V U V Ă N Đ A T BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VU VĂN ĐAT K Ỹ T H U Ậ T C Ơ K H Í NGHIÊN CỨU A NH HƯƠ NG CU A CHÊ ĐÔ HA N MIG ĐÊ N CƠ TINH VA TÔ CHƯ C LIÊN KÊ[.]
Lý do ch tài
Ngày nay cùng v i s phát tri n không ng ng c a khoa h c k thu t hàng thì lot các v t li u m i i n nay v t li c s d ng trong các ngành là rng v chng lo i và tính công ngh Cùng v u ci v t, chng và tính th m m c a s n ph c nâng cao Nhôm và h p kim nhôm hi c ng d ng r ng rãi trong xây d ng, hàng không và công nghi p tàu bi n Vì v y ngành công ngh i nghiên c u
tìm ra nh ng công ngh nh ng th c t t qu là hàng lo t công ngh hàn MIG nhôm và hng
c áp d ng r ng rãi c ta
Qúa trình hàn MIG nhôm và hm: th i gian duy trì h quang dài, t p l n, không b t n th u m u que hàn nhi u so v i hàn h quang tay; m b n tóe th p V m c a mình thì công ngh hàn hàn MIG nhôm và hc áp d ng trong th c ti hàn MIG nhôm và h p kim nhôm là m i mi c ta, vi c nghiên c u, ng d ng công ngh này vào th c t s n xu t còn r t h n ch Vì v ng m i hàn vi c nghiên c u ng c a thông s c và hình d ng c a m i hàn th c hi n b ng công ngh hàn MIG nhôm và h p kim nhôm là h t sc cn thic tin cao.
L ch s nghiên c u
M
nh giá ng c a các thông s công ngh hàn n chc c a m i hàn giáp m i v t li u h p kim nhôm 5083 thc hi n b ng công ngh hàn hàn MIG nh m ng d ng vào s n xu t m t cách có hi u qu
N
Tình hình nghiên c cngoài
Sanjeev kumar và công s , ng d ng công ngh ngvào hàn nhôm t m có chi u dày l n và áp d ng công ngh hàn TIG xung khi hàn t m có chiu dày (3 ÷ 5mm) vn hàn trong kho ng t ng khí b o v t 7÷15 lít/ phút ng su t c t c a KLMH (73 Mpa) nh Mpa) T vi c phân tích các m i kính hi n vi, các tác gi nh n th y r ng kim lo u trúc d ng tr c d ng vi n chy và s phá h y m u th n m khu v c này
Indira Rani và c ng s , a h p kim nhôm AA khi hàn
i t n s xung) Tác gi ch nghiên c u dòng hàn trong kho ng 70 ÷ 74 A và v n t c hàn 700 ÷ 760 mm/ phút, t n s xung 3 và 7
Hz T k t qu thc nghi m nhóm tác gi r ng gi i h n ch y và gi i h n b n kéo c a KLMH và KLCB g n gi ng nhau M u th kéo cho k t qu i t t vùng HAZ
Ahmed Khalid Hussain và c ng s , u ng c a v n t n gi i h n b n kéo c a liên k t hàn khi hàn TIG t h p kim nhôm AA6351 v i chi u dày 4 mm M i ghép vát ki u ch V, v n t c hàn 1800 ÷ 7200 mm/ phút K t qu th kéo cho th y r ng khu v c m i hàn và lân c n m i hàn cho giá tr nh i h n b n t c hàn gi m xu ng
Norman và c ng s , u t ch c t vi c a h p kim Al- Mg Cu Mn - - trong ph m vi ch hàn r n hàn t 100 ÷ 190 A), t i t 420 ÷ 1500 mm/ phút T chc t c vùng trung tâm m i hàn khi làm ngu i v i t l n so sánh v i t ch c t vi t i vùng vi n ch
t lu n r ng n u t ngu i ch c t vi t i vùng KLMH có d c nh
Kumar and Sundarrajan, u công ngh hàn TIG xung khi hàn h p kim nhôm AA có chi u dày 2,14 mm v n hàn (40 ÷ 90 A), v n t c hàn
(210 ÷ 230 mm/ phút) Tác gi d t thông s ch hàn TIG xung v i m a KLMH
Preston và công s , d ng k thut mô ph ng s d ng su và bi n d ng ph thuc vào gi i h n ch y c a h p kim nhôm A2024 có chi u dày 3,2 mm b
Krzysztof Dudzik, t qu nghiên c u v các tính ch c c
Là m t c t phá trong công ngh tàu cao t c v h p kim nhôm Vit Nam, 1997, Công ty 189 ch t o thành công tàu tun tra cao t c v nhôm mang ký hi u ST 112 cho B nh L B i Biên Phòng.
Theo sau s n ph m tàu h p kim nhôm ST112, 1997, Công ty ch t o hàng lot xu ng cao t c v h p kim nhôm mang ký hi u thi t k ST450, ST520, ST660, ST570, ST700, ST650, ST750, ST750-CN, ST750CNX, ST737, ST850, ST880, ST900, ST920, ST1200, ST740, SD530, SD420 cho Các B và các ngành
ph c v cho cáctrình kim phòng tra ch ng bão l t, tu n tra, cu h c u n n, b và l du ch T t c s n ph m trên c ki m nghi m qua th c t khai thác s d ng, c các th ng khó tính giá cao v ch t ng và tính s d ng.
Không ch thành công trong vi c ch t o các s n ph m xu ng cao t c v h p kim nhôm, Công ty 189 còn thành công trong vi c ch t o hàng lot tàu tun tra quân s tiên ti n (tàu tun ST126 c a B tra Công an, tàu tun ST112 c a B i tra Biên phòng, tàu tun tra DS197 c a T ng c c H i quan, tàu tun tra ST146 c a Biên phòng tàu ch khách (tàu KT01 c a Huy n o Cô Tô, tàu v h p kim nhôm cao t c 100 khách B ch Long (ST138) c a Ban QLDA B ch Long và hàng lot các loi tàu khác tàu c a chính, tàu kho sát thu
2001, d u m t c phát tri n t b c c a Công ty 189 b ng vi c Công ty ch t o thành công tàu cnh sát bi n cao t c v h p kim nhôm mang ký hi u thi t k TT120 cho l c ng C nh sát Bin Vit Nam là tàu tun tra cao t c v h p kim nhôm giá có tr và qui mô l n c l p t i Vi t Nam và s n ph m tàu TT120 c Th ng B và các quan ch c
giá cao c v ch t ng, th m m và ng c các tính k chi n thu t c duy t (hi n nay Công ty xu t ng c n chi c tàu th 8).
Không ch thành công trong v c tàu tun tra cao t c ph c v công tác qu c phòng, trong v c m i tàu khách, tàu du l ch, tàu công v cao t c v h p kim nhôm, Công ty 189 thc hi n r t thành công và hi u qu Hin nay, Công ty xu t ng hàng lot tàu, xung du lch ch khách, tàu công v cao t c v h p kim nhôm tàu ch khách ST880, ST1500, ST138, ST166-1&2, ST1600, ST1650-1&2, ST155, K103, ST176, ST196, ST182, ST1360, nh ng s n ph m này c ki m nghi m qua th c t khai thác và c khách hàng giá cao Ch y u nghiên c u hàn h p kim nhôm 5083.
u và b o v thành công lu n án ti thu t khi hàn liên k t góc gi a nhôm 1100 và thép CCT38
Nguy n Qu c M u và b o v thành công lu n án ti k thut khi hàn giáp m i và liên k t góc gi a h p kim nhôm 6061 và 5083 v i thép không g 304 và 316
T ng quan v v t li u nhôm và h p kim nhôm
1.2.1 m công ngh c a nhôm và h p kim nhôm, ph m vi ng d ng c a chúng [5]
Nhôm là m t kim lo i m m, nh v i màu b c ánh kim m , và có m t l p m ng oxit hóa t o thành r trn nó ngoài không khí T trng riêng c a nhôm ch kho ng m t ph n ba s ng Nó m m d u n và gia công trên
Nhôm d ng t m, cu nh hình có nhii kim loi khác nh hình là quá trình s lí kim lo i nh m phát huy t c tính c a nhôm, phù h p cho các nhà thi t k ,
Nhôm có tr ng nh nh t trong các kim lo i, do v y nhôm d v n chuy n và chi phí v n chuy n th p Là nguyên li u h p d n cho ngành hàng không, nhà cao t ng và công nghi c v n t i thì nó giúp gi m chi phí nhiên li u.
i ta có th Khi nhi t
gi m, nhôm b cùng khí h u l nh
Nhôm là s k t h c bi t gi a tr ng nh b b n có th khi thêm vào m t hay nhi u ch ng, km
Tính ch ng mài mòn c a nhôm tùy vào l p màng oxide m ng, và c ng bên ngoài L p màng này có th dày t 0.2 milimet i
Nhôm có tính d n nhi t cao thích h p cho nhc ci nhi ph n làm mát c a t l nh và các thành ph n c c
nh hình theo hình d ng thích h p cho nh ng b ph n c n d n nhi t
Nhôm là kim loi r có tính dc dùng dn
Nhôm không có t c dùng cho các thi t b m chn
Nhôm d nh hình t t b d o t có th u n l i n móp mép Có nhi nh hình nhôm, u n, ép, kéo
* Các lo i nhôm và h p kim nhôm ng g p:
- Nhôm nguyên ch t (1XXX series)
- H p kim nhôm- ng (2xxx series)
- H p kim nhôm-mangan (3xxx series)
- H p kim nhôm-silic (4xxx series)
- H p kim nhôm-magiê (5xxx series)
- H p kim nhôm- magiê silicon (6xxx series)-
p kim nhôm magiê (5xxx series) c ng d ng r ng rãi t i
c phát tri n trong các ngành xây d ng, công nghi
Vì th tác gi chn nghiên c u công ngh hàn h p kim nhôm - magiê 5083
2 Thành ph n hóa h c hp kim nhôm 5083
Mg Mn Cu Si Cr Fe Zn Ti Al
1.2.2 Tính hàn c a nhôm và h p kim nhôm
Nhi nóng ch y AL : 660 °C; Al2O3: 2050 °C
Khng riêng c a AL : 2,7 g/cm 3 ; Al2O3: 3,6 g/cm 3
Khi hàn hình thành l p màng oxit AL 2 O 3
c nh m i hàn khó nóng ch y, l n x trong khi hàn.
h l p màng oxit nhôm b ng các bi n pháp:
- i bc ng bàn chi có si thép không g
- Hóa hc: thu c hàn t o thành các ch t d thuc 50% KCl + 15% NaCl + 35% Na3AlF3 cho ph n ng
Al 2 O 3 + 6KCl 2AlCl 3 + 3K 2 O Dung dch axit kim.
- H quang : hi u ng b n phá catot c a h quang
T i nhi b n gi m nhanh, làm nhôm b s chy loãng cao, nhôm d b chy ra kh i chân m i hàn Ngoài ra nhôm b i màu khi hàn nên khó phát hiu ch
H s dãn n nhi i th p, nhôm d b bi n d ng khi hàn
Hydrô là ngu n gây r khí ch y u khi hàn nhôm, c n ph i kh các h p ch t cha khí Hydrô trên b m t hàn hòa tan ct
m my ra trong b hàn nhi u hydro s hình thành "bong bóng" và "bong bóng" b m c k t trong m i
Nhôm d n n t t nên khi hàn ph i dùng ngu n nhi t có công su t ln hoc ngu n xung
t này x y ra ngay trong kim lo i v n còn nóng ng x y ra trong vùng HAZ 1.3 hàn nhôm và h p kim nhôm
Ngày nay công ngh n khá m
c s d ng là : hàn SMAW, TIG,
Hàn h quang que h (SMAWn nóng chy s d n c i d ng có v b c), t c các thao tác (gây h quang, d ch chuy n que hàn, thay que hàn , i th hàn th c hi n b ng tay
Khi ng d ng vào hàn nhôm s có m t s i hàn
c liên t c do ph n nhi t s b n gây
Hàn TIG hay còn g i là hàn h n c c không nóng ch y (tungsten)
ng d ng trong hàn nhôm khá nhi u,
ng ch ng d ng trong hàn các t m m ng
m: PTIG cho t thi tay ngh th
- c c p m t cách liên t quá trình th c hi n b ng MIG/MAG s v i quá trình hàn TIG hay SMAW
- Nó có ththc hic các liên kt hàn vi chiu sâu ng u ch y l n
- Nó có th c c t m m ng l n t m dày
- Quá trình hàn MIG/MAG cho h s p kim loi rt ln.
- Quá trình này d dàng thc hin (v n hành)
- Không c n s d ng thu c hàn, s n ph m hàn MIG/MAG m p, gn gàng, sch làm s ch b m u này giúp cho làm gi m t ng chi phí hàn
- Có th hàn v i t cao, VAHN nh , làm gi n d ng khi hàn
Các thông s (U h , I h , V h u yêu cc ki m soát, l a ch và k có th c m t m i hàn có k t qu t t
- Thit b hàn thì khá là phc tt tin, tính ng th p
- Khí b o v có th d dàng phát tán n u ki n che ch c t t,
g p r t nhi u ki n hàn ngoài tr i nc che ch t.n t
Nguyên lý
h quang n c c nóng ch ng khí b o v
c gi i thi u t n t c ng d ng r ng rãi trên th ng Hàn h n c c nóng ch y trong khí b o v quá là trình hàn nóng chn nhic cung c p b i h quang t o ra gi n c c nóng ch y (dây hàn) và v t hàn H quang và kim lo i nóng ch y
c b o v kh i tác d ng c ng xung quanh b i m t loi khí ho c 1 h n h p khí Khí b o v có th ng v i kim lo i l ng khi hàn ho c là các lo i khí ho t tính có tác d ng chi m ch y không khí ra ngoài vùng và h n ch tác d ng x u c a nó hàn này g i là GMAW (Gas Metal Arc Welding)
Hàn h quang b n c c nóng ch ng khí ho t tính (CO
2MAG (Metal Active Gas)c s d ng r hàn kim lo i thép carbon và thép h p kim th p trong công nghi p
Hàn h quang bn c c nóng ch g ( c s d hàn kim loi màu và h p kim màu
hàn MIG nhôm và h p kim nhôm có th theo ki u bán t ng ho c t ng T t c các loi nhôm, h p kim nhôm có th hàn m i t th b ng ph g pháp này, ch c n l a ch c vt liu hàn và các thông s hàn thích h p
c ng d ng ph bi n trong ch t o các k t c u h p kim nhôm quan trng Khí b o v c dùng là He (99,985%), Ar (99,98%)
Hiu qu khi hàn t m có chi u dày 4mm
Dòng m t chi u c c ngh ch (b n phá catot màng AL 2 0 3 b).
So v i hàn th n c c b nung nóng quá mm là kh t p ch t (oxít nhôm) t t cao.
ng kính dây hàn d = 1,2 1,5 mm V÷ i các dây l
÷ 140 A, cho phép hàn mt các t m có chi u dày 4 6 mm Khi hàn ÷ hàn ngang hàn tr n c n gi m
Khong cách t u ch n b m t v t hàn là t 5 15mm ÷
Ch hàn tiêu bi u: h u h t h c hàn b ng ch d ch chuy n tia có dòng b ng ho c xung
m c a d ch chuy n tia là ng u t t, h quang c ng, h p và n nh d hàn khác nhau, có th hàn m i hàn góc nh trên chi u dài l n
c ch n ph thu n c c dây hàn, d ng truy n kim lo i l ng vào b hàn và chi u dày liên k n quá th p s m b o ng u h t chi u dày liên k t, gi b n c a m i hàn Khi dòng
n quá cao s d n t n tóe kim lo i, gây r , biên d ng m i hàn không nh
1 Bith hi n m i quan h c n hàn và t c p dây, [14]
T c p dây phng v i t nóng ch y c n c c (dây hàn)
T c là ph thu ng kính dây hàn T c p
ng nh c a nhà s n xu c khi tin hành hàn ta nên hàn th u ch nh t theo yêu c u c th
n áp hàn là m t thông s quan tr ng trong hàn MIG, quy nh d ng truy n kim lo i l ng n áp s d ng ph thu c vào chi u dày chi ti t hàn, ki u liên kn c c dây hàn, thành ph n khí b o v có giá tr
n áp hàn h p lí, ta ph i ti n hành hàn th v i các giá tr n áp tra b ng ho c
Các thông s công ngh
S tiêu hao c a khí b o v ph thu ng kính dây hànng khí b o v ít
ng kim lo i l ng b n tóe càng nhi u
s gây ra lãng phí không c n thi t
u dày chi ti t hàn Tuy nhiên s l a ch ng kính dây hàn li ng l n t i ki u d ch chuy n kim lo i l ng vào b i v c, khi ging kính dây hàn s d ch chuy n kim lo i l ng và t nóng ch y c n cc (dây hàn) s g lên
T hàn quynh t i chi u sâu ng u c a m i hàn N u t hàn th p,
l n và ng hàn, t c p nhi t c a h quang vào m i hàn s gi m, làm gi ngu và thu h p m i hàn
u dài ph n nhô, nhi n dây hàn này s gi n hàn c n thi nóng chn c c theo t c p dây nhnh Kho ng cách này là r t quan tr ng khi hàn, ch c n m t s bi n thiên nh
Chiu dài ph n nhô quá l n s i nóng ch y m i hàn, gi m
ng u d n t i lãng phí kim lo i hàn Ngoài ra tính nh c a h
ng N u chi u dài ph n nhô ra quá nh s gây ra s b n tóe, kim lo i b n tóe s dính vào m hàn ng ch p khí làm c n tr khí b o v m i hàn, gây ra r x p trong m i hàn
Thi t b hàn MIG nhôm
bán t ng ho c t ng, thi t b g m các b ph n chính sau:
- Súng hàn a) Súng hàn dùng cho máy có b y dây hàn trong máy b) Súng hàn có b y dây trên thân súng, dùng cun dây nh m c ngay phía sau súng
Máy hàn MIG s d ng súng hàn thay vì m t gi hàn trong hàn TIG Súng hàn có dáng v kh u súng ng ng dây hàn và khí b o v vào ng d n t i súng hàn g n ,
ng d n c c và ng d n khí b o v Dây c c p thông qua tit và ng d ng t trong lòng súng Ngoài ra b ph n không th thi u c a súng hàn là công t c cp dây và khí b o v
n trong khoi khon áp 110÷220V ho c 380V Chu kì t i 40%, 60% ho c 100%
- u truyng dây hàn và b u khi n
c liên k t kh i v i nhau, nó có ch u khi n t c p dây T c xác l p theo kho ng giá tr dòng hàn B
u khi n s hi u ch nh kh ng và d ng c p dây
c ch a trong các bình ch a chuyên d c nén v i áp su c n p khí t các tr c v n chuy n t i các nhà máy xí nghi p s d ng
- ng h , van áp su t khí
ng h và van áp su t khí là b ph ng trong khi hàn Thi t b hàn c n cung c p khí b o v v ng và áp sui Van ch nh
m nhii van ch nh áp m t c p ho c hai c p cho áp su t
ng khí cung c t c p Trong khi hàn tùy tu kiu chng khí phù h p
V t li u hàn
Khí b o v dùng trong hàn MIG nhôm và h p kim nhôm là Ar, He
u ch t khí quy n b ng không khí và tinh ch tinh khi t 99,98% Kh c ch a trong các chai khí vi áp sut cao hoc d ng l ng v i nhi -185,5ºC
Khí b o v Argon, Heli dùng trong hàn MIG ngoài tác d ng b o v vùng hàn, b o v n c c còn làm nhi m v i n c c và hàn Khí Argon,
ng hóa h c v i các nguyên t khác), khí Argon không
c và n ng kho ng 1,5 l n so v i không khí (t tr ng 1,783g/l) Argon không hòa tan trong kim loi ng thái l ng hay r n Heli có t tr trng 0,187g/l có
ng g p 10 l n so v i Heli Trong th c t c s d ng r ng lí do sau:
+) Nó t o ra h n áp h quang th i cùng m t dòng hàn khi dùng các khí khác Có tác d ng làm s ch b m t v t li u khi hàn Nhôm, b o v ng th
D gây h n áp h quang th i các khí khác)
+) Khí Heli là lo i khí phong phú th hai sau khí Argon so v còn l i v i cùng dòng hàn, khí Heli t n áp h quang g p 1,7 l n so v i khí
ng th i ngu n nhi t h n g p 1,7 l n khi hàn so v i khí Argon
+) Trong công nghiu ch t không khí b ng cách h nhi c a không khí, bi n nó thành th l i h n h p (d a vào nhi sôi ca các cht thành phn không khí)
ER 2319 6,3 Cu, (V +Zr) có ki m soát; Al còn l i
ER 4043 5,3 Si; còn l i là Al
ER 4047 12 Si; còn li là Al
ER 4145 10 Si, 4 Cu; còn l i là Al
ER 5183 0,8 Mn; 4,9 Mg; còn li là Al
ER 5356 0,1 Mn; 5 Mg; còn l i là Al
ER 5554 0,8 Mn; 5,1 Mg; còn li là Al
R 242 4 Cu; 1,5 Mg; 2 Ni; còn li là Al
R 355 5 Si; 1,2 Cu; 0,5 Mg; còn li là Al
R 356 7 Si; 0,3 Mg; còn l i là Al Thành phn hóa h c c a dây nhôm
Chn v t li c r t quan tr ng, n u ch n v t li u không thích h p có th gây n t t i kim lo i m i hàn do kim lo i m i hàn ho c vùng
ng có tính d b n th p khi nhi ra tình trng s t m i hàn)
gi ng n t gi a các tinh th trong vùng ng nhi t, nên dùng v t li u hàn có nhi nóng ch y b ng ho c th n, t c là
Vi hp kim nhôm 5083 ta ch n v t liu hàn là khí Ar và dây hàn ph ER 5356
và h p kim nhôm có th u bán t ng ho c t ng T t c các lo i nhôm, h p kim nhôm có th hàn m b c n l a chc v t li u hàn và các thông s thích hp.
Khi so n th o quy trình công ngh c hi ta kim lo n t b hàn, v t li u hàn, liên k t hàn
c ti p theo là ch n ch hàn, các bi n pháp kh ng ch ng su t và bi n d ng hàn, và các bi n pháp ki m tra chng m i hàn
T h p các thông s n c a quá trình hàn b m nhc m i hàn có hình dc và chng yêu cc g i là ch hàn Các thông s n c a ch ng kính dây hàn, t m v n c c, t hàn, góc nghiêng m hàn ng khí b o v
Vin và hình d ng m i hàn có ý trng trong l a ch n ch chng m i hàn Hình d ng m i hàn do y u t chi u r ng B, b và chi u cao H, h c a m i hàn t u sâu ngu ng l n t i ch ng m i hàn V i liên k t hàn giáp m i ch u t i,
c bi t là t i tr ng bi i thì chi u cao H, h c a m i hàn mong mu n ti n t tránh s t p trung ng su t hoc khi hàn xong ti n hành mài ph ng b m t m i hàn
V i ngu n hàc tuy n c n hàn t l thun v i t c n c c (dây hàn) v u king kính, thành ph n và t m vn ci Khi các thông s khác c a ch i, vi
n hàn s p và chi u sâu ng dòng
n hàn th p t o thành d ng d ch chuy n kim lo n ci d ng gi t l n và b n tóe nhi u khi hàn b ng dây t b o v và có th khí trong kim lo i m n hàn cao quá m c làm cho b m t m i hàn li nhiu và hình d ng m i hàn kém
5 Hình dng mi hàn và ng c n hàn
i u ra c a ngu n hàn ph i có kh u ch nh thích h p nh m duy trì m a
th Hình 3.6 cho ta thy m i quan h gi n hàn v i v n t c c n cn c n hàn bi n thiên trong kho ng nh ng r t l n t i t c n c c n
n hàn thì v n t c c n c c bi : i v i dây hàn
n hàn là 150A thì t c p dây hàn là 300 in/Min (12, n 250 thì t c p dây hàn ph i v ng kính
n hàn là 500A thì t c p dây hàn là 97
n 600A thì t c p dây ch phn 170 in/Min (7cm/s)
n áp h quang và chi u dài h quang t l thu n v i nhau Chi u dài h quang l n có th n áp h quang quá cao, d n b n tóe, chi u r ng m i hàn l n và hình d ng b m t m n áp h quang quá th p s làm m i hàn l i và h p, b n tóe và chi u sâu ng u nh
Khi ng khí b o v b n c c nóng ch y d c thông s quan Khi các thông s m i t vn c c quá l n s làm cho h quang không nh và b n tóe nhi u T m v i
n c c quá nh s làm cho h quang quá dài so v i giá tr c cn áp
ng h p có s d ng khí b o v , s làm cho các gi t kim lo i b n t và tích t quá m c t i mi ng ch p khí c a súng hàn, gây c n tr khí b o v và làm r i hàn T m v n cng vi hàn có khí bo v là 12 ÷ 18 mm
i v i dây hàn cùng lo i, v i cùng m n hàn thì kích
c dây hàn khác nhau s d n n v n t c c p dây c n c tm vn ci
th ta th y n c c gi i dây
n hàn khác nhau và t c n c c, tm vn cc là khác nhau.
T hàn (t di chuy n c a h quang d c m làm gim tit di n m i hàn và chi u sâu ng u T hàn quá th p s nung nóng kim lon và gây cháy th ng các t m m ng m i hàn có b m t thô T hàn quá cao làm cho hình d ng m i hàn không t t, có th gây n t m i hàn
Khi hàn m i hàn giáp m i hàn s p và hàn ngang, c n gi súng hàn nghiêng m t góc thích h p, sao cho l c c a h quang giúp t o dáng m i hàn m t cách thích h i l ng ch y v c, tránh b phân l p kim lo i trong m khí b o v , góc nghiêng này nên có giá tr trong khong 10 0 -15 0 (hình 3.8) a) b)
8 Góc nghiêng m hàn khi hàn giáp m i
i v i khí b o v ng khí ph t m c thích hng th p s làm m i hàn b r ng quá cao s gây ch y r i, t u ki n cho không khí thâm nh p vùng h ng khí b o v t tùy thu c vào lo c ch p khí, kho ng cách t ming chp
n b m t v u ki n hút gió khi hàn
26 l/phút ming ch p khí
c khi hàn c n ki m tra máy hàn, h th ng c p khí và các thi t b liên quan, v u dây hàn cho nh d m i h quang
Khi hàn giáp mi n c c nghiêng t 0 so v i tr c th ng Khi hàn các k t c u quan tr c bi t là các liên k t hàn giáp m i có chi u dày t m l n, c n k t thúc hàn t i các t m công ngh ng hàn, t nh hàn d i l p thu tránh hi n t ng n t mi ng hàn lúc k t thúc h quang
ng ngang cn c c có th ng ho c th c hi n theo ki u bán nguy t, a ng th i vi i hàn m l p Khi hàn nhi u l p, l p th t nh t có th ng hong thi; Các l p ti p theo th c hi ng theo ki u bán nguy ng th i b ng cách b trí nhi u
ng hàn trong 1 l p hàn Khi hàn nhi u l p, ph i làm s ch b m t c a l p tr c r i m i hàn l p ti p theo Không cho phép khu và k t thúc h quang t i cùng mt v trí hàn khi hàn nhi u l p
Khi tr c phép hàn ngoài tr i tr không th tránh kh i thì ph i dùng d ng c i gi c bi khô
Chun b mép hàn, rãnh hàn ph nh Rãnh hàn dùng cho bán t ng ph c chính xác
Bi ng: s d ng các bi ng ch ng bi n d ng
ng n t nóng ho c kênh mép c a m i hàn
Thc hi n gá lm b o khe h ng hàn, hai t m ph i
ch ng bi n d ng khi hàn
c t y b ng axêton ho c ch t dung môi, l i l p d u m c t y b ng b c (gi y ráp, bàn ch i thép không g ng kính si nh dùng hóa ch kh m thc (0,5÷1 phút) trong dung dc, c (1÷2 phút) và trung hòa b ng dung d i l i b ng
c và s y khô b ng không khí nóng 80÷90 o C
Hình d c c ng hàn là thông s quan tr ng c a ch t
ng hàn t o thành m i hàn v i hình d ng, c tiêu chun và theo thi t k là r t quan trng
n hàn I h (hay v n t c c n c c V d n áp h quang U h , v n t c hàn V h , lo ng khí b o v , m hàn, t m v i
n c c, tính ch t lý nhi t c a v t li u
Các thông s ch hàn có ng chính, tr c ti n hình d ng, kích
c và chng c a m n hàn (Ih), quang (Uh), v n t c hàn (V h), ng khí b o v
NGHIÊN C U TH C NGHIM NG CA CH HÀN TI
TÍNH VÀ T CHC KIM LO I TRONG LIÊN K T HÀN GIÁP MI 1
Xây d ng quy trình cho h p kim nhôm 5083
NGHIÊN C U TH C NGHIM NG CA CH HÀN TI
TÍNH VÀ T CHC KIM LO I TRONG LIÊN K T HÀN GIÁP MI 1
Nghiên c u th c nghi m là phân tích và l a ch n các thông s k thu t mà c n ph c nghiên c u Trong th c t r t nhi u các thông s công ngh có nh
và t ch c t vi c a kim lo i m i hàn Tuy nhiên, c n thi t l a chn các thông s chính n k t qu u tra, các thông s công ngh
Các thông s c nh: Góc m hàn ng hàn, t m v n cc, di chuy n c a m hàn ng th ng, chi u dày c a v t li u,cht nhi t c a v t liu, v trí hàn và các thông s c a m i ghép hàn
Các thông s c c nghiên c u và t n hàn (I h ), v n t c hàn (V h )
4.2 Xây d ng quy trình hàn cho h p kim nhôm 5083
2 Thành ph n hóa h c hp kim nhôm 5083
Mg Mn Cu Si Cr Fe Zn Ti Al
Mg Mn Si Cr Fe Zn Cu Ti Al
Nguc ng d ng công ngh u khi n s , d a trên công ngh IGBT hi i nh t, cho ch ng hàn cao c hàn MIG/MAG và hàn MIG xung trên m i v t li u c bi t là thép không g , nhôm và thép m k m b ng cách t u hóa công vi c sau hàn do không b b n tóe khi hàn
Nh công ngh tiên ti n k t c u v ng ch c d s d ng DIGITECH 400 PULSED là m t gi i pháp cho m i ng d ng yêu c chính xác cao và kh l p l i Tính linh ho t c c th hi n kh i
hai ch hàn TIG và hàn h quang tay
4 Thông s t ca máy DIGITECH 400 PULSED và b c p dây TA4
Phu ch nh MIG/MAG TIG Que
Các ki u dây thích h p Thép các bon
Nhôm silic Dây lõi thuc h Rutin và h Tang dây
Ar tinh khit Ar-CO2-O2
H n h p CO 2 và Ar Làm mát Áp sut max (Bar)
3 Trang thit b ph tr b o h ng c n thi t
STT Tên trang thit b ph tr M d ng
t ng t i Kính có ch t ng chuy n t i phù h p v i ánh sáng khi hàn
Tránh s ng c a ngu n nhi n ph n tay c i th hàn
Qun áo ch u nhi t/ y m ch u nhi t
Qun áo ch u nhi t/ y m ch u nhi t c c làm t nh ng v t li u khó cháy, ít h p thu ngu n nhi t.
Tránh s ng c a ngu n nhi n ph n thân c i th hàn
Giày b o h khi hàn Tránh s ng c a ngu n nhi n ph n chân c i th hàn
Giày có kh n, chng gi t, an toàn cho th hàn
Máy mài mini c m tay mài mép các m u (n u c n)
xu t hi n trong quá trình chu n b m
Máy nén khí th i s ch các h t m t s t ra kh i b m t ghép giáp m i xu t hi n do các quá trình chu n b m
M i ghép hàn nhôm và h c thi t k theo tiêu chu n:
Trong quá trình hàn h n c c nóng ch y, có nhi u y u t công ngh
ng u và ch ng c a m t trong các thông s có ng u c a m n hàn I h (A) và v n t c hàn V h (cm/phút) B ng th c nghi c giá tr và kho ng bi n thiên giá tr c a I h và V h B ng 4.6
B ng nghiên c u lý thuy t, kinh nghi m và quá trình làm th c nghi , nh n th y I h và V h quan h ngu c a m i hàn, hàm m c tiêu
c ch ng u c a m i hàn ( ); các nhân t có ng u c a m n hàn I h (A) và v n t c hàn V h (cm/phút) Áp dch th c nghi m tâm xoay b c 2; nhân là ma trn quy ho 2 2 , th c nghi m m sao v 1,414, và 3 th c nghi m y t ng s có 11 th c nghi c s p x p thành ma tr n qui ho ch th c nghiB ng 4.8.
i quy t ng quát b c 2 tâm xoay có d
6 u ki n th c nghi ng bi n thiên c a các thông s ch
7 Ma trn quy hoch thc nghic 2, hai y u t c l p theo bi n o
T
Trình t th c hin Hình nh minh h a
4.4.1 Ch hàn và hình nh các m u thí nghi m
4.4.2 hình d ng, c ch khác nhau
10 ng u v c, hình d ng m u theo ch khác nhau
Ngoi dng và macro mi hàn
Ngoi dng và macro mi hàn
Ngoi dng và macro mi hàn
Ngoi dng và macro mi hàn
các k t qu c trên, tuân theo các tiêu chu n/quy ph m v ch t
ng m i d ng u c a M u thc nghit tiêu chu n là m u 2, 7, 9, 10, 11; Các m u th c nghi
Kim nghi m s a các h s h i quy theo tiêu chu n Student xác
c các h s 0 , b 1 , b 2 , b 11 , b 22 , h s b 12 i h s b 12 ra khi quy ti quy còn l i là:
Kinh s phù h p c i quy bc hai tâm xoay theo tiêu chun F:
Ta có F tt < F 0.95 (7, 2); vì vc mô t i thc nghi m Chuy n t n mã hóa (x 1 , x 2 ) v theo bin th c (I h , V h ):
T g trình h i quy (4.3) nh c, nh n th y r dòng
n hàn (I h ) và v n t c hàn (V h ) có ng l ng u c a m theo m i quan h toán h c b c 2 trong kho ng bi n thiên c n hàn t 145 ÷ 165 (A) và v n t c hàn 37 ÷ 47 (cm/phút) ; Vh) có nh
ng theo chi u làm gi ng u c a m
I h ) có ng theo chi ng u c a m i hàn ; s ng này
lý thuy t v công ngh hàn MIG c n trong
T i quy nhc, th y r ng v n t c hàn (V h ) ng b c hai và theo chi u gi ng u c a m kho ng bi n thiên c a
n hàn t 37 ÷ 47 (cm/phút) v n hàn (I h ) i và b ng 155 (A) n t c hàn (V h ng u c a m i hàn gi c l i
u cho giá tr th kéo th
12 V trí ly mu th soi t chc t vi
Theo gi Al-Mg, v i thành ph n c a h p kim nhôm 5083 nhn thy
ng Mg ch có kho ng 4,5% nên trong t ch c c a h p kim nhôm ch y u c a
Mg và pha Al 3 Mg 2
nh t ch c v i X400 nh n th y t ch c khá nh m n, các pha
Al 3 Mg 2 phân b u trên n n c n và khó phân bi ch c r ròi các ht trên nh t chc t vi
L a ch n l y 3 m u (m u trung tâm và 2 m ng v i m u TN 7, 10, 2 a) b)
i hàn, nh n th y y có s t p trung các pha Al 3Mg2 s m) Các h t này t p trung thành m m ho c có th thành m t di khá dài trong mu này ng khá nhia m không
u trong m i hàn và khác so v i vùng HAZ (vùng HAZ t p trung khá nhi u
u này là do trong quá trình nóng ch y, do ái l c nên các pha gi ng nhau có
ng tích t t p trung l ng th i do Al 3 Mg 2 t p trung biên gi i h t nên
ng tác h i m n tính chng b
ng nhi t, pha Al 3 Mg 2 phân b u trên n n nhôm Tuy nhiên n th y có nh m màu sáng tr ng, có th d là Al nguyên ch t t p trung l i v u này có th lý gi
ng riêng n khng riêng b ng 2/3 Al) nên l ng và t p trung nhi u vùng ng nhi ng th i các pha Al 3 Mg 2 phân b vùng này khá ít nên màu khá sáng, không b x n Nh n th y tr i qua m t quá trình nhi t t chc c a vùng nh ng nhi t rõ các h
Ngày nay vi c ki ng nhi , s phân b ng su ng sut t p trung c c b và bi n d ng hàn không còn là v ph c t s phát tri t b c c ngành k thut máy tính D n t h u h n b ng các ph n m SYSWELD, ANSYS, ABAQUS, COSMOS,
ta có th d dàng d c ng c a các thông s công ngh
n s phân b ng su n dng th ki m soát
ng nhi t c p vào b hàn v i m m s ng c nhi tính ch t c c bi t là vùng HAZ
V i ngu n nhi t hàn h ng khí b o v n c c nóng chy, t ng công su t hi u d ng P= U h.Ih h-n áp h quang (V);
I h -là n hàn (A) và là hi u su t h quang hàn 80% [10]
Goldak và c ng s n nhi t có m phân b
nh b ng cách ph i h p hai kh t o thành m t ngu n nhi t M nhi t bên trong t ng kh c mô t b
17 Mô hình ngu n nhi t hàn GMAW
V i m m b t k (x,y,z) bên trong kh c h quang hàn), m ngu n nhi c biu di n b
V i m m b t k (x,y,z) bên trong kh i bán ellipsoid th hai (phía sau h quang hàn), m ngu n nhi c biu di n b
Trong hai công th c trên a f , a r , b và c là các thông s hình h c c a ngu n nhit khi ellipsoid kép, hình 5; Q R là hàm m ngu n nhi t.
y có th th y r ng ngu n nhi t kh i ellipsoid kép phân b có th c bi u di n b ng 5 thông s u su t h quang và 4 thông s hình hc ca ngun nhit a f , a r , b và c trên b ng 2
13 Mô hình ngu n nhi t theo Goldak
4.7.1 Thông s quá trình hàn và mô ph ng
Thông s , ch hàn th c nghi m b c mô t trong 14 Thông s mô ph c cho trong 15
h: V n t c hàn [mm/s]; D d ng kính dây hàn [mm]
20 Khng riêng c a h p kim nhôm 5083
21 Nhit dung riêng c a h p kim nhôm 5083
4.7.2 Mô hình hóa và mô ph ng s
Thi t k liên k t hàn giáp m i t h p kim nhôm 5083 theo tiêu chu n AWS 1.2 2015, xem hình 2.6 s d ng ph n m thi t k m i ghép hàn t h n trên.
c mô hình hóa v i 104343 node và 133362 ph n t n t kh i (HEXA, PENTA,TETRA) là 100750 ph n t ; ph n t tam giác là 188 và ph n t t giác là 32424
k t qu i gian x lý bài toán mô ph ng nhanh tác gi ch
Gi t b ng ph n m m VisualWeld V i thông s ch b
Thi gian mô ph ng và làm ngu i mô hình xu ng nhi 25 o C là 500 s
25 So sánh vùng nóng chy gia mô ph ng và th c nghim
26 so sánh vùng nóng ch y gi a mô ph ng và th c nghi m cho th y cùng v i thông s ch trên k t qu c a vùng này có kích
c gy, ta có th ng vào các k t qu c
i thông s hàn b ng công c mô ph ng s mà không c n ph i làm th c nghi m trên m u th t.
27 S bi n thiên nhi t i các node trên b m t
29 S phân b ng su (Von mises stress) sau 500 s
Trên 31 là s phân b ng su ng hàn kho ng 20 mm Theo quan sát c a tác gi trên 32 p trung
ng sui cao d c su t t trên b m t m i hàn xu i
V ng xu t k t qu ng su
39 V ng xut kt qu ng su
Trong các hình t 4.31 n 4.42 là k t qu s phân b ng su MIG h p kim nhôm 5083 So sánh v gi i h n ch y c a v t li u nhôm 5083 th thì ta th y r ng ng su n nhn sát ti gi i h n ch y c a v t li u t p chung ch y u khu v c gi a c a liên k t và t i vùng HAZ
Trên hình 4.43 ta th y r ng khi thi t l u ki n gá k c t mà tác gi trên, cùng v i ch nhi c nghi m b ng công c mô ph ng s ta không nh ng d c m bi n d ng c a liên k t hàn mà còn có th bi t chính xác v trí bi n d ng c i.
D n t h u hphn m m SYSWELD mà ra có th d c s phân b nhi , ng sung su t t p trung c c b và bi n d ng khi hàn giáp m i h k t qu c t quá trình mô ph ng ta có th u ch nh l i thi t k , thông s ch u ki n gá k i th làm vi c c a k t cu hàn
n hàn (I h ) và v n t c hàn (V h ) có ng l ng u c a m i quan h toán h c b c 2 trong kho ng bi n thiên c a
n hàn t 145 ÷ 165 (A) và v n t c hàn 37 ÷ 47 (cm/phút) h có
ng theo chi u làm gi ng u c a m i hàn h có ng theo chi ng u c a m i hàn; s s lý thuyt v công ngh hàn MIG
ch c khá nh m n, các pha
Al3Mg2 phân b u trên n n c 3Mg2 phân b
u trên n n nhôm Tuy nhiên n th y có nh m màu sáng trng, có th d a Al nguyên ch t t p trung l i v i nhau Nh n thy tr i qua m t quá trình nhi t t ch c c t rõ các h t p trung các pha Al 3 Mg 2 m) Các h t này t p trung thành m m ho c có th thành m t d i khá dài trong m i
u này ng khá nhia m ng
u trong m i hàn và khác so v i vùng HAZ (vùng HAZ t p trung khá nhi u Al)
Al 3 Mg 2 t p trung biên gi i h ng tác h i m n tính ch ng
tài: Nghiên c u ng c a ch ch c liên kt hàn h p kim nhôm 5083 tác gi
- Xây d ng quy trình hàn MIG t h p kim nhôm 5083;
-c mô hình th c nghi m mô t m i quan h toán h c b c hai nghiên c u ng c n hàn (I h ) và v n t c hàn (V h ng u c a m i hàn giáp m i m t phía h p kim nhôm 5083;
- Mô phnh d ng chi u sâu ng u m i hàn và so sánh v i k t qu thc nghim;
- L a ch n thông s ch hàn MIG phù h p khi hàn v t li u h p kim nhôm 5083 có chiu dày 6 mm;
- Th kéo liên kt hàn h p kim nhôm 5083 t k t qu kh quan ( 75% gi i hn b n kéo c a KLCB)
K t lu n
Luc tác gi nghiên c u k t h p gi a lý thuy t và th c nghi m v công ngh và k thu t hàn MIG nhôm K t qu th c nghim ph n c a lý thuy t áp dng các tiêu chu n v công ngh hàn MIG nhôm và h p kim nhôm;
Tác gi c b thông s ch hàn h p kim nhôm 5083 b ng
nghiên c u c a mình tác gi ng khuy i v i
, công ty có ng d ng hàn nhôm và h p kim nhôm trong ch t o k t c u
Ki n ngh
u c a tác gi v hàn h p kim nhôm 5083 có chi u dày
6 mm b ng d ng r ng rãi công ngh hàn MIG nhôm Vit Nam tác gi ngh chc c n nghiên c u, phát tri n
i v i h p kim 5083 có chi u dày l c bi t c n phát tri n và ng d ng r ng rãi các lo i h
liên k t hàn giáp m i m t phía b ng quá trình hàn Auto
[3] ERS ON SHAPE AND DIMENSIONS OF THE ONE SIDE BUTT WELD IN ASSEMBLY OF THE SH
[4] Ngô Lê Thông (2009), Công ngh n nóng ch y, t lý thuy t,
Nhà xut bn khoa h c và k thut, Hà N i.
[5] Ngô Lê Thông (2009), Công ngh n nóng ch y, t p 2: ng d ng, Nhà xut bn khoa h c và k thu t, Hà N i
[6] Nguyt li u và Công ngh hàn; Nhà xu t b n Khoa h c và
[7] Nguy n Minh Tuy n, Quy ho ch th c nghi m, NXB Khoa h c và K thut,
[8] nh Giáo trình V t li u hàn NXB Bách Khoa - Hà
[9] Bài gi ng v t liu hàn tiên ti n , Hà N i.
[10] AWS D1.1/D1.1M (2006), Structural Welding Code Steel
[11] AWS D1 /D1 M (20 ), Structural Welding Code Aluminum 2 2 14
[12] AWS Welding Handbook, 9th Edition, 2001
[13] Naidu D.S, Moore K.L., Yender R., Tyler J., 1997 Gas metal arc welding control: Part 1- modeling and analysis Nonlinear Analysis, Methods and Applications
[14] Lincoln Electric 1994 The Procedure Handbook of Arc Welding Cleveland: Lincoln Electric
[15] M.St Wêglowski, Y Huang, Y.M Zhang, Effect of welding current on metal transfer in GMAW, Archives of Materials Science and Engineering, 2008,
[16] Klas Weman, welding Processes handbook, Woodhead Pulishing limited, 2003
[17] Kobelco Welding Handbook Kobe Steel LTD., Japan 2009
[19] Lincoln Welding Handbook , Lincoln Welding Co., LTD., USA 2005
[21] Prakash Mohan, Master of Technology, Stydy the effects of welding parameter on TIG welding of Aluminum plate
[22] J Goldak, M Bibby, J Moore and B Patel, (1996) Computer Modling of Heat Flow in Welds
[23] Zienkiewicz, O C (1977), The Finite Element Method, McGraw-Hill Company, London
[24] ESI Group, 99 Rue Des, Solets Silic 112 94513 Rungis Cedex FRANCE
nghiên c u ng c a ch ng u c a mi hàn giáp m i m t phía h p kim nhôm 5083
* Xây d ng m i quan h toán h c gi a các thông s ch ng u c a m i hàn
Các thông s u vào và thông s u ra c a bài toán quy ho ch th c nghi m
ng c a các thông s ch ng u c a m
- Thông s ng u c a m i hàn giáp m i m t phía (mm)
B ng th c nghi c giá tr và kho ng bi n thiên giá tr ca I h và V h B ng 4.6
B ng 4.6 u ki n th c nghi và kho ng bi n thiên c a các thông s ch hàn c n kh o sát I h và V h )
Các m c Kho ng bin thiên
47 42 37 5 Áp dch th c nghi m tâm xoay b c 2; nhân là ma trn qui ho 2 2 , th c nghi m m sao v
D = 1,414, và 3 th c nghi m y t ng s có 11 th c nghi c sp x p thành ma tr n qui ho ch th c nghi i quy t ng quát b c 2 tâm xoay có d
B ng 4.7 Ma tr n quy ho ch th c nghi c 2, hai y u t c lp theo bi n o
Sau khi ti n hành hàn th c nghim theo ma trân thc nghic
11 m u th c nghi c ti p theo ti n hành c t l y m ng u c a m i hàn ( ) b c k chính xác 0,05 mm K t qu ng u c a m i hàn
D a vào các k t qu thc nghim b ng 4.8 s c các h s ci quy (b0, b1, b2 ) b ng cách l p công th c tính h s trình hi quy trên bc các h s h sau:
Kinh s a các h s a j c kinh theo chu n Student
L p công th n trên b ng tính Excel;
L p b ng tính t tt a các h s h i quy theo tiêu chun student Ch n m c p = 0.05 và f = 2 tra b ng phân v Student ta có tp (fth) = 2,920; so sánh tj > tp (fth) = 2,920 h s hthì ng t0 t1 t2 t12 t11 t22
So sánh ta th y t 12 nh p (f th ) vì v y h s b 12 i b 12 ra khi quy
* Kinh s i quy v i chu n Fisher
L p công th c ki nh s a PTHQ v i th c nghi m theo chun Fisher (E) và các ràng bu c theo công th c
L p b ng tính S 2 ph c kt qu: Ftt.841
Ta có F tt < F 0.95 (7, 2); vì vc mô t i thc nghim. Áp d ng công th c tính toán chuy i quy theo bi n mã hóa (x 1 , x 2 ) v n th c (I h , V h i quy mô t m i quan h gi a các thông s ch hàn MIG v ng u c a m i hàn giáp m i mt phía hp kim nhôm
2 B n quy trình hàn Welding Procedure Specification (WPS)