nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền mối hàn giáp mối của kết cấu tấm vỏ tàu thép bằng phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG --- NGÔ HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI CỦA KẾT CẤU TẤM VỎ TÀU THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC LUẬN VĂN THẠC

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

NGÔ HÙNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI CỦA KẾT CẤU TẤM VỎ TÀU THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG

DƯỚI LỚP THUỐC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khánh Hòa - 2013

Trang 2

-

NGÔ HÙNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI CỦA KẾT CẤU TẤM VỎ TÀU THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả ghi trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Ngô Hùng

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Trường Đại Học Nha Trang

Xin chân thành cám ơn TS.Huỳnh Văn Vũ, giảng viên Khoa Kỹ thuật giao thông của Trường Đại Học Nha Trang là người hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn:

- Viện Nghiên cứu chế tạo tàu thủy - Trường Đại Học Nha Trang

- Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa - Khánh Hòa

- Công ty Hyundai - Vinashin tỉnh Khánh Hòa

Đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để hoàn thành mục tiêu và nội dung đặt ra cho đề tài

Người thực hiên

Ngô Hùng

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii

CÁC THUẬT NGỮ x

CÁC KÝ HIỆU x

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về phương pháp hàn kim loại 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Đặc điểm của hàn kim loại 3

1.2 Nguyên lý hình thành mối hàn 4

1.3 Phân loại các phương pháp hàn 5

1.4 Giới thiệu phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc 7

1.5 Thực tế áp dụng công nghệ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc trong điều kiện Việt Nam hiện nay: 9

1.6 Đối tượng nghiên cứu 10

1.7 Mục đích, phương pháp nghiên cứu 10

1.8 Giới hạn nội dung nghiên cứu 11

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 12

2.1 Khái niệm chung 12

2.2 Thiết bị và vật liệu hàn tự động dưới lớp thuốc 13

2.2.1 Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc 13

2.2.2 Vật liệu dùng trong hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 13

2.2.2.1 Bản chất của thuốc hàn 13

2.2.2.2 Các dây điện cực 14

2.3 Chế độ hàn 14

Trang 6

2.3.2 Điện áp hồ quang 15

2.3.3 Tốc độ hành trình hồ quang 15

2.3.4 Kích cỡ điện cực 15

2.3.5 Khoảng đầu điện cực 16

2.3.6.Tốc độ cấp nhiệt 16

2.4.Các phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn 17

2.4.1 Phương pháp kiểm tra mối hàn 17

2.4.2 Đánh giá chất lượng mối hàn .17

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19

3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết 19

3.1.1 Tính các thông số hàn tự động dưới thuốc 19

3.1.2 Tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Hoa Kỳ .20

3.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 20

3.2.1 Các thông số đầu vào 20

3.2.2 Mẫu thí nghiệm 21

3.2.3 Kiểm tra độ bền uốn và kéo của vật liệu cơ bản trước khi hàn 25

3.2.4 Quy trình hàn trên mẫu thí nghiệm 29

3.2.5 Các thông số đầu ra 30

3.3 Kết quả thực nghiệm 31

3.3.1 Với loạt mẫu thứ nhất (X1) 31

3.3.2 Với loạt mẫu thứ hai (X2) 36

3.3.3 Với loạt mẫu thứ ba (X3) 40

3.3.4 Với loạt mẫu thứ tư (X4) 43

3.3.5 Với loạt mẫu thứ năm (X5) 47

3.3.6 Với loạt mẫu thứ sau (X6) 52

3.3.7 Với loạt mẫu thứ bảy (X7) 56

3.4 Kết quả nghiên cứu mô phỏng bằng Abaqus 60

3.4.1 Giới thiệu phần mềm Abaqus 60

3.4.2 Phân tích nhiệt trong abaqus 62

3.4.3 Bài toán mô phỏng biến dạng nhiệt 62

3.4.3.1 Trình tự mô phỏng trong Abaqus 63

Trang 7

3.4.3.2 Thông số của bài toán mô phỏng bằng Abaqus 63

3.4.3.3 Kết quả biến dạng hàn 65

3.4.4 Bài toán mô phỏng sự truyền nhiệt 69

3.4.4.1 Chọn kích thước phần tử, kiểu phần tử và chia lưới 69

3.4.4.2 Thông số nhập vào 71

3.4.4.3 Kết quả ứng suất nhiệt sinh ra trong và sau khi hàn 72

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

4.1 Kết luận 73

4.1.1 Với loạt mẫu thứ nhất (X1) 73

4.1.2 Với loạt mẫu thứ hai (X2) 73

4.1.3 Với loạt mẫu thứ ba (X3) 73

4.1.4 Với loạt mẫu thứ tư (X4) 74

4.1.5 Với loạt mẫu thứ năm (X5) 74

4.1.6 Với loạt mẫu thứ sáu (X6) 74

4.1.7 Với loạt mẫu thứ bảy (X7) 75

4.1.8 Kết luận chung 75

4.2 Kiến nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng1.1 Phân loại các phương pháp hàn 6

Bảng 2.1 Khoảng đầu điện cực, tốc độ lắng đọng kim loại, sự tiêu thụ chất trợ dung tương ứng 16

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của kim loại cơ bản 22

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của điện cực (% trọng lượng) 24

Bảng 3.3 Thành phần % hóa học của thuốc hàn 24

Bảng 3.4 Thông số giá trị độ bền kéo của mẫu vật liệu thép cơ bản 25

Bảng 3.5.Thông số giá trị độ bền uốn của mẫu vật liệu thép cơ bản 27

Bảng 3.6 Các đại lượng cần khảo sát 30

Bảng 3.7 Điều kiện thí nghiệm đối với các mẫu 30

Bảng 3.8 Các yếu tố khảo sát với các nhóm thí nghiệm 30

Bảng 3.9 Các yếu tố đầu ra của thí nghiệm cần khảo sát 30

Bảng 3.10 Thông số giá trị độ bền kéo của mẫu X1 33

Bảng 3.11 Thông số giá trị độ bền uốn của mẫu X1 34

Bảng 3.12 So sánh giá trị độ bền giữa kim loại cơ bản và mẫu thử X1 35

Bảng 3.16 Kết quả thông số độ bền kéo của mẫu X3 41

Bảng 3.22 Thông số độ bền kéo của mẫu X5 49

Bảng 3.23 Thông số độ bền uốn của mẫu X5 50

Bảng 3.26 Thông số độ bền uốn của mẫu X6 54

Trang 9

Bảng 3.28 Thông số giá trị độ bền kéo của mẫu X7 57 Bảng 3.29 Thông số độ bền uốn của mẫu X7 58 Bảng 3.30 So sánh giá trị độ bền giữa kim loại cơ bản và mẫu thử X7 59 Bảng 3.31 Kết quả so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng Abaqus 68 Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả của các mẫu thí nghiệm 75

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

1 Hình vẽ

Hình 1.1 Cơ chế hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 12

Hình 2.1 Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc .13

Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm 22

Hình 3.2 Thiết bị hàn DW-S43G (KOBELCO) 23

Hình 3.3 Dây hàn thép cácbon, ký hiệu AWS- A5.17 - EH14 đường kính φ 4.0mm 23

Hình 3.4 Thuốc bảo vệ AN-348-A 24

Hình 3.5 Kết quả thử kéo trên phôi mẫu cơ bản 26

Hình 3.6 Kết quả thử uốn phôi mẫu cơ bản 28

Hình 3.7 Kết quả hàn thực nghiệm trên mẫu X1 32

Hình 3.8 Biến dạng của mẫu X1 thực nghiệm 32

Hình 3.9 Vị trí cắt các mẫu thử trên phôi hàn [10] 33

Hình 3.12 Kết quả hàn thực nghiệm trên mẫu X3. 40

Hình 3.14 Kết quả hàn thực nghiệm mẫu X4 44

Hình 3.22 Phần tử 3D Stress - C3D8R 62

Hình 3.23 Biểu tượng khởi động phần mềm Abaqus 63

Hình 3.24 Giao diện ABAQUS/CAE .63

Hình 3.25 Biến dạng tấm X1 được mô phỏng bằng phần mềm Abaqus 65

Trang 11

Hình 3.31 Kết quả biến dạng mô phỏng bằng phần mềm Abaqus của mẫu X7 67

Hình 3.32 Vị trí các đường xác định giá trị biến dạng trên phôi hàn 68

Hình 3.33 Phần tử Heat transfer - DC3D8 .69

Hình 3.34 Kết quả mô phỏng ứng suất nhiệt tương đương của các nút phần tử sinh ra trong khi hàn .72

Hình 3.35 Kết quả mô phỏng ứng suất nhiệt tương đương của các nút phần tử sinh ra sau khi hàn .72

2 Đồ thị Đồ thị 3.1 Giá trị độ bền kéo trên mẫu thử thép cơ bản 25

Đồ thị 3.2 Giá trị độ bền uốn trên phôi mẫu cơ bản .27

Đồ thị 3.3 Gái trị độ bền kéo của mẫu hàn X1 34

Đồ thị 3.4 Giá trị độ bền uốn của mẫu hàn X1 35

Đồ thị 3.5 Giá trị độ bền kéo của mẫu hàng X2 38

Đồ thị 3.7 Giá trị độ bền kéo của mẫu hàn X3 42

Đồ thị 3.8.Giá trị độ bền uốn theo thực nghiệm của mẫu X3 (đường số 2) 43

Đồ thị 3.10 Giá trị độ bền uốn của mẫu hàn X4 (đường số 1) 47

Đồ thị 4.1 Mối tương quan giữa U, V với các thông số hình học r, h, A 76

Đồ thị 4.2 Mối tương quan giữa U, I, V với các thông số độ bền Rm, Re, Fm 76

Trang 12

CÁC THUẬT NGỮ

SAW : Submerged - Arc Welding: Hàn hồ quang dưới lớp thuốc

AC : Alternating Current: Dòng xoay chiều

DC : Direct Current: Dòng một chiều

DCRP : Direct Current Reverse Polarity: Dòng một chiều điện áp không đổi DCEP : Direct Current Elictrode Polarite: Dòng một chiều điện áp biến thiên

b : Chiều rộng phần song song của mẫu thử phẳng

L o : Chiều dài khoảng đo ban đầu

L u : Chiều dài khoảng đo sau khi kéo

L e : Chiều dài cữ cho máy đo độ giãn

S o : Tiết diện chịu kéo

F m : Lực uốn, kéo lớn nhất

R m : Độ bền kéo

R eL : Giới hạn chảy dưới

R eH : Giới hạn chảy trên

D : Chiều dày uốn

Trang 13

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, kỹ thuật hàn có những bước phát triển rất mạnh để đáp ứng những yêu cầu về công nghệ chế tạo chi tiết và phục hồi các chi tiết máy Sự xuất hiện của các phương pháp hàn mới và được áp dụng rộng rãi trong sản xuất Do đó các công nghệ hàn cũ ngày càng trở nên lạc hậu Các công nghệ hàn mới đáp ứng được yêu cầu về năng suất chất lượng cao, chính vì thế đã giảm giá thành sản phẩm, mang lại hiệu quả kinh tế cao

Công nghệ hàn là một trong các lĩnh vực phức tạp, cần phải có sự phối hợp của các lĩnh vực khoa học khác như: Vật lý, hoá học, luyện kim, cơ khí, tự động hóa, kỹ thuật điện và điện tử Chính vì thế chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan, chủ quan, trong khi chế tạo các sản phẩm bằng phương pháp hàn Trong các phương pháp hàn khác nhau, các yếu tố công nghệ cũng có những ảnh hưởng rất khác nhau Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc hay còn gọi là hàn hồ quang chìm (SAW Submerged-Arc Welding) là phương pháp hàn dây điện cực nóng chảy dưới lớp thuốc bảo vệ đã được sử dụng rất rộng rãi

Tuy nhiên ở Việt Nam nói chung và trong các nhà máy đóng tàu nói riêng và đặc biệt là trong các cơ sở dạy nghề, công nghệ này của tỉnh Khánh Hòa còn khá mới ban đầu có tính thăm dò, chưa hình thành qui trình ổn định và phát triển mạnh.Vì vậy phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc mới được áp dụng trong thời gian gần đây khi ngành công nghiệp đóng tàu trong nước phát triển

Việc lựa chọn chế độ hàn trước đây chủ yếu dựa theo yêu cầu của nhà sản xuất hoặc chí ít cũng là kinh nghiệm được du nhập từ những nước có nền đóng tàu phát triển và cá biệt có những trường hợp không được coi trọng Điều này rõ ràng chưa phù hợp với điều kiện môi trường, con người, thiết bị,… tại Việt Nam và ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm

Sau thời gian tham gia trực tiếp sản xuất, đào tạo công nhân hàn qua đặt hàng của các

cơ sở đóng tàu trong việc cung cấp nguồn nhân lực về vấn đề này và qua tìm hiểu những nghiên cứu trước, tác giả nhận thấy việc lựa chọn các chế độ hàn hợp lý nhằm đảm bảo chất lượng các mối hàn chưa được đặt ra và quan tâm một cách đúng mức Đặc biệt trong những trường hợp hàn có yêu cầu chất lượng cao như hàn các kết cấu tàu thép

Trong khuôn khổ một đề tài tốt nghiệp cao học, nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế

độ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc sử dụng trong hàn tấm kết cấu tàu thép, có mục đích như đã định rõ trong tên gọi của đề tài, trên cơ sở các nội dung chính bao gồm:

Trang 14

Xem xét ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng, tạo dáng mối hàn và ảnh hưởng tới quá trình hàn Dựa trên các tài liệu đã có trong nước và nước ngoài, của các hãng thiết bị hàn trên thế giới đã thu thập và tập hợp được các thông số tối ưu về lý thuyết Từ đó bằng thực nghiệm nghiên cứu trên các mẫu và phần mền mô phỏng tác giả đã lựa chọn được các thông số thực nghiệm cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam Trong quá trình hàn khi khảo sát một yếu tố thì các yếu tố khác được giữ nguyên Từ đó cho các yếu tố đầu ra: hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn và biến dạng hàn

Dựa trên các kết quả thí nghiệm và bằng phần mềm mô phỏng đánh giá được rằng khi các thông số hàn thay đổi thì hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn và biến dạng hàn thay đổi thế nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao Từ đó đi đến kết luận về việc lựa chọn các thông số cơ bản của công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc (SAW) một cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối hàn tốt nhất áp dụng trong đào tạo

và sản xuất tại Việt Nam

Do lĩnh vực nghiên cứu còn khá mới mẽ, điều kiện thiết bị thực nghiệm cho đề tài tại khoa Cơ Khí Trường Trung cấp Nghề Ninh Hòa cũng mới trang bị, mặt khác thời gian có hạn, nên việc nghiên cứu gặp nhiều khó khăn Mặc dầu vậy, đến nay tác giả cũng đã hoàn thành cơ bản nội dung của luận văn này

Nội dung luận văn bao gồm bốn chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW) Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Nhân đây, cũng xin tỏ lòng cám ơn Thầy TS HUỲNH VĂN VŨ cùng các đồng nghiệp, các cơ sở trong và ngoài trường đã giúp đỡ trong thời gian qua

Dù đã có nhiều cố gắng, nhưng vì điều kiện thời gian, trình độ bản thân có hạn nên chắc chắn luận văn có nhiều thiếu sót Rất mong được sự đóng góp, chỉ bảo của thầy cô và đồng nghiệp cùng quan tâm đến vấn đề này

Xin chân thành cảm ơn!

Nha trang, ngày tháng năm 2013

Ngô Hùng

Trang 15

1.1 2 Đặc điểm của hàn kim loại

Với định nghĩa trên nhận thấy rằng các điều kiện cơ bản của quá trình hàn là sự nung nóng hoặc biến dạng chảy hay dẻo cục bộ bề mặt đối tiếp của ít nhất hai tấm kim loại Đặc điểm của phương pháp hàn là đốt nóng lực liên kết nguyên tử Thực tế cho thấy, trong các phương pháp hàn, sự tẩy sạch hoạt hóa cũng như sự bảo vệ hai bề mặt đối tiếp khi tiến hành hàn lại có vai trò rất quan trọng

Ta có các bảng sau:

Hóa năng Cơ năng Điện năng

Chùm hạt năng lượng cao

(Forge welding)

Hàn điện trở (Resistance welding) Hàn điện xỉ (Electroslag welding) Hàn hồ quang (Arc welding) Hàn điện khí (Electrogas welding)

Hàn plasma (Plasma arc welding) Hàn tia (Electron beam welding)

Hàn laser (Laser beam welding)

Trang 16

Mỗi phương pháp chung liệt kê ở bảng trên còn có phương pháp cụ thể sau:

Hàn hồ quang carbon (Carbon arc welding) Hàn que (Manual metal arc wwelding – Shieldel metal arc welding)

Hàn TIG (Gas tungsten arc welding) Hàn MIG-MAG (Gas metal arc welding)

HÀN ĐIỆN TRỞ

Hàn điện cực giả (Prọection welding)

Nói chung nếu liệt kê đầy đủ thì ta sẽ có một danh sách khá dài Ngoài việc tìm kiếm nhóm phương pháp mới thì giải pháp tổng hợp hoặc ‘lai ghep’ các phương pháp

đã có để cho ra một phương pháp hàn mới thỏa mãn nhu cầu công nghệ đang là một hướng đem lại hiệu quả cao

1.2 Nguyên lý hình thành mối hàn

Có hai cách tạo liên kết phân tử

+ Cách thứ nhất là nung nóng chảy hai bề mặt đối tiếp, thêm vào đó một lượng kim loại nóng chảy khác sau đó chờ chúng đong rắn lại để hình thành nên mối hàn

+ Cách thứ hai là tạo khả năng khếch tán của các nguyên tử giữa hai bề mặt đối tiếp Để thực hiện được việc này, đầu tiên chúng ta phải làm nóng cục bộ vùng bề mặt cần hàn, có thể bằng nung nóng, bằng hiệu ứng nhiệt Jun của dòng điện khi đi qua bề mặt tiếp xúc, bằng dòng cảm ứng … Hoặc bằng năng lượng nhiệt sinh ra do ma sát, biến dạng … Tất nhiên là nhiệt độ vùng bị nung nóng phải đạt tới trị số giới hạn nào đó

Thông thường, nhiệt độ này ở vào khoảng từ 0,3-0,4 nhiệt độ nóng chảy của kim loại cần hàn, ở nhiệt độ này trong cấu trúc kim loại có sự sắp xếp lại, còn gọi là nhiệt độ kết tinh lại Nhiệt độ, áp lực nén giữa hai bề mặt cần hàn và thời gian là ba thông số cơ bản trong công nghệ hàn có áp lực

Đối với quá trình hàn vảy thì sự thể hiện diễn ra khác đi chút ít, sự khuếch tán bây giờ chỉ được thực hiện từ phía vảy hàn bị nóng chảy vào kim loại rắn và nhiều trường hợp phải nhờ cậy đến chất trợ dung (còn gọi là thuốc hàn- Flux) Thuốc hàn như đảm nhiệm các nhiệm vụ như tẩy sạch lớp oxyt bề mặt dễ khuếch tán vảy hàn

Trang 17

nóng chảy Khi các nguyên tử của kim loại nóng chảy xâm nhập được vào bề mặt rắn của kim loại hàn, chúng hình thành pha kim loại trung gian liên kết giữa vảy hàn và kim loại hàn Vảy hàn đông rắn và mối hàn được thực hiện

Nếu gọi: - T h là nhiệt độ hàn

- T ch là nhiệt độ chảy của kim loại hàn

- T R là nhiệt độ kết tinh lại

- T v là nhiệt độ nóng chảy của vảy hàn thì ta có cách phân loại như sau:

Hàn nóng chảy T h ≥ T ch

Hàn áp lực T ch ≥ T h ≥ T R

Hàn vảy T ch ≥ T h ≥ T v

1.3 Phân loại các phương pháp hàn

Theo công bố của AWS (Amercan Welding Sociate), thì các phương pháp hàn được phân loại theo bảng 1.1 dưới đây

Trang 18

Bảng1.1 Phân loại các phương pháp hàn

Hàn dây thuốc Hàn điện khí Hàn MIG-MAG

- Hàn dòng xung

- Hàn chuyển dịch ngắn mạch -Hàn TIG

FCAW BGW GMAW GMAW-P GMAW-S

GTAW

Hàn dòng xung Hàn plasma Hàn que Hàn cấy hồ quang Hàn hồ quang chìm

- Hàn nhiều dây

- Hàn dây dẹp

GTAW-P PAW SMAW

SW SAW SAW-S SAW-B

Hàn tia lửa điện EBW

- trong chân không EBW-HV

- trong áp suất thấp EBW-MV

- trong môi trường khí bảo vệ EBW-NV Hàn xỉ điện ESW

Hàn va đập(Percussion) FEW Hàn nhiệt(phản ứng) TW

PHUN KIM LOẠI

Phun bằng hồ quang EASP

-Oxy acetylen OFC-A

-Oxy hydrogen OFC-H

-Oxy natural gas OFC-N

-Oxy propane OFC-P

Cắt hồ quang –Oxy AOC

Dùi bằng Oxy LOC

KEO DÁN ABD (Adhsive bonding)

Cắt bằng carbon không khí AAC Cắt bằng điện cực carbon CAC Cắt hồ quang kim loại khí GMAC Cắt hồ quang tungsten khíGTAW Cắt bằng que hàn SMAC Cắt plasma PAC Cắt bằng hồ quang kim loại MAC

PHƯƠNG PHÁP CẮT KHÁC Cắt bằng tia laser LBC Cắt bằng tia electron EBC

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN

PHUƠNG PHÁP HÀN TUƠNG CẬN

CÂN BẰNG NHIỆT

Trang 19

Về mặt công nghệ, các phương pháp phát triển từ:

Với công nghệ Robotic, các thông số hàn và các chuyển động hàn được lập trình trước để điều chỉnh quá trình hàn Trong khi với công nghệ Synergic, các thông

số, các chuyển động của quá trình hàn được theo dõi liên tục và xử lý can thiệp bằng các thông tin mà máy có được trước đó

1.4 Giới thiệu phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc

Trong các phương pháp hàn kim loại thì hàn hồ quang là phương pháp thông dụng nhất hiện nay Phương pháp hàn kim loại bằng phương pháp hồ quang có những

ưu điểm cơ bản như hàn được các chi tiết có độ dày khác nhau, hình dáng kết cấu có mức độ phức tạp khác nhau, có thể hàn được trong nhiều môi trường khác nhau như trong môi trường khí bảo vệ, dưới nước, trong chân không…

Hàn hồ quang có thể thực hiện bằng các phương pháp khác nhau như hàn hồ quang tay, hàn tự động và bán tự động Hiện nay các ngành công nghiệp chế tạo máy, giao thông vận tải, xây dựng, dầu khí và nhất là trong công nghệ đóng tàu sử dụng các phương pháp hàn hồ quang truyền thống và tiên tiến Các công nghệ hàn hiện đại như TIG, MIG-MAG, hàn có thuốc bảo vệ… cho phép nâng cao chất lượng mối ghép, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật khắt khe của các kết cấu, công trình

Đặc biệt, hàn tự động dưới lớp thuốc cho chất lượng tốt nhất, ít phụ thuộc vào tay nghề công nhân Thật sự hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc là quá trình hàn hồ quang kín trong đó hồ quang cháy giữa mút dây điện cực và vật hàn được bảo vệ khỏi

sự xâm nhập của không khí nhờ lớp vật liệu hạt (thuốc hàn) Một phần thuốc hàn nóng chảy do tác dụng của nhiệt hồ quang tạo thành màng xỉ lỏng bảo vệ vùng hồ quang và

bể kim loại lỏng

Khi hồ quang hàn di chuyển, dây hàn, các mép vật hàn (kim loại cơ bản) và các phần thuốc mới nóng chảy Khi nguồn nhiệt giảm, bể kim loại đông đặc tạo thành mối hàn, thuốc lỏng đông đặc tạo thành lớp xỉ bảo vệ kim loại mối hàn khỏi oxy hóa và nitơ hóa

Hàn tự đông dưới lớp thuốc là quá trình hàn trong đó đã tự động hóa cả hai khâu đẩy dây điện cực vào vùng hồ quang và chuyển động hồ quang theo khe hở

Hàn tự động dưới lớp thuốc thường được ứng dụng ở tư thế hàn bằng trong các nhà máy và công trường, với kim loại có chiều dày lớn

Thủ công Bán tự động Hàn tự động Robotic Synertic

Trang 20

Ở các tư thế hàn ngang hoặc hàn đứng vẫn có thể áp dụng phương pháp này với các đồ gá hỗ trợ cần thiết Tuy nhiên năng suất không cao so với các phương pháp hàn khác

Hàn dưới lớp thuốc có thể ứng dụng dòng xoay chiều hay một chiều Khi hàn tự động dưới lớp thuốc dùng dây hàn đường kính (1,8-6)mm, cường độ dòng điện (150÷1500)A và điện thế (26÷46)V

Một số đặc điểm của phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc

• Nhiệt lượng hồ quang tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn với tốc độ lớn

• Hàn dưới lớp thuốc có thể hàn kim loại với chiều dày khá lớn không cần phải vát mép cạnh

• Lượng kim loại chảy lớn

• Hệ số chảy tăng 8-12g/A.h trong hàn thủ công, và tăng lên 14-18g/A.h trong hàn dưới lớp thuốc

• Không bắn tóe, làm giảm công lao động để đánh sạch bề mặt vật hàn sau khi hàn

Chất lượng mối hàn rất cao:

• Bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi bị tác dụng của ôxy và nitơ của không khí xung quanh

• Kim loại mối hàn đồng nhất về thành phần hóa học, lớp thuốc và xỉ bên trên làm mối hàn nguội chậm hơn nên ít bị thiên tích

• Mối hàn có hình dạng tốt, nhẵn, kích thước đều đặn, ít sinh ra khuyết tật như không ngấu, rỗ khí, …

• Quá trình hàn diễn ra liên tục vì không cần phải thay cực hàn

• Giảm tiêu hao kim loại điện cực và điện năng

• Phần kim loại điện cực trong mối hàn chỉ khoảng 1/3, còn 2/3 là kim loại cơ bản (trong phương pháp hàn thủ công bằng que hàn có lớp thuốc bọc 70% kim loại mối hàn là kim loại que hàn)

• Điều kiện lao động tốt: Thợ hàn không bị hồ quang làm hại mắt và da Lượng khí độc sinh ra trong quá trình hàn ít so với hàn thủ công bằng que có lớp bọc

• Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn

Nhược điểm của quy trình này là:

Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ít được dùng cho vị trí hàn đứng hoặc hàn trần

Trang 21

Rõ ràng do có nhiều ưu điểm hơn nên phương pháp hàn ngày nay ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: đóng tàu, chế tạo máy, giao thông vận tải, xây dựng và dầu khí…

1.5 Thực tế áp dụng công nghệ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc trong điều kiện Việt Nam hiện nay:

Với yêu cầu của thị trường lao động hiện nay, đòi hỏi phải đào tạo được đội ngũ công nhân có trình độ tay nghề chất lượng cao, có thể sử dụng được các máy móc thiết

bị hiện đại, đặc biệt trong trường hợp đào tạo công nhân hàn chất lượng cao, thì việc nâng cao chất lượng các loại sản phẩm hàn cao cấp dùng kim loại màu là nhu cầu cấp thiết và nóng bỏng hiện nay

Chính vì thế nên công nghệ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc được sử dụng rất nhiều trong các xưởng chế tạo các thiết bị và bồn chứa đắt tiền như: Bồn chứa hóa chất, tàu chở hóa chất và các hầm ướp lạnh hải sản

So với các công nghệ hàn hồ quang thông thường thì hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc vượt trội hơn, cụ thể như:

- Tăng thời gian hàn, tăng năng suất và giảm sự mệt mỏi của người thợ

- Sau khi hàn không cần gõ xỉ, khu vực làm sạch sẽ

- Thuốc hàn là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp

- Năng suất hàn cao, gấp hơn 17 lần so với hàn hồ quang tay

- Chất lượng hàn cao Sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

- Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc

- Đào tạo kỹ năng hàn dễ dàng

Trong điều kiện công nghiệp đang phát triển ở Việt Nam, công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc chiếm một vị trí rất quan trọng Nó không những hàn các loại thép kết cấu thông thường, mà còn có thể hàn thép không rĩ, thép chiệu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực mạnh với ôxy

Công nghệ hàn này có thể sử dụng với chiều dày vật hàn có chiều dày khác nhau từ 1.6mm – 60mm và với chiều dày này có thể vát mép hoặc không vát mép với cường độ dòng điện từ 200A- 2000A

Tuy nhiên đối với trường hợp cụ thể tại Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa thì

Trang 22

chưa có nghiên cứu nào để xác định cụ thể các thông số hàn trong điều kiện cơ sở vật chất, trình độ tay nghề, điều kiện môi trường, … để có được quy trình hàn đạt chất lượng cao nhất Chính vì vậy, mục tiêu chính của đề tài là để giải quyết vấn đề này

1.6 Đối tượng nghiên cứu

Có rất nhiều thông số đầu vào ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn hay cụ thể hơn là chất lượng của quy trình hàn, như: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, tốc độ hàn, tầm với điện cực, nhiệt độ môi trường, chuẩn bị mối hàn, … Như vậy nếu điều kiện nghiên cứu cho phép thì việc xét đến ảnh hưởng của tất cả các yếu tố kể trên đến chất lượng mối hàn là điều cần thiết Tuy nhiên như vậy thì số lượng mẫu nghiên cứu

sẽ rất lớn và khó hội tụ, cũng như kinh phí không cho phép và thật ra cũng không cần thiết phải nghiên cứu tất cả các thông số đấy

Chính vì vậy, xét trong điều kiện của Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa, yêu cầu của cơ sở sản xuất đối với trình độ tay nghề công nhân hàn, tác giả chỉ giới hạn đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số cơ bản là: Cường độ dòng điện hàn I(A), điện áp hàn U(V), tốc độ hàn V(m/h) đến chất lượng của mối hàn giáp mối có cùng chiều dày Mối hàn được thực hiện bằng công nghệ hàn

hồ quang tự động dưới lớp thuốc trên máy hàn KOBECO - DW-S43G sẵn có tại Trường 1.7 Mục đích, phương pháp nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hưởng của 3 thông số U(V), I(A), V(m/h) đến chất lượng mối hàn giáp mối ở tư thế hàn bằng Từ đó đề xuất các giá trị hợp lý của 3 thông số U(V), I(A), V(m/h) để đạt được mối hàn có chất lượng tốt nhất

Với mục đích như vậy, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các công thức đã công bố để tính chọn giá trị của 3 thông số cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn xảy ra trong khi hàn hồ quang

tự động dưới lớp thuốc

- Nghiên cứu thực nghiệm: lựa chọn 21 mẫu hàn thực nghiệm theo kích thước quy định của Đăng kiểm ABS, lần lượt thay đổi các giá trị của 3 thông số U(V), I(A), V(m/h) trên máy hàn tự động dưới lớp thuốc KOBECO DW-S43G Sau đó cắt các mẫu thử tại các vị trí quy định để đánh giá chất lượng mối hàn thông qua phương pháp kiểm tra phá hủy (độ bền kéo, uốn, độ giãn dài) và không phá hủy (hình dạng mối hàn, biến dạng hàn, khuyết tật bên ngoài) tại Viện Nghiên cứu và Chế tạo tàu thủy - Trường Đại học Nha Trang

Trang 23

- Nghiên cứu mô phỏng: sử dụng phần mềm thương mại Abaqus để mô phỏng quy trình hàn giáp mối rồi so sánh kết quả với mẫu thực nghiệm Từ đó xác định được các giá trị ứng suất nhiệt, biến dạng nhiệt, sự truyền nhiệt, … mà trong thực nghiệm không kiểm tra được

1.8 Giới hạn nội dung nghiên cứu

Để giải quyết những vấn đề cho mục đích đặt ra, luận văn chỉ nghiên cứu các yếu tố cơ bản U(V), I(A), V(m/h) ảnh hưởng tới sự hình thành mối hàn của công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc Khảo sát thực tế ở những nhà máy đóng tàu cũng như đào tạo công nhân hàn tại Trường Trung Cấp nghề Ninh Hòa đã sử dụng công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc, nhận dạng phân tích những khuyết tật và nguyên nhân từ

đó tiến hành thực nghiệm, kiểm tra đối chiếu, so sánh để đề xuất chế độ hàn hợp lý nhất

Do một số điều kiện nhất định, luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu mối hàn giáp mối (đấu đầu) ở vị trí hàn bằng, đó cũng chính là vị trí phổ biến và được ứng dụng nhiều nhất trong kết cấu vỏ tàu Vật liệu dùng để nghiên cứu là thép các bon có

độ bền cao AH36, loại vật liệu thường dùng nhiều nhất hiện nay trong đóng tàu

Trang 24

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG

DƯỚI LỚP THUỐC 2.1 Khái niệm chung

Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc có tên thông dụng là hàn hồ quang

chìm và tên gọi quốc tế là SAW (Submerged- Arc Welding)

Trong quá trình hàn theo phương pháp SAW, nhiệt hồ quang đồng thời làm nóng chảy đầu dây điện cực và một phần chất trợ dung Đầu điện cực và vùng hàn luôn luôn được bảo vệ bằng chất trợ dung nóng chảy, phía trên là chất trợ dung chưa nóng chảy Khi hồ quang tiến dọc theo mối ghép, kim loại nóng chảy sẽ lắng xuống, thuốc hàn nóng chảy nổi lên trên và tạo thành xỉ Kim loại hàn có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, sẽ kết tinh trước khi lớp xỉ đông đặc ở phía trên Xỉ đông đặc sẽ tiếp tục bảo

vệ mối hàn còn nóng [11]

Quy trình SAW tự động dòng điện từ biến áp hàn, máy phát hoặc bộ chỉnh lưu

đi qua ống tiếp điểm đến dây điện cực Dây này được nạp liên tục qua ống tiếp điểm

và qua lớp trợ dung đến mối ghép bằng con lăn dẫn hướng Dây được cuộn trên tang hoặc trống quay Chất trợ dung tập trung trên mối ghép phía trước hồ quang từ phểu qua ống phân phối chất trợ dung Sau khi kim loại hàn kết tinh, chất trợ dung không nóng chảy được loại bỏ bằng tay hoặc bằng hệ thống hút chân không, có thể được sàng lọc và tái sử dụng Tấm lót mối hàn được sử dụng để chạy dọc đường hàn, các cữ chặn cho phép tránh các khuyết tật có thể xảy ra khi bắt đầu và kết thúc đường hàn

Hình 1.1 Cơ chế hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Trang 25

2.2 Thiết bị và vật liệu hàn tự động dưới lớp thuốc

2.2.1 Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc

• Bộ phận nạp dây điện cực, truyền động điện đến các chi tiết gia công qua ống tiếp điểm của mỏ hàn hoặc đầu hàn

• Nguồn điện cung cấp dòng điện cho điện cực qua tiếp điểm

• Hệ thống nạp chất trợ dung phía trước hồ quang

• Cơ cấu truyền động dọc và ngang đường hàn

Hình 2.1 Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Trong thiết bị tự động, tốc độ nạp dây và chiều dài hồ quang được điều khiển tự động, hành trình hồ quang với tốc độ mong muốn dọc theo đường hàn cũng được điều khiển tự động

2.2.2 Vật liệu dùng trong hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Thuốc hàn và dây hàn là hai vật liệu chính của quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc

2.2.2.1 Bản chất của thuốc hàn

Để nhận được mối hàn chất lượng cao, hồ quang hàn và vùng kim loại nóng chảy phải được bảo vệ chống ảnh hưởng có hại của không khí và trong một số trường hợp kim loại mối hàn cần được hợp kim hóa và xử lý luyện kim

Thuốc hàn dùng để bảo vệ kim loại nóng chảy ở vùng hàn khỏi bị tác dụng của các khí có hại trong không khí, đồng thời làm ổn định hồ quang trong quá trình hàn và tạo hình mối hàn Xỉ này còn làm sạch kim loại hàn (khử oxy và loại bỏ tạp chất)

Chính vì vậy yêu cầu chung cho các thuốc gồm:

• Đảm bảo tính ổn định hồ quang và quá trình hàn

• Đảm bảo các tính chất và thành phần hóa học của mối hàn

Trang 26

Dây hàn phải đáp ứng nhu cầu tương thích với kim loại cơ bản về một hay nhiều mặt sau đây:

Dòng điện kiểm soát tốc độ nóng chảy của điện cực và tốc độ kết tinh mối hàn,

độ ngấm sâu và độ hòa tan kim loại hàn với kim loại nền Dòng điện quá cao có thể gây cháy các tấm mỏng, bề mặt mối hàn không đều, có thể có rạn nứt ở mặt dưới Dòng điện quá thấp, làm cho hồ quang không ổn định, độ ngấu không đủ Thiết bị tự động dưới lớp thuốc thường có Ampere kế để giám sát và điều chỉnh dòng điện hàn

Trang 27

2.3.2 Điện áp hồ quang

Điện áp hồ quang, còn gọi là điện áp hàn, là hiệu điện thế giữa hai đầu điện cực hàn và bề mặt vũng chảy, được đo bằng volt kế trên máy hàn Điện áp hồ quang có ảnh hưởng lớn đến biên dạng và dáng vẻ mối hàn Khi điện áp tăng, mối hàn trở nên rộng

và phẳng, độ ngấu giảm Ảnh hưởng của điện áp như sau:

• Điện áp tăng:

- Tạo ra đường hàn rộng và phẳng

- Tăng tiêu thụ chất trợ dung

- Tăng trở lực đối với sự hình thành rỗ xốp

- Tăng sự hấp thụ nguyên tố hợp kim từ chất trợ dung

• Điện áp quá cao

• Điện áp giảm làm tăng hồ quang cho phép hàn các rãnh sâu

• Điện áp hồ quang quá thấp tạo ra đường hàn nhô cao và hẹp, khó loại bỏ xỉ

2.3.3 Tốc độ hành trình hồ quang

Đối với dòng điện hàn và hồ quang cho trước, tăng tốc độ hồ quang hoặc tốc độ hành trình sẽ làm giảm độ ngấm sâu, giảm độ bền mối hàn, giảm lượng nhiệt cung cấp cho một đơn vị chiều dài mối hàn Tốc độ hành trình quá cao sẽ làm giảm sự nóng chảy giữa kim loại hàn và kim loại nền Khi giảm tốc độ hành trình, độ ngấm sâu và

độ bền tăng lên, nhưng nếu tốc độ quá thấp, độ ngấm sau sẽ giảm, chất lượng mối hàn

và bề mặt mối hàn sẽ giảm rõ rệt

2.3.4 Kích cỡ điện cực

Kích cỡ điện cực được chọn theo chiều dày tấm kim loại nền và kích cỡ mối hàn mong muốn Khi tăng kích cỡ điện cực, dòng điện hàn sẽ tăng do đó tăng tốc độ hàn, chiều sâu ngấm lớn hơn, tăng kích cỡ mối hàn

Trang 28

2.3.5 Khoảng đầu điện cực

Khoảng cách giữa mối hàn và đầu kẹp điện cực, tạo thành nhiệt trở Khoảng đầu điện cực càng lớn, lượng nhiệt càng cao, do đó tốc độ hàn càng cao Khoảng đầu tiên cực thường dùng là :

75mm cho các đường kính điện cực 2.0 , 2.4 và 3.2mm

125mm cho các đường kính điện cực 4.0 , 4.8 và 5.6mm

Tốc độ hàn có thể tăng khoảng 25 – 50% bằng cách tăng khoảng đầu điện cực, nhưng điều này ít được áp dụng trong công nghiệp Bảng 2.1 trình bày ảnh hưởng của khoảng đầu tiên với tốc độ lắng đọng điện cực hàn và tiêu thụ chất dung

Bảng 2.1 Khoảng đầu điện cực, tốc độ lắng đọng kim loại, sự tiêu thụ chất trợ dung

Năng lượng (kJ/mm)

Điện áp (V)

Dòng điện (A)

Tốc độ lắng đọng (kg/h)

Tiêu thụ trợ dung (kg/h)

Trang 29

Tốc độ cấp nhiệt có ảnh hưởng đối với cấu trúc vi mô của mối hàn và cấu trúc

vi mô của vùng bị ảnh hưởng nhiệt xung quanh mối hàn

2.4.Các phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn

Cấu trúc mối hàn là đối tượng của nhiều kiểm tra tiêu chuẩn để xác định khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc của mối hàn Các kiểm tra này được thiết kế để kiểm nghiệm các tính chất cơ học, hóa học, kim loại học và xác định các khuyết tật, chẳng hạn sự nóng chảy không đầy đủ, các tạp chất xỉ, rỗ xốp, rạn nứt, … các kiểm tra này còn được dùng để phân loại các quy trình hàn và trình độ tay nghề thợ hàn Ngoài

ra, còn có các kiểm tra để xác định tính chất của kiêm loại nền, kim loại hàn, …

2.4.1 Phương pháp kiểm tra mối hàn

• Kiểm tra phá hủy: Cắt hoặc làm gãy mối hàn để xác định các tính chất Các kiểm tra phá hủy được thực hiện với các mối hàn mẫu được thực hiện theo quy trình trong thực tế sản xuất Chúng có thể kiểm tra hóa học, kiểm tra kim loại học, kiểm tra

độ bền, …

• Kiểm tra không phá hủy: Được thực hiện trực tiếp với các cấu trúc mối hàn Các kiểm tra này bao gồm kiểm tra bằng mắt, bột từ tính, chất nhuộm thẩm thấu, bức

xạ siêu âm, dòng điện bề mặt, …

2.4.2 Đánh giá chất lượng mối hàn [10]

Trong mối hàn không được tồn tại các khuyết tật sau:

• Vết nứt với bất kỳ kích thước và hướng nào

• Vết rỗ khí, vết cháy lẹm sau trên 0,5mm với bề dày kim loại dưới 10mm và trên 1mm với bề dày lớn hơn 10mm

• Hàn không thấu ở mép biên theo tiết diện mối hàn, trên đỉnh mối hàn trong các kết cấu hàn 2 phía hoặc hàn lớp lót Cho phép hàn không thấu sâu 5% bề dày kim loại nhưng không lớn hơn 2mm đối với kim loại có chiều dày tới 50mm, với khoảng cách các chỗ hàn không thấu không nhỏ hơn 250mm và tổng cộng độ dài các đoạn hàn không thấu không quá 200mm trên 1m chiều dài mối hàn Trong các kết cấu thép cường độ cao, không cho phép có hàn không thấu Trong các kết cấu hàn một phía cho phép hàn không thấu 15% bề dày kim loại hoặc cho phép hàn không thấu tới 3mm với

bề dày kim loại lớn hơn 20mm Các ống cao áp không cho phép hàn không thấu

• Bọt khí: Chuổi bọt khí nhiều hơn 5 cái trên 1cm2 và tổng diện tích bọt khí lớn hơn 5cm2 trên 0,5m chiều dài mối hàn

Trang 30

• Xỉ đọng: Thành chuổi không dài hơn 200mm trên 1m chiều dài mối hàn

• Trên một mặt cắt mối hàn một phía tổng độ lớn của các khuyết tật hàn không thấu, đọng bọt khí, đọng xỉ lớn hơn 15% bề dày kim loại hoặc lớn hơn 3mm khi kim loại dày trên 20mm Các mối hàn ống công nghệ và các trường hợp hàn hơi không cho phép tồn tại các khuyết tật trên

• Mối hàn bằng kim loại titan bị oxy hóa trên bề mặt

• Đánh giá chất lượng mối hàn bằng phương pháp soi chụp quang tuyến X (gọi tắt X quang) được tiến hành dọc trên mỗi phim chụp Trên phim không có các vết, chất kết tủa lưu lại trên bề mặt

Trang 31

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết [5]

3.1.1 Tính các thông số hàn tự động dưới thuốc

Qua quá trình nghiên cứu, tính toán lý thuyết chế độ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc từ các công thức đã có của một số tài liệu trong và ngoài nước tác giả đã tính toán được rằng:

Để hàn thép cacbon với chiều dày l6mm, ngấu hoàn toàn sử dụng vật liệu (dây và thuốc) đảm bảo thành phần kim loại mối hàn tương đương kim loại cơ bản

Ta có:

Đại lượng dòng điện cần thiết cho hàn một phía không vát cạnh (công thức 5- 3):

A x

x C

h

I h 100 830

15 1

16 6 , 0

0

=

=Giá trị C0 = 1,15 mm/100A lấy theo bảng 5-1 Với thuốc hàn TMnII (Balan) và AN-348-A (Nga) cường độ dòng điện cho phép Icp < 1000 A ỏ đây Ih > Icp, vì vậy phải ứng dụng phương pháp hàn hai phía (công thức 5-8):

x100 = 1000 <

15 , 1

5 , 11

Tính đường kính dây hàn theo công thức (5-22)

mm x

i

I

d h 5 , 6

40 14 , 3

1000 2

x V

h

1000

10 27 10 30

Trong đó giá trị hệ số ηc = 0,30 được xác định nhờ biểu đồ (h 5-1), còn hệ số k e = 0,8

khỉ hàn dòng xoay chiều Đại lượng η được xác định từ bảng 5-2

Trang 32

Diện tích ngấu được xác định theo công thức (5-5):

2 1

500 75 , 0 8 , 7

2570

x V

q F

D

F

b n 1 , 28

15 , 0 6 , 0

88 , 0

1 0

1

Từ đó tính hệ số hình dáng mối hàn:

1 , 1 15 , 1 6 , 0

88 , 0

1 0

q V

n

500 03 1 8 , 7

2570 500

Bằng cách tương tự ta thực hiện các tính toán cho lớp thứ hai

3.1.2 Tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Hoa Kỳ [20]

Từ kết quả tính toán lý thuyết ở trên, cùng với các tài liệu, tiêu chuẩn đã được công bố như: AWS (American Welding Socciety) D1.1/D1.1M2004; A5.17- 79; AWS A5.17- 80; AWS A5.17- 81 đưa ra hệ thống phân loại thuốc hàn, dây hàn và các thông

số hàn Tác giả chon ra các thông số hàn để tiến hành thực nghiệm: cường độ dòng

điện hàn I (A), hiệu điên thế hàn U (V), vận tốc hàn V(m/h) như sau:

3.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

3.2.1 Các thông số đầu vào

Bằng cách thay đổi ba thông số của quy trình hàn: cường độ dòng điện hàn I(A), điện áp hàn U(V), vận tốc hàn V(m/h) theo quy luật sau:

Trang 33

TT I (A) U (V) V (m/h) Tên mẫu Loạt mẫu

Trang 34

Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm

Vật liệu chế tạo mẫu: Thép các bon ký hiệu AH-36 có thành phần hóa học như sau: (theo AWS A5.23-2004).[20]

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của kim loại cơ bản

Các trang thiết bị, vật tư cho quá trình hàn bao gồm:

Trang 35

Hình 3.2 Thiết bị hàn DW-S43G (KOBELCO)

Hình 3.3 Dây hàn thép cácbon, ký hiệu AWS- A5.17 - EH14 đường kính φ 4.0mm

Trang 36

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của điện cực (% trọng lượng)

Trang 37

3.2.3 Kiểm tra độ bền uốn và kéo của vật liệu cơ bản trước khi hàn

Trước khi tiến hành thực nghiệm hàn trên phôi mẫu, để xác định chính xác lại các giá trị thuộc tính vật liệu, tác giả đã tiến hành thử các mẫu kéo và uốn của vật liệu thép cơ bản AH-36 trên máy kéo-uốn vạn năng của Viện Nghiên cứu chế tạo tàu thủy – Trường Đại học Nha Trang Các kết quả của lần thử này được thể hiện dưới đây, và

là cơ sở để nhập các giá trị thuộc tính vật liệu cho bước mô phỏng ở mục 3.2

Kết quả của mẫu thử bền kéo:

Độ bền kéo: Rm = 545 MPa

Giới hạn chảy: Re = 366 MPa

Độ giãn dài: A = 26.7%

Bảng 3.4 Thông số giá trị độ bền kéo của mẫu vật liệu thép cơ bản

Đồ thị 3.1 Giá trị độ bền kéo trên mẫu thử thép cơ bản

Trang 38

Hình 3.5 Kết quả thử kéo trên phôi mẫu cơ bản

Trang 39

Kết quả của mẫu thử bền uốn:

• Lực uốn lớn nhất: Fm = 56.59 kN

Bảng 3.5.Thông số giá trị độ bền uốn của mẫu vật liệu thép cơ bản

Đồ thị 3.2 Giá trị độ bền uốn trên phôi mẫu cơ bản

Trang 40

Hình 3.6 Kết quả thử uốn phôi mẫu cơ bản

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	4,22 MB