Nghiên ứu ông nghệ hàn đắp dưới lớp thuố bằng điện ự băng trên thép tấm

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2017... --- NGUYỄN CÔNG TRƯỜNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC

BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2017

- NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC

BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LTác gi là Nguy ng, h c viên l p Cao h c chuyên ngành K

hi tài: “Nghiên cứu công ngh ệ hàn đắp dướ ới l p thu c bố ằng điện cực băng

trên thép tấm”, i s ng d n c a th

c trích d n trong các tài li u tham kh o thì n i dung công b còn l i trong lu n

a chính tác gi u sai, tác gi xin hoàn toàn ch u t

i, ngày tháng

Hà N

M C L C ii

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CÁC CH VI T T T v

DANH M C HÌNH V vii

DANH M C B NG BI U x

M U 1

NG QUAN V CÔNG NGH P 3

1.1 Công ngh m và ng d ng

c s d p c a quá trình hàn

1.1.3 M tham gia c a KLCB vào kim lo i m p

1.1.4 Các lo n c c s d p [6]

1.2 m c a SAW-SC và ESW-SC

1.3 Tình hình nghiên c u và ng d ng công ngh i l p thu c s d n c c

1.3.1 Tình hình nghiên c u và ng d ng trên th gi i: 14

1.3.2 Tình hình nghiên c u và ng d c: 1

1.4 K t lu 16

HÀN T I L P THU C 17

c v i l p thu c

nguyên lý hàn t i l p thu c

m hàn t i l p thu c

2.1.3 Ph m vi ng d ng c a hàn t i l p thu c 18

m c c 19

n c n c c dây s d

ng c n ch ng m p

2.3.1 Ch i l p thu c s d n c

2.3.2 ng c a ch 2.4 V t li u hàn 33

n c

2.4.2 Thu c hàn 35

2.5 K t lu 36

ng 3 THI T K , CH T N C 37

3.2 L a ch n v t li u 38

3.2.1 V t li u làm má ti n 38

3.2.2 V t li má ti n

3.2.3 V t li u hàn

y dây 4

3.3 Thi t k u hàn 41

u hàn 4

y dây b ng

y dây ch ng

y dây b ng

u ch nh khe h má ti n

má ti ng)

má ti ng)

3.3.8 Má ti n 46

3.4 K t lu 46

U TH C NGHI M 47

4.1 Nghiên c u th c nghi m 47

4.1.1 Thi t b hàn 47

4.1.2 V t li u n n 50

4.1.3 V t li u hàn 51

4.2 K t qu th 53

4.2.1 M u th nghi m 53

4.2.2 Các s li u thí nghi m 55

4.3 K t lu 56

LÝ S LI NH CH HÀN H P LÝ 5

5.1 K t qu x lý s li u 57

5.1.1 Ph 5.1.2 Xây d i quy

t lu n

nh các thông s ch hàn h p lý 6

5.3.1 Gi i bài toán t nh các thông s ch 5.3.2 Ki ng c a các thông s ch hàn 5.4 Xây d ng b ng d n s d ng thông s ch hàn 66

5.5 K t lu 66

K T LU N VÀ KI N NGH 67

1 K t lu n: 67

2 Ki n ngh : 67

TÀI LI U THAM KH O 68

kJ/mm

ho c kJ/mm2

ng

v mm/phút t hàn

DANH M C CÁC C M T VI T T T S D NG TRONG LU

SMAW Shielded metal arc welding (hàn h quang tay)

GMAW Gas metal arc welding (hàn h

ng khí b o v )

chPAW plasma arc welding (hàn h quang plasma)

ASME American Society Of Mechanical Engineers

ASTM American Society for testing of Materials

(hi p h i ki m nghi m v t li u M )

nguyên lý hàn h quang tay

Hì nguyên lý hàn dây lõi thu c

Hình 1 4 M t s ng d ng c a công ngh hàn plasma b t (PTA) 7

Hình 1 5 Bi p c a m t s quá trình hàn [7]

Hình 1 6 M tham gia c a KLCB 10

Hình 1 7 Hàn h i l p thu c (SASC) 13

n x n c

Hình 1 9 i l p thu c b m t ngoài chi ti t d ng c u b n c a hãng ESAB 15

Hình 1 10 ng d ng vào hàn ph c h i c a hãng UTP 15

Hình 1 11 ng d ng vào hàn ph c h i c a hãng UTP 15

Hình 1 12 ng d p m t trong ng Technip Ph n Lan 16

nguyên lý hàn h quang t i l p thu c

Hinh 2 2 Nguy i l p thu c s d ng k t tinh c a các lo n c c

Hinh 2 4 Thông s hình h c c p

Hinh 2 5 ng c a dòng hàn t i chi u sâu ng u [9] 23

Hinh 2 6 ng c a dòng hàn t i m tham gia c a KLCB [9] 24

Hinh 2 7 ng c a dòng hàn t p [9]

Hinh 2 8 ng c n áp hàn t i chi u sâu ng u [9] 2

Hinh 2 9 ng c n áp hàn t i m tham gia c a KLCB [9]

Hinh 2 10 ng c n áp hàn t p [9]

Hinh 2 11 ng c a t hàn t i chi u sâu ng u [9] 27

Hinh 2 12 ng c a t hàn t i m tham gia c a KLCB [9]

m x

Hinh 2 15 ng c a chi n c i m tham

lo n [9] 29

Hinh 2 16 ng c a chi n c Hinh 2 17 ng chi u r n c i chi u sâu ng u [9]

Hinh 2 18 ng chi u r n c i m tham gia c Hinh 2 19 ng chi u r n c i m tham gia c Hinh 2 20 Thu c hàn c a hãng Soudukay 35

n c a m t s hãng

n c

u hàn

Hinh 3 4 Giá y dây b ng 43

y dây ch ng

y dây b ng

u ch nh khe h má ti n

má ti n (má c nh)

má ti ng)

Hinh 3 10 Má ti n 46

Hình 4 1 Máy hàn t i l p thu c 47

n c

Hình 4 3 B u khi n 48

u khi n t xa 4

Hình 4 5 H th ng c p và thu h i thu c hàn 50

Hình 4 6 M chu n b c

Hình 4 7 Hình d ng m t s m u t m th c m i hàn 55

Hình 5 1 S ph thu c c a chi u cao m Hình 5 2 S ph thu c c a chi u cao m n áp hàn

Hình 5 3 S ph thu c c a chi u cao m i hàn vào v n t c hàn 59

Hình 5 4 S ph thu c c a chi u sâu ng u m Hình 5 5 S ph thu c c a chi u sâu ng u m n áp hàn

Hình 5 6 S ph thu c c a chi u sâu ng u m i hàn vào v n t c hàn 61

h = 845A; Uh = 43,5 V; Vh = 33cm/ phút 63

G

B ng 1 1 So sánh quá trình SAW-SC và ESW-SC [6] 14

B ng gi a các quá trình hàn

B ng 2.2 ng c a t m v n c c t i m tham gia c a KLCB

B ng 2.3 ng c a chi u dày l p thu c hàn 32

B n c a hãng Soudukay

B ng 2.5 L a ch n c

B ng n c c a hãng Metrode (Lincoln El B ng 2.7 Thành ph n hóa h n c p kim Niken c a hãng Metrode (Lincoln Electric) 35

B n c p kim Niken c a hãng ESAB

B ng 3 1 Kí hi u thép C45 40

B ng 3.2 Thành ph n hóa h c thép C45 40

B a thép CCT38

B ng 4 2 Thành ph n hóa h

B ng 4 3 Giá tr và kho ng bi n thiên c a các y u t u vào 52

B ng 4 4 K ho ch th c nghi m và k t qu thí nghi m 53

B ng 4 5 K t qu thí nghi m 55

B ng 5 1 Chi p c a m i hàn 57

B ng 5 2 Chi u sâu ng u c a m i hàn 58

B ng 5 3 Các giá tr gi i h n c a các thông s ch hàn 62

B ng 5 4 Các giá tr gi i h n c a các hàm m c tiêu 63

B ng 5 5 Các giá tr c a các thông s ch hàn có th ch p nh n 63 B

B

Cùng v i s phát tri n công nghi p hoá hi c hi nngành khoa h c công ngh phát tri n r t m nh, ngành công ngh

trò quan tr ng trong vi c ch t o các k t c u thép b ng hàn cho các ngành công nghi p

u khí, hóa d u, công nghi

m i ch quan tâm, nghiên c u phát tri

i l p thu c Trong khi kh ng d ng và hi u qu kinh t c

bi t là trong ch t o b n ch a hóa ch t v i các yêu c u cao v b m t ti p xúc tr c ti p

p, ph c h i các chi ti t d ng tr c, b n b , ch

ng lên 3 - 5 l n so v i hàn tay Chính vì th vi c ng d ng hàn h quang trong

c M t ch ch chi m kholên t i (60 70)%; t i Nh t ch chi m kho

b ng các nguyên t ch a trong lõi dây hàn d ng h n h c Lõi thu c b t v

2, Ar

p các chi ti t b ng dây lõi thu

a máy

Hình 1 3 nguyên lý hàn dây lõi thu c

cao nh m ti t ki m th i gian và chi phí duy tu b ng t

thép, thu n Có th nói hàn dây lõi thu c là m t s k t h p tuy t v

n x , m c tiêu hao thu

t quá 0,

p Plasma v i v t li u hàn d ng b t (PTA): có th u ch nh t

d p các c tr c ch u mài mòn v i b t kim lo i h p kim c c bi t L

vi c hình thành m i hàn

Hình 1 4 M t s ng d ng c a công ngh hàn plasma b t (PTA)

ta s d ng thi t b hàn t ng, nó làm nhi m v c p dây t

cho thêm v t li u b

Vi p plasma b ng dây ng d ng có hi u qu p kim

h p kim hóa kim lo i m i hàn d

p c a chi ti t sau ph c h i Có th h p kim hóacách: dùng dây h p kim, dùng dây lõi thu c ho c dùng thu c hàn g m Vi c l a ch n

p kim hóa ph thu c vào yêu c u h p kim hóa c a m i hàn, nguyê

R = d.I [g/h] = 1000 d.I [kg/h] (1.4)

p c a m t s quá trình hàn c th hi n trong bi hìn

Hình 1 5 Bi p c a m t s quá trình h

tham gia

c a m i hàn và quá trình hàn liên quan M tham gia tiêu bi u:

p [6] 1.1.4

ng chi u cao kho ng cách kho ng 250 µm và 150 µm i v i SAW và ESW tính t

ng nóng ch t tính ch t trung bình c a l p chi u cao 3mm tín

bi n pháp công ngh kh c ph nh nhi t gi

ng v ng c a chi ti

ng kính trong c a chi ti)

ngu n hàn có công su t l n 1250A tr lên ho c có th u song song hai ngu n hàn

t hi u qu p 2 l p b ng quá trình

B ng 1 1 So sánh quá trình SAW-SC và ESW-SC [6]

nh lu t Joule trong b x nóng

ch y Thông s hàn

1.3.1

th gi i ch y u t p trung hãng cung c p v t li u và thi t b hàn l n là:

Hình 1 9 i l p thu c b m t ngoài chi ti t d ng c u b

c a hãng ESAB

Hình 1 10 ng d ng vào hàn ph c h i c a hãng UTP

Hình 1 11 ng d ng vào hàn ph c h i c a hãng UTP

Hình 1 12 ng d p m t trong ng Technip Ph n Lan

Hi n nay, Vi t Nam m i ch mcó t s tài nghiên c u v công ngh hàn

b n ch a hóa ch do tác gi Tr n Vi t Anh th c hi n t

2014

tài ng d ng công ngh p Cladding trong ch t o bình áp l

tác gi Nghiêm Trung Kiên, Nguy n Xuân Khoa báo cáo t i h i ngh khoa h c và

Duy trì chi u dài h quang trong quá trình hàn, gây h quang khi b u hàn, ng t h

c c v c, phía sau ho c quay sang ph i, sang trái

kèm theo b ph n thu h i thu c hàn sau khi hàn m t cách t ng

H quang cháy ng i l p thu c, m t ph n thu c hàn nóng ch y t o thành

c, )

quang tay, hàn TIG, MIG/MAG, ), cho phép hàn v i t

có th hàn nh ng v t hàn có chi u dày l n mà không c n ph i vát mép, ti t ki m kim

ng khí (khói, b c h i) sinh ra trong quá trình hàn r t ít so v i hàn h

Hàn các k t c u thép d ng t m, v c l n, các d m thép có khchi u cao, các ng kính l n, các b n, b ch a, bình ch u áp l c vcông nghi u khí, giao thông, ch t o máy, l p máy, th

n

hàn ngang, m i hàn ngang v i các m i hàn có chi u dài l n, chi u dày k

l n, qu o không ph c t p và các chi ti t hình tr v ng kính l

khí quy n xung quanh ng th i x nóng ch y ph i có t

ng nóng ch t tính ch t trung bình c a l p chi u cao 3mm tín

có công su t l n 1250A tr lên ho c có th u song song hai ngu n hàn

d : tham gia c a

t : H s d ch chuy n c a nguyên t ;

p : tiêu hao c a thu c

c th hi n trên hình 2.5, ng c a dòng hàn t i m tham gia c a KL

Hinh 2 6 ng c a dòng hàn t i m tham gia c a KLCB [9]

gi i h n và t r t cao s t

n áp hàn

d n áp hàn quá cao s gây b n tóe và nóng ch

Hinh 2 9 ng c n áp hàn t i m tham gia c a KLCB [9]

n áp hàn ít ng t i m tham gia c a KLCB vào kim lo i m i h

n áp hàn, m tham gia c a KLCB vào kim lo i m i hàn gi m nh

s ng c a t hàn t i chi u sâu ng c th hi n trên hình 2.

p M tham gia c a KLCB vào kim lo

Hinh 2 13 m x

Chi u sâu ng u c

Ng m x

Hinh 2 15 ng c a chi n c i m tha

n c i m c tham gia c c th hi n trên hình 2.18

Hinh 2 19 ng chi u r n c i m tham gia

(mm)

w (mm)

I (A)

U (V)

v (mm/

+ Chi u cao l p thu c hàn

l p thu c quá dày thu

B ng 2 3 ng c a chi u dày l p thu c hàn a) ng thu c hàn v ;

ng thu c hàn quá nhi u

+ V trí hàn

M i v trí hàn cho phép là r t nh , nó có ng l n t

2.4 V t li u hàn

ng kính trong

nh nh t (mm)

ng kính ngoài

nh nh t (mm) Chi u d c Chu vi Chi u d c Chu vi

B ng 2 7 Thành ph n hóa h n c p kim Niken c a hãng Metro

Hinh 2 20 Thu c hàn c a hãng Soudukay

* Thu c hàn c a hãng Metrode (Lincoln Electric)

+ Metrode ES100

n 40 cm/phút

+ Metrode ES200

máy hàn SAW có s n t i b môn tác gi ti n hành thi t k , ch

Tham kh u hàn c a m t s hãng l n

u hàn c a ESAB u hàn c a Soudukay u hàn c a Miller

- m b o tính ch u nhi t cao trong vùng h quang hàn

- m b o ch ng mài mòn trong quá trình ho ng

- Ch c

- Có th

D a vào các yêu c u trên tác gi ch n l a lo i v t li n c c là lo

h p kim b n nhi t h Cu Cr- - ng các nguyên t h p kim: Cr: 0,6-0

D a vào các yêu c u trên tác gi ch n l a lo i v t li n c c là lo

0,42-0,50 0,40 0,50-0,80 0,045 0,045 0,40 0,10 0,40 0,63

R3

R3 18

5 loã Ø6

4 loã 6Ø

10 15 35

10 20

4 NGHIÊN C U TH C NGHI M 4.1 Nghiên c u th c nghi m

Hình 4 2 n c

1 Vôn k : cho bi n áp hàn trong khi hàn

3 Power: t t và m ch u khi n t xa

u khi n dòng hàn

7960

Tiêu chu n

PC 1 – 64

giãn dài, min, %

Gi i h n ch y,

N/mm2

ho c MPa

S d ng thu c hàn Record INT 109 v n c

n hà

Ih, (A) Z1

n áphàn Uh, (V)

Z2

V n t c hànVh, cm/phút)

Các phôi m u sau khi hàn xong s c c

Hình 4 6 M u hàn chu n b c

I

h = 850 A U

h = 40 V V

h = 30 cm/ph

I

h = 950 A; U

h = 45 V; V

h = 35 cm/ph

I

h = 750 A U

h= 35 V V

h = 25 cm/ph

Hình 4 Hình d7 ng m t s m u t m th c m i hàn4.2.2

Sau khi nh p các s li u th c nghi m và ch y ph n m m MODDE 5.0 ta nh n

i quy bi u di n s ph thu c c a chi u cao lsâu ng u c a m i hàn vào ch hàn theo các s li u sau:

0,0375X1X3+0,0375X2X3

Qua các mô hình trên ta nh c các h s 2 = 0,939  0,954 là

s ch hàn vào chi u cao l p và chi u sâu ng c th hi n r t rõ

i quy trên bi u di n m i quan

là các thông s v hình d ng m i hàn v i các bi n s là các thông s ch hàn, cho

n s hình thành m i hàn

t lu n

1

Hình 5 1 S ph thu c c a chi u cao m

chúng ta nh n thth

m

u này cho th y r t phù h p v lý thuy t

Hình 5 3 S ph thu c c a chi u cao m i hàn vào v n t c hàn

u này phù h p v i lý thuy t

th th hi n s ph thu c gi a chi u sâu ng u m

Hình 5 6 S ph thu c c a chi u sâu ng u m i hàn vào v n t c hàn

T mô hình xây d ng m b o các tiêu chí kinh t - k thu t B i v

Bài toán quy ho c tiêu ho ng h p t ng quát v i n bi n, m

j

i nx

bxxx

B ng 5 6

n c c

mm

I, (A)

U, (V)

Vh, (cm/m)

+ kdc,cb, k ng là các h s d ch chuy n c a nguyên t X t kim

5.4 Xây d ng b ng d n s d ng thông s ch hàn

B ng 5 10 Kho ng giá tr c a các thông s ch hàn h p lý

i n c c

mm

I, (A)

U, (V)

1 K t lu n:

n c c có b r ng 60,90,120 Hàn trên các kim lo i n n khác nhau

1 TS Ngô Lê Thông (2009), Công ngh n nóng ch y, t lý thuy t, Nhà xu t b n khoa h c và k thu t, Hà N i

2 TS Ngô Lê Thông (2009), Công ngh n nóng ch y, t p 2: ng d ng,Nhà xu t b n khoa h c và k thu t, Hà N i

3 GS TSKH Nguy n Minh Tuy n, Quy ho ch th c nghi m, NXB Khoa h c và

K thu t, Hà N i 2005

Hà N i, 2010

5 TS Huy Lân (2013), Bài gi ng công ngh b m t, Hà N i

6 The James F Lincoln Arc Welding Foundation (2000), The Procedure

Handbook Of Are Welding, P.O Box 17035 Cleveland, USA

7 ESAB (2008), Technical Handbook: Strip cladding, Sweden

8 Soudokay (2011), Strip Cladding: Review and New Developments For

Improved Productivity, Belgium

9 Soudokay (2011), Fluxes, Strips & Wires for Electroslag and Submerged Arc

Weld Overlay, Belgium

10 UTPmaintenance (2013), Strips and Fluxes for Electroslag and Submerged Arc

Welding, Germany

11 Metrode (2012), Metrode: Strip cladding Applications, England

12 ASME Boiler and Pressure vessel code (2010), Sections II: Materials Part A

Ferrous Material Specification, USA