Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn tới biến dạng của liên kết hàn giáp mối thép các bon thấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỚI BIẾN DẠNG CỦA LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI THÉP CÁC BON THẤP Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CƠ KHÍ TRƢỞNG KHOA THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản thân thực hiện và chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn. Học viên Bùi Thanh Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học của tôi, thầy giáo PGS. TS. Phan Quang Thế, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PSG. TS. Nguyễn Văn Dự đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn này. Học viên bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban Giám hiệu và Khoa Sau đại học của Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản luận văn này. Do năng lực bản thân còn có những hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Xin trân trọng cảm ơn! Học viên Bùi Thanh Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC Trang phụ bìa…………………………………………………………… i Lời cam đoan…………………………………………………………… ii Mục lục… ………………………………………………………………….iii Danh mục các chữ viết tắt dùng trong luận văn…………………………… vii Danh mục các bảng dùng trong luận văn……………… ………………… vii Danh mục các hình vẽ dùng trong luận văn… …… ……………………….iv CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU…………………………………………………… 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ………………… ……………………………………… 1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU…….……………………………………… 4 1.3. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN………………………………………….4 1.5. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC……………….………………………… 4 1.6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN……………………………………………… 5 1.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1……………………………………………… 5 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN MỐI HÀN GIÁP MỐI 8 2.1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………… 8 2.2. CÁC KIỂU HÀN GIÁP MỐI…………………………………………….8 2.3. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN. 8 2.4. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DO CO DỌC GÂY RA KHI HÀN GIÁP MỐI……………………………………………………… 8 2.4.1. Xác định vùng ứng suất tác động và nội lực tác động….………………9 2.4.2. Tính ứng suất và biến dạng do co dọctrong trƣờng hợp hàn hai tấm có chiều rộng bằng nhau……………………………………………………… 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.5. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DO CO NGANG GÂY RA KHI HÀN GIÁP MỐI 18 2.5.1. Tính ứng suât và biến dạng do co ngang gây ra khi hàn giáp mối các tấm tự do……………………………………………………… ……………18 2.5.2. Biến dạng góc do co ngang trong liên kết hàn giáp mối 27 2.6. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG MỘT VÀI TRƢỜNG HỢP VỚI CÁC QUY TRÌNH HÀN KHÁC NHAU……………28 2.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2……………………………………………….32 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ …………… 33 3.1. GIỚI THIỆU ………………………………………………………… 33 3.2. TRANG THIẾT BỊ TIẾN HÀNH DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM……33 3.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM……………………………………35 3.3.1. Xác định độ biến dạng do co dọc, độ võng của liên kết hàn giáp mối 36 3.3.2. Xác định độ biến dạng do co ngang và biến dạng góc của liên kết hàn giáp mối…………………………………………………………… 37 3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ … ………………………………………… 39 3.4.1. GIỚI THIỆU………………………………………………………… 40 3.4.2. KHI THAY ĐỔI CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I, GIỮ NGUYÊN U,V………………………………………………………………………… 40 3.4.2.1. Kết quả…………………………………………………… ………40 3.4.2.2. Thảo luận kết quả………………………………………………… 45 3.4.3. KHI GIỮ NGUYÊN CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I, THAY ĐỔI U,V, THỰC HIỆN VỚI QUY TRÌNH HÀN SMAW……………… ………… 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 3.4.3.1. Kết quả…………………………………………… ….……………46 3.4.3.2. Thảo luận kết quả………………………………………………… 48 3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3….………………………………………….49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………….55 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 57 PHỤ LỤC………………………………………………………………… 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN Chữ viết tắt Diễn giải Ghi chú WSP Các quy trình hàn 111/MMA/SMAW Hàn hồ quang tay 135/MAG/GMAW Hàn khí bảo vệ điện cực nóng chảy 141/TIG/GTAW Hàn khí bảo vệ điện cực không nóng chảy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH MỤC CÁC BẢNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN TT Bảng Tên gọi Trang 1 Bảng 3.1 Thiết bị SMAW của máy WP300 33 2 Bảng 4.1 Thông số chế độ hàn, giữ nguyên các thông số cho I tăng dần với quy trình hàn SMAW 40 3 Bảng 4.2 Thông số chế độ hàn, giữ nguyên các thông số cho I tăng dần với quy trình hàn GMAW 40 4 Bảng 4.3 Bảng thông số chế độ hàn, giữ nguyên các thông số chỉ tăng I với quy trình hàn GTAW 41 5 Bảng 4.4 Biến dạng do co dọc và độ võng của mối hàn giáp mối với quy trình hàn GTAW 42 6 Bảng 4.5 Biến dạng do co dọc và độ võng của mối hàn giáp mối với quy trình hàn SMAW khi giữ nguyên I và v, tăng U 43 7 Bảng 4.6 Biến dạng do co dọc và độ võng của mối hàn giáp mối với quy trình hàn SMAW khi giữ nguyên U và I, giảm v 44 8 Bảng 4.7 Giá trị chuyển vị góc của mối hàn giáp mối SMAW 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình Tên hình vẽ Trang Hình 2.1 Vùng phân bố ứng suất và nội lực lên mối hàn 9 Hình 2.2 Trạng thái tấm khi hàn đắp lên mép tấm 10 Hình 2.3 Hàn đắp lên mép tấm chiều dày δ 10 Hình 2.4 Trạng thái ứng suất biến dạng hàn đắp lên mép tấm 11 Hình 2.5 Ứng suất khi hàn đắp lên mép tấm 12 Hình 2.6 Liên kết hàn giáp mối ở trạng thái tự do 13 Hình 2.7 Tổng chiều dày truyền nhiệt trong một số loại liên kết 14 Hình 2.8 Đồ thị xác định hệ số k 2 15 Hình 2.9 Chiều rộng tính toán h 16 Hình 2.10 Hàn giáp mối hai tấm rộng nhƣ nhau 17 Hình 2.11 Ứng suất ngang trên tiết diện ngang của tấm 19 Hình 2.12 Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối 20 Hình 2.13 Xác định tiết diện ngang của mối hàn tại vị trí bắt đầu có lực tác động do co ngang 21 Hình 2.14 Phân bố nhiệt độ tại tiết diện ngang x 1 22 Hình 3.1 Máy hàn WP300 32 Hình 3.2 Vị trí lấy dấu các vị trí đặt thiết bị đo 34 Hình 3.3 Bàn gá và dụng cụ đo độ co dọc của liên kết hàn 35 Hình 3.4 Bàn gá và dụng cụ đo để đo độ võng của dầm 36 Hình 3.5 Đo chuyển vị góc của các điểm trên mối hàn 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x Hình 3.6 Chuẩn bị phôi 37 Hình 3.7 Hàn đính các phôi hàn 38 Hình 3.8 Lấy dấu trên các phôi hàn 38 Hình 3.9 Đo vị trí trƣớc khi hàn 39 Hình 3.10 Đo vị trí sau khi hàn 39 Hình 4.1 Đồ thị biến dạng do co dọc khi thay đổi các thông số hàn, quy trình hàn SMAW 44 Hình 4.2 Đồ thị độ võng (độ cong), đo tại vị trí võng lớn nhất ( vị trí 5) khi thay đổi các thông số của quy trình hàn SMAW 44 Hình 4.3 Đồ thị so sánh thị độ võng (độ cong), đo tại vị trí võng lớn nhất 45 Hình 4.4 Đo chuyển vị góc các điểm của mối hàn 45 Hình 4.5 Đồ thị so sánh biến dạng góc do co ngang của 3 quy trình hàn: SMAW, GMAW,GTAW khi thay đổi cƣờng độ dòng điện I ( vị trí 5) giữa 3 quy trình hàn: SMAW, GMAW, GTAW 46 [...]... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đúng đắn của lý thuyết và phƣơng pháp thực nghiệm - Phân tích so sánh và đánh giá ảnh hƣởng của các qui trình hàn (WPS) mức độ biến dạng, và ứng suất dƣ của các liên kết hàn giáp mối - Lựa chọn quy trình hàn và chế độ hàn hợp lý để biến dạng của mối hàn ít nhất - Phân tích các cơ sở lý thuyết về ảnh hƣởng của chế độ hàn đến biến dạng của mối hàn - Xây dựng và triển khai các nghiên cứu thực nghiệm... Trong trƣờng hợp hàn thép các bon thấp không hợp kim thì với những lý thuyết về trƣờng nhiệt độ, ứng suất và biến dạng khi hàn đã đƣợc nghiên cứu và công bố, kết hợp nhiều kiến thức từ cơ học, sức bền vật liệu, nhiệt học, điện… ta hoàn toàn có cơ sở lý thuyết để tính toán ảnh hƣởng của chế độ hàn tới ứng suất và biến dạng Từ đó tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm để xác định đƣợc chế độ hàn hợp lý Xuất... các quan hệ giữa chế độ hàn và mức độ biến dạng - Thông kê xử lý số liệu để xác định các mối quan hệ nói trên - Đánh giá kết quả, để chỉ ra đƣợc chế độ hàn hợp lý cho độ biến dạng ít nhất, từ đó so sánh với kết quả tìm đƣợc bằng lý thuyết 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối với hàn giáp mối thì hàn các chi tiết có chiều dày trung bình (dày từ 5mm đến 20mm) là phổ biến nhất, do đó luận văn tập trung nghiên cứu. .. sự [37] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng về biến dạng khi hàn giáp mối các tấm mỏng Tác giả xác định đƣợc ảnh hƣởng của các thông số, cƣờng độ dòng điện, hiệu điện thế, tốc độ hàn tới biến dạng của kết cấu hàn Các thực nghiệm đƣợc tiến hành trên các thiết bị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ hiện đại với các hệ thống cảm biến đã đƣợc thiết... về các cơ sở lý thuyết về chế độ hàn giáp mối, tìm hiểu nguyên nhân gây ra ứng suất biến dạng khi hàn Phần 2.2 giới thiệu các kiểu hàn giáp mối Phần 2.3 trình bày về ứng suất và biến dạng hàn Phần 2.4 trình bày về ứng suất và biến dạng co dọc khi hàn giáp mối Phần 2.5 trình bày về ứng suất và biến dạng do co ngang Phần 2.6 trình bày về tính toán ứng suất và biến dạng trong một vài trƣờng hợp với các. .. kết hàn, còn hình dạng của nó vẫn phẳng (không đổi) Nếu co ngang của các thớ theo chiều dày mối hàn không đều thì ngoài biến dạng ngang còn có biến dạng góc (thƣờng xảy ra ở mối hàn giáp mối vát mép chữ V và hàn từ một phía) Hình 2.12 Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.5.1 Ứng suất và Biến dạng do co ngang khi hàn. .. gây nên hàng loạt vấn đề chẳng hạn nhƣ Ứng suất dƣ quá lớn, làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu đặc biệt là khi làm việc dƣới tác động của tải trọng động, tải trọng thay đổi theo chu kỳ Việc xác định chế độ hàn hợp lý, để hoàn thiện các công nghệ hàn thép các bon thấp không hợp kim là rất cần thiết Đề tài này tập trung tìm giải pháp công nghệ nhằm hạn chế biến dạng của mối hàn giáp mối có độ dày... ứng dụng trong giảng dạy, sản xuất…… 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đề tài này nhằm thực hiện một số mục tiêu cụ thể nhƣ sau: - Xác định đƣợc các quan hệ giữa chế độ hàn ( I, U, V) đến mức độ biến dạng do co dọc và độ võng của mối hàn Mức độ biến dạng đƣợc đánh giá qua các thông số: Lƣợng co dọc của mối hàn, độ võng và biến dạng góc do co ngang - So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết để nhận... trình hàn khác nhau và cuối cùng phần 2.7 đƣa ra các kết luận chính của chƣơng 2.2 CÁC KIỂU HÀN GIÁP MỐI Trong hàn giáp mối tùy theo chiều dày của phôi hàn, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn có thể đƣợc vát tƣơng ứng: - Chi tiết mỏng: không cần vát mép Hình 2.1 Hàn giáp mối không vát mép chi tiết thành mỏng - Với chi tiết có chiều dày trung bình: Vát mép một phía (nửa chữ V) hàn một... cầu gì đặc biệt, kết cấu hàn bằng thép CT3 có cơ tính tốt Độ bền kéo thông thƣờng khoảng 42 kgf/mm2 (60,000psi) với giới hạn chảy khoảng 28 kgf/mm2 (40,000psi) Trong công nghệ hàn thì hàn giáp mối là kiểu hàn phổ biến nhất Mối hàn giáp mối là mối hàn thực hiện giữa hai phôi hàn nằm trong cùng mặt phẳng, hai phôi hàn nằm đối đầu với nhau, mối hàn hình thành ở giữa liên kết chúng lại thành một chi tiết . trình hàn và chế độ hàn hợp lý để biến dạng của mối hàn ít nhất. - Phân tích các cơ sở lý thuyết về ảnh hƣởng của chế độ hàn đến biến dạng của mối hàn. - Xây dựng và triển khai các nghiên cứu. HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỚI BIẾN DẠNG CỦA LIÊN KẾT HÀN GIÁP MỐI THÉP CÁC BON THẤP Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: LUẬN. dạng do co dọc, độ võng của liên kết hàn giáp mối 36 3.3.2. Xác định độ biến dạng do co ngang và biến dạng góc của liên kết hàn giáp mối ………………………………………………………… 37 3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ … …………………………………………