HÀN nối đối đầu cốt THÉP BẰNG CÔNG NGHỆ hàn điện xỉ áp lực

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV HÀN NỐI ĐỐI ĐẦU CỐT THÉP BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ ÁP LỰC ELECTROSLAG PRESSURE WELDING FOR REINFORCING STEEL BARS BUTT WELD JOINT Hoàng Đức Long, PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng, Bùi Văn Hạnh, KS Trịnh Quang Ngọc Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công thương Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Việt Nam longhd@narime.gov.vn, hanh.buivan@hust.edu.vn 1ThS 2PGS.TS TÓM TẮT Công nghệ hàn điện xỉ thường ứng dụng để hàn nối loại thép dày, nhiên Viện Nghiên cứu Cơ khí nghiên cứu công nghệ hàn điện xỉ kết hợp với việc tạo áp lực kết thúc trình hàn ứng dụng để hàn nối đối đầu cốt thép, chế tạo thành công thiết bị, bước đầu thương mại hóa sản phẩm Công nghệ nối đối đầu cốt thép phương pháp hàn điện xỉ áp lực công nghệ hàn tiên tiến, có nhiều ưu điểm công nghệ nối thép truyền thống (buộc chồng, hàn chồng, hàn tiếp xúc, nối ống ren…) nâng cao chất lượng mối nối, nâng cao suất thi công, thuận lợi thi công công trường, tiết kiệm vật liệu, hạ giá thành, không ô nhiễm môi trường Bài viết trình bày kết nghiên cứu công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn đối đầu cốt thép, bao gồm: Giới thiệu công nghệ hàn điện xỉ áp lực ứng dụng để hàn nối đối đầu cốt thép, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực, nguồn hàn đồ gá hàn, phương pháp tính toán chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu dùng cho hàn nối đối đầu cốt thép, kết thử nghiệm mối hàn nối công nghệ hàn điện xỉ áp lực Từ khóa: cốt thép, hàn đối đầu, hàn điện xỉ áp lực ABSTRACT Electroslag Welding Technology is often used to weld thick steel sheets, however the National Research Institute of Mechanical Engineering has researched the electroslag welding technology combined with creating pressure at the end of the welding process for steel bar butt weld joint, has successfully manufactured the equipment, has initially commercialized the product The Electroslag pressure welding technology is one advanced welding technology and has more advantages than the traditional steel bar connecting technologies (overlapped fastening, overlapped welding, resistance welding, pipe nipple ), for examples, improving weld joint quality and productivity, being convenient in applying at the site, saving materials, lowering costs, not polluting the environment The writing presents results of the research on the Electroslag pressure welding technology, including: Introduction to the Electroslag pressure welding technology for steel bar butt welding, the advantages, disadvantages and the applied fields of Electroslag pressure welding technology, welder and jig, the calculation method for optimum parameters of Electroslag pressure welding, the test results of weld joint Keyword: reinforcing steel bars, butt welding, electroslag pressure welding GIỚI THIỆU Trong thực tế sản xuất Việt Nam nay, phương pháp nối cốt thép phổ biến chủ yếu nối buộc chồng, nối khí: nối cốt thép ống nối dập ép nối ống ren, nối hàn: hàn chồng hồ quang tay, hàn tiếp xúc Tuy nhiên phương pháp nhiều nhược điểm tiêu tốn cốt thép, chất lượng chưa ổn định, suất thấp, giá 90 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV thành cao, chưa đáp ứng hết yêu cầu ngày cao kỹ thuật, chất lượng, suất, giá thành công trình lớn, quan trọng Hiện nay, phương pháp hàn nối cốt thép - “Hàn điện xỉ áp lực” - Viện Nghiên cứu Cơ khí nghiên cứu thành công bước áp dụng vào trình sản xuất cốt thép bê tông công trình xây dựng Tuy nhiên, chưa có thông số hàn tối ưu, dẫn đến chất lượng mối hàn chưa ổn định, kích thước mối hàn có hình dáng kích thước thất thường dẫn đến việc lãng phí thời gian, lượng, vật liệu hàn cốt thép hàn Để giải vấn đề này, nhóm tác giả nghiên cứu đưa phương pháp tính toán chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu dùng cho hàn nối đối đầu cốt thép phương pháp quy hoạch thực nghiệm CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ HÀN ÁP LỰC ĐIỆN XỈ DÙNG CHO HÀN ĐỐI ĐẦU CỐT THÉP 2.1 Công nghệ hàn điện xỉ áp lực Mô hình để hàn đối đầu cốt thép công nghệ hàn điện xỉ áp lực xây dựng hình1: Hai đoạn cốt thép cần nối định vị thẳng tâm đối đầu thông qua má kẹp đồ gá hàn Đồ gá hàn thiết kế đặc biệt để điều chỉnh khoảng cách thép, đồng thời tạo lực ép kết thúc trình hàn Cây thép phía nối với cực máy hàn thông qua kìm hàn, thép phía nối với cực lại máy hàn thông qua kìm hàn khác Xung quanh mối nối bao bọc thuốc hàn nhờ phễu thuốc Hình Mô hình hàn nối đầu cốt thép công nghệ hàn điện xỉ áp lực Với mô vậy, thép phía vật hàn, thép phía điện cực hàn Thuốc hàn lúc có hai vai trò chính, tác dụng hồ quang thuốc hàn bị nóng chảy tạo thành bể xỉ lỏng, đồng thời lượng thuốc hàn xung quanh không bị nóng chảy đóng vai trò thành bể bao bọc xung quanh để tạo bể xỉ Ở vị trí ban đầu, hai đầu thép tiếp xúc với nhau, sau nhờ tay quay điều chỉnh vị trí đồ gá hàn, hai đầu thép tách Lúc tác dụng điện áp hàn (4045V), hai đầu thép xảy tượng phóng hồ quang nhiệt độ cao làm nóng chảy toàn bề mặt tiết diện ngang hai đầu thép đồng thời làm nóng chảy thuốc hàn xung quanh Khi lượng thuốc hàn nóng chảy đủ lớn để tạo thành bể xỉ, đồ gá hàn đẩy thép phía phía bể xỉ ngập vào bể xỉ Lúc hồ quang tắt, điện áp hàn giảm xuống 22-25V, dòng điện truyền từ thép phía xuống thép phía thông qua bể xỉ, dòng điện đốt nóng bể xỉ, trì nhiệt độ cao có tính dẫn điện cao Nhiệt độ bể xỉ cao nhiệt độ nóng chảy thép Do vậy, thép tiếp tục bị nung chảy nhiệt độ cao bể xỉ 91 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Khi lượng nóng chảy đủ để liên kết tạo thành mối hàn, lập tức, đồ gá hàn thực chu trình ép hai đầu thép nóng chảy với Dưới tác động lực ép, xỉ hàn phần kim loại lỏng đẩy tiết diện thép, mối hàn hình thành, Tuy nhiên mối hàn bao bọc bể xỉ có nhiệt độ cao, lại trình làm mát xung quanh, sau hàn cần giữ mối hàn nguyên trạng thời gian định để làm nguội đóng cứng bể xỉ nhằm làm đông đặc bảo vệ kim loại hàn 2.2 Thiết bị hàn điện xỉ áp lực Đồ gá thiết bị hàn điện xỉ áp lực EPW-630 (Hình 2) có dòng hàn cực đại 630A, hàn cốt thép có đường kính từ 14 - 32mm chế tạo thành công Viện Nghiên cứu Cơ khí, vận hành sử dụng hàn thực tế nhiều đơn vị sản xuất Bộ điều khiển có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện hàn theo chu trình công nghệ yêu cầu, đồng thời nơi đặt thời gian tạo bể xỉ thời gian nung chảy thép hình thành mối hàn Trong trình hàn, việc phối hợp xác hoạt động điều khiển với thao tác hoạt động đồ gá hàn người công nhân đặc biệt quan trọng Hình Đồ gá thiết bị hàn điện xỉ áp lực EPW-630 Hình Mối hàn cốt thép Hàn điện xỉ áp lực ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN NỐI ĐỐI ĐẦU CỐT THÉP BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ ÁP LỰC Hiện nay, công nghệ hàn điện xỉ áp lực triển khai nhiều công trình xây dựng nhà cao tầng, thủy điện, xây dựng cầu cống cho kết tốt mặt chất lượng, hiệu kinh tế So với phương pháp nối cốt thép truyền thống thực hiện, công nghệ hàn nối đối đầu phương pháp hàn điện xỉ áp lực có ưu điểm bật sau: - Trang thiết bị hàn gọn nhẹ, thuận lợi cho việc thao tác công trường, không gian chật hẹp, có khả hàn trụ thép có nhiều cốt thép - Có thể hàn nối loại cốt thép có hình dạng tiết diện ngang khác nhau: tròn, ô van, vuông, chữ nhật… nối cốt thép có kích thước khác - Thời gian chuẩn bị thao tác trình hàn ngắn nên suất lao động tăng, sử dụng kết hợp nhiều đồ gá hàn với máy hàn - Lực ép hai đầu cốt thép không cần lớn so với hàn đối đầu tiếp xúc, đồ gá hàn gọn nhẹ, rẻ tiền - Dòng điện hàn thấp nên biến hàn nhỏ, dễ chế tạo rẻ nhiều so với hàn điện tiếp xúc 92 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV - Chất lượng mối hàn cao (do bảo vệ lớp thuốc hàn nóng chảy tạo lực ép trình hình thành mối hàn), không rỗ, không ngậm xỉ, kim loại mối hàn đồng với kim loại không cần kim loại bù Mối hàn ủ lớp thuốc nên không bị tượng nứt giảm tính vùng ảnh hưởng nhiệt Mối hàn bóng, tạo dáng đẹp - Vì cốt thép hàn đồng tâm nên khả chịu lực kéo, chịu nén, chịu uốn thép tăng Tiết diện mối hàn mối nối lớn tiết diện ngang thép nên tính mối hàn tăng, khả liên kết với bê tông tốt - Không ô nhiễm môi trường: không khói, không hồ quang, không tiếng ồn - Tiết kiệm cốt thép so với hàn chồng buộc chồng Nếu so sánh giá thành với phương pháp nối khác nối buộc chồng nối ghép ren, hàn nối phương pháp hàn điện xỉ áp lực tiết kiệm từ 11-76% giá thành tùy thuộc vào đường kính loại cốt thép Tuy nhiên việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất gặp nhiều khó khăn số nguyên nhân sau: - Yêu cầu cán kỹ thuật công nhân có trình độ chuyên môn kỹ vận hành máy cao so với phương pháp hàn nối thông thường khác - Chất lượng kích thước mối hàn chưa ổn định, cần xác định chế độ hàn tối ưu cho công nghệ hàn nối XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN TỐI ƯU 4.1 Phân tích, lựa chọn thông số nghiên cứu Lượng kim loại phình mối hàn thông số quan trọng Nó thể khả chịu tải mối hàn, khả liên kết với bê tông mà thông số đánh giá hiệu kinh tế phương pháp hàn Thông số quy định cụ thể tiêu chuẩn JGJ18 -2003 [1] Chính vậy, nghiên cứu thực nghiệm, tiến hành lập công thức toán học biểu thị mối liên hệ chiều cao lượng kim loại phình mối hàn Y, với thông số chế độ hàn chính: Dòng hàn I, thời gian hồ quang T1, thời gian điện xỉ T2 tương ứng với đường kính thép D Bằng thông số hàn thực nghiệm, yếu tố ảnh hưởng ngẫu nhiên đồng thời dựa vào chế độ hàn điện xỉ cho loại có chiều dầy tương tự sổ tay hàn [2], lựa chọn khoảng biến thiên thông số sau: Đường kính danh nghĩa cốt thép thí nghiệm: D = 20mm Dòng điện hàn: I = 300 – 400A Thời gian hồ quang: T1 = 16 -19s Thời gian điện xỉ: T2 = – 7s Sau cắt mẫu đánh số thứ tự tương ứng với thí nghiệm, tiến hành đo đạc thông số đường kính mối hàn sau hàn thu kết bảng Trong đó: D max: Kích thước đường kính lớn mối hàn, mm D min: Kích thước đường kính nhỏ mối hàn, mm D tb : Kích thước đường kính trung bình mối hàn, mm D tb xác định theo công thức: D tb = D max + D (mm) 93 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kết thí nghiệm Các yếu tố đầu vào STT Các thông số đo đạc I (A) T1 (s) T2 (s) D max (mm) D (mm) D tb (mm) 300 16 30,84 28,16 29,50 400 16 31,70 29,20 30,45 300 19 30,70 29,40 30,05 400 19 32,20 31,42 31,81 300 16 31,60 29,80 30,70 400 16 33,70 29,90 31,80 300 19 32,40 31,90 32,15 400 19 36,80 34,90 35,85 350 17,5 33,72 31,80 32,76 10 350 17,5 33,00 31,50 32,25 11 350 17,5 32,00 31,70 31,85 Sau xác định đường kính trung bình mối hàn, ta xác định hàm mục tiêu Y chiều cao phần kim loại phình lên bề mặt mối hàn công thức: Y= D tb − Ddn (mm) Trong D dn đường kính danh nghĩa thép vằn, D dn = 20mm Từ đó, ta thu ma trận kế hoạch bảng đây: Bảng Bảng ma trận kế hoạch thí nghiệm STT Các yếu tố theo tỉ lệ thực Các yếu tố theo tỉ lệ mã hóa Hàm mục tiêu Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 Y 300 16 −1 −1 −1 4,75 400 16 +1 −1 −1 5,23 300 19 −1 +1 −1 5,03 400 19 +1 +1 −1 5,91 300 16 −1 −1 +1 5,35 400 16 +1 −1 +1 5,90 300 19 −1 +1 +1 6,08 400 19 +1 +1 +1 7,93 350 17,5 0 6,38 10 350 17,5 0 6,13 11 350 17,5 0 5,93 94 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 4.2 Xây dựng phương trình hồi quy Sau tiến hành thí nghiệm đo đạc tính toán để thu giá trị hàm mục tiêu, tiến hành xác định hệ số hồi quy phương trình hồi quy (1): yˆ =b + b1x1 + b x + b3 x + b12 x1x + b13 x1x + b 23 x x + b123 x1x x (1) Các hệ số phương trình hồi quy độc lập Công thức tổng quát để tính hệ số b phương trình hồi quy quy hoạch trực giao cấp I tương ứng với k yếu tố ảnh hưởng sau [5]: N   b = N ∑ x 0u Yu u =1   N  b j = N ∑ x ju Yu  u =1  N b = x iu x ju Yu ∑ ij  N u =1  N b = x iu x ju x hu Yu  ijh N ∑ u =1  với 1, 2, k i ≠ j ≠ h =    u = 1, N (2) Ý nghĩa hệ số b phương trình hồi quy: Giá trị hệ số b j phương trình hồi quy đặc trưng cho đóng góp yếu tố thứ j vào đại lượng Y Hệ số có giá trị tuyệt đối lớn yếu tố tương ứng ảnh hưởng đến trình nhiều Để tiện lợi tính toán hệ số tương hỗ (tương tác kép, tương tác ba) ta mở rộng bảng ma trận kế hoạch bảng đây: Bảng Ma trận kế hoạch mở rộng với biến số STT x0 x1 x2 x3 x 12 x 13 x 23 x 123 Y +1 −1 −1 −1 +1 +1 +1 −1 4,75 +1 +1 −1 −1 −1 −1 +1 +1 5,23 +1 −1 +1 −1 −1 +1 −1 +1 5,03 +1 +1 +1 −1 +1 −1 −1 −1 5,91 +1 −1 −1 +1 +1 −1 −1 +1 5,35 +1 +1 −1 +1 −1 +1 −1 −1 5,90 +1 −1 +1 +1 −1 −1 +1 −1 6,08 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 7,93 Dựa vào bảng 3, áp dụng công thức (2) vào phương trình (1) với k = Ta tính hệ số hồi quy sau: b0 = 4, 75 + 5, 23 + 5, 03 + 5,91 + 5,35 + 5,90 + 6, 08 + 7,93 x 0u Yu = = 5, 773 ∑ u =1 = b1 −4, 75 + 5, 23 − 5, 03 + 5,91 − 5,35 + 5,90 − 6, 08 + 7,93 = x1u Yu = 0, 470 ∑ u =1 = b2 −4, 75 − 5, 23 + 5, 03 + 5,91 − 5,35 − 5,90 + 6, 08 + 7,93 = x 2u Yu = 0, 465 ∑ u =1 95 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV = b3 −4, 75 − 5, 23 − 5, 03 − 5,91 + 5,35 + 5,90 + 6, 08 + 7,93 = x 3u Yu = 0,543 ∑ u =1 = b12 4, 75 − 5, 23 − 5, 03 + 5,91 + 5,35 − 5,90 − 6, 08 + 7,93 = x1u x 2u Yu = 0, 213 ∑ u =1 = b13 4, 75 − 5, 23 + 5, 03 − 5,91 − 5,35 + 5,90 − 6, 08 + 7,93 = x1u x 3u Yu = 0,13 ∑ u =1 = b 23 4, 75 + 5, 23 − 5, 03 − 5,91 − 5,35 − 5,90 + 6, 08 + 7,93 = x 2u x 3u Yu = 0, 225 ∑ u =1 8 −4,75 + 5, 23 + 5,03 − 5,91 + 5,35 − 5,90 − 6,08 + 7,93 = b123 = x1u x 2u x 3u Yu = 0,113 ∑ u =1 Để kiểm tra ý nghĩa hệ số b phương trình hồi quy cần phải tính phương sai tái (còn gọi phương sai lặp - làm thí nghiệm lặp tâm kế hoạch) Tính có nghĩa hệ số phương trình hồi quy kiểm tra hệ số theo chuẩn số Student việc loại khỏi phương trình hồi quy (1) hệ số nghĩa không phản ánh lên giá trị hệ số lại Tất hệ số phương trình (1) xác định với độ xác nhau, nghĩa độ lệch chuẩn hệ số b có chung giá trị [4] Sbj = Sll N (3) Trong đó: - N số thí nghiệm thực - S ll phương sai lặp, xác định theo công thức [4]: ∑(y m Sll2 = a =1 a − y0 ) (4) m −1 Trong đó: y0a - giá trị thí nghiệm thứ a tâm kế hoạch; m – số thí nghiệm lặp lại tâm kế hoạch; y0 - giá trị trung bình thí nghiệm lặp [5]: y0 =  m 0 ∑ ya m  a =1  (5) Áp dụng công thức (3), (4), (5) để tính phương sai cho thí nghiệm lặp tâm thực hiện, ta thu bảng đây: Bảng Kết thí nghiệm tâm STT Y 6,38 6,13 5,93 Thay a số Y0 6,14667 liệu tính toán Ya0 -Y ( Y -Y ) 0,2333 0,0544 -0,0167 0,0003 -0,2167 0,0469 a Bảng 0,1017 0,1017 = Sll2 = = 0, 0509 m −1 −1 96 vào ∑ ( Y -Y công a ) 0,1017 thức (4.3) ta có: Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV S11 0, 2256 Suy ra: S11 = 0, 2256 Thay vào (4.2): = Sbj = = 0, 08 N Sự có nghĩa hệ số hồi quy kiểm định theo tiêu chuẩn Student [4]: tj = bj (6) Sbj Trong đó: t j giá trị chuẩn số Student; b j hệ số phương trình hồi quy; S bj độ lệch trung bình hệ số thứ j Bậc tự phương sai có giá trị f = m – = – =2 Nếu giá trị t bj tính toán lớn giá trị tra bảng t (p,f2) ứng với giá trị chọn mức có nghĩa p bậc tự lặp f , hệ số b j tồn khác không, ngược lại cần loại bỏ Với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự lặp f = 2, tra bảng phụ lục - giá trị chuẩn số Student, ta t (0,05;2) = 4,303 Theo đó, ta có bảng đánh giá hệ số bảng đây: Thứ tự Bảng Đánh giá hệ số phương trình hồi quy bj tj t (0,05;2) Đánh giá 5,773 72,165 Chấp nhận 0,47 5,875 Chấp nhận 0,465 5,813 0,543 6,781 12 0,213 2,656 Loại 13 0,13 1,625 Loại 23 0,225 2,813 Loại 123 0,113 1,406 Loại 4,303 Chấp nhận Chấp nhận Như vậy, theo bảng 5, ta thấy có hệ số b , b , b , b có nghĩa Tức mô hình mô tả thống kê quan hệ phần kim loại mối hàn phình lên bề mặt thép sau hàn phương pháp hàn điện xỉ yếu tố ảnh hưởng mô tả dạng sau: yˆ = 5, 773 + 0, 470x1 + 0, 465x + 0,543x (7) 4.3 Xác định thông số chế độ hàn tối ưu Dễ thấy, phương trình hồi quy thu (7) mô hình tuyến tính với hệ số dương: yˆ = 5, 773 + 0, 470x1 + 0, 465x + 0,543x cho thấy yếu tố ảnh hưởng đầu vào có tác động tích cực đến hàm mục tiêu đầu Như vậy, hàm mục tiêu đạt giá trị cực tiểu cực đại (trong vùng khảo sát) điểm biên vùng khảo sát Cụ thể: y = 4,295 x = -1, x = -1, x = -1 y max = 7,25 x = 1, x = 1, x = Để xác định thông số thích hợp trình hàn điện xỉ áp lực ta cần đưa thêm điều kiện biên phần kim loại mối hàn phình lên bề mặt thép phải nằm giới hạn: ≤ y ≤ (mm) Điều kiện biên tác giả rút qua trình thực nghiệm tham khảo ý kiến chuyên gia Điều kiện vừa thỏa mãn yêu cầu kiểm tra chất lượng ngoại dạng mối hàn: (y ≥ 4) [1] vừa khống chế lượng kim loại phình mức cần thiết Việc kim loại mối hàn 97 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV phình lên nhiều làm tăng đáng kể diện tích mặt cắt ngang thép, gây nghẽn cốt liệu đổ bê tông Đồng thời, lượng kim loại phình lên nhiều gây ảnh hưởng không tốt tới việc tạo dáng mối hàn tiêu tốn vật liệu mức cần thiết Như vậy, ta có điều kiện thích hợp trình hàn điện xỉ áp lực sau: 5, 773 + 0, 470x1 + 0, 465x + 0,543x ≤  5, 773 + 0, 470x1 + 0, 465x + 0,543x ≥ (8) Hệ bất phương trình (8) gồm hai phương trình lại có ba ẩn số, cần phải chọn ẩn • Nếu xuất phát từ điều kiện tiêu thụ điện thấp nhất, tức chọn cường độ dòng điện hàn nhỏ Ta chọn cường độ dòng hàn nhỏ khoảng thực nghiệm, nghĩa x = -1 (tức Z = 300A), thay giá trị vào hệ bất phương trình (8) lưu ý x x nằm vùng thực nghiệm (từ -1 ÷ 1), ta tính miền thích hợp x x là: −0,3 ≤ x ≤ 0, 691 tức là: 17, 05s ≤ Z2 ≤ 18,54s −0,3 ≤ x ≤ 0, 691 tức là: 5, 7s ≤ Z3 ≤ 6, 691s Nếu xuất phát từ yêu cầu nâng cao suất hàn, ta có hai phương án lựa chọn: • Nếu chọn thời gian gây hồ quang tạo bể xỉ ngắn nhất, ta chọn giá trị thời gian T1 nhỏ khoảng thực nghiệm, nghĩa x = -1 (Z = 16s), thay giá trị vào hệ bất phương trình (8) đồng thời lưu ý x x nằm vùng thực nghiệm, ta tính miền thích hợp x x là: −0,304 ≤ x1 ≤ 0, 683 tức là: 334,8A ≤ Z1 ≤ 384,15A −0,304 ≤ x ≤ 0, 683 tức là: 5, 696s ≤ Z3 ≤ 6, 683s • Nếu chọn thời gian điện xỉ ngắn nhất, ta chọn giá trị thời gian T2 nhỏ khoảng thực nghiệm, nghĩa x = -1 (Z = 5s), thay giá trị vào hệ bất phương trình (8) đồng thời lưu ý x x nằm vùng thực nghiệm, ta tính miền thích hợp x x là: −0, 246 ≤ x1 ≤ 0,824 tức là: 337, 7A ≤ Z1 ≤ 391, 2A −0, 246 ≤ x ≤ 0,824 tức là: 17,131s ≤ Z2 ≤ 18, 736s 4.4 Hàn thực nghiệm kiểm tra thông số chế độ hàn tối ưu Với thông số chế độ hàn xác định, tiến hành hàn thực nghiệm kiểm tra chất lượng mối hàn: chụp ảnh tổ chức thô đại, tổ chức tế vi kim loại mối hàn, thử tính, siêu âm mối hàn + Hình dáng tổ chức kim loại mối hàn Bằng ảnh chụp tổ chức thô đại kim loại mối hàn ta có nhận xét rằng: - Mối hàn tạo dáng đẹp, đồng bốn phía - Mối hàn khuyết tật bên trong, nứt rỗ, tạp chất đẩy khỏi tiết diện ngang ban đầu thép hàn - Mối hàn ngấu, liên kết thép tốt, đồng tâm 98 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Tổ chức thô đại kim loại mối hàn cốt thép hàn điện xỉ áp lực Hình Tổ chức tế vi kim loại (x200) Hình Tổ chức tế vi kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt (x200) Dựa vào hình 4, hình 5, hình bên cho ta thấy thay đổi kích thước hạt cách rõ nét từ vùng kim loại tới vùng kim loại mối hàn Thành phần tổ chức kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt hoàn toàn giống với kim loại (do phương pháp hàn không sử dụng kim loại phụ), khác kích thước hạt Với thành phần C = 0,29%, thành phần kim loại bao gồm hai pha Peclit Ferit Pha Peclit có dạng hạt màu xám, phân bố đồng Pha Ferit màu trắng, tập trung biên giới hạt + Kiểm tra tính mối hàn Các tiêu đánh giá chất lượng mối hàn dựa tiêu chất lượng thép cốt bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2 [6] Các mẫu mối hàn thử kéo áp dụng phương pháp thử kéo theo tiêu chuẩn TCVN 197:2002 “Vật liệu kim loại – thử kéo nhiệt độ thường” [7] để đánh giá cường độ bền mối hàn 99 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Hình ảnh mẫu mối hàn sau thử kéo Hình Hình ảnh mẫu mối hàn sau thử uốn Sau tiến hành thí nghiệm ta thu kết bảng đây: Bảng Kết thử kéo mối hàn Kích thước mẫu Thí nghiệm kéo Số hiệu mẫu Đường kính danh nghĩa d , mm Tiết diện danh nghĩa S , mm2 20 314,0 Lực kéo Fm, N Ứng suất bền kéo R m , MPa 185000 589,2 187000 595,5 184000 586,0 Dựa vào kết thử nghiệm bên trên, đánh giá mối hàn cốt thép phương pháp hàn điện xỉ áp lực sau: - Độ bền mối hàn tốt, đạt yêu cầu cường độ bền kéo theo TCVN 1651-2: 2008, mác CB400-V [6] - Mối hàn chịu uốn tốt, không bị nứt điểm uốn Như vậy, với chế độ công nghệ hàn tính toán tối ưu hóa cụ thể cho đường kính danh nghĩa D20mm, mối hàn nối cốt thép phương pháp hàn điện xỉ áp lực hoàn toàn đáp ứng yêu cầu mối nối thép cốt bê tông sử dụng công trình xây dựng, đồng thời mang lại ưu điểm vượt trội so với phương pháp khác Với phương pháp quy hoạch thực nghiệm tương tự áp dụng cho đường kính cốt thép khác, ta xác định thông số công nghệ hàn tối ưu tương ứng với loại đường kính cốt thép khác KẾT LUẬN Công nghệ hàn điện xỉ áp lực công nghệ hàn nối cốt thép tiên tiến, có nhiều ưu trội so với phương pháp nối cốt thép truyền thống thực Công nghệ có nhiều ưu điểm bật giải nhược điểm kỹ thuật hiệu kinh tế mà phương pháp nối cốt thép cần giải Khi kết hợp hàn điện xỉ với việc tạo áp lực lên nối hàn nóng chảy lúc kết thúc trình hàn góp phần nâng cao chất lượng độ tin cậy mối hàn Bằng phương pháp nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm, tìm phương pháp xác định thông số hàn điện xỉ áp lực tối ưu để bảo đảm cho mối hàn đáp ứng đồng thời yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế 100 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng mối hàn cho thấy mối hàn tạo dáng đẹp, cân đối, kim loại đồng đều, khuyết tật bên đường kính thép Mối hàn bảo đảm tính theo yêu cầu mối nối cốt thép bê tông Như vậy, với thông số hàn tối ưu, việc ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép việc làm hoàn toàn khả thi, đáp ứng nhu cầu thực tế sản xuất đem lại hiệu cao khoa học kinh tế Công nghệ phù hợp với điều kiện thi công trường đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao công trình xây dựng quan trọng nước quốc tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Specification for welding and acceptance of reinforcing bars, Industrial Standard of the People’s Republic of China, JGJ18 -2003 [2] General technical specification for mechanical splicing of bars, Industrial Standard of the People’s Republic of China, JGJ107-2003 [3] Welding handbook, 8th Edition, Volume 1,2,3, welding processes, American welding society 1999 [4] Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [5] Bùi Minh Trí, Xác suất thống kê Quy hoạch thực nghiệm, NXB Bách Khoa, Hà Nội 2011 [6] TCVN 1651-2: 2008 Thép cốt bê tông – Phần 2: Thép vằn [7] TCVN 197:2002 Vật liệu kim loại – Thử kéo nhiệt độ thường 101 [...]... giá mối hàn cốt thép bằng phương pháp hàn điện xỉ áp lực như sau: - Độ bền của mối hàn tốt, đạt yêu cầu về cường độ bền kéo theo TCVN 1651-2: 2008, mác CB400-V [6] - Mối hàn chịu uốn tốt, không bị nứt tại các điểm uốn Như vậy, với chế độ công nghệ hàn đã được tính toán và tối ưu hóa cụ thể cho đường kính danh nghĩa D20mm, mối hàn nối cốt thép bằng phương pháp hàn điện xỉ áp lực hoàn toàn áp ứng được... mối nối thép cốt bê tông sử dụng trong các công trình xây dựng, đồng thời mang lại những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác Với phương pháp quy hoạch thực nghiệm tương tự áp dụng cho các đường kính cốt thép khác, ta cũng xác định được bộ thông số công nghệ hàn tối ưu tương ứng với mỗi loại đường kính cốt thép khác nhau 5 KẾT LUẬN Công nghệ hàn điện xỉ áp lực là một công nghệ hàn nối cốt thép. .. cầu của mối nối cốt thép trong bê tông Như vậy, với bộ thông số hàn tối ưu, việc ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép là việc làm hoàn toàn khả thi, áp ứng được nhu cầu của thực tế sản xuất và đem lại hiệu quả cao về khoa học và kinh tế Công nghệ này cũng sẽ rất phù hợp với điều kiện thi công tại hiện trường và áp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cao của các công trình xây... với các phương pháp nối cốt thép truyền thống đang thực hiện Công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi bật giải quyết được các nhược điểm về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế mà các phương pháp nối cốt thép hiện tại cần giải quyết Khi kết hợp hàn điện xỉ với việc tạo áp lực lên nối hàn nóng chảy lúc kết thúc quá trình hàn càng góp phần nâng cao chất lượng và độ tin cậy của mối hàn Bằng phương pháp nghiên cứu quy... được phương pháp xác định bộ thông số hàn điện xỉ áp lực tối ưu để bảo đảm sao cho mối hàn áp ứng được đồng thời các yêu cầu về kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh tế 100 Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng mối hàn cho thấy mối hàn tạo dáng đẹp, cân đối, kim loại đồng đều, không có khuyết tật bên trong đường kính cây thép Mối hàn bảo đảm... hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV Hình 7 Hình ảnh các mẫu mối hàn sau khi thử kéo Hình 8 Hình ảnh các mẫu mối hàn sau khi thử uốn Sau khi tiến hành thí nghiệm ta thu được kết quả tại bảng 6 dưới đây: Bảng 6 Kết quả thử kéo mối hàn Kích thước mẫu Thí nghiệm kéo Số hiệu mẫu Đường kính danh nghĩa d 0 , mm Tiết diện danh nghĩa S 0 , mm2 1 20 2 314,0 3 Lực kéo Fm, N Ứng suất... Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [5] Bùi Minh Trí, Xác suất thống kê và Quy hoạch thực nghiệm, NXB Bách Khoa, Hà Nội 2011 [6] TCVN 1651-2: 2008 Thép cốt bê tông – Phần 2: Thép thanh vằn [7] TCVN 197:2002 Vật liệu kim loại – Thử kéo ở nhiệt độ thường 101 ... hàn điện xỉ áp lực EPW-630 Hình Mối hàn cốt thép Hàn điện xỉ áp lực ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN NỐI ĐỐI ĐẦU CỐT THÉP BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ ÁP LỰC Hiện nay, công nghệ hàn điện xỉ áp. .. pháp tính toán chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu dùng cho hàn nối đối đầu cốt thép phương pháp quy hoạch thực nghiệm CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ HÀN ÁP LỰC ĐIỆN XỈ DÙNG CHO HÀN ĐỐI ĐẦU CỐT THÉP 2.1 Công. .. Công nghệ hàn điện xỉ áp lực Mô hình để hàn đối đầu cốt thép công nghệ hàn điện xỉ áp lực xây dựng hình1: Hai đoạn cốt thép cần nối định vị thẳng tâm đối đầu thông qua má kẹp đồ gá hàn Đồ gá hàn