BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN K
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
S K C0 0 3 7 2 6
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ
HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU
THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP
Trang 4LÝ LỊCH KHOA HỌC
I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Văn Đồng Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 15 - 07 - 1983 Nơi sinh: Thái Bình
Quê quán: Thụy Trường – Thái Thụy – Thái Bình Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 292c/09 – Nội Hóa 1 – Bình An – Dĩ An – Bình Dương
Điện thoại cơ quan: 0822158645 Điện thoại nhà riêng:
Fax: E-mail: dong_nguyen37@yahoo.com
II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1 Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …./… đến ……/ ……
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng phần mềm Pro/ Engineer Wildfine 3.0 thiết kế khuôn ép phun
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2007
Người hướng dẫn: Th.s : Nguyễn Hoài Nam
III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
2007-2010 Trường cao đẳng nghề đông nam bộ Giáo viên
2010 đến
nay
Trường cao đẳng công nghệ Thủ
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2012…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Văn Đồng
Trang 6LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học của trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được nhiều kiến thức
bổ ích cho chuyên môn của mình Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sỹ, em
đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để giải quyết một vấn đề thực tế Đề tài của em là nghiên cứu và tìm hiểu ảnh hưởng các thông số chế độ công nghệ hàn MAG ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn PGS TS Hoàng Trọng Bá cùng với sự
hỗ trợ của gia đình, bạn bè, trường cao đẳng nghề Lilama 2, trường cao đẳng công nghệ Thủ Đức Cho đến thời điểm này luận văn của em củng đạt được những kết quả như mong muốn Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM
- Thầy PGS.TS Hoàng Trọng Bá – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM
- Thầy.TS Phan Miêng – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Cao đẳng giao thông vân tải TP.HCM
- Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM
- Trường cao đẳng nghề Lilama 2
- Trương cao đẳng công nghệ Thủ Đức
- Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất
cả mọi người Xin trân trọng cảm ơn
Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
Học viên thực hiện luận văn
Trang 7TÓM TẮT
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy ( dây hàn) và kim loại nền, hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác động của môi trường xung quanh như oxy, nitơ Khi phương
pháp hàn sử dụng khí hoạt tính như khí CO2 làm khí bảo vệ, khi đó nó được gọi là: MAG
(Metal Active Gas) Được sử dụng rộng rãi trong chế tạo bồn bể áp lực, các hệ thống đường
ống lớn, chất lượng mối hàn tốt, năng suất cao Hơn thế nữa, nó dễ dàng tự động hóa và vì vậy không đòi hỏi tay nghề người thợ cao Để đạt được hiệu suất quá trình hàn cao, chất lượng mối hàn tốt thì các thông số chế độ hàn cần được nghiên cứu
Đề tài được thực hiện thời gian từ tháng 02/2012 đến 08/2012 tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM Nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý thuyết công nghệ hàn MAG và thực hiện thí nghiệm tại trường Cao đẳng nghề Lilama 2 dưới dạng hàn mẫu và đo kích thước mối hàn, xử lý kết quả đo bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Kết quả đạt được của luận văn đã trình bày một cách đầy đủ và cô đọng lý thuyết và
thực nghiệm về “Chế độ công nghệ hàn MAG ảnh hưởng đến hình dạng của mối hàn khi
hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G” Tìm ra được mối quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn
với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn Mối quan hệ giữa điện áp hàn với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn Mối quan hệ giữa tốc độ hàn với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn
Kết quả của đề tài là cơ sở để chúng ta chọn chế độ hàn, nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho kết cấu hàn Đồng thời là phương pháp có thể áp dụng để kiểm tra cho các kết cấu hàn đang làm việc tại các nhà máy, xí nghiệp phục vụ cho công tác chế tạo và sửa chữa
Trang 8ABSTRACT
Arc welding with melting electrode in protective gas environment (GMAW: Gas Metal Arc Welding) is molten welding process in which the heat source is provided by arc created between the melting electrode (wire) and base metal, arc and molten metal is protected from the impact of the surrounding environment such as oxygen and nitrogen When welding method using reactive gases such as CO2 shielding gas, then it is called: MAG (Metal Active Gas) Widely used in the manufacture of pressure tanks, large piping systems, weld quality, high productivity Moreover, it is easy to automate and therefore does not require high-skilled workers To achieve high performance welding process, weld quality welding mode, the parameters need to be studied.Time threads are made from 02/2012 to 08/2012 Technical Pedagogical University City HCM The content and methodology of the research is the study of MAG welding technology theory and the experiment in vocational colleges attracting 2 sample as welding and weld measuring, processing measurement results
by experimental planning method
The results of the thesis presents a complete and concise theoretical and empirical
"MAG welding technology Mode affects the shape of the weld when welding structural steel sheet in 2G position" Find out the relationship between the welding amperage with width, height,, matured depth of the weld The relationship between welding voltage with width, height,, matured depth of the weld The relationship between the welding speed and the width and height, matured depth of the weld Results of the research is the basis for us to select welding mode, in order to improve the quality and longevity for structural welding At the same time, the method can be applied to
test for structural welding work at plants and factories for the manufacture and repair
Trang 9MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
1.4 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
Trang 102.4.3 Hỗn hợp khí Argon – Điôxít cacbon – Ôxi 29
2.4.4 Điôxít cacbon 29
2.5 Sự hình thành mối hàn trong không gian 30
2.5.1 Phân loại vị trí mối hàn trong không gian 30
2.5.2 Vị trí hàn theo tiêu chuẩn AWS 31
2.5.3 Vị trí hàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 33
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 34
3.6 Tính các hệ số bj của mô hình chiều rộng mối hàn 47
3.7.1 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều rộng mối hàn 50
3.7.2 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều cao mối hàn 52
Trang 113.7.3 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều sâu ngấu của mối hàn 54 3.7.4 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 56
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60
Trang 12DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU MỘT SỐ KÝ HIỆU
Ψn: Hệ số ngấu của mối hàn
MIG: Metal Inert Gas
MAG : Metal Active Gas
GMAW : Gas Metal Arc Welding
ASME: Hiệp Hội Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ
AWS: Hiệp Hội Hàn Hoa Kỳ
Trang 13Hình 2.4: Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực 7
Hình 2.5: Tổ chức kim loại của mối hàn 8
Hình 2.6: Tổ chức kim loại của mối của khu vực ảnh hưởng nhiệt 10
Hình 2.7: Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy khí bảo vệ 19
Hình 2.8: Thiết bị hồ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ 21
Hình 2.9: Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn 22
Hình 2.10: a – Hồ quang dài, b – Hồ quang trung bình, c – Hồ quang ngắn 24
Hình 2.11: Bề mặt và hình mẫu thâm nhập đối với các khí khác nhau 28
Hình 2.12: Sơ đồ minh họa độ dốc mối hàn 30
Hình 2.13: Sơ đồ minh họa chiều quay mối hàn 30
Hình 2.14: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn AWS 32
Hình 2.15: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn Việt Nam 33
Hình 3.1: Phôi hàn sau khi đã được vệ sinh sạch sẽ 34
Hình 3.2: Máy hàn MAG Miller 383 35
Hình 3.3: Dây hàn MAG nhãn hiệu Kim Tín Việt Nam 36
Hình 3.4: Thước đo mối hàn đa năng 37
Hình 3.5: Thông số hình học của phôi hàn 39
Hình 3.6: Phôi hàn được gá đúng vị trí 2G trong không 41
Hình 3.7: Mối hàn mẫu thí nghiệm 42
Hình 3.8: Các phôi mẫu sau khi hàn, cắt, mài và tẩm thực 42
Hình 3.9: Cách đo bề rộng mối hàn 43
Hình 3.10: Cách đo chiều cao mối hàn 43
Hình 3.11: Thí nghiệm đo hình dang mối hàn 44
Hình 3.12: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều rộng mối hàn 51
Hình 3.13: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều rộng mối hàn 51
Hình 3.14: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều rộng mối hàn 52
Hình 3.15: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều cao mối hàn 53
Hình 3.16: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều cao mối hàn 53
Hình 3.17: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều cao mối hàn 54
Hình 3.18: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều sâu ngấu mối hàn 55 Hình 3.19: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn 55
Hình 3.20: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn 56
Hình 3.21: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hệ số hình dạng
Hình 3.22: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 68 Hình 3.23: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 68
Trang 14DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Sự phụ thuộc của kích thước các vùng và chiều dài khu vực ảnh hưởng nhiệt vào các phương pháp hàn khác nhau 12 Bảng 2.2 Các khí bảo vệ trong phương thức chuyển kim loại dạng bụi 25 Bảng 2.3 Các khí bảo vệ trong phương thức chuyển kim loại dạng đoản mạch 27 Bảng 3.1 Bảng chế độ hàn 2G đối với dây hàn 1,2mm 38 Bảng 3.2 Giá trị và mức biến thiên của chế độ hàn 45 Bảng 3.3 Chuyển các giá trị của các biến thực sang các giá trị mã hóa 46 Bảng 3.4 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thu được 47 Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm thu được chiều rộng mối hàn tại tâm phương án 48
Trang 15CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao về công nghệ và vật liệu Nhiều phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trong
kỹ thuật hàn Các công nghệ hàn cổ điển, chủ yếu là thủ công và không liên tục đang dần trở nên lạc hậu Tính hiệu quả và kinh tế của hầu hết các cơ sở công nghiệp từ các nhà máy điện, chế tạo máy móc, khai thác, lọc dầu, xây dựng các bồn
bể chứa dầu khí, hóa chất đều liên quan chặt chẽ đến sự ứng dụng hợp lý của các công nghệ hàn Hàn là công nghệ phức tạp, phối hợp nhiều ngành khoa học và kỹ thuật từ vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí, tự động hóa đến kỹ thuật điện và điện tử
Trong tình hình đất nước có nhiều đổi mới, đặc biệt khi nền kinh tế tăng trưởng liên tục các ngành công nghiệp cũng phát triển với tốc độ tăng dần tiến tới mục tiêu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Do vậy các yêu cầu về kiến thức khoa học công nghệ nói chung, cũng như khoa học công nghệ Hàn nói riêng đòi hỏi phải có sự đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển công nhiệp hóa và hiện đại hóa đất nước
Khoảng 10 năm gần đây, nhiều công nghệ hàn mới được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai
Hiện nay ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra đời của các phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn ngày càng hiện đại nhằm giảm bớt sức lao động và đem đến cho con người sản phẩm mới với chất lượng ngày càng cao Một trong những công nghệ hàn mới ở Việt Nam đó là công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ Phương pháp hàn này có rất nhiều ưu điểm và đặc biệt nó phù hợp với sản xuất lớn và các ứng dụng hàn tự động nhất là khi hàn các tấm kim loại, các đường ống, bồn bể chứa có đường kính và chiều dày lớn
Trang 16Tuy nhiên trong quá trình hàn các kết cấu có kích thước, chiều dày lớn và hàn ở các vị trí hàn khó trong không gian, “chẳng hạn như hàn mối hàn 2G” thì sự hình thành mối hàn cũng khác nhau Để có được mối hàn tương đối đồng đều về kích thước, hình dáng trong quá trình hàn ta phải điều chỉnh, thay đổi các thông số của quá trình hàn để đạt được hình dáng cũng như chất lượng mối hàn như mong
muốn Vì vậy tác giả chọn đề tài nghiên “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công
nghệ hàn MAG đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G ” 1.2 Tình hình nghiên cứu
1 K.Y Benyounis, et al “ Effect of welding parameters on heat input and weld bead profile ’’ 15 May 2005
2 K.Y Benyounis, et al.“ Optimizing the laser-welded butt joints of medium carbon steel using RSM ”, 15 May 2005
3 N B Mostafa and R S Parmar “Mathematical models to predict weld bead dimensions in FCAW’’ Dec 16- 19, 2007
4 Xác định ứng suất dư cho mối hàn ống chịu áp lực bằng nhiễu xạ X – quang Luận văn thạc sĩ Lâm Văn Tường 2011
5 Nghiên cứa ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền của mối hàn Luận văn thạc sĩ Nguyễn Tấn Hải 2011
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là nâng cao hiệu quả của quá trình hàn nhằm đạt chất lượng mối hàn thông qua việc lựa chọn chế độ hàn
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và khảo sát thực nghiệm, xác định được mức
độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chất lượng mối hàn, thông qua
hình dạng mối hàn đối với trường hợp hàn kết cấu thép ở tư thế 2G
1.4 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu về tổng quan công nghệ hàn MAG, sự hình thành mối hàn, cấu trúc kim loại của mối hàn
- Đặc biệt đi sâu nghiên cứu cụ thể sự ảnh hưởng của các thông số về năng