Nghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ốngNghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ống
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG THANH NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG THANH NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG Ngành: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Tiến Dương TS Hà Xuân Hùng Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TM TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Người cam đoan PGS TS Nguyễn Tiến Dương i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Tiến Dương TS Hà Xuân Hùng tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Vũ Đình Toại thầy, Bộ mơn Hàn Công nghệ kim loại – Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả suốt trình nghiên cứu thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa khí, Trung tâm thực hành Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định bạn thân hữu thầy cô giáo Bộ mơn Cơ khí hàn, đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả suốt trình nghiên cứu thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn ThS Vũ Văn Đạt, ThS Vũ Mạnh Hùng, ThS Vũ Văn Khánh nhiệt tình giúp đỡ tác giả suốt trình nghiên cứu thực luận án Tác giả xin cảm ơn Phòng thí nghiệm phá hủy Học viện Kỹ thuật Quân giúp đỡ tác giả thực việc đo ứng suất dư liên kết hàn tiết diện ống dạng chữ K Tác giả xin chân thành cảm ơn công ty TNHH ESI Việt Nam (đặc biệt kỹ sư CAE Lương Vũ Nam) có đóng góp ý kiến mơ giúp tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thế Ninh, HRL Technology Group Pty Ltd có đóng góp quý báu giúp tác giả hồn thành phần mơ liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố , mẹ kính yêu vợ Nguyễn Thị Như Hoa; hai con: Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Phương Linh tồn thể thành viên gia đình giành tình cảm đặc biệt lời động viên tạo điều kiện tốt suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Hồng Thanh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Các đóng góp luận án Kết cấu luận án Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi Kết luận chương Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Giàn hàn giàn hàn dạng ống 10 2.1.1 Kết cấu giàn 10 2.1.2 Giàn có tiết diện dạng rỗng 11 2.1.3 Ứng dụng kết cấu giàn dạng rỗng 18 2.2 Các phương pháp hàn sử dụng để chế tạo kết cấu giàn hàn 20 2.3 Hàn kết cấu giàn dạng ống trình hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ 21 2.3.1 Nguyên lý đặc điểm trình hàn 21 2.3.2 Các thông số ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn 22 2.4 Cơ sở tính tốn xác định trường nhiệt độ ứng suất dư hàn 29 2.4.1 Tính tốn trường nhiệt độ liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 30 2.4.2 Sự hình thành ứng suất dư hàn 33 2.5 Các phương pháp xác định ứng suất dư liên kết hàn 40 2.5.1 Giới thiệu chung 40 2.5.2 Các phương pháp xác định ứng suất dư 41 Kết luận chương 45 Chương MÔ PHỎNG SỐ XÁC ĐỊNH TRƯỜNG ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG CHỮ K 47 3.1 Đặt vấn đề 47 iii 3.1.1 Mơ tính tốn tốn - nhiệt liên kết hàn 47 3.1.2 Mô tính tốn q trình chuyển biến pha liên kết hàn 48 3.2 Tính tốn, mơ trường ứng suất liên kết hàn phương pháp phần tử hữu hạn 53 3.2.1 Tính tốn mơ toán nhiệt - đàn hồi - dẻo phương pháp phần tử hữu hạn 53 3.2.2 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn mơ tính tốn liên kết hàn 57 3.3 Mơ hình hóa mơ số liên kết nút giàn dạng ống chữ K 59 3.3.1 Mơ hình hóa liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 62 3.3.2 Mơ hình nguồn nhiệt hàn GMAW 70 3.3.3 Các thông số vật liệu 71 3.3.4 Các điều kiện biên điều kiện đầu 74 3.4 Xác định chế độ hàn phù hợp cho liên kết nút giàn dạng ống chữ K 75 3.4.1 Tính tốn xác định chế độ hàn sơ 75 3.4.2 Thông số chế độ hàn mô 79 3.4.3 Hiệu chỉnh mơ hình nguồn nhiệt 79 3.5 Thiết lập trình tự hàn nút giàn dạng ống chữ K 79 3.5.1 Các trình tự hàn nút giàn dạng ống chữ K 79 3.5.2 Thời gian hàn thời gian làm nguội hàn đường 80 3.6 Kết tính tốn mơ 81 3.6.1 Trường nhiệt độ phân bố liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 81 3.6.2 Trường ứng suất liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 86 3.6.3 Chuyển biến pha kim loại mối hàn 96 Kết luận chương 98 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 99 4.1 Mục đích 99 4.2 Thực nghiệm hàn liên kết nút giàn dạng ống chữ K 99 4.2.1 Thiết bị hàn 99 4.2.2 Vật liệu hàn 100 4.2.3 Chuẩn bị mẫu hàn 100 4.2.4 Quy trình thực nghiệm 101 4.2.5 Kiểm tra ngoại dạng liên kết hàn 104 4.3 Xác định ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K kỹ thuật khoan lỗ 105 4.3.1 Thiết bị đo 105 4.3.2 Các bước tiến hành 106 Kết luận chương 110 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 111 iv 5.1 Kích thước vũng hàn 111 5.2 Ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K số vị trí khảo sát 111 5.2.1 Tại vị trí 111 5.2.2 Tại vị trí 113 5.2.3 Tại vị trí 114 5.2.4 Tại vị trí 115 5.3 Kiểm chứng kết tính tốn mơ ứng suất dư liên kết nút giàn dạng ống chữ K 117 5.3.1 Tại vị trí 117 5.3.2 Tại vị trí 117 5.3.3 Tại vị trí 118 5.3.4 Tại vị trí 118 5.4 Đề xuất biện pháp làm giảm ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 119 5.4.1 Các biện pháp kết cấu 119 5.4.2 Các biện pháp công nghệ 120 Kết luận chương 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 Kết luận 122 Kiến nghị 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 128 v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Viết tắt AWS SAW Đơn vị GMAW GTAW SMAW FCAW HAZ KLCB KLMH PP-PTHH CHS CJP PJP CP DT S, d vh Uh Ih B ddh x Von misses stress Stress XX Stress YY Stress ZZ T TCXDVN LKH FZ A Ltt a c C.R mm mm/s V A mm mm MPa MPa MPa MPa MPa o C mm2 mm W/m độ J/kg.K o Cs-1 Ý nghĩa Hiệp hội hàn Mỹ Hàn hồ quang tự động lớp thuốc Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang que hàn thuốc bọc Hàn hồ quang day hàn lõi thuốc Vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat affected zone) Kim loại Kim loại mối hàn Phương pháp phần tử hữu hạn Tiết diện rỗng dạng ống Hàn ngấu hoàn toàn Hàn ngấu phần Cổ phần Phá hủy Chiều dày vật hàn Vận tốc hàn Điện áp hồ quang Dòng điện hàn Tầm với điện cực Đường kính điện cực Ứng suất dư Ứng suất tương đương Ứng suất pháp theo phương X Ứng suất pháp theo phương Y Ứng suất pháp theo phương Z Sự chênh lệch nhiệt độ Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Liên kết hàn Vùng nóng chảy Diện tích làm việc mối hàn Chiều dài tính tốn đường hàn Độ dẫn nhiệt Nhiệt dung riêng Tốc độ nguội Hiệu suất hồ quang vi Hm-Hc k Pr Q q0 c Re T t T0 Tc Δt8/5 m J/mm3 W/mmoC W J/mm J/mm3oC o C s o C o C s l/phút Gia số Enthalpy Hệ số dẫn nhiệt Hệ số Prandtl Nhiệt lượng tỏa Năng lượng đường Nhiệt dung khối Hệ số Reynolds Nhiệt độ thời điểm khảo sát Thời gian Nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ nóng chảy vật liệu Thời gian nguội từ 800oC ÷ 500oC Lưu lượng khí bảo vệ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng So sánh giới hạn bền xoắn số tiết diện đặc trưng 14 Bảng 2 Tốc độ cấp dây cường độ dòng điện hàn khí bảo vệ CO2 24 Bảng Ảnh hưởng tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn 27 Bảng Ảnh hưởng góc nghiêng điện cực đến hình dạng mối hàn 28 Bảng Một số thông số hàn tiêu biểu dùng cho hàn thép 28 Bảng Nhiệt độ chuyển biến pha thép S355J2G3 51 Bảng Thông số mối ghép chữ K 65 Bảng 3 Mô hình nguồn nhiệt hàn thực nghiệm theo Goldak 71 Bảng Chế độ hàn sơ 77 Bảng Chế độ hàn sơ 77 Bảng Chế độ hàn sơ 78 Bảng Chế độ hàn thực nghiệm liên kết nút giàn dạng ống chữ K 79 Bảng Chế độ hàn mô liên kết nút giàn dạng ống chữ K 79 Bảng Thời gian hàn thời gian làm nguội 80 Bảng 10 Kí hiệu quy ước tổ chức kim loại hàn 96 Bảng Bảng thông số kỹ thuật máy hàn series KR 99 Bảng Thành phần hóa học dây hàn 100 Bảng Cơ tính dây hàn ER 70S 100 Bảng 4 Thành phần hóa học kim loại 101 Bảng Cơ tính thép A572 Grade 50 101 Bảng Chế độ hàn liên kết hàn chữ K tiết diện ống 101 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 111 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 113 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 114 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 116 Bảng 5 Kết so sánh ứng suất dư vị trí 117 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 119 Bảng Bảng so sánh kết mô đo ứng suất khoan lỗ 119 viii ... ứng suất dư khoan lỗ vị trí 116 Bảng 5 Kết so sánh ứng suất dư vị trí 117 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng. .. NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG Ngành: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Tiến Dư ng... trình hình thành ứng suất dư hàn 38 Hình 35 Sự phân bố ứng suất dư liên kết hàn giáp mối (a) Hàn liên tục; (b) Hàn phân đoạn 39 Hình 36 Sự phân bố ứng suất liên kết hàn góc