Cơ sở dữ liệu này giới thiệu từ hàn dưới nước để outlineof rõ ràng tốc độ cao phim ảnh của quy trình hàn hồ quang trong điều kiện khác nhau.. Đây là những lý do cơ bản, tại sao chúng ta
Trang 1Underwater Welding Technology
1 Introduction
This database provides information for underwater welding technology
Welding becomes very difficult in water by surrounding water by increasing ambient pressure, buoyancy,
hydrogen, excessive cooling rate, etc We introduce useful information for underwater welding procedure
with clear visual data The information contains wide variety of extreme conditions, such as from vacuum to
high pressure under normal and micro-gravity conditions
This database has been constructing for "Techno-knowledge Network Project(Only Japanese)" to assist
production activities of developing companies Bulk data has been accumulated from experimental data
produced by underwater technology group(present: Digital Manufacturing Research Center) of Institute for
Marine Resources and Environment in the National Institute of Advanced Industrial Science and
Technology (AIST)
This database introduces from outlineof underwater welding to clear high-speed movies of arc welding
procedure in various conditions This visual information is useful to understand what is arc welding
Tsukuba Advanced Computing Center(TACC) and Research Information Database(RIO-DB) offices
assist operation of database system and technical affairs
1 Giới Thiệu:
Cơ sở dữ liệu này cung cấp thông tin cho công nghệ hàn dưới nước Hàn trở nên rất khó khăn trong nước bởi nước bao quanh, bởi sự tăng của áp lực xung quanh, lực nổi, hydro, nhiệt độ lạnh quá mức, v.v Chúng tôi giới thiệu thông tin hữu ích cho các thủ tục hàn dưới nước với các dữ liệu rõ ràng trực quan Thông tin trên có chứa rất nhiều điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như từ chân không để áp lực cao hơn bình thường và vi điều kiện trọng lực
Điều này đã được xây dựng cơ sở dữ liệu về "Kỹ thuật mạng, kiến thức dự án (Chỉ có tiếng Nhật)" để
hỗ trợ các hoạt động sản xuất của các công ty phát triển Dữ liệu rác đã được tích lũy từ dữ liệu thực nghiệm sản xuất bởi tập đoàn công nghệ dưới nước (hiện nay: Trung tâm Nghiên cứu kỹ thuật sản xuất) của Viện Thủy nguyên và Môi trường tại Viện Quốc gia nâng cao công nghiệp Khoa học Công nghệ (AIST) Cơ sở dữ liệu này giới thiệu từ hàn dưới nước để outlineof rõ ràng tốc độ cao phim ảnh của quy trình hàn hồ quang trong điều kiện khác nhau Thông tin này là hữu ích trực quan để hiểu được những gì hàn hồ quang Tsukuba nâng cao Trung tâm máy tính (TACC) và Nghiên cứu thông tin Cơ sở dữ liệu (RIO-DB) Văn phòng hỗ trợ hoạt động của hệ thống cơ sở dữ liệu và các vấn đề kỹ thuật
2 Hàn Dưới Nước:
2 Underwater welding
2.1 What is underwater welding?
We define that underwater welding is a welding proceeded under water surface Major Field for
underwater welding is offshore oil production facilities Many of then are pipe structures, because they
must work under high ambient pressure And the depth to be welded varies widely from shallow shore to
deep sea bottom However, whole weld line length is limited Mega-float becomes in high-lighted position
for underwater welding in Japan A pontoon type structure is proposed for large offshore airport Welding
position is limited only in shallow water in this case; however, whole length of welding line is extremely
long Therefore, we need to construct underwater welding procedure in new points of view
The purpose of underwater welding varies very wide, like construction, installation, repair and
2.1 Hàn Dưới Nước Là Gì?
Chúng tôi định nghĩa rằng hàn dưới nước là quá trình hàn tiến hành dưới mặt nước Lĩnh vực chính cho hàn dưới nước là cơ sở sản xuất dầu ngoài khơi Nhiều người trong số đó là những cấu trúc đường ống, vì phải làm việc dưới áp lực cao, môi trường xung quanh Và chiều sâu để được hàn có thay đổi nhiều từ bờ biển cạn đến đáy biển sâu Tuy nhiên, toàn bộ chiều dài đường hàn bị hạn chế Mega-phao trở nên ở vị trí cao thắp sáng cho hàn dưới nước ở Nhật Bản Một cấu trúc kiểu phao là đề xuất cho các sân bay ra nước ngoài lớn Vị trí hàn chỉ được giới hạn trong nước cạn trong trường hợp này, tuy nhiên, toàn bộ chiều dài đường hàn là rất dài Vì vậy, chúng ta cần phải xây dựng quy trình hàn dưới nước tại các điểm mới của xem
Mục đích của việc hàn dưới nước khác nhau rất nhiều, như xây dựng, lắp đặt, sửa chữa và bảo trì
Trang 2maintenance We need special purpose or motivation for welding under water, because it is essentially
hard process
Underwater cutting contains almost all difficulties with underwater welding; however, underwater cutting
has some special superiority to proceed in water, such as high-cooling rate, easy to trap hazardous
material
Chúng ta cần mục đích đặc biệt hoặc động lực để hàn dưới nước, bởi vì nó là bản chất khó xử lý Cắtđại chứa hầu như tất cả những khó khăn với hàn dưới nước, tuy nhiên, cắt dưới nước có một số ưu thế đặc biệt để tiến hành trong nước, chẳng hạn như cao tỷ lệ làm mát, dễ bẫy độc hại vật chất
Fig 2.1.0-1 Conceptual illustration of subsea operation
2,2 Phân Loại Kỹ Thuật Hàn Dưới Nướ: :2.2 Classification of underwater welding techniques
Arc welding is high efficiency joining method that uses local melting and solidification by high energy
density arc However, quick melting and rapid solidification introduce different heat cycle to normal steel
manufacturing system This rapid heat cycle causes typical structures of weld metal and heat affected
zone In addition, underwater welding must be careful for extreme cooling rate by surrounding water and
contamination of hydrogen Arc phenomena are changed by high pressure atmosphere These are primary
factors to reduce quality
We must prepare welding consumable to keep in good condition even in air welding process Humidity
and corrosion of base metal and welding consumable must be omitted for sound welding These are basic
reasons, why we consider many underwater welding methods to keep in dry condition for underwater
welding operations
There are some classification methods for underwater welding One reasonable classification method is
Arc hàn là phương pháp hiệu quả cao tham gia sử dụng tan trong nước và solidification bởi hồ quangmật độ cao năng lượng Tuy nhiên, nhanh chóng tan chảy và nhanh chóng solidification giới thiệu chu trình nhiệt khác nhau để hệ thống bình thường sản xuất thép Điều này chu kỳ nhiệt nhanh chóng gây ra các cấu trúc đặc trưng của kim loại hàn và nhiệt vùng bị ảnh hưởng Ngoài ra, hàn dưới nước phải cẩn thận với tốc độ cực làm mát bằng nước xung quanh và ô nhiễm của hiđrô Hiện tượng Arc được thay đổi bởi không khí áp suất cao Đây là những yếu tố chính để làm giảm chất lượng
Chúng ta phải chuẩn bị hàn tiêu thụ để giữ trong điều kiện tốt ngay cả trong quá trình hàn khí Độ ẩm và
ăn mòn kim loại cơ bản và hàn tiêu thụ phải được bỏ qua cho hàn âm thanh Đây là những lý do cơ bản, tại sao chúng ta xem xét các phương pháp hàn dưới nước để giữ trong điều kiện khô cho các hoạt động hàn dưới nước
Có một số phương pháp phân loại để hàn dưới nước Một trong những phương pháp hợp lý, phân loại
Trang 3classified by welding circumstance Dry welding is a method to keep dry condition by chambers or
habitat in water
Cofferdam welding method uses dry chamber to cover whole welding portion, and to make open hole
above sea level The ambient pressure inside is the same as surface pressure
One atmosphere welding method uses a chamber to cover whole welding portion But, closed chamber is
used After discharging of inside water by compressed air, the pressure inside is reduced to atmospheric
pressure level Welding is proceeded under surface pressure for both two dry welding methods
Therefore, we can choose the same welding conditions with normal air welding This is the main benefit to
use these methods
Hyperbaric welding method is another dry welding method The pressure inside the chamber keeps
slightly high pressure than the ambient pressure Sealing becomes easier in this case, but welding
condition is much affected by the pressure We need to establish suitable welding condition in this
pressure range And, it normally requires much cost and time to establish good welding condition in this
water depth
There are two wet welding methods; one is local dry welding and the other is wet welding
Local dry welding uses special equipment to make dry condition only around arc and weld pool region
Almost all portions except near welding torch are exposed in surrounded water Cost for equipment is
much less in this case, but we need careful assessment to keep local dry condition and metallurgy of weld
metal
Pure wet welding is the simplest method, but it is very difficult to keep high quality welding result for all
welding line
2.3 Underwater welding for pipe structures
This is a rough description of underwater welding for pipe structures Details of each welding methods
will be explained the other section
được phân loại theo hoàn cảnh hàn Khô hàn là một phương pháp để giữ tình trạng khô bằng cách ngănhoặc môi trường sống trong nước
Cofferdam hàn Phương pháp sử dụng buồng khô để trang trải toàn bộ phần hàn, và để làm mở lỗ trên mực nước biển Áp lực bên trong môi trường xung quanh là một áp lực tương tự như bề mặt
Bầu không khí hàn phương pháp sử dụng một buồng để trang trải toàn bộ phần hàn Tuy nhiên, đóng cửa buồng được sử dụng Sau khi xả nước bên trong bằng khí nén, những áp lực bên trong là giảm đến mức áp suất không khí Hàn được tiến hành dưới áp lực bề mặt cho cả hai phương pháp hàn khô Vì vậy, chúng tôi có thể chọn điều kiện hàn cùng với không khí hàn bình thường Đây là lợi ích chính để sử dụng những phương pháp này phương pháp hàn
Hyperbaric là một phương pháp hàn khô Áp lực bên trong buồng giữ áp lực hơi cao hơn so với áp lực xung quanh Niêm phong trở nên dễ dàng hơn trong trường hợp này, nhưng điều kiện hàn là nhiều bị ảnh hưởng bởi áp lực Chúng ta cần phải thiết lập các điều kiện hàn thích hợp trong phạm vi áp lực Và, nó thường đòi hỏi nhiều chi phí và thời gian để thiết lập điều kiện hàn tốt ở độ sâu này nước
Có hai phương pháp hàn ẩm ướt Hàn khô là một trong những địa phương và các phương pháp khác là ướt hàn
Địa phương hàn.Khô sử dụng các thiết bị đặc biệt để làm cho tình trạng khô chỉ khoảng hàn hồ quang và khu vực hồ bơi Hầu như tất cả các phần trừ đèn hàn gần tiếp xúc trong nước bao quanh Chi phí cho thiết bị là ít hơn nhiều trong trường hợp này, nhưng chúng ta cần đánh giá cẩn thận để giữ cho địa phương điều kiện khô và luyện kim của kim loại hàn
Pure ướt hàn là phương pháp đơn giản, nhưng nó là rất khó khăn để giữ cho kết quả hàn cao chất lượng cho tất cả các đường dây hàn
2.3 Hàn Dưới Nước Cho Kết Cấu Ống:
Đây là một mô tả sơ bộ hàn dưới nước cho các cấu trúc ống Chi tiết của từng phương pháp hàn sẽ được giải thích trong phần khác
1 tiền thu này hàn trong không khí Các phần được hàn bị treo trên bề mặt Quá trình hàn là cùng với
Trang 41 This welding proceeds in air.
The part to be welded is hanged
over the surface Welding
process is the same with normal
air welding Heavy scaffolding
is needed for this system This
Hình 2.3.0-1 Sơ phương pháp hàn ra nước ngoài
(Ambient áp lực giống như bề mặt)Fig 2.3.0-1 Schematic of welding methods offshore
(Ambient pressure is the same as surface)
không khí hàn bình thường Giàn giáo nặng là cần thiết cho hệ thống này Quá trình này là rất nhạy cảm đối với điều kiện thời tiết
process is very sensitive for weather condition
2 Cofferdam method uses a chamber to cover whole part to be welded This method requires time
and cost to fit suitable chamber Welding condition is the same as the normal air welding We
need special care for health for welder, because welding operation proceeds in a small closure
3 One atmosphere welding method is special method to join legs of deep sea platform Whole
chambers are constructed in a fabrication stage of the platform Tight sealing is needed to keep
one atmosphere in deep sea So, this is only the stage of design
4 Hyperbaric method is popular
method for offshore operation
A chamber covers operating
area with tight seal Sea water is
2 Cofferdam phương pháp Sử dụng một buồng để trang trải một phần toàn bộ sẽ được hàn Phươngpháp này đòi hỏi thời gian và chi phí để phù hợp với thính phòng phù hợp Hàn điều kiện là giống như hàn không khí bình thường Chúng ta cần chăm sóc đặc biệt cho sức khỏe cho thợ hàn, vì hàn tiến hành hoạt động trong một đóng cửa nhỏ
3 Một bầu không khí hàn phương pháp đặc biệt là phương pháp để gia nhập chân của nền tảng khơi Phòng nguyên được xây dựng trong một giai đoạn chế tạo nền tảng này Tight niêm phong là cần thiết để giữ một bầu không khí trong vùng biển sâu Vì vậy, đây chỉ là giai đoạn thiết kế
4 Hyperbaric phương pháp Là phương pháp phổ biến cho các hoạt động ngoài khơi Một buồng điều hành bao gồm diện tích với con dấu chặt chẽ Nước biển được sơ tán bằng khí nén Hỗn hợp khí trong
Trang 5evacuated by compressed gas.
ambient pressure on weld quality
Hình 2.3.0-2 Sơ phương pháp hàn ra nước ngoài
(Ambient áp lực là như nước cùng một chiều sâu) Fig 2.3.0-2 Schematic of welding methods offshore.(Ambient pressure is the same as water depth)
Trang 6sử dụng bình thường là oxy-heli, vì vậy mà các kỹ thuật bão hòa có thể được làm việc cho các thợ lặn thợ hàn Chúng ta cần phải biết tác dụng của áp lực về chất lượng môi trường xung quanh hàn
5 Local dry welding method uses special technique to make dry condition around local welding
portion The cost for equipment is much cheaper than the case of hyperbaric method, however
cooling rate on weld metal is higher We need to know the influence of ambient pressure and
cooling on weld quality
Wet welding is the cheapest method for equipment However, we need highly skilled welder divers to
keep good weld quality to avoid quenching and hydrogen embrittlement Welding speed is very low, and it
is difficult to get high quality especially in overhead position
5 Địa phương pháp hàn khô sử dụng kỹ thuật đặc biệt để làm cho tình trạng khô quanh phần hàn địaphương Chi phí cho thiết bị là rẻ hơn nhiều so với trường hợp của phương pháp hyperbaric Tuy nhiên, làm mát bằng kim loại hàn tỷ lệ trên là cao hơn Chúng ta cần phải biết ảnh hưởng của áp lực xung quanh và làm mát về chất lượng hàn 6 ướt hàn
Là phương pháp rẻ nhất cho thiết bị Tuy nhiên, chúng tôi cần các thợ lặn thợ hàn có tay nghề cao để giữ chất lượng tốt hàn để tránh quenching và bền kết dính hydro Hàn tốc độ rất thấp, và rất khó để có được chất lượng cao, đặc biệt là ở vị trí chi phí
Trang 72.4 Hàn Dưới Nước Cho Kết Cấu Nổi: (Mega-float = Vỏ Tàu, Vỏ Máy Bay…)2.4 Underwater welding for Mega-Float
Technological Research Association(TRA) of Mega-Float, which was established by almost all major
Japanese steel makers and major ship building companies, had researched fundamental study to construct
and operate large scaled floating structures to realize floating international airport We co-operated this
project to assist actual operation of underwater welding and cutting
The TRA of Mega-Float planed pre-fabrication system Small floating units, they were fabricated in ship
yards, gathered construction sea area for offshore joining Half side must be used for mooring to keep its
position And, there is no restriction against heat deformation, because units are afloat on the sea without
any restriction for deformation Welding of these units is asymmetrical, they the heat deformation is
essential on the stage of construction One purpose to precede this project was to get precise information
on heat deformation by welding of units The actual deformation was exactly measured, and it was
compared by numerical simulation
The structure itself during under construction is unstable So, we must design quick joining procedure
Pontoon type structure was planed to reduce construction cost This structure has many small divided
spaces inside This divided space is very useful to precede cofferdam or hyperbaric welding, because we
can use these divide space units as dry chambers We had checked merits and demerits of various dry and
wet welding techniques for actual construction
Anther merit of the Mega-Float is friendly structure for natural circumstances Affection of sea
conditions, such as sea current flow and biological influence near the structure, is quite low We can
dismantle the whole structure, and we can remove every component at the end of its life stage We had
proved the effectiveness of mechanized underwater flame cutting for dismantling of the Mega-Float
Evaluation of underwater welds had also carried out after dismantling of it The quality of underwater
welds was excellent enough for safety usage of the Mega-Float
Pictures, shown in this section, were taken during joint research with the TRA of Mega-Float Some
pictures were received from the TRA of Mega-Float
Kết quả thử nghiệm của hàn bằng công nghệ hàn dưới nước Hội nghiên cứu (TRA) của Mega-Float,được thành lập bởi hầu như tất cả các nhà sản xuất thép lớn của Nhật Bản và các công ty xây dựng tàu lớn, đã có nghiên cứu nghiên cứu cơ bản về xây dựng và vận hành quy mô lớn cấu trúc nổi để nhận ra nổi sân bay quốc tế Chúng tôi đồng hành dự án này để hỗ trợ hoạt động thực tế của hàn dưới nước và cắt Mega-Float: Này là từ tiền đúc Người ta nói VLFS (Very Large Floating cấu) bằng tiếng Anh Các TRA của Mega-Float quy hoạch trước chế tạo hệ thống Các đơn vị nhỏ nổi, họ đã được chế tạo tại bãi tàu, tập trung xây dựng cho các vùng biển xa bờ tham gia Nửa bên phải được sử dụng cho neo để giữ vị trí của
nó Và, không có sự hạn chế biến dạng nhiệt, vì các đơn vị được afloat trên biển, không hạn chế cho biến dạng Hàn của các đơn vị này là không đối xứng, họ những biến dạng nhiệt là rất cần thiết trong giai đoạn xây dựng Một trong những mục đích để dự án này đã được ưu tiên để có được thông tin chính xác
về biến dạng do nhiệt hàn của các đơn vị Các biến dạng thực tế đã được đo chính xác, và nó đã được so sánh bằng cách mô phỏng số
Cơ cấu chính nó trong quá trình xây dựng là không ổn định Vì vậy, chúng ta phải nhanh chóng thiết kế quy trình gia nhập Phao kiểu cấu trúc đã được quy hoạch để giảm chi phí xây dựng Cấu trúc này có nhiều không gian nhỏ được chia bên trong Điều này không gian chia là rất hữu ích để ưu tiên cofferdam hoặc hàn hyperbaric, bởi vì chúng tôi có thể sử dụng các đơn vị này phân chia không gian như phòng khô Chúng tôi đã kiểm tra thành tích và demerits kỹ thuật hàn khác nhau khô và ướt cho xây dựng thực tế
Anther khen của cấu trúc Mega-Float thân thiện là dành cho những hoàn cảnh tự nhiên Ảnh hưởng của điều kiện biển, như dòng chảy biển hiện tại và ảnh hưởng sinh học gần cơ cấu, là khá thấp Chúng tôi có thể tháo rời toàn bộ cấu trúc, và chúng tôi có thể loại bỏ mọi thành phần ở cuối giai đoạn cuộc sống của
nó Chúng tôi đã chứng minh hiệu quả của ngọn lửa dưới nước cho cơ cắt phá dỡ của Float Đánh giá các mối hàn dưới nước cũng đã tiến hành sau khi phá dỡ của nó Chất lượng của mối hàn dưới nước là tuyệt vời, đủ để sử dụng an toàn của Mega-Float
Pictures, thể hiện trong phần này, được chụp trong quá trình nghiên cứu chung với TRA của Float Một số hình ảnh đã nhận được từ các TRA của Mega-Float
Trang 8Mega-Fig 2.4.0-2 Mega-Float (Phase-2).
Fig 2.4.0-3Example of use of2.4.0-1 Mega-Float (Joining)
2.5 Special features on subsea operation
Underwater welding is one of the special
welding which is carried out in extreme
condition Specialties are high pressure, wet
circumstance, electrolysis circumstance,
existence of current and wave, etc So, we
try to establish autonomous mechanization
Wave and current load offshore structures
every moment The major period of wave is 3
to 20 seconds This wave is mainly
produced by wind on sea surface Wave
height sometimes exceeds over 10 meters A
water volume of 1 cubic meter is more than
1 ton, and the structure under this wave must
have enough strength to keep stable
Mega-Float
2.5.0-1 Yếu tố cho sự phát triển của hoạt động Subsea Fig 2.5.0-1 Elements for development of subsea operation
2.5 Tính Năng Đặc Biệt Về Hoạt Động Trên Biển:
Underwater hàn là một trong những hàn đặc biệt được thực hiện trong điều kiện khắc nghiệt Đặc sản được áp lực cao, hoàn cảnh ẩm ướt, trường hợp điện phân, sự tồn tại của hiện tại và làn sóng, vv Vì vậy, chúng tôi cố gắng để thiết lập cơ giới hoá và tự trị
operation Wave and current contain mush sand inside, so the loss of surface by abrasion must be
evaluated
High tide and waves are seasonal occasions We have very high wave and wind by typhoon in late
summer Erosion and bio-fouling are the other serious problems for offshore structures High pressure in
deep sea is the most difficult problem for arc welding Characteristics are much influenced by the
ambient pressure We are trying to make clear on this influence by fundamental research We believe
steady fundamental study on arc physics will bring fruitful result on mechanization not only for
Wave Cấu trúc tải hiện nay ra nước ngoài mọi thời điểm Giai đoạn chính của sóng là 3-20 giây Đợtnày chủ yếu được sản xuất bởi gió trên bề mặt nước biển Sóng đôi khi vượt quá chiều cao trên 10 mét Một khối lượng nước mét khối 1 được hơn 1 tấn, và cơ cấu theo làn sóng này phải có đủ sức mạnh để giữ hoạt động ổn định Wave và hiện nay có chứa cát mush bên trong, do đó, những mất mát do mài mòn bề mặt phải được đánh giá cao và thủy triều
Trang 9underwater welding but also in air welding
Sóng là dịp mùa Chúng ta có làn sóng rất cao và gió của cơn bão vào cuối mùa hè Xói mòn và sinh học bẩn là vấn đề nghiêm trọng khác cho các kết cấu ngoài khơi Áp lực cao trong biển sâu là vấn đề khó khăn nhất cho hàn hồ quang Các đặc điểm được nhiều ảnh hưởng bởi áp lực xung quanh Chúng tôi đang cố gắng để làm cho rõ ràng về điều này ảnh hưởng bởi nghiên cứu cơ bản Chúng tôi tin rằng ổn định cơ bản nghiên cứu về vật lý hồ quang sẽ mang lại kết quả hiệu quả về cơ giới hoá không chỉ để hàn dưới nước
mà còn trong không khí hàn
3 Hồ Quang Hàn:
3 Arc welding
3.1 Joining methods of metals
Arc welding uses arc heat, which is generated between an electrode and base metal Joint will be melted
by this arc heat, and new structure will be obtained after resolidification Various welding techniques are
developed by industrial demands This database treats Gas Tungsten Arc (GTA) welding and Gas Metal
Arc (GMA) welding processes as two major arc welding process
What is arc welding?
GTA welding uses additional filler wire to fulfill joint GMA welding uses filler wire as consumed
electrode We use suitable shielding gas and backing material to guarantee mechanical properties of
welding joint We choose welding consumptions and process conditions by the following points of view:
1 Eliminate fatal defects like crack,
2 Guarantee suitable strength,
3 Weld ability and handling easiness,
4 Reasonable efficiency,
5 Cost performance,
3.1 Dịch Chuyển Kim Loại Vào Vũng Hàn Arc hàn hồ quang sử dụng nhiệt, mà là tạo ra giữa một điện cực và kim loại cơ bản Doanh sẽ tan chảy do nhiệt hồ quang này, và cơ cấu mới sẽ được lấy sau khi resolidification Kỹ thuật hàn khác nhau được phát triển bởi các nhu cầu công nghiệp Xử lý các cơ sở dữ liệu này Gas Tungsten Arc (GTA) hàn và khí Metal Arc (GMA) hàn quy trình như hai quá trình hàn hồ quang lớn
Hàn hồ quang GTA hàn là gì?
Sử dụng dây điện phụ thêm để hoàn thành phần GMA dây hàn sử dụng phụ như điện tiêu thụ Chúng tôi
sử dụng phù hợp với che chắn khí và sao lưu tài liệu để đảm bảo tính chất cơ học của hàn doanh Chúng tôi chọn consumptions hàn và điều kiện quá trình do các điểm sau đây xem:
1 Loại bỏ các khuyết tật nghiêm trọng như nứt,
2 Đảm bảo phù hợp với sức mạnh,
3 Weld sư yên thân và khả năng xử lý,
4 Hợp lý hiệu quả,
5 Chi phí hoạt động,
Trang 106 Reasonable overview of welds.
Consumables are carefully selected to guarantee weld metal characteristics higher than the base metal
Hình 3.1.0-1 Tác giả của GTA hàn Hình 3.1.0-2 Tác giả của GMA hàn
Fig 3.1.0-1 Illustration of GTA welding Fig 3.1.0-2 Illustration of GMA welding
6 Hợp lý tổng quan về các mối hàn
Tiêu hao được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính hàn kim loại cao hơn kim loại cơ bản
3.2 Gas Tungsten Arc (GTA) Welding”
3.2 Gas Tungsten Arc (GTA) welding
3.2.1 Principle of GTA welding
GTA welding sometimes called as Tungsten Inert Gas (TIG) welding The arc is generated between
Tungsten electrode and base metal where is covered by inert gas This is one of the most historical
welding techniques Tungsten electrode is used as cathode, because of its high melting temperatures
which exceeds 3000K The base metal is anode, and this anode is efficiently melted in argon or helium
atmosphere
Welding equipment consists of GTA welding torch, power source, and gas cylinder DC power source is
usually used for welding of stainless steel and mild steel AC power source is used for joining of
aluminum and manganese alloys
3.2.2 Operation of GTA welding
This welding technique is widely used from cheap daily goods to expensive space and ocean structures
This method is proud of its high quality and precision welding
In cases of GTA welding for thin plates, melt run welding without filler metal is normally used Filler
wire is usually used for butt welding of thick metals, especially for root path welding This is a very basic
3.2.1 Nguyên Tắc Của Hàn GTA:
Hàn GTA đôi khi được gọi là Tungsten khí trơ (TIG) hàn Hồ quang được tạo ra giữa các điện cực Tungsten và kim loại cơ bản, nơi được bao phủ bởi khí trơ Đây là một trong những kỹ thuật hàn lịch sử nhất Vonfram điện cực được sử dụng như cathode, vì nhiệt độ nóng chảy cao của nó vượt quá 3000K Các kim loại cơ bản là anode, và anode này là cách hiệu quả tan trong bầu không khí argon hoặc heli thiết bị hàn
Bao gồm đèn pin hàn GTA, nguồn điện, và xi lanh khí DC nguồn năng lượng thường được sử dụng cho hàn thép không gỉ và thép nhẹ AC nguồn điện được sử dụng cho gia nhập của hợp kim nhôm và mangan3.2.2 Hoạt Động Của Hàn GTA:
Kỹ thuật này hàn được sử dụng rộng rãi từ hàng hóa giá rẻ hàng ngày để không gian tốn kém và cơ cấu đại dương Phương pháp này là tự hào về chất lượng cao và hàn chính xác
Trong trường hợp của GTA hàn cho tấm mỏng Tan chạy mà không có hàn kim loại phụ thường được
sử dụng Dây Filler thường được sử dụng cho hàn mông của các kim loại dày, đặc biệt là cho hàn đường dẫn gốc Đây là một hàn rất cơ bản và đơn giản, tuy nhiên, nó là nhạy cảm đối với các yếu tố bao gồm trong các kim loại quý hiếm Vì vậy, phương pháp này đòi hỏi phải có tay nghề cao cho các
Trang 11and simple welding; however, it is sensitive against rare elements included in metal So, this method
requires highly skilled operator for precision welding in some cases It has not constructed common
understanding for actual behavior This data-base has been constructing to show actual behavior of GTA
welding process captured by high-speed cameras and high-precision cameras
3.3 Gas Metal Arc (GMA) welding
3.3.1 Principle of GMA welding
Gas Metal Arc (GMA) welding technique is high efficiency joining method by filler wire as consumed
electrode This method needs special shielding to keep steady liquidation and re-solidification In case of
using inert gas such as argon and helium is called as Metal Inert Gas (MIG) welding When some active
gas like CO2 or oxygen is matured into inert gas, this method is called as Metal Active Gas (MAG)
welding Welding equipment consists of filler wire, wire feeder, power source, gas supplement and
welding torch
A productivity of GMA welding is a few times superior to manual Shielded Metal Arc (SMA) welding
Automatic and/or semi-automatic system is established, and it is widely used for almost all production
factories Appearances of weld beads become very smooth by recent development sophisticated power
source control system However, metal transfer is quite complex phenomena, and then research activities
to understand actual physics of GMA welding become more important This data-base shows actual
metal transfer behavior captured high-speed video cameras in case of welding for SUS304 stainless steel
3.3.2 Operation of GMA welding
nhà điều hành hàn chính xác trong một số trường hợp Nó đã không xây dựng sự hiểu biết chung chocác hành vi thực tế -Cơ sở dữ liệu này đã được xây dựng để hiển thị các hành vi thực tế của quá trình hàn GTA bị bắt bởi máy ảnh tốc độ cao và máy ảnh có độ chính xác cao Hình 3.2.2-1 Ý tưởng sơ đồ của quá trình hàn hồ quang
3.3 Gas Metal Arc (GMA) Welding:
3.3.1 Nguyên Tắc Hàn GMA:
Kim khí Arc (GMA) hàn kỹ thuật cao là phương pháp hiệu quả tham gia của phụ như dây điện tiêu thụ Phương pháp này nhu cầu đặc biệt che chắn để giữ thanh lý ổn định và tái solidification Trong trường hợp sử dụng khí trơ như argon và heli được gọi là kim loại khí trơ (MIG) hàn Khi một số hoạt động như khí CO2 hoặc ôxy là trưởng thành vào khí trơ, phương pháp này được gọi là kim loại hoạt động Gas (MAG) hàn Hàn thiết bị bao gồm dây Phụ, feeder dây điện, nguồn điện, khí đốt và bổ sung đèn pin hàn
Một năng suất của GMA hàn là một vài lần cấp trên để hướng dẫn sử dụng Shielded Metal Arc (SMA) hàn Tự động và / hoặc bán hệ thống tự động được thành lập, và nó được sử dụng rộng rãi cho hầu hết các nhà máy sản xuất Xuất hiện các hạt hàn trở nên rất trơn bởi gần đây phát triển hệ thống kiểm soát nguồn năng lượng tinh vi Tuy nhiên, hiện tượng kim loại chuyển nhượng khá phức tạp, và sau đó hoạt động nghiên cứu để hiểu vật lý thực tế của GMA hàn trở nên quan trọng hơn -Cơ sở dữ liệu này cho thấy hành vi thực tế chuyển kim loại bị bắt tốc độ cao máy ảnh video trong trường hợp của hàn cho SUS304 thép không gỉ
3.3.2 Hoạt Động Của Hàn GMA:
Trang 12Fig 3.3.2-1 Behavior of GMA welding
It is very important to keep clean conditions of base metal and filler wire If they are contaminated by oil,
water and/or oxide, it produces some defects such as blowholes or sputtering Control factor for sound
welding are current, voltage, welding speed, wire feeding rate and wire positioning However these
elements are closely related with each other control elements
When we change on control element, the other values are changed by this one change Weld depth is
sensitive by welding current and deposition rate and weld depth are almost proportional with welding
current
Arc voltage affects on arc stability, spattering, bead appearance and weld shape Low arc voltage
produces short arc length and narrow bead width In case of very low arc voltage, frequent
short-circuiting occurs On the contrary, too high voltage produces low penetration and large sized sputtering
Welding speed affects on bead height and penetration depth Too slow welding speed produces too much
reinforcement of weld, over-lapping and lack of fusion On the contrary, too high welding speed
produces lack of reinforcement, penetration and under-cut
3.3.3 Pulse control of welding
Recent power source is very smart electronic equipment, and it uses high frequency pulse, which
frequency range is 10 to 100 kHz, to control dynamic characteristics of voltage and amperage We need to
know this fact for precise consideration of arc characteristics Low and medium frequency of apparent
pulse control is achieved to control metal transfer and arc stability without unexpected sputtering Middle
pulse, which frequency range is between from 50 to some hundreds Hz, is mainly used to control metal
transfer frequency and position Low frequency pulse, which frequency range is 0.1 to 10 Hz, is used to
control re-solidification of molten metal
3.3.4 Solid wire and flux cored wire
There are two kinds of filler wire, one is solid wire which consists of steel, and the other is flux cored
Điều rất quan trọng để giữ sạch sẽ điều kiện của cơ sở và dây kim loại phụ Nếu họ đang bị ô nhiễmbởi dầu, nước và / hoặc oxit, nó tạo một số khiếm khuyết như blowholes hoặc sputtering Kiểm soát yếu
tố cho hàn âm thanh đang hiện hành, điện áp, tốc độ hàn, tỷ lệ cho ăn Dây và định vị dây Tuy nhiên những yếu tố này liên quan chặt chẽ với nhau kiểm soát các yếu tố khác
Khi chúng tôi thay đổi về yếu tố điều khiển, các giá trị khác được thay đổi bởi một trong những thay đổi này Weld chiều sâu là nhạy cảm của hàn hiện tại và tỷ lệ lắng đọng và sâu hàn được gần như tỷ lệ thuận với hiện tại hàn
Arc điện áp trên ảnh hưởng đến sự ổn định hồ quang, spattering, xuất hiện hạt và hình dạng hàn Hồ quang điện áp thấp tạo ngắn chiều dài vòng cung và chiều rộng hạt hẹp Trong trường hợp hồ quang điện
áp rất thấp, thường xuyên xảy ra chập mạch Ngược lại, sản xuất điện thế quá cao thâm nhập thấp và có kích thước lớn sputtering hàn tốc độ
Ảnh hưởng về chiều cao và chiều sâu thâm nhập hạt Tốc độ quá chậm hàn tăng cường sản xuất quá nhiều hàn, over-lapping và thiếu nhiệt hạch Ngược lại, tốc độ hàn quá cao, thiếu sự tăng cường sản xuất, thâm nhập và dưới cắt
3.3.4 Dây Đặc Và Lõi Dây Gây Cháy:
Có hai loại dây điện phụ, một là rắn bao gồm dây thép, và khác là thông cored dây điện, chứa thông bên trong Dây rắn thường được sử dụng tại Nhật Bản cho thép nhiều, bởi vì để viết tắt quá trình xoá
Trang 13wire, which contains flux inside Solid wire is usually used in Japan for many steels, because to
abbreviate scale elimination process during multi-layer welding process Normal diameter of filler wire is
0.8 to 1.6 mm Small sized wire is used for all position welding Filler wire contains silicon and
manganese to improve strength of weld metal There are seven major kinds of wires for normal mild
steel, and this characterization is due to shielding gas, welding position and current amperage
Flux cored wire wraps flux inside of crumpled metal sheet Flux works as arc stabilizer and
de-oxidization agent Weld ability and weld metal quality can be controlled to change flux ingredients
Sputtering is much less than solid wire welding and quality of weld metal is superior However, frequent
scaling of slag on the bead is necessary High amperage welding in all position is possible, and then the
performance can be improved Deposition rate is about 10% superior to solid wire welding Some flux
cored wire is used for one sided full penetration welding of pipes
bỏ quy mô trong suốt quá trình hàn nhiều lớp Bình thường, đường kính của dây phụ là 0,8-1,6 mm.Nhỏ có kích thước dây điện được sử dụng cho tất cả các vị trí hàn Dây phụ chứa silic và mangan để cải thiện sức mạnh của kim loại hàn Có bảy loại chính của dây thép nhẹ bình thường, và điều này là do đặc tính khí che chắn, vị trí hàn và amperage hiện hành
Dây tuôn ra thông cored kết thúc tốt đẹp bên trong của tấm kim loại ngã Tuôn ra làm việc như Ổn vòng cung và de-agent oxy hóa Weld khả năng và chất lượng hàn kim loại có thể được điều khiển để thay đổi các thành phần thông Sputtering là ít hơn nhiều so với dây hàn rắn và chất lượng của kim loại hàn là cao Tuy nhiên, thường xuyên rộng của hạt xỉ trên là cần thiết High amperage hàn ở vị trí tất cả
là có thể, và sau đó hiệu suất có thể được cải thiện Lắng đọng tỷ lệ khoảng 10% cấp trên để hàn dây rắn Một số dây thông cored được sử dụng cho một trong những mặt hàn thâm nhập đầy đủ các đường ống
4 Influence of pressure
4.1 Getting deep of offshore oil production
Major field for underwater welding is offshore oil
production facilities The deepest offshore oil field reaches
3,000m Small oil fields have been developed by
connection of existing underwater pipe lines for big fields
Improvement of underwater net-working technologies for
pipe lines becomes possible for development of marginal
small fields
Fig 4.1.0-1 Working depth and arc
welding methods
4 Ảnh Hưởng Của Áp Lực:
4,1 Độ Sâu Khai Thác Của Sản Xuất Dầu Ngoài Khơi:
Các lĩnh vực dầu ngoài khơi sâu nhất đạt 3.000 m Các lĩnh vực dầu mỏ nhỏ đã được phát triển bằng cách kết nối các đường ống hiện dưới nước cho các lĩnh vực lớn Cải thiện lưới dưới nước, làm việc cho đường ống công nghệ trở nên có thể cho sự phát triển của lĩnh vực biên nhỏ,
Water depth which human can work is limited Therefore, many remotely operated vehicles (ROV) have
developed for underwater operation Ambient pressure increases 0.1MPa for every 10 meters Arc
welding and cutting are much influenced this increase of ambient pressure Arc becomes unstable, or
fume and sputtering are much increased in high pressure condition
This section describes the effect of ambient pressure on arc welding
4.2 Effect of pressure for human activity
Nước sâu mà con người có thể làm việc được giới hạn Do đó, nhiều phương tiện vận hành từ xa(ROV) đã phát triển cho hoạt động dưới nước Xung quanh áp lực tăng 0.1MPa cho mỗi 10 mét Arc hàn
và cắt giảm được nhiều ảnh hưởng này làm tăng áp lực xung quanh Arc trở nên không ổn định, hoặc fume và sputtering đang tăng lên rất nhiều trong điều kiện áp lực cao Phần này mô tả các tác dụng của
áp lực về môi trường xung quanh hàn hồ quang4.2 Tác Dụng Của Áp Lực Đối Với Hoạt Động Của Con Người:
Trang 14Scuba hoạt động thể dục thể thao trở nên phổ biến Tuy nhiên, nước sâu để lặn được giới hạn trongScuba diving becomes popular sports However, water depth to dive is limited to about 30 m, and diving
khoảng 30 m, lặn và thời gian ngắn Bình thường làm việc để xây dựng hoặc sửa chữa cơ sở sản xuấtduration is short Normal work to construct or to repair actual offshore production facilities needs deeper
thực tế nhu cầu sâu xa bờ nước sâu hơn và dài hơn thời gian làm việc Vì vậy, bão hòa kỹ thuật lặnwater depth and longer working time So, saturation diving technique is normally used for these
thường được sử dụng cho các hoạt động này Nhân công trình xuống đến 300 mét, độ sâu của nướcoperations Human works down to 300 meters of water depth by saturation diving technique Human has
bằng cách bão hòa kỹ thuật lặn Con người có thể chất tốt khả năng làm việc ở độ sâu nước cao hơn,good physical ability to work in higher water depth, and it limit depth is approximately 1,000 meters
và nó giới hạn độ sâu khoảng 1.000 mét
But, human can survive in a restricted condition.Physical and mental diseases caused by high ambient
pressure are calling submarine sickness Submarine sickness contains
(1) Disease by unbalanced ambient pressure and human body,
(2) Gas toxic by breathing, and
(3) Disease of insufficient blood circulation by quick reduction of pressure
And the work must be carried out in a small closed chamber, where the chamber is placed far
from the surface Mental care is very important to keep high quality of work That is the reason,
why we developed automatic underwater welding and cutting system This automation decrease
operation cost, and it also improve safety
Some amount of gaseous in ambient atmosphere will immerse in a body If we dive down to 90
meters, ambient pressure increases from 0.1 MPa to 1.0 MPa Density of gas increase ten times,
and dissolved gas in a body increases about ten times Some are immersed in blood If some
amount of dissolved gas vaporized in a narrow blood vessel, the bubble closed the blood vessel,
and blood circulation is interfered This is a serious problem And a speed to discharge from body
is much slower than the speed to dissolve in a body
Fig 4.2.0-1 Dissolution of gas
in human body and exhaust
Tuy nhiên, con người có thể sống sót trong một điều kiện hạn chế thể chất và các bệnh tâm thần gây rabởi áp lực cao, môi trường xung quanh gọi là bệnh hoạn tàu ngầm Ốm tàu ngầm chứa (1)
Bệnh do áp lực xung quanh không cân bằng và cơ thể con người,(2) Khí độc hại bởi hơi thở, và
(3 ) Bệnh của tuần hoàn máu không đủ bằng cách giảm nhanh chóng áp lực công việc
Và phải được thực hiện trong một buồng kín nhỏ, nơi mà buồng được đặt xa bề mặt Chăm sóc tâm thần
là rất quan trọng để giữ cho chất lượng cao của công việc Đó là lý do, tại sao chúng tôi phát triển tự động hàn dưới nước và hệ thống cắt Điều này làm giảm chi phí hoạt động tự động hóa, và nó cũng cải thiện an toàn
Một số lượng khí trong khí quyển xung quanh sẽ chìm đắm trong một cơ thể Nếu chúng tôi bổ nhào xuống tới 90 mét, làm tăng áp lực xung quanh từ 0,1 đến 1,0 MPa MPa Mật độ của khí tăng mười lần,
và khí hòa tan trong một cơ thể tăng khoảng mười lần Một số đang đắm mình trong máu Nếu một số lượng khí hòa tan cận trong một mạch máu hẹp, bong bóng đóng cửa các mạch máu, và máu lưu thông được can thiệp Đây là một vấn đề nghiêm trọng Và một tốc độ xả từ cơ thể là rất chậm hơn so với tốc
độ để hòa tan trong cơ thể một Hình 4.2.0-1 giải thể của khí trong cơ thể con người và thải ra ngoài
cơ thể con người
Trang 15outside human body.
4.3 What causes by high pressure
Material changes its phase by temperature such as solid phase, liquid phase and gaseous phase Normally
phase shift occurs in order Some will change from solid to gas or gas to solid directly This is a function
of pressure For example, water becomes ice at 0C and vapor at 100C in 0.1MPa When the ambient
pressure decrease below 1kPa, liquid phase called water is unstable and vaporized from ice directly
Metal has the same situation Figure 4.3.0-1 shows the relation for pure iron Solid iron changes its
structure by temperature such as alpha iron, gamma iron and delta iron And iron has also triple point to
meet solid, liquid and gas And this pressure is 3.2Pa If the ambient pressure is below 3.2Pa, stable
liquid phase is not available Fusion welding becomes impossible under this high vacuum condition On
the contrary, vaporizing pressure is increased in high pressure like underwater welding
Crystal structure determines acceptable elements inside and its amount, and there is little relation to
ambient pressure On the other hand, very many elements can be dissolved in liquid And the amounts of
dissolved elements are determined by the ambient pressure For example, hydrogen pressure in deep
water becomes high, and then the amount of dissolved hydrogen in molten metal becomes high But,
permissible amount of hydrogen in solid metal in high pressure is the same as that in surface Then the
hydrogen in the weld metal makes blowholes
Fig 4.3.0-1
Pressure-Temperature diagram of pure Fig 4.3.0-2 Difference of solubility and
iron partial pressure depend on pressure
4.4 Effect of pressure on atmosphere
4.3 Ảnh Hưởng Của Áp Lực Cao:
Giai đoạn của nó bằng cách thay đổi nhiệt độ như pha rắn, pha lỏng và pha khí Thông thường giai đoạn chuyển dịch xảy ra trong trật tự Một số sẽ thay đổi từ rắn đến ga hoặc khí để rắn trực tiếp Đây là một chức năng của áp lực Ví dụ, nước trở thành nước đá ở 0Cvà hơi ở 100C trong 0.1MPa Khi làm giảm áp lực xung quanh dưới đây 1kPa, lỏng giai đoạn gọi là nước là không ổn định và tiếp cận trực tiếp từ băng
Kim loại có tình trạng tương tự Hình 4.3.0-1 cho thấy mối quan hệ đối với sắt tinh khiết Rắn sắt thay đổi cấu trúc của nó bằng nhiệt độ như sắt alpha, sắt gamma và sắt đồng bằng Và sắt có điểm cũng có ba để đáp ứng rắn, chất lỏng và khí đốt Và áp suất này là 3.2Pa Nếu áp lực xung quanh là dưới đây 3.2Pa, ổn định, chất lỏng giai đoạn không có sẵn Fusion hàn này trở nên không thể theo điều kiện chân không cao Ngược lại, áp lực vaporizing là tăng áp lực cao như hàn dưới nước
Cấu trúc pha lê Xác định các yếu tố bên trong và chấp nhận được số tiền của mình, và có rất ít áp lực liên quan đến môi trường xung quanh Mặt khác, rất nhiều yếu tố có thể được hòa tan trong chất lỏng Và số tiền của các nguyên tố hòa tan được xác định bởi áp lực xung quanh Ví dụ, hydro áp lực trong nước sâu trở nên cao, và sau đó là số tiền của hiđrô hòa tan trong kim loại nóng chảy trở nên cao Tuy nhiên, cho phép lượng hydro trong kim loại rắn ở áp suất cao là giống như ở bề mặt Sau đó, các hydro trong kim loại hàn làm cho blowholes
Hình 4.3.0-1 Áp-Nhiệt độ sơ đồ sắt tinh khiết
Hình 4.3.0-1 Sự khác biệt của 4.3.0-2 hòa tan và áp lực một phần phụ thuộc vào áp lực4 4 Tác Dụng Của Áp Lực Bầu Khí Quyển:
Trang 16Gas has special relation between pressure
and volume as called Boyle's law
Boyle's law :
P(Pressure) × V(Volume) = Const
Numbers of atoms and molecules
in deep water increase
proportionally with increased
ambient pressure Figure 4.4.0-1
shows effects of ambient pressure
on volume and density When the
Fig 4.4.0-1 Relation between pressure and volume(density)
H 4.4.0-1 Mối quan hệ giữa áp lực và khối lượng (mật độ)
Gas có mối quan hệ đặc biệt giữa áp suất và khối lượng như được gọi là Boyle của pháp luật Boyle
Pháp luật: P (áp suất) × V (volume) = Const số nguyên tử và các phân tử trong nước sâu tăng tương ứng với áp lực xung quanh tăng lên Hình 4.4.0-1 cho thấy tác động của môi trường xung quanh áp lực về khối lượng và mật độ Khi áp suất tăng lên xung quanh mười lần, khối lượng giảm 1 / 10 và tăng mật độ mười lần Nguyên tử và phân tử được nén trong điều kiện áp lực cao Va chạm với xác suất tăng áp lực tăng
ambient pressure increases ten times, volume reduces 1/10 and density increases ten times Atoms
and molecules are compressed in high pressure condition Collision probability increases with
increased pressure
Arc welding uses plasma state Plasma contains not only atoms and molecules, but also ions and
electrons of high temperature Arc current passes in this plasma Plasma is called as 4-th phase
continued from solid, liquid and gas However, there is no clear boundary between gas and
plasma Normal gas contains some amount of ion and electron even in normal condition
Fig 4.4.0-2 Relation between temperature and mean thermal velosity
Arc hàn Sử dụng nhà nước huyết tương Huyết tương chứa không chỉ các nguyên tử và phân tử,nhưng cũng có các ion và electron của nhiệt độ cao Arc hiện tại đi trong huyết tương này Plasma được gọi là 4-thứ giai đoạn tiếp tục từ rắn, chất lỏng và khí đốt Tuy nhiên, không có ranh giới rõ ràng giữa khí và huyết tương Bình thường khí có chứa một số lượng ion và điện tử, ngay cả trong điều kiện bình thường
Nhiệt độ cao nhất trong quá trình hàn hồ quang là khoảng 15.000 ~ 30.000 K trong vùng lõi Nhiệt độ hồ quang xung quanh ranh giới là khoảng 6.000 ~ 7.000 K Plasma yếu tố như nguyên tử, các ion và di chuyển điện tử rất nhanh, và được hướng ngẫu nhiên Sự phân bố vận tốc tương tự như phân phối Boltsmann's
Trang 17The highest Hình 4.4.0-2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và có nghĩa là nhiệt velosity.
temperature
during arc welding is about 15,000~30,000K in core region The temperature around arc
boundary is about 6,000~7,000K Plasma elements such as atoms, ions and electron move very
fast, and directions are random The velocity distribution is similar to Boltsmann's distribution
Figure 4.4.0-2 shows relations between temperatures and mean thermal velocities for typical elements for
arc welding These elements are much compressed in high pressure condition So, transport properties of
heat and current are much influenced by ambient pressure Reactions on electrode surface are still not so
clear
Hình 4.4.0-2 cho thấy quan hệ giữa nhiệt độ và có nghĩa là nhiệt vận tốc cho các yếu tố tiêu biểu chohàn hồ quang Những yếu tố này đang có nhiều nén trong điều kiện áp lực cao Vì vậy, vận chuyển tài sản của nhiệt và hiện tại có nhiều ảnh hưởng bởi áp lực xung quanh Phản ứng trên bề mặt điện cực vẫn không vì thế rõ rang
4.5 Arc voltage increases in deep water
Figure 4.5.0-1 shows relation between arc
voltage and ambient pressure Arc voltage
proportionally increases with square root of
ambient pressure for various methods those
were carried out by our research group
Arc concentrates at the electrode tip in high
pressure condition for GTA welding And arc
becomes very bright Erosion rate of this top
part becomes quick This quick erosion is fatal
for mechanization So, we study erosion
mechanism to reduce erosion of electrode for
automation
Fig 4.5.0-1 Relation between voltage and water depth
Hình 4.5.0-1 Cho thấy mối quan hệ giữa điện áp hồ quang và áp lực xung quanh
4,5 Điện Áp Hàn Hồ Quang Tăng Trong Nước Sâu:
Hình nước sâu 4.5.0-1 Mối quan hệ giữa điện áp và độ sâu nước Hồ quang điện áp tăng tương ứng với căn bậc hai của môi trường xung quanh áp lực đối với những phương pháp khác nhau đã được thựcGMA welding phenomena is very complex, so many conditions such as electrode melting rate, arc
configuration, molten pool behavior change with ambient pressure Bead depth increases with ambient
pressure, when the voltage and current are kept constant The top of electrode berries under surface in
high pressure When we keep voltage and electrode top position in the same, the arc voltage
proportionally increases with square root of ambient pressure
hiện bởi nhóm nghiên cứu của chúng tôi
Arc tập trung ở mũi điện cực trong điều kiện áp lực cao cho GTA hàn Và vòng cung trở nên rất tươi sáng Xói mòn tỷ lệ này nhanh chóng trở thành một phần đầu trang Đây là xói mòn nhanh chóng gây tử vong cho cơ giới hoá Vì vậy, chúng tôi nghiên cứu cơ chế xói mòn để giảm xói mòn các điện cực để tự động hóa hiện tượng hàn
GMA là rất phức tạp, do đó, rất nhiều điều kiện như tốc độ nóng chảy điện cực, cấu hình vòng cung,
Trang 18Figure 4.5.0-2 shows relation
between fume generation rate and
ambient pressure Fume generation
rate for electrode plus condition
increase with ambient pressure
when arc length are kept constant
The tendency of fume generation
rate is the same as the arc voltage
When we kept the voltage in a
constant value, fume generation rate
in various pressure were almost the
same
In electrode minus case, fume
hành vi bơi nóng chảy thay đổi với áp lực xung quanh Bead sâu làm tăng áp lực với môi trường xungquanh, khi điện áp và hiện đang giữ không đổi Những quả cà phê hàng đầu của điện cực dưới bề mặt
ở áp suất cao Khi chúng tôi giữ điện áp và điện cực vị trí hàng đầu trong cùng, điện áp cung tươngứng với căn bậc tăng áp lực xung quanh
Hình 4.5.0-2 Mối quan hệ giữa sản xuất fume và chiều sâu nước
Fume tỷ lệ cho thế hệ điện cực cộng với tình trạng gia tăng áp lực với chiều dài hồ quang xung quanhkhi đang giữ không đổi Các xu hướng của thế hệ fume tỷ lệ giống như các điện áp hồ quang Khichúng tôi giữ điện áp tại một giá trị không đổi, fume thế hệ tỷ lệ trong áp lực khác nhau đã được gầnnhư giống nhau
Fig 4.5.0-2 Relation between production of fume and water depth
Hình 4.5.0-2 cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ thế hệ fume và ápsuất xung quanh
generation rate was decreased Arc was very stable in air condition, and arc was stable in high pressure
condition for this case This arc stability might be the reason why fume generation was reduced We
continue research work to understand these phenomena
Trong điện trừ trường hợp, fume thế hệ tỷ lệ đã được giảm xuống Arc đã rất ổn định trong điều kiện không khí, và cung đã ổn định trong điều kiện áp lực cao cho trường hợp này Điều này ổn định hồ quang có thể là lý do tại sao thế hệ fume đã giảm Chúng tôi tiếp tục công việc nghiên cứu để hiểu những hiện tượng
5 Effect of gravity and buoyancy
5.1 How gravity and buoyancy act
Fig 5.1.0-1
The word "arc" comes from arch Middle part of horizontal long arc is lifted upward by buoyancy And it
looks like arch Arc is partially ionized gas which has very high temperature And arc plasma has steep
temperature gradient and thermal velocity is also very high Then buoyancy does act in gravity field
Diffusion and Marangoni flows must occur in unbalanced thermal field, and some elements are ionized,
minus electron moves toward plus electrode, and plus ions move to minus electrode In addition,
electro-magnetic force occurs from the movement of electron and ions under electric field This force
5 Tác Dụng Của Lực Hấp Dẫn Và Lực Nổi:
5.1 Hoạt Động Của Lực Hấp Dẫn Và Lực Đẩy Như Thế Nào:
Hình 5.1.0-1
Từ "cung" xuất phát từ vòm Trung một phần của vòng cung dài ngang được nâng lên trở lên bởi nổi
Và có vẻ như kiến trúc Arc là một phần ion hóa khí có nhiệt độ rất cao Và hồ quang plasma có gradient nhiệt độ dốc và vận tốc nhiệt cũng rất cao Sau đó nổi không hành động trong lĩnh vực trọng lực
Diffusion và Marangoni chảy phải xảy ra trong lĩnh vực nhiệt không cân bằng, và một số yếu tố là ion hóa, trừ điện tử di chuyển về hướng điện cực cộng, và cộng với các ion di chuyển để trừ điện cực Ngoài ra, điện từ lực xảy ra từ sự chuyển động của điện tử và các ion trong điện trường Điều này lực
Trang 19compressed the arc.
Fig 5.1.0-2
Vaporized elements from electrodes are existed in plasma Pressure and temperature in plasma are not
unique Arc plasma phenomenon is very complex phenomenon; there are very many forces and factors to
act each other in plasma Surface conditions of electrodes are also very important factor for arc
phenomenon
Molten liquid flow and resolidification process are closely related with welding quality Arc welding
process is very quick and transient process, so it is very difficult to understand basic physics We are
developing in situ observation system to understand nature of arc welding Final goal of our study is to
construct physical model to simulate actual arc welding process
We used special welding equipments to clarify each element to act arc phenomenon Arc phenomena in
various gas pressures are studied by high pressure chamber We also use drop shaft equipment to
understand the effect of gravity on arc physics
nén vòng cung
Hình 5.1.0-2
Yếu tố cận từ điện cực đang tồn tại trong huyết tương Áp suất và nhiệt độ trong huyết tương không phải
là duy nhất Arc huyết tương hiện tượng là rất phức tạp hiện tượng; có lực lượng rất nhiều và các yếu tố hành động lẫn nhau trong huyết tương Điều kiện bề mặt của điện cực cũng là yếu tố rất quan trọng đối với hiện tượng hồ quang
Nóng chảy lỏng và dòng chảy quá trình resolidification liên quan chặt chẽ với chất lượng hàn Arc quá trình hàn là rất nhanh chóng và thoáng qua quá trình, vì vậy nó rất khó hiểu vật lý cơ bản Chúng tôi đang phát triển hệ thống quan sát tại chỗ để hiểu bản chất của hàn hồ quang Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu của chúng tôi là xây dựng mô hình vật lý để mô phỏng quá trình thực sự hàn hồ quang Chúng tôi sử dụng thiết bị hàn đặc biệt để làm rõ từng yếu tố để hành động hiện tượng hồ quang Hiện tượng Arc trong áp lực khí khác nhau được nghiên cứu bằng buồng áp lực cao Chúng tôi cũng sử dụng thiết bị trục thả để hiểu tác dụng của lực hấp dẫn về vật lý hồ quang
5.2 Effect of surface tension
Arc welding is an efficient joining
method of metals Some metal
between two parts to be welded is
melted by the arc, then two parts
join one molten pool and molten
part will be resolidified Finally
joining process completes Molten
Normal bead Undercut bead Convex beadFig 5.2.0-1 Classification of bead cross-sectional shape
5.2.0-1 Phân loại hạt cross-sectional hình dạng
metal is covered by two solid plates, arc and shielding gas Geometry of weld metal should smooth to
prevent fatigue or shock load
Important elements to rule weld metal geometry are surface tension, gravity and wetness of molten metal Yếu tố quan trọng để cai trị hình học hàn kim loại Được bề mặt căng thẳng, hấp dẫn và wetness kimHowever, anode or cathode region on molten metal is very hot Many complex reactions occur in this loại nóng chảy Tuy nhiên, anode hoặc khu vực cực âm trên kim loại nóng chảy là rất nóng Nhiềunarrow region Sometimes, the temperature of this region excesses vaporizing temperature The người phản ứng phức tạp xảy ra trong khu vực này thu hẹp Đôi khi, nhiệt độ của khu vực này bồitemperature around liquid/solid boundary is around melting temperature Temperature gradient is very thường vaporizing nhiệt độ Nhiệt độ quanh lỏng / rắn ranh giới là khoảng nhiệt độ nóng chảy
Trang 20steep in the molten pool So, thermal convection becomes important.
Normal Water-repellent Surface tension is a function of surface
condition of mother metal and moltenmetal When water drops on a porous
On stainless steel
Gradient nhiệt độ là rất dốc trong bể nóng chảy Vì vậy, nhiệt đối lưu trở nên quan trọng
Bình thường Water-repellent Ngày thép không gỉ Ngày gốm căng tấm bề mặt là một chức năng điều kiện
bề mặt của kim loại mẹ và kim loại nóng chảy Khi giọt nước trên một vật chất xốp như gốm, đắm mình trong nước của các tấm Nếu nước repellant là vật liệu tráng trên bề mặt này, xuống nước không thể chìm đắm bên trong và quanh vẫn là nước có hình dạng trên bề mặt
material like ceramics, water immersedinside of the plate If water repellantmaterial is coated on this surface,dropped water cannot immerse inside,
On the contrary, air is browed on the surface for
this material in water Air bubble is trapped on the
surface, and thin air layer stays between the plate
Ngược lại, không khí là trán trên bề mặt cho vật liệu này trong nước Bong bóng khí là bị kẹt trên bềand water The actual reaction changes drastically
mặt, và không khí lớp mỏng hay ở giữa tấm và nước Phản ứng mạnh bởi những thay đổi thực tế điều
by the surface condition
kiện bề mặtFig 5.2.0-4 Air bubble on a water-repellent surface
In case of arc welding, molten metal flow and
Hình Hình 5.2.0-3 5.2.0-4 Không bong bóng trênweld bead geometry is subject of change by
mặt nước-repellent
surface oxidation, minor elements contained in the Trong trường hợp hàn hồ quang, kim loại nóng chảy dòng chảy và hình học hạt hàn là đối tượng củametal, temperature distribution and so on sự thay đổi bởi quá trình oxy hóa bề mặt, yếu tố thứ chứa trong các kim loại, phân phối nhiệt độ và
vv Hình 5.2.0-5 So sánh các hình dạng của bong bóng khí