Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn trên thép cacbon

vi MC LC LÝ LCH KHOA HC i LI CAM ĐOAN ii CM T iii TÓM TT iv MC LC vi DANH SÁCH CÁC CH VIT TT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BNG xv Chng 1: TNG QUAN 1 1.1 Tng quan v phng pháp hƠn h quang áp lc 1 1.2 Tình hình nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc 4 1.2.1 Ngoài nc 4 1.2.1.1 Tổng quan về lý thuyt, công ngh, thit b 4 1.2.1.2 Nhng ngành công nghip đư ng dng công ngh ForceArc 7 1.2.1.3 Nhng ng dng liên quan đn công ngh ForceArc 9 1.2.1 Trong nc 10 1.3 Tính cp thit của đ tài 12 1.4 Tính mi của đ tài 13 1.5 ụ nghĩa khoa hc và thc tin của đ tài 13 1.5.1. ụ nghĩa khoa hc 13 1.5.2. ụ nghĩa thực tin 13 1.6 Mc đích vƠ đi tng nghiên cu 13 1.6.1 Mc đích nghiên cu 13 1.6.2 Đi tng nghiên cu 14 1.7 Nhim v và gii hn của đ tài 14 1.7.1 Nhim v ca đề tài 14 1.7.2 Gii hn ca đề tài 14 vii 1.8 Phng pháp nghiên cu và k hoch thc hin 14 1.8.1 Phơng pháp nghiên cu 14 1.8.2 K hoch thực hin 15 1.9 Kt lun 15 Chng 2: C S LÝ THUYT 16 2.1 H quang hƠn thông thng và các tính cht của nó 16 2.1.1 Hồ quang hàn thông thng 16 2.1.2 Điều kin để xuất hin hồ quang hàn 16 2.2 Các yu t nh hng đn s dch chuyn kim loi vào b hàn 17 2.2.1 Các dng dch chuyển 17 2.2.1.1 Dch chuyển dng cầu 18 2.2.1.2 Dch chuyển dng phun 18 2.2.1.3 Dch chuyển dng ngn mch 19 2.2.2 Các yu t nh hng đn sự dch chuyển git kim loi vào bể hàn: 19 2.2.2.1 Trng lng ca git kim loi lng 19 2.2.2.2 Sc căng bề mặt 19 2.2.2.3 Lực từ trng 20 2.2.2.4 Áp lực khí 20 2.3 Bn cht của h quang áp lc 21 2.4 u đim của h quang áp lc so vi h quang phun 25 2.5 Kt lun 25 Chng 3: CÔNG NGH HÀN H QUANG ÁP LC 26 3.1 Chuẩn b 26 3.1.1 Thit b dùng để thực nghim 26 3.1.2 Kiểu liên kt hàn 26 3.1.3 Vt liu hàn 26 3.1.4 Chuẩn b mép vát 27 3.2 Phng pháp hƠn vƠ ch đ hàn 27 3.2.1 Phơng pháp hàn 27 viii 3.2.2 Ch độ hàn 28 3.3 Kt lun 32 Chng 4: KIM TRA CHT LNG MI HÀN 33 4.1 nh hng của khuyt tt đn c tính liên kt hàn 33 4.1.1 nh hng chung 33 4.1.2 nh hng ca nt 33 4.1.3 nh hng ca không ngấu 33 4.1.4 nh hng ca rỗ khí, lẫn x 34 4.1.5 nh hng ca hình dáng mi hàn 34 4.1.6 nh hng ca lch mép 35 4.2 Kim tra không phá hủy (NDT) 35 4.2.1 Kiểm tra bằng chp nh phóng x (RT) 35 4.2.2 Kiểm tra bằng siêu âm (UT) 37 4.2.3 Kiểm tra bằng siêu âm màu ba chiều (PA-UT) 38 4.2.4 Kiểm tra bằng kỹ thut nhiu x siêu âm (TOFD) 39 4.2.5 Lựa chn phơng pháp kiểm tra không phá hy 40 4.3 Kim tra c tính mi hàn 40 4.3.1 Th kéo tĩnh 41 4.3.2 Th un tĩnh 42 4.3.3 Th độ cng 43 4.3.4 Th độ dai va đp 45 4.3.5 Lựa chn phơng pháp kiểm tra cơ tính 46 4.3.5.1 Kích thc mẫu th kéo (Tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010) 46 4.3.5.2 Yêu cầu đi vi mẫu th kéo 46 4.3.5.3 Phơng pháp gia công mẫu 47 4.3.5.4 Tin hành th kéo 49 4.4 Kim tra t chc mi hƠn (phơn tích kim tng) 50 4.4.1 Nguyên lý và quy trình 50 4.4.2 Tổ chc vi mô 51 ix 4.5 Kt lun 53 Chng 5: QUY HOCH THC NGHIM 54 5.1 Gii hn các thông s nghiên cu thc nghim 54 5.2 Hàm mc tiêu của h thng 54 5.3 Các thông s đầu vào nh hng đn quá trình nghiên cu 54 5.4 C s gii hn các thông s nghiên cu đầu vào 55 5.5 Các yu t nghiên cu đầu vào 55 5.6 Phát biu bài toán hp đen 55 5.7 Qui hoch thc nghim đn yu t 56 5.7.1 Kt qu nghiên cu nh hng ca góc vát cnh 56 5.7.2 Kt qu nghiên cu nh hng ca cng độ dòng đin hàn 57 5.7.3 Kt qu nghiên cu nh hng ca đin áp hàn 58 5.8 Quy hoch thc nghim yu t toàn phần 60 5.8.1 Mô hình hàm mc tiêu 60 5.8.2 Kiểm tra ý nghĩa ca các h s hồi qui 70 5.8.3. Kiểm tra sự tơng thích ca phơng trình hồi qui 72 5.8.4 Tính h s xác đnh R 2 73 5.9 Ti u hóa nghim của phng trình 74 5.10 Kt lun 77 Chng 6: KT LUN 78 6.1 Kt lun 78 6.2 Hng phát trin của đ tài 79 TÀI LIU THAM KHO 80 PH LC x DANH SÁCH CÁC CH VIT TT Ch vit tt Nghĩa ting Anh Nghĩa ting Vit ASME American Society of Mechanical Engineers Hip hội kỹ s cơ khí Mỹ ASTM American Society for Testing and Materials Hip hội vt liu và th nghim Mỹ AWS American Welding Society Hip hội hàn Mỹ CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển chơng trình s DIN Deutsches Institut fur Normung = German Institute for Standardization Vin tiêu chuẩn hóa Đc EN European Nations Tiêu chuẩn các quc gia châu Âu FAW Force Arc Welding. Hàn hồ quang áp lực GMAW Gas Metal Arc Welding Hàn hồ quang đin cực nóng chy trong khí bo v GTAW Gas Tungsten Arc Welding Hàn hồ quang đin cực không nóng chy trong khí bo v HAZ Heat Affected Zone Vùng nh hng nhit JIS Japanese Industrial Standard Tiêu chuẩn công nghip Nht MAG Metal Active Gas Hàn hồ quang đin cực nóng chy trong khí hot tính MIG Metal Inert Gas Hàn hồ quang đin cực nóng chy trong môi trng khí trơ NDT Non- Destructive Testing Kiểm tra không phá hy PA-UT Phased Array Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm tổ hp pha RT Radiographic Tomography Chp nh phóng x xi TIG Tungsten Inert Gas Hàn hồ quang đin cực không nóng chy trong khí trơ TOFD Time of Flight Diffraction Kỹ thut nhiu x siêu âm TWI Welding Institute UK Hc vin hàn Vơng Quc Anh UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm WEDM Wire Electrical Discharge Machining Máy gia công tia la đin đin cực dây xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Chng 1: Hình 1.1: Mi hàn đc hình thành phía trong ng 1 Hình 1.2: Độ sâu nóng chy ca mi hàn khi hàn bằng phơng pháp ForceArc (a) và phơng pháp thông thng (b) 2 Hình 1.3: So sánh s lp hàn khi hàn bằng phơng pháp ForceArc (a) và phơng pháp thông thng (b) 2 Hình 1.4: u điểm ca phơng pháp ForceArc (a) so vi phơng pháp thông thng (b) khi hàn liên kt ch T 3 Hình 1.5: Vùng nh hng nhit khi hàn bằng phơng pháp ForceArc (a) và phơng pháp thông thng (b) 3 Hình 1.6: Máy hàn Phoenix 500 ca hưng EWM, Đc 6 Hình 1.7: Máy hàn Alpha Q551 ca hưng EWM, Đc 6 Hình 1.8: Máy hàn Taurus T551 ca hưng EWM, Đc 7 Hình 1.9: Tàu đin ca Locomotive Dragon 8 Hình 1.10: Tàu tuần tra ca Sea-East 8 Hình 1.11: ng dng trong ch to bồn bể 9 Chng 2: Hình 2.1: Sự nóng chy ca đin cực khi hồ quang cháy 16 Hình 2.2: Sự dch chuyển kim loi lng vào bể hàn dng cầu 18 Hình 2.3: Hồ quang SprayArc 21 Hình 2.4: Đng biểu din sự thay đổi dòng đin và đin áp theo thi gian ca hồ quang phun ngn 22 Hình 2.5: Hình nh tĩnh ca hồ quang ForceArc 23 Hình 2.6: Sự phân chia giai đon ca loi hồ quang ngn 23 Hình 2.7: Đng biểu din sự thay đổi dòng đin và đin áp theo thi gian ca hồ quang áp lực 24 xiii Hình 2.8: Sự truyền kim loi vào bể hàn ca hồ quang áp lực 25 Chng 3: Hình 3.1: Liên kt hàn theo AWS D1.1/D1.1-M:2010 26 Hình 3.2: Các phôi hàn đc vát góc 30 0 , 40 0 và 50 0 27 Hình 3.3: Chn s Job theo vt liu hàn và đng kính dây hàn 28 Hình 3.4: Job179 vi dòng đin và đin áp hàn 28 Hình 3.5: Job180 vi dòng đin và đin áp hàn 29 Hình 3.6: Job181 vi dòng đin và đin áp hàn 29 Hình 3.7: Kích thc mi hàn và tit din ngang kim loi đp 30 Hình 3.8: Phôi hàn vi góc vát 40 0 sau khi hàn lp th nhất 30 Hình 3.9: S lp hàn vi góc vát 30 0 (3 lp, hình a) và góc vát 50 0 (5 lp, hình b) 31 Hình 3.10: Hình dáng mi hàn  mặt trc (a) và mặt sau (b)(ch hàn một phía) 31 Chng 4: Hình 4.1: Kiểm tra bằng phơng pháp chp nh phóng x (RT) 35 Hình 4.2: Thit b chp nh phóng x ICM X-RAY 36 Hình 4.3:Phơng pháp xung phn hồi (a) và phơng pháp truyền qua (b) 37 Hình 4.4: ng dng PA-UT để kiểm tra vt liu 38 Hình 4.5: Kiểm tra mi hàn bằng PA-UT 39 Hình 4.6: Kiểm tra khuyt tt mi hàn bằng kỹ thut nhiu x siêu âm 39 Hình 4.7: Kiểm tra mi hàn bằng thit b siêu âm Epoch 40 Hình 4.8: Kích thc mẫu th kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 41 Hình 4.9: Kích thc mẫu th un theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 43 Hình 4.10: Các phơng pháp đo độ cng thông dng 44 Hình 4.11: Các v trí cần th độ cng 45 Hình 4.12: Mẫu chuẩn th độ vai va đp rưnh V (a) và rưnh U (b) 45 Hình 4.13: Kích thc mẫu th kéo 46 Hình 4.14: V trí lấy mẫu th kéo 47 Hình 4.15: Mẫu th sau khi ct ri 47 Hình 4.16: Gia công mẫu th kéo trên máy phay CNC 48 xiv Hình 4.17: Các mẫu th kéo sau khi đc gia công 48 Hình 4.18: Th kéo trên máy INSTRON 49 Hình 4.19: Các mẫu th sau khi kéo đt 49 Hình 4.20: Hình dáng mặt ct ngang mi hàn sau khi tẩm thực 51 Hình 4.21: Tổ chc vi mô vùng mi hàn 51 Hình 4. 22: Tổ chc vi mô vùng tip giáp (vùng viền chy) 52 Hình 4.23: Tổ chc vi mô vùng nh hng nhit (HAZ) 52 Hình 4.24: Tổ chc vi mô vùng kim loi cơ bn 52 Chng 5: Hình 5.1: Mô hình hộp đen cho quá trình nghiên cu 56 Hình 5.2: Dng phơng trình khi thay đổi góc vát  57 Hình 5.3: Dng phơng trình khi thay đổi cng độ dòng đin I h 58 Hình 5.4: Dng phơng trình khi thay đổi đin áp hàn U h 59 xv DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Chng 3: Bng 3.1: Thành phần hóa hc ca thép CT3 27 Chng 5: Bng 5.1: Kt qu thí nghim khi  thay đổi 57 Bng 5.2: Kt qu thí nghim khi I h thay đổi 58 Bng 5.3: Kt qu thí nghim khi U h thay đổi 59 Bng 5.4: Bng tổng hp giá tr ca các thông s đầu vào 64 Bng 5.5: Bng ma trn quy hoch thí nghim 65 Bng 5.6: Đánh s mẫu th 66 Bng 5.7: Bng ma trn quy hoch thí nghim m rộng 69 Bng 5.8: S liu để tính phơng sai lặp li 71 Bng 5.9: S liu để tính phơng sai tơng thích 73 Bng 5.10: S liu để tính h s xác đnh 74 Bng 5.11: Kt qu thực nghim ti u hóa 76 [...]... p có điều ki n t t hơn và thấy rõ hơn l i ích c a vi c ng d ng công ngh tiên ti n vào s n xuất góp phần nâng cao năng suất và chất l ng s n phẩm cũng nh h giá thành s n phẩm, đề tài Nghiên c u ảnh h ởng c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất l ợng mối hàn trên thỨp cácbon” là nhi m v chính c a lu n văn Hàn hồ quang áp lực là b c ti n quan tr ng nhất về lĩnh vực hàn trong th p niên qua... quy trình v n hành, ch a c đào t o bài b n về công ngh Và trên h t, h c trang b đầy đ , áp ng đ c yêu cầu c a thực ti n s n xuất Đón đầu và hòa nh p v i xu h ng nghiên c u trên th gi i nêu trên, đề tài Nghiên c u ảnh h ởng c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất l ợng mối hàn trên thỨp cácbon” s giúp các doanh nghi p hiểu rõ hơn về l i ích c a công ngh hàn hồ quang áp lực, từ đó s có... điện và điện áp theo thời gian c a hồ quang áp lực [9] Tóm l i, hồ quang áp lực là lo i hồ quang mà sự cháy x y ra trong lòng bể kim lo i nóng ch y t o ra một áp lực l n và sự d ch chuyển c a kim lo i l ng là sự d ch chuyển theo dòng 24 Hình 2.8: Sự truyền kim loại vào bể hàn c a hồ quang áp lực [9] 2.4 u đi m của h quang áp l c so v i h quang phun Chính nh nh ng đặc điểm trên mà hồ quang áp lực có... cao vào trong s n xuất nhằm tăng năng suất lao động, h giá thành s n phẩm, góp phần ổn đ nh nền kinh t hi n nay 12 1.4 Tính m i của đ tài - Nghiên c u năng suất và chất l ng m i hàn khi hàn bằng ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực, một trong nh ng ph ơng pháp hàn m i hi n nay ch a có h c vi n, trung tâm nào Vi t Nam nghiên c u - Đề suất thay đổi góc vát c nh khi hàn trên v t li u dầy nhằm gi m đ l p hàn. .. s n xuất s gi m đ ng bằng ph ơng pháp hàn ForceArc vào c 37% kh i l ng kim lo i đ p, 57% l u l v và đi n năng tiêu th , tổng chi phí ti t ki m đ s rất hấp dẫn cho các doanh nghi p trong n c ng khí b o c tính kho ng 40%, một con c V i nh ng đặc điểm nổi b t nh trên thì đề tài Nghiên c u ảnh h ởng c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất l ợng mối hàn trên thỨp cácbon” là rất cần thi t trong... trong môi tr hàn bằng tia laser, phần nào áp ng đ pháp hàn trên vẫn còn tiêu t n năng l lực (ForceArc) đ ng khí b o v , hàn plasma, c các yêu cầu trên, tuy nhiên các ph ơng ng rất nhiều Ph ơng pháp hàn hồ quang áp c xem là ph ơng pháp rất h u hi u và đang đ c quan tâm nhất hi n nay u điểm c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực là: - Hàn đ c tất c các kim lo i và h p kim, đặc bi t là các k t cấu d ng tấm,... hàn mà chất l ng m i hàn vẫn đ cs c đ m b o - Đề suất thay đổi quy trình hàn l p lót c a liên k t hàn nhiều đ ng nhiều l p do công ngh hi n nay khi hàn l p lót ph i hàn bằng ph ơng pháp hàn TIG 1.5 ụ nghĩa khoa h c và th c ti n của đ tài 1.5.1 ụ nghĩa khoa h c Đề tài nghiên c u về ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực trên thi t b hàn Alpha Q551-EWM nhằm m c đích m rộng kh năng công ngh trong lĩnh vực hàn 1.5.2... khái ni m tr c đó Nh ng đặc điểm trên chính là tính chất cơ b n c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực M i hàn khi hàn bằng ph ơng pháp này đư đ c The Test House, Cambridge c a H c vi n hàn V ơng Qu c Anh (TWI) kiểm tra và cấp giấy ch ng nh n đ t chất l ng vào năm 2010  V công ngh : Về cơ b n, công ngh hàn hồ quang áp lực cũng t ơng tự nh công ngh hàn hồ quang đi n cực nóng ch y trong môi tr khâu chuẩn... b t so v i hồ quang phun: - Sự d ch chuyển c a gi t kim lo i t t nh áp lực hồ quang l n nên độ sâu nóng ch y cao - D dàng kh ng ch do hồ quang ổn đ nh - Không có sự b n toé do hồ quang rất ng n - Năng suất tăng lên nh t c độ hàn cao hơn - Chất l đ ng m i hàn t t hơn do vùng nh h ng nhi t nh đồng th i gi m c bi n d ng 2.5 K t lu n - Nh v y, chúng ta xác đ nh đ hồ quang áp lực nh h ng đ n chất l c các... a ph ơng pháp hàn ng m i hàn là dòng đi n và đi n áp hàn - Từ nh ng đặc tính nổi trội c a hồ quang áp lực, chúng ta s khai thác nh ng u điểm đó trong quá trình thực nghi m C thể là do áp lực c a hồ quang l n nên có thể gi m đ c góc vát c nh, gi m đ c s l p hàn (y u t đ n năng suất hàn) Khi đó năng suất không nh ng tăng lên mà chất l cũng t t hơn do vùng nh h ng nhi t nh 25 nh h ng ng m i hàn Ch ng . hởng ca chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lợng mối hàn trên thỨp cácbon” là nhim v chính ca lun văn. Hàn hồ quang áp lực là bc tin quan trng nhất về lĩnh vực hàn trong. trong nc. Vi nhng đặc điểm nổi bt nh trên thì đề tài Nghiên cu ảnh hởng ca chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lợng mối hàn trên thỨp cácbon” là rất cần thit trong xu. kt trc khi hàn, chn ch độ hàn và kỹ thut hàn. Điểm khác bit  đây là công ngh hàn hồ quang áp lực trên thép cácbon s dng khí bo v là khí trộn (Argon + CO 2 ) và dùng hồ quang dch