: kích ẫ ố thước (180x300xt12mm)x2 82

Hình III-8a/b Dây hàn FCAW Kiswel K-71T AWS A5.20/E71T-1C 83

Hình III-9a: Chi ti t liên k t hàn 84 ế ế Hình III-9b: M t c t ngang m i hàn 84 ặ ắ ố Hình III-9c Tư thế hàn ASME 3G 84

Hình III-9d Phương pháp hàn 84

Hình III-10a: Đo nhiệt độ trước khi hàn 85

Hình III-10b:Đo nhiệt độ khi hàn 85

Hình III-10c: Giám sát trong quá trình hàn 85

Hình III-10d: Đo các thông số U/I trong khi hàn 85 Hình III-10e M u sau khi hàn 86 ẫ Hình III-10f M u sau khi hàn 86 ẫ

Hình III-11a: Biểu đồ đo nhiệt độ FCAW 87

Hình III-12a: Kích thước mẫu hàn th nghi m 88 ử ệ Hình III-12b Chi ti t liên k t hàn 88 ế ế Hình III-12c M t c t ngang m i hàn 88 ặ ắ ố Hình III-13e M u hàn mẫ ặt trước ở tư thế 3G 90

Hình III-13f M u hàn mẫ ặt sau có 6 đầu dây c p nhi t 90 ặ ệ Hình III-14a K t cế ấu mố ối n i hàn vát mép V-đơn 600 90

Hình III-14b Thiết bị đo và vẽ ểu đồ bi nhiệt độ 90

Hình III-14c Đo nhiệt độ trước khi hàn 91

Hình III-14d Đo nhiệt độ trong khi hàn 91

Hình III-14e Trong quá trình hàn 91

Hình III-14f Giám sát trong quá trình hàn 91

Hình III-14g Biểu đồ ghi nhiệt độ 91

Hình III-14h Hi n th nhiể ị ệt độ trên kênh s #5 91 ố Hình III-14k/l Súng đo nhiệt độ ồ h ng ngo i t xa 92 ạ ừ Hình III-14m: Mẫu hàn SMAW & các vị trí đo nhiệt độ 92

Hình III-15a: Biểu đồ nhiệt độ 93

Hình III-16a: Mẫu hàn đang kiểm tra siêu âm UT 94

Hình III-16b: Mẫu hàn cắt trước khi gia công các mẫu macro & kim tương 94

Hình III-17a Máy cắt mẫu 96

Hình III-17b Máy mài thô 96

Hình III-17c Máy ép & t o phôi 96 ạ Hình III-17d Máy mài tinh 96

Hình III-17e Các mẫu sau khi gia công mài 97

Hình III-17f Máy phân tích thành ph n hóa h c 97 ầ ọ Hình III-17g: Kính hiển vi điệ ửn t 97

Hình III-17h: Hiệu chỉnh & đo hình ảnh kim tương 50, 100 lần 97

Hình III-18a: FCAW-3G-thk12-M1 98

Hình III-18b: FCAW 3G- -thk12-M2 98

Hình III-18c: FCAW-3G-thk16-M1 98

Hình III-18d: FCAW-3G-thk16-M2 98

Hình III-18e: SAW- -thk16-16 M1 99

Hình III-18f: SAW-1G-thk16-M2 99

Hình III-18g: SMAW-3G-thk12-M1 99

Hình III-18h: SMAW-3G-thk12-M2 99

Hình III-19b: Mẫu FCAW-3G-thk16-M1/Độ phóng đại x 500 100

Hình III-19c: Mẫu FCAW-3G-thk16-M2/Độ phóng đại x 500 101

Hình III-19e M u ẫ SAW-16-thk16-M2/ Độ phóng đại x 500 101

Hình III-20a: V ị trí đo độ ứ c ng HV 102

Hình III-20b: Máy đo độ ứ c ng 401MVD của Mỹ 102

Gi y ch ng nh n BC1: VCN720-13 M01~M04 105 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC2: VCN 819-13-M01a 106 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC3: VCN 819-13-M02a 107 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC4: VCN 819-13-M03a 108 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC5: VCN 819-13-M04a 109 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC6: VCN 819-13-M05a 110ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC7: VCN 819-13-M06a 111 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC8: VCN 819-13-M07a 112 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC9: VCN 819-13-M08a 113 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC10: VCN 819-13-M01b 114 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC11: VCN 819-13-M02b 115 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC12: VCN 819-13-M03b 116 ấ ứ ậ

Gi y ch ng nh n BC13: VCN 819-13-M04b 117 ấ ứ ậ

THUẬT NGỮ Ử Ụ S D NG TRONG LUẬN VĂN

NDT - Ki m tra s n ph m bể ả ẩ ằng phương pháp không khá hủy

VT - Ki m tra s n phể ả ẩm bằng mắt thường

PT - Ki m tra s n phể ả ẩm bằng th m mao d n ấ ẫ

UT - Ki m tra s n phể ả ẩm bằng siêu âm

Ceq % Phần trăm cacbon tương đương

HCS % H s nhệ ố ạy cảm n t nóng ứ

HVmax % Tiêu chuẩn độ ứ c ng của vùng ảnh hưởng nhi t ệ

бch kg/cm2 Gi i h n ch y cớ ạ ả ủa vậ ệt li u

бb kg/cm2 Độ ề b n kéo c a v t li u ủ ậ ệ

x mm Tọa độ phương trùng với hướng hàn

y mm Tọa độ phương ngang với hướng hàn

z mm Tọa độ phương vuông góc vớ ề ặi b m t hàn

T oC Nhiệt độ ại điể t m c n kh o sát cầ ả ủa vật hàn

A c1 oC Nhiệt độ chuy n bi n pha Austenit Ac1 ể ế

Ac3 oC Nhiệt độ chuy n bi n pha Austenit Ac3 ể ế

WHAZ mm Chi u r ng vùng ề ộ ảnh hưởng nhi t ệ

tp s Thời gian lưu kim loại tại nhiệt độ austenite hóa ∆ta

k J/mm.s.oC H s dệ ố ẫn nhiệ ủt c a kim lo i ạ

ρ g/cm3 Khối lượng riêng c a kim lo i ủ ạ

c J/g.oC Nhi t dung riêng c a kim lo i ệ ủ ạ

q(x,y) W/mm2 S phân b dòng nhi t trên b mự ố ệ ề ặt vật hàn

Q J Năng lượng h quang ồ

qđ J/mm Năng lượng đường truy n vào chi ti t hàn ề ế

V mm/s V n tậ ốc hàn

η Hi u su t h quang ệ ấ ồ

∆t8/5 s Th i gian ngu i t 800ờ ộ ừ 0C đến 500oC

ρc J/mm3 oC H s v t li u ệ ố ậ ệ

r mm Kho ng cách t nguả ừ ồn nhiệt đến điểm cần khảo sát

a mm2/s H s khu ch tán nhi t ệ ố ế ệ

Vn oC/s Tốc độ ngu i tộ ại đường tâm của mối hàn

To oC Nhiệt độ ban đầu của vật hàn

Tm oC Nhiệt độ ại đó tiế t n hành tính toán tốc độ ngu i ộ

PHẦN MỞ ĐẦU

I Mục đích nghiên cứ : u

Hiện nay ở Việt nam việc chế ạo, đánh giá chất lượng liên kết hàn bình chịu t

áp lực đại đa số là ứng d ng các thành quụ ả ch t o, ế ạ nghiên cứu của thế ớ gi i

t ừ đó vận dụng kinh nghiệm có xây dựng một số các tiêu chuẩn đánh giá và

ứng d ng các trang thi t b , d ng c kiụ ế ị ụ ụ để ểm tra đánh giá chất lượng theo tiêu chí c a khách hàng/d án củ ự ụ ể th nhận xét do vậy đã tồ ạ ởn t i các cơ s ởchế ạ t o cũng như các cơ sở nghiên c u gặp khó khăn về ự đoán đạt độứ d tin

c y v ậ ề chất lượng m i liên k t hàn khi thiố ế ết kế chế ạ t o bình áp lực

Vì v y m c tiêu cậ ụ ủa đ ề tài là xây dựng cơ sở lý thuy t, k t h p v i th c ế ế ợ ớ ựnghi m và s u thệ ố liệ ực tiễn để đưa ra hướng d ự đoán độ tin cậy về chất lượng liên k t hàn bình ch u áp lế ị ực từ thép các bon ngay trong giai đoạn thi t kế ế ế k t

c u, thi t k công ngh hàn ấ ế ế ệ

II Nội dung của đề tài:

Trên cơ sở ổ t ng quan v tình hình nghiên c u thi t k , ch t o k t c u bình ề ứ ế ế ế ạ ế ấ

chịu áp lực ở ế ới và trong nướ th gi c, mặt khác để phù h p v i th c ti n Vi t ợ ớ ự ễ ệnam hi n nay và nh ng th p niên tiệ ữ ậ ếp theo Đề tài đưa ra phạm vi gi i hớ ạn

n i dung nghiên c u cộ ứ ủa đề tài như sau:

+ Vật liệu chế ạo kết cấu hàn b nh chịu áp lực là thép các bon trung bình t ì

và thép p kim thhợ ấp Hiện nay v t li u này chi m tậ ệ ế ỷ ệ l cao trong chế ạ t o bình ch u áp lị ực) với chi u d y t m t 10~16mm là chiề ầ ấ ừ ều dầy mà đề tài

lựa chọn th c nghi m ự ệ

+ Chất lượng kết cấu hàn chịu áp lực được đánh giá theo các tiêu chuẩn (ngoài nước và trong nước) có nhi u ch ề ỉ tiêu nhưng để xây dựng được d ựđoán sơ bộ khi thi t k k t c u công ngh hàn bình ch u áp lế ế ế ấ ệ ị ực, để đề tài

đi sâu vào tổ ch c kim lo i c a liên k t hàn nóng ch y h ứ ạ ủ ế ả ồ quang điện (SMAW, FCAW, SAW…) Vì tổ chức kim lo i c a liên k t hàn có thạ ủ ế ể nói đó là thông s k thu t quan trố ỹ ậ ọng mà trong đó đã chứa đ ng nhi u ự ềthông s ố khác (như cơ tính, lý tính, các khuyết tật…)

N i dung luộ ận văn bao gồm:

+ Nghiên cứu lý thuy t v quá trình truy n nhi t khi hàn nóng ch y và mô hình ế ề ề ệ ả

c u trúc kim lo i liên k t hàn ấ ạ ế giáp mố ủa vùng ảnh hưởi c ng nhi t ệ

+ Nghiên cứu và xây d ng quá trình ngu i c a liên k t hàn và m i quan h n ự ộ ủ ế ố ệ đế

III Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên c u lý thuyứ ết và thu nh p tài liậ ệu đ ể xây d ng nhự ững cơ sở lý thuyết sơ bộ đánh giá chất lượng liên k t hàn k t h p v i th c nghi m và s li u th c nghi m đ ế ế ợ ớ ự ệ ố ệ ự ệ ể

so sánh đánh giá mức đ chính xác c a m i quan h gi a cơ sởộ ủ ố ệ ữ lý thuy t & th c ế ựnghi m ệ

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình chế ạo, nghiên cứu chất lượng liên kết hàn bình chịu áp lực t

trên th gi ế ới

Trên thế ớ gi i nghiên c u chứ ế ạ t o k t c u hàn bình b n áp lế ấ ồ ực đã thực hi n tệ ừ ấ r t lâu (t th k ừ ế ỷ 18 khi xuất hiện tầu thủy, tàu hỏa chạy bằng hơi nước), đến nay đã phát triển rất đa dạng theo các mục đích của công trình có thể ất to, nhỏ, đơn giản, phức r

tạp, chịu áp lực thấp, trung binh, rất cao và được sử ụng vật liệu rất đa dạng các dchủng lo i ạ

Hình I-1: Lịch sử nồi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon

Tham khảo website http://en.wikipedia.org/wiki/Paddle_steamer



 Hình I-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon

Tham khảo website http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_locomotive

M t s d li u v viộ ố ữ ệ ề ệc chế ạ t o nồi hơi và bình bồn áp l c trên th gi i hi n nay ự ế ớ ệ

Ch t o t i ế ạ ạ Ấ n đ : ộ

Hình I-3: Bồn làm lạnh nhiệt độ sử dụng – 40oC đến – 60oC,

thép ch t o SA 516 Gr 60/70 , SA 537 Class I & II ế ạTham khảo website http://www.pressurevesselsindia.com/pressure-vessels.html

Ch t o t i ế ạ ạ Anh quốc, công ty CPE Pressure Vessels Ltd/UK

Hình I-4: Bình lọc 1600 Lit, kích thước Φ812x 2850(mm), trọng lượng 4408 KgVật liệu thép ASTM A516 Grade 70, thiết kế theo ASME VIII Div 1 và DNV RulesTham khảo website: http://www.pressure-vessels.co.uk/coalescer-degasser-vessel.htm

Chế tạo tại PHÁP

Tham khảo website:

http://www.mersen.com/en/products/anticorrosion-and-process-equipment/pressure-vessels.html

Việc nghiên cứu chất lượng cho việc chế ạo nồi hơi & bình bồn áp lực trên thế ớ t gi i được các hi p h i, vi n nghiên c u th nghi m & các nhà ch tệ ộ ệ ứ ử ệ ế ạo cũng như các nhà cung c p v t liấ ậ ệu cơ bản, vậ ệt li u phụ ợ tr , trang thi t bế ị máy móc để ch tế ạo và kiểm tra không ng ng hoàn thi n từ ệ ừng bước đáp ứng yêu cầu về chủng lo i, chạ ất lượng và các điều ki n s d ng ngày càng cao Th hi n các tiêu chuẩn sau: ệ ử ụ ể ệ ở

Tiêu chu n áp d ng trên th gi i cho viẩ ụ ế ớ ệc chế ạ t o nồi hơi & binh bồn áp l c: ự

1 Châu âu EN 13445/ (97/23/EC , BS EN 13445 hoặc PD 5500, EN 286 (Parts 1 to 4) phù hợp với 87/404/EEC, ISO 11439

2 M (USA): ASME Section VIII, API 510, AIAA S-080-1998 ỹ

• Tính toán quá trình nhi t khi hàn[1],[2] ệ

• Hi u su t nhi t c a quá trình hàn h quang [3] ệ ấ ệ ủ ồ

• Lý thuy t quá trình hàn [4] ế

• Phân tích c u trúc kim lo i m i hàn [5] ấ ạ ố

• Mô hình hóa luy n kim trong hàn[6] ệ

• Quá trình luy n kim trong hàn[7],[8] ệ

• Kim lo i hàn và x ạ ử lý nhiệt liên k t hàn [23] ế

• Hi u qu cệ ả ủa các thông s quá trình hàn thép[24] ố

• D ự đoán về ấ c u trúc và tính chất cơ học của vùng ảnh hưởng nhi t ệ

m i hàn thép[25] ố

• Tính toán nhiệt độ nung nóng ngăn chặn nứt vùng ảnh hưởng nhi t ệ

của mối hàn thép h p kim th p[26]… ợ ấ

Đồng thời cũng có các nội dung nghiên c u khác v : ứ ề

a) Vật liệu cơ bản v kim loề ại, lưỡng kim, composit, th hi n trong b ng t ng ể ệ ả ổ

h p, bợ ảng B1 sau đây

b) V t li u hàn và thi ậ ệ ết bị hàn cho các quá trình hàn h quang nóng chồ ảy

c) Công ngh và thiệ ết bị kiểm tra phá h y và không phá hủ ủy mối hàn

Hàn quốc KS Nh t b n JIS ậ ả Trung quốcGB M (ASTM) ỹ Anh quốc (BS)

50

GB 6654-86 Q355-A 20g 16MnR 15CrMo

A285

Gr A,B,C A515

Gr 55,60,65,70 A516

Gr 55,60,65,70 A442

Gr 55, 60 A537 Class 1,2/ A612

1.2 Tình hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hàn b nh chịu áp lực ở Việt namì

Hình nh các lo i nả ạ ồi hơi, bình ồ b n chứa đã chế ạ ở t o Vi t nam ệ

Ch t o tế ạ ại công ty TNHH Năng lượng tái t o Miạ ền Nam

Hình I-6: Nồi hơi đốt trong được thiết kế và chế tạo theo TCVN 7704 : 2007

Tham khảo website http://www.sre-energy.com/products

 Nồi hơi quá nhiệt - Superheated Steam Boiler/D ng nạ ằm hoặc đứng

 Ki u nể ồi hơi ống lử ống nướa, c- Fire tube boiler, water tube boiler

 Trao đổi nhiệt qua 3 công đoạn (pass)/Hi u su t cao: 88-92% ệ ấ

 Nhiên liệu: l ng (d u D.O, F.O, LPG-gas, CNG, biogas ), than, tr u, ỏ ầ ấmùn cưa

 Dùng cho các ng d ng nhiứ ụ ệt độ cao lên đến 450 độ C

Ch t o t i Cty CP K t c u Kim lo i và L p máy Dế ạ ạ ế ấ ạ ắ ầu khí (PVC MS)-

Hình I-7 Kho lạnh LPG Thị Vải 2 b n LPG l nh trung tâm: ồ ạ

Đây là loại 2 b n LPG l nh trung tâm c công suồ ạ ó ất 60.000 m3, đường kính ngoài

mỗi bồn 51 m, chiều cao thành bồn ngoài là 32 mét, đường kính trong 49 mét ật V

liệu chế ạo t thân bồn, có 2 lớp vỏ, bên ngoài là ASME SA-36/SA-36M và bên trong là A537/A537M

Tham khảo website: http://pvc.vn/tinchitiet/tabid/93/id/1784/Khanh-thanh-du- -ankho-chua-LPG-lanh-lo%CC%81n-nha%CC%81t-tai-Viet-Nam.aspx

Ch t o t i ế ạ ạ Nhà Máy ch ế ạ t o s n xuấ ồ ả t b n gas GASTECH Co.,Ltd

 Hình I-8: Bồn chứa khí hoá lỏng LPG/

V t li u thép Q345B , SA516-Gr70 ậ ệTiêu chu n thi t k , chẩ ế ế ế ạ t o: ASME VIII, Div.1/Div.2, TCVN8366:2010; TCVN7704:2007

Tham khảo website: http://gastech.com.vn/31i-Bon-Chua-LPG.html

Ch t o t i Cty Nế ạ ạ ồi hơi Việt nam

 Hình I-9: Bồn chứa khí hoá lỏng LPG/

Tiêu chu n thi t k , chẩ ế ế ế ạ t o: ASME VIII, Div 1 / Div 2/V t liậ ệu chế ạ t o: ASTM A516 Gr 70 JIS 3115 SPV490

Tham kh o website: ả http://noihoivietnam.rolo.vn

Ch t o t i Công ty C ế ạ ạ ổ phần LILAMA 45.1:

Hình I-10+I-11: Bồn kiểu đứng, chứa khí Ôxy,

có dung tích 125m3, đường kính 3.000 mm, dài 19.000 mm, áp su t thi t k 27 bar ấ ế ếTham khảo website:

http://www.lilama45-1.com/index.php?do=news&act=detail&id=45

Ch t o t i Công ty C ế ạ ạ ổ phần LILAMA 18

Hình I-12: 26 bồn áp lực theo tiêu chuẩn ASME

áp su t làm vi c 75 bars, áp su t th áp 97,5 bars, nhiấ ệ ấ ử ệt độ thi t k ế ế 100 độ C

Tham khảo website: vien/2013/01/chung-nhan-asme-tren-san-pham- -khi-che-co tao-tai-lilama-

http://www.lilama.com.vn/tin-tuc-su-kien/cac-cong-ty-thanh-18/print/3564

Hình I-13:Bồn áp lực vật liệu SA516 Gr.70 cho dự án Phú Mỹ II

Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hãng

Linde AG có áp su t thi t k 30 bar, v t li u ấ ế ế ậ ệ chế ạ t o thân và chỏm cầu SA516 Gr.70

cho d án Phú M II ự ỹ

Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dầu

do công ty Alpha ECC chế ạ t o cho d án Diamond Development Project (DMDPự -A) theo tiêu chu n ASME VIII Div.2 có d u chẩ ấ ất lượng U2

+ Loại cao áp HP: với áp suất làm vi c MAWP: 134.2 bargs, kích thước L x W ệ

x H = 6250mm x 5750m x 5315mm, chi u d y ph n ch u áp 80mm v t liề ầ ầ ị ậ ệu SA516 Gr.70N trọng lượng 47.200 kg

+ Loại áp thấp LP: ới áp suất làm việc MAWP: 92.4 bargs, kích thước L x W v

x H =7150mm x 5750m x 5515mm, chi u d y ph n ch u áp 60mm v t liề ầ ầ ị ậ ệu SA516 Gr.70N, trọng lượng: 46046 kg

Ch t o t i Nhà máy Boiler Doosan Vina/Quế ạ ạ ảng ngãi

Tham khảo website:

http://www.doosan.com/doosanvina/vn/project_portfolio/cpe.do?cmd=cpe

Hình I-18: ệ ốH th ng bình áp lực dự án Petrofac UAE / Petro Canada,

V t li u ậ ệ chế ạ thân & đầ ồ ủa ồ t o u l i c b n là SA516-70(N)

Hình I-19: Hệ thống bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N)

, SA240-316(L) SA516-70 + SA240-316L, Duflex

Hình I-20: Nhà máy nhiệt điện Mông dương 2/Quảng ninh

Hình I-21: H th ng nệ ố ồi hơi của nhà máy Nhiệt điện Mông dương 2



 Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giàn ống trao đổi nhiệtcủa nhà máy Nhiệt điện Mông dương 2 chế tạo tại Cty DOOSAN VINA

Dưới đây giới thi u b ng thi t k các d án ch t o bình ch u áp l c c a các d án ệ ả ế ế ự ế ạ ị ự ủ ựnước ngoài t i công ty Doosan Vina ạ

Cơ sở thi t k ế ế Tên d ựán Sl Vậ ệt li u K.lượng

(TON) Th i điểm ờPETROFAC SOUTH

YOLOTEN GAS FIELD DEVELOP

28 SA516-70N + 316L Clad

REFINERY

12 SA387-11 CL.1 +SA240-410S CLAD SA516-60N+HIC/

MONEL400 SA516-70N/410S SA516-70

20 A516-70N SA516-70N+316L SA240-S31803 SA240-316/316L

Bảng B2: Danh mục các dự án Bình bồn áp lực chế tạo tại DOOSAN Vina

Hiện tại theo số ệu về các công ty, nhà chế ạo nồi hơi, bình bồn áp lực có dấu li t

chứng ch ất lượỉ ch ng U-stamp c a ASME v thi t b áp l c, thì Vi t nam có 23 ủ ề ế ị ự ệdoanh nghi p ệ

Tham kh o website: ả https://caconnect.asme.org/CertificateHolderSearch.aspx

TT Tên công ty/nhà ch t o ế ạ Ch ng ch s ứ ỉ ố

3 Doosan Heavy Industries Vietnam Co., Ltd (Doosan

VINA)/Tại tỉnh Quảng ngãi

6 KOBE EN&M VIETNAM CO., LTD

T i Biên hòa – ạ Đồng nai

9 LILAMA 45.1 Joint Stock Company/T i tạ ỉnh Đồng nai U-34599

10 LILAMA 69-1 Joint Stock Company/T i tạ ỉnh Bắc Ninh U-44364

11 Petroleum Equipment Assembly & Metal Structure JSC

Tại TP.Vũng tàu Bà rịa Vũng – tàu

U-39268

12 Petroleum Pipeline and Tank Construction Joint Stock

Company/Tại TP.Vũng tàu – Bà rịa Vũng tàu

U-45093

13 PETROVIETNAM MARINE SHIPYARD JOINT U-40506

14 PTSC Mechanical and Construction (PTSC M&C)

18 RK Engineering Co., Ltd/T i Hạ ải phòng U-43959

19 Southern Petroleum Construction Joint Stock Company

(ALPHA-ECC)/T i TP Bà r – ạ ịa Vũng tàu

U-37385

20 UBI Tower Sole Member Limited Liability Company

T i t nh Hạ ỉ ải dương

U-41473

22 Vina Halla Heavy Industries Co., Ltd./

T i Bà r – ạ ịa Vũng tàu

U-38069

23 Vina Offshore Engineering Co., Ltd

Tại TP.Vũng tàu Bà rịa Vũng tàu–

U-37738

Bảng B3: Danh sách nhà chế tạo có chứng chỉ chất lượng U-stamp

( Pressure Vessels) của ASME ở Việt nam 1.2.2 Nhận xét chung:

 Các cơ sở ả s n xuất trong nước: có được đầu tư về áp dụng đúng theo quy trình chế ạ t o và ki m tra s n ph m t khâu thể ả ẩ ừ ẩm định thi t k (hoế ế ặc đúng theo thiế ết k

của khách hàng/dự án mang đến) đến giai đoạn mua sắm vật tư cơ bản, trang thiết bị đồng bộ cho các công đoạn chế ạo & kiểm tra sản phẩm cùng với hệ t

thống quản lý chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN hoặc theo tiêu chuẩn quốc tế buộc phải áp d ng t i Viụ ạ ệt nam như ASME, AS, EN, BS…cùng v i s ớ ự giám sát trước trong & sau quá trình ch t o ế ạ

 V về ật liệu của các nồi hơi & b nh bồn áp lực ần lớn là thép các bon kết cấu ì ph

chịu áp lực đều được đặt mua t nhà cung cừ ấp đã lựa chọn & phê duy t cệ ủa khách hàng, được kiểm tra hóa lý tính tại các phòng thí nghiệm và kiểm tra không phá h y… Các v t liủ ậ ệu thân và đầ ồu l i thông d ng hi n nay cho nụ ệ ồi hơi là Q345, JIS 3115 SPV490, ASME SA515 (nồi hơi), SA516 (b nh bồn áp lực làm ì

việc ở nhiệt độ trung bình hoặc ấp) Ngoài ra khi th hàn liên kết các cấu kiện bằng các phương pháp hàn nóng chảy thông dụng như hàn SMAW, GTAW, FCAW, GMAW, SAW, v t liậ ệu hàn cũng được lựa chọn phù h p theo quy trình ợhàn (WPS)

 Thông qua tài liệu, trên m ng v các bài báo vi t v chạ ề ế ề ất lượng m i hàn bình ốchịu áp lực được bi t hi n các Việế ệ n khoa học trong nước cũng như các trường

đại h c & cao đ ng d y ngh hàn có nhi u các đ án, luọ ẳ ạ ề ề ồ ận văn, công trình nghiên cứu về ảnh hưởng các yếu tố ỹ k thuật đến quy trình công nghệ hàn, nghiên c u vứ ề ả nh hưởng v t li u hàn (thuậ ệ ốc hàn, điện cực hàn, khí hàn…), nghiên c u vứ ề ế k t cấu mối n i, trình tố ự & đồ gá hàn ch ng biố ến dạng, chế độnhi t hàn, lệ ựa chọn s d ng thiử ụ ết bị hàn …

Ví d v m t s tài liụ ề ộ ố ệu, công tình đã công bố:

+ Phân tích truy n nhi t hàn và ng d ng [39] ề ệ ứ ụ

+ Xác định trường nhi t đ khi hàn bệ ộ ằng phương pháp phầ ử ữn t h u h n [38] ạ+ Tối ưu hóa thời gian nguội của mối hàn từ (800~500oC) khi hàn nóng chảy thép 15MnV [32]

+ Công ngh hàn nóng ch y[36] ệ ả

+ Nghiên cứu tác động c a gió v i dòng khí b o v trong quá trình hàn COủ ớ ả ệ 2 [34] + Nghiên cứ ảnh hưởu ng c a y u t ủ ế ố môi trường đến chất lượng m i hàn thép ốcacbon khi hàn MAG [37]

+ Nghiên cứ ứu ng d ng công ngh hàn bán t ụ ệ ự động trong môi trường CO2trong công nghi p ô tô Vi t nam [35] ệ ở ệ

• Đồ án v thi t k ch t o B ch a c a Vi n Xây d ng công trình bi n ề ế ế ế ạ ể ứ ủ ệ ự ể

• Luận văn Nghiên cứu nổ ỡ bình chịu áp lực PGS TS Hoàng Ngọ v - c Đồng /2012

• Đề tài Nghiên c u công ngh bình ch a khí công nghi p ch u áp l c cao, có ứ ệ ứ ệ ị ự

áp su t làm viấ ệc không dưới 150 Bar – Vi n nghiên cệ ứu Cơ khí NARIME

 Thông qua sự phát tri n c a các tiêu chu n, trang thi t b d ng c kiể ủ ẩ ế ị ụ ụ ểm tra đánh giá c a các hãng trên thủ ế giới Được bi t có r t nhi u tiêu chu n quy ph m áp ế ấ ề ẩ ạdụng cho hàn nồi hơi và bình bồn áp lực dùng trong công nghiệp hóa chất, xây dựng, đóng tàu, khai thác tài nguyên như đã nói phần đầu của luận văn này [29],[30],[31] và được bổ xung công ngh m i & c p nhệ ớ ậ ật định k ỳ thường xuyên cũng như tính phổ ậ c p c a chúng trên h th ng phân phủ ệ ố ối đại lý hay trên internet

đã giúp cho việc tra c u & áp d ng ngày càng hi u qu cho công vi c hàn th c ứ ụ ệ ả ệ ự

t ế đang xảy ra tại các cơ sở Trang thi t b ki m tra chế ị ể ất lượng m i hàn hi n t i ố ệ ạ

rất đa dạng & hiện đại bổ ợ ẫn nhau trong việc đánh giá toàn diện một liên kết tr lhàn như máy siêu âm đa biến t (phase array), máy ch p nh phóng x ử ụ ả ạ được

hi n th trên máy tính d n dể ị ầ ần được các cơ s chế ạở t o trang b ị

 Tham chiếu tiêu chu n cho vi c ki m soát chẩ ệ ể ất lượng m i hàn c a bình áp l c ố ủ ự ở

Việt nam: đang được bổ xung & cập nhật định kỳ bám sát các chỉ tiêu & mức độđánh giá như các nước phát tri n trên th gi i và khu vể ế ớ ực đang áp dụng

+ TCVN 6008:1995: Thi t b áp lế ị ực - Mối hàn yêu c u kầ ỹ thuật và phương pháp kiểm tra

có được ki n th c v tin cế ứ ề độ ậy sơ bộ ủ c a chất lượng liên k t hàn khi thi t k ế ế ế cũng như khi chế ạ t o

K t luế ận Chương I:

Trên cơ sở ậ t p h p các tư liệợ u, thông tin,tài li u nghiên cệ ứu,cũng như các kết qu ả

sản xuất thực tế ủa thế c giới, trong nước về ấn đề v thiết kế chế ạo các loại bình tchịu áp l c từ ậự v t li u thép cacbon th p và thép cacbon hệ ấ ợp kim th p, n i dung này ấ ộ

đã tạo cơ sở cho định hướng, l a chự ọn hướng đề tài, nội dung đề tài v i gi i h n ớ ớ ạphù h p v i yêu c u c a luợ ớ ầ ủ ận văn và thực tế ả s n xu t Viấ ệt nam Đồng thời cũng là

cơ sở cho vi c đệ ịnh hướng, l a ch n nự ọ ội dung cơ sở lý thuy t li n quan ế ê t i tiêu ớ đề

của Chương 2

Chương II: T ỔNG HỢ CƠ S P Ở LÝ THUY T C Ế Ủ A Đ Ề TÀI

Để ến đ n mụế c đích c a đ tài và nội dung thực hiệủ ề n đ tài, cần phải lựa chọề

tổng hợp các kết quả nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm về các nội dung sau:

2.1 Phương trình truyền nhiệt của h ồ quang hàn trên bề ặ m t bán vô hạn

Ngày nay, các phương trình phứ ạc t p khác nhau v ề trường nhiệt khi hàn đã được

giải nhờ ự ỗ ợ ủa máy tính điện tử Tuy vậy những phương trình đơn giản được s h tr cxây dựng b i các số ệở li u kỹ thu t vẫn đóng mộậ t vai trò quan tr ng trong vi c tính ọ ệtoán và dự đoán về ố t c đ nguộ ội cũng như các đặc tính khác c a quá trình hàn Tủ ừ các số ệ li u kỹ thu t thậ ực tế, đã đưa ra được các phương trình để xác đ nh t c đ ị ố ộnguội, nhiệt độ đỉ nh và phương pháp để tính toán bề ộng của vùng ảnh hưởng nhiệ r t khi hàn có th tính toán và mô phể ỏng được đặc điểm và hình dạng của bể hàn, kết

c u vùng k t tinh, k t c u c a vùng ấ ế ế ấ ủ ảnh hưởng nhi t, s phân b c a chu trình nhi t ệ ự ố ủ ệ

Cơ sở để tính toán dòng nhi t trong hàn, theo nghiên c u c a các tác gi : ệ ứ ủ ả

o Рыкалин Н Н – Tính toán quá trình nhi t khi hàn [1] ệ

2

/exp( )(4 ) 4

Và nguồn nhiệt đường di chuy n trong t m mể ấ ỏng như hình sau

Hình II-1: Ngu n nhiồ ệt đường di chuy n trong t m mể ấ ỏng

Hình II-2/-3: Đồ ị ủ th c a nhiệt độ cho các ngu n nhiồ ệt đường trong t m ph ng m ng ấ ẳ ỏKhi hàn h quang tồ ấm dầy h>[h], ngu n nhiồ ệt điểm trong t m dấ ầy

Phương trình tổng quát sau là s phân b nhiự ố ệt độ ở ạ tr ng thái gi ả ổn định hay còn

là l i gi i cho t m dờ ả ấ ầy của Rosenthal

2 3/2

/ exp( )

Hình II-4: Sơ đồ tính toán nguồn nhiệt điểm di động trong t m d y ấ ầ

2

0 1 ( ) exp ( )

Hình II-5/-6 Các đường đẳng nhi t trong mệ ặt phăng - ξ Ψ

Chi u rề ộng đường bao đẳng nhi t m: ệ Ψ

8a V ν

= Γ[F-7]

Hình II-7/-8: Sơ đồ ba chi u cề ủa lời gi i t m dày Rosenthal ả ấKho ng cách không th nguyên ả ứ δ3m một nửa chiề ộu r ng Ψm và tiết diện ngang λ1

Những đặc trưng cơ bản của sự truyền năng lượng nhiệt từ ồ quang hàn tới chi tiết h hàn và sự truyền nhi t trong b n thân chi ệ ả tiết phụ thuộc chính vào độ ẫ d n nhiệt của

vật hàn, nó được biểu diễn bằng phương trình sau:

+ T: Nhiệt độ ại điể t m c n kh o sát cầ ả ủa vật hàn, °C + λ(T) : Độ ẫ d n nhi t c a kim loệ ủ ại, J/mm.s.°C + ρ: Khối lượng riêng c a kim loủ ại, g/cm3 + C: Nhi t dung riêng c a kim loệ ủ ại, J/g.°C

Vật liệu k(W/mmoC) A(mm2/s) ρc

(J/mm3oC) T

m(oC) H

m-H0(J/mm3)

Hiệu suất nhiệt Q[kW]

Mật độ dòng điện [W/mm2]

Qwl[KJ/mm]

Vm[mm/s] SAW 0,9 0,95 ÷ 5 250 ÷ - < 10 < 25 GTAW 0,22 0,75 ÷ 1 15 ÷ 5 500 ÷ < 1 < 15 GMAW,

SMAW 0,65 0,85 ÷ 5 100 ÷ 5 500 ÷ < 2 < 15 Laser Beam 0,8 0,95 ÷ 5 100 ÷ 104 5.10÷ 5 < 0,05 <150 Electron Beam 0,95 0,97 ÷ 0,5 10 ÷ 5.104 5.10÷ 6 < 0,1 <150 Ngọn lửa O2-

C2H2

0,25 0,85 ÷ 1 10 ÷ - < 1 < 10

B ng ả B5: M ột số tính chất chất cơ bản của các phương pháp hàn

S ự hình thành nội trường nhiệt là một thông số ất quan trọng khi quá trình hàn rcung c p nhiấ ệt lượng cho cả phần v t liậ ệ ở bên dướu i bề ặt hàn Đố m i với phương pháp hàn tự động, thường sử ụ d ng mật độ năng lượng rấ ớn Đầu tiên năng lượt l ng nhiệt được truyền trực tiếp vào bề ặt chi tiết, sự nung nóng bề m mặt chi tiết được quyết định bởi sự phân bố dòng nhiệ q(x,y) trên một diện tích nhỏ ủa bề ặt chi t c m

tiết hơn là bở ự hình thành trười s ng nhi t bên trong.ệ

Trong đó q(x,y) : S phân b dòng nhi t trên b m t v t hàn, w/mmự ố ệ ề ặ ậ 2

Năng lượng nhi t b thệ ị ất thoát ra môi trường xung quanh thông qua vi c b c x ệ ứ ạnhiệt và sự đối lưu, hoặc nó được truyền sang các vật đỡ và cố định trục hoặc các chi ti t khác liên k t v i nó Do vế ế ớ ậy, năng lượng nhi t cung cệ ấp để ạ t o b hàn có thể ể

tập trung vào một phần diện tích nhỏ ủa bề c mặt vật hàn như một dòng nhiệ (q)t

hoặc truyền vào bên trong vật hàn (Qn) Năng lượng nhiệt được phân bố trong vật

hàn nhờ truy n nhiệt và cuốề i cùng sẽ ất thoát ra môi trườ th ng xung quanh thông qua

các chi tiết đỡ ẹ k p hoặc các kế ất c u liên k t hàn ế

Năng lượng nhi t hàn cung cệ ấp cho quá trình hàn để hình thành liên k t hàn và b o ế ả

đảm chất lượng liên kết hàn(trong đó có tổ ch c t vi c a liên k t hàn), ứ ế ủ ế năng ấsu t và

Công thức tính nhiệt độ ối đa t theo nguồn nhiệ t:

a) Ngu n nhiồ ệt điểm:

3 3 (2 )

Năng lượng nhi t truy n vào chi ti t hàn ệ ề ế

Diện tích bề ặt năng lượng nhiệt truyền vào chi tiết hàn ất nhỏ Có 3 thông số cơ m r

b n khả ống chế lượng nhiệt cung c p cho b m t chi ti t và bên trong vấ ề ặ ế ật hàn đó là

- Độ ớ l n c a d i t c đ truy n vào vủ ả ố ộ ề ật hàn (năng lượng c a ngu n ủ ồcung c p trong mấ ột đơn vị ờ th i gian), W

- Tốc độ hàn, mm/s Thông thường nhiệt lượng cung cấp được th hi n b i m t thông s ể ệ ở ộ ố chính đó là nhiệt lượng cung cấp qđ(J/mm), đó chính là tỉ ố ữa năng lượng hồ quang truyền s givào vật hàn trong một đơn vị ờ th i gian và tốc độ hàn

đ

UI v

+ η Hi u su t h quang ệ ấ ồ (η=0.8 khi hàn SMAW, =0.95 v i hàn SAW, η ớ

η= 0.85 khi hàn GMAW, =0.65~0.75 khi hàn GTAW) ηTuy vậy, trong điều kiện thực tế thường yêu c u d i tầ ả ốc đ truy n nhiệộ ề t và tốc đ ộhàn phải được xử lý riêng bi t khi bi u di n chu trình nhiệ ể ễ ệ ởt vùng lân cận mối hàn

và vùng ảnh hưởng nhi t ệ

Năng lượng nhi t truy n vào m i hàn ệ ề ố

Trường nhiệt được sinh ra b i ngu n nhi t chuy n ở ồ ệ ể động là một trường 3 to ạ độ: phương theo hướng hàn, phương vuông góc với hướng hàn và phương vuông góc

với bề ặt hàn Tuy vậy, trong nghiên cứu và tính toán khi áp dụng phương pháp mhàn tự động hàn thép tấm SA516 Gr.70 chi u dề ầy đến 16mm, trường nhiệt cũng được đơn giản hoá đi một chút do các nguyên nhân sau:

+ Năng lượng t ngu n nhiừ ồ ệt hàn được cung c p m t cách ấ ộ ốn định v i m t ớ ộ

d i tả ốc độ không thay đổi

+ Nguồn nhiệt cung cấp chuyển động với một tốc đ không đổi theo một ộđường th ng song song vẳ ới hướng hàn

+ M t c t ngang cặ ắ ủa mối hàn có kích thước không đổi

+ S ự ảnh hưởng c a viủ ệc bắt đầu và k t thúc m i hàn có th b ế ố ể ỏ qua được

Dưới các đi u ki n này, s phân b nhiề ệ ự ố ệt độ theo th i gian t i b t k m t c t ngang ờ ạ ấ ỳ ặ ắ

nào dọc theo hướng hàn đều giống nhau Như vậy sẽ làm giảm bớ ựt s ph c tạp ứtrong việc xác định chu trình nhi t hàn, lúc này có thệ ể ả gi i quy t viế ệc xác định chu trình nhi t hàn b ng hai to ệ ằ ạ độ

Chu trình nhi t hànệ

Nếu có bất kỳ một trong ốn điều kiện trên không được thoả mãn, sẽ không cho bphép việc đơn giản hoá tính toán chu trình nhi t thành d ng hai toệ ạ ạ độ, lúc đó cần

ph i tính toán chu trình nhi t theo 3 to ả ệ ạ độ

Một chu trình nhiệt đặc trưng trong qúa trình hàn sẽ ễn ra như sau: Nhiệt độ ại di t

một điểm của vật hàn sẽ tăng lên rất nhanh bởi tác động của nhiệt lượng cung c p t ấ ừnguồn nhiệt của hồ quang Tốc đ tăng nhiệ ộộ t đ s t l nghẽ ỉ ệ ịch với khoảng cách từđiểm tính toán đến đường tâm c a m i hàn Khi nhi t đ ủ ố ệ ộ tăng lên tới nhi t đ nh ệ ộ đỉ(Tmax) quá trình nguội bắt đầu Tốc độ nguội cũng thay đổi tỉ ệ l nghịch với khoảng cách tính từ đường tâm mối hàn Sau đó tốc đ ngu i s gi m dộ ộ ẽ ả ần theo th i gian Ví ờ

d ụ ta khảo sát chu trình nhiệt của các đi m T1~T5 ở ặt trên và mặt đáy mối hàn ể m

tại cùng ột thời điểm và có khoảng cách đến đường tâm mối hàn tương ứng là y = m1; 1,5; 2; 2,5; 3 cm

Chu trình nhi t hàn cệ ủa các đ ểi m có kho ng cách khác nhau so vả ớ đười ng tâm mối hàn được th ể hiện trên hình sau:

Hình II-9: Chu trình nhi t hàn ệChu trình nhiệt thay đổi theo t ng v trí cừ ị ủa mối hàn, sự thay đổi này phụ thu c ộ