Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hànNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ LÊ VĂN THỒI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HÀN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn Hà Nội - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 01 năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hoàng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Hoàng Văn Châu, TS Nguyễn Hà Tuấn tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Viện nghiên cứu Cơ khí, lãnh đạo, chuyên viên Thầy Trung tâm đào tạo sau đại học Viện, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại học SPKT Hưng n có hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện thời gian qúa trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, Khoa Cơ khí đồng nghiệp đóng góp ý kiến, hỗ trợ tơi trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn công ty chế tạo kết cấu thép địa bàn tỉnh Hưng Yên cán kỹ thuật công ty giúp đỡ tạo điều kiện cho tham quan tìm hiểu thực tế kết cấu thép chế tạo hàn để phục vụ việc nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa Cơ khí -Trường Cao đẳng nghề Việt Xơ giúp đỡ trang thiết bị thí nghiệm q trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể gia đình, bạn bè, người chia sẻ, động viên, giúp đỡ tơi học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ xiv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu luận án 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án 2 Phương pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 3 5.1 Ý nghĩa khoa học 3 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: 4 Các điểm luận án 4 Kết cấu luận án 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 5 1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới 5 1.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung chế tạo khí Việt Nam 13 Kết luận chương 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 18 2.1 Khái quát công nghệ hàn lớp thuốc (SAW) 18 2.1.1 Nguyên lý, đặc điểm, phạm vi ứng dụng 18 2.1.2 Thiết bị vật liệu hàn 19 2.1.2.1.Thiết bị hàn 19 2.1.2.2 Vật liệu hàn [13,39,44] 22 2.1.3 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ .24 2.1.4 Ảnh hưởng thông số công nghệ 25 iv 2.1.4.1 Ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn 26 2.1.4.2 Ảnh hưởng điện áp hồ quang 26 2.1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ hàn .27 2.1.4.4 Ảnh hưởng đường kính điện cực 27 2.1.5 Xác định thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc (SAW) .28 2.1.5.1 Thông số công nghệ hàn liên kết giáp mối .28 2.1.5.2 Thông số công nghệ mối hàn góc .32 2.1.6 Quá trình luyên kim hàn lớp thuốc .35 2.1.6.1 Tác dụng hydro với kim loại mối hàn 35 2.1.6.2 Tác dụng oxy với kim loại mối hàn 40 2.1.6.3 Tác động kim loại mối hàn với xỉ hàn .42 2.2 Hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung .43 2.2.1 Nguyên lý đặc điểm 43 2.2.2 Sự khác biệt so với hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường 44 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nóng chảy hàn 45 2.2.3.1 Bố trí dây hàn cấp kim loại bổ sung 45 2.2.3.2 Ảnh hưởng chế độ công nghệ hàn 47 2.3 Xác định thông số công nghệ SAW có kim loại bổ sung để thực nghiệm 47 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 50 3.1 Mơ hình thí nghiệm 50 3.2 Thiết bị, vật liệu thực nghiệm .50 3.2.1 Thiết bị thực nghiệm 50 3.2.2 Vật liệu 51 3.2.2.1 Vật liệu làm mẫu 51 3.2.2.2 Vật liệu hàn .53 3.3 Điều kiện thí nghiệm 55 3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 58 3.4.1 Tổng quan phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 58 3.4.2 Phân tích phương sai ANOVA 61 3.4.3 Tối ưu nhiều mục tiêu tiêu đánh giá tổng thể (OEC) .62 3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn .68 3.5.1 Các bước tiến hành hàn mẫu .68 3.5.2 Phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn 69 v 3.5.3 Các thiết bị kiểm tra .72 Kết luận chương 73 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 75 4.1 Hình dạng kích thước mối hàn .75 4.2 Tổ chưc tế vi liên kết hàn mẫu .79 4.3 Kết phân tích thành phần hóa học mối hàn 83 4.4 Kết kiểm tra tính mối hàn 85 4.4.1 Độ bền kéo, độ dẻo kim loại mối hàn 85 4.4.2 Độ dai va đập kim loại mối hàn 88 4.4.3 Độ cứng kim loại mối hàn 89 4.4.4 Độ bền uốn kim loại mối hàn 90 4.5 Về suất hàn 90 4.6 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ hàn đến tính mối hàn 91 4.6.1 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh, N) tới độ bền kéo mối hàn 92 4.6.1.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ bền kéo mối hàn 92 4.6.1.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ bền kéo mối hàn 95 4.6.1.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih,Vh,N tới độ bền kéo mối hàn 96 4.6.2 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh,N) tới độ cứng kim loại mối hàn 100 4.6.2.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 100 4.6.2.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ cứng kim loại mối hàn 102 4.6.2.3 Xây dựng quan hệ toán học thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 103 4.6.3 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ 105 4.6.3.1 xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn .105 4.6.3.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ dai va đập mối hàn 108 4.6.3.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn 108 vi 4.7 Xác định mức thông số công nghệ .112 Kết luận chương 116 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 126 PHỤ LỤC 127 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Nội dung viết tắt ASTM (American Society for Testing and Materials) – Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ AWS (American Welding Society) - Hiệp hội hàn Mỹ aK Độ dai va đập b Chiều rộng mối hàn c Chiều cao mối hàn c’ Chiều cao mối hàn liên kết hàn vát mép CF Hệ số điều chỉnh yếu tố CH2O Nồng độ nước hòa tan CPO (Contour Plot Optimization) – Tối ưu theo biểu đồ đường bao d Đường kính dây hàn F Ferit Fđ Tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn fT Bậc tự thực nghiệm fj Bậc tự yếu tố fIh Bậc tự yếu tố dòng hàn fVh Bậc tự yếu tố tốc độ hàn fN FCAW Bậc tự yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp GMAW (Gas Metal Arc Welding) - Hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) - Hàn hồ quang điện cực vonfram khí (Flux Core Arc Welding) - Hàn hồ quang dây lõi thuốc bảo vệ GLS (Generalized Least Squares Regression) Hồi quy bình phương nhỏ Gđ Khối lượng kim loại đắp GĐKL Khối lượng kim loại bổ sung đắp vào mối hàn GĐD Khối lượng kim loại đắp từ dây vào mối hàn Gij Là giá trị đo thử nghiệm thứ i ứng với tiêu chí thứ j Gminj Giá trị nhỏ đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j viii Gmaxj HAZ Giá trị lớn đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j Vùng ảnh hưởng nhiệt h1 Chiều sâu chảy hàn phía thứ [H] Độ hòa tan Hyđro kim loại HV10 Độ cứng mối hàn Ih Cường độ dòng điện hàn J Mật độ dòng điện Ji Là tổng kết yếu tố j mức i kh Hệ số tỷ lệ Ln Mảng trực giao Me Kim loại Mđ Khối lượng kim loại đắp mối hàn MSDi Độ lệch bình phương trung bình thử nghiệm thứ i MKC.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn MKC.HV Mẫu kiểm chứng độ cứng mối hàn MKC.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn MKCĐ.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.HV Mẫu kiểm chứng Độ cứng kim loại mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu mĐB Khối lượng kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn mĐD Khối lượng kim loại đắp mối hàn từ dây m Trung bình tỷ số nhiễu mji Trung bình tỷ số tín hiệu/nhiễu ứng với mức yêu tố [Mn] (MnO)th MVR Hàm lượng mangan hòa tan kim loại lỏng Hàm lượng oxit mangan thuốc hàn (Multivariate Regression) – Hồi quy nhiều biến N Tỷ lệ kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn n Tổng số thí nghiệm thực nji Là số thử nghiệm yếu tố j mức i OEC (Overall Evaluation Criteria) - Chỉ số đánh giá tổng thể OECi Chỉ số đánh giá tổng thể với điều kiện thử nghiệm thứ i ix OECBj1 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng lớn tốt OECNj2 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng bình thường tốt OECSj3 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng nhỏ tốt [O] Hàm lương oxy kim loại lỏng PH Áp suất riêng phần hyđro nguyên tử pha khí PH2 Áp suất riêng phần hyđro phân tử pha khí PH2O Áp suất riêng phần nước pha khí PJ Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tới hàm mục tiêu PIh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố dòng điện hàn tới hàm mục tiêu PVh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tốc độ hàn tới hàm mục tiêu PN Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ KL bổ sung tới hàm mục tiêu pWPS q (Priliminary Welding procedure Specification)- Quy trình hàn sơ qđ SAW Cơng suất nhiệt hiệu dụng hồ quang Năng lượng đường (Submerged Arc Welding)- Hàn tự động lớp thuốc SJ Tổng bình phương yếu tố SIh Tổng bình phương yếu tố cường độ dòng hàn SVh Tổng bình phương yếu tố tốc độ hàn SN ST Tổng bình phương yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp S/N Tỷ số tín hiệu nhiễu T Tổng kết thí nghiệm TCVN Tính tổng bình phương Tiêu chuẩn Việt Nam Uh Điện áp hàn Vh Tốc độ hàn Vd Tốc độ cấp dây hàn VJ Bình phương trung bình (phương sai) yếu tố VIh Bình phương trung bình yếu tố cường độ dòng hàn VVh Bình phương trung bình yếu tố tốc độ hàn x ... 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 5 1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới... hydro với kim loại mối hàn 35 2.1.6.2 Tác dụng oxy với kim loại mối hàn 40 2.1.6.3 Tác động kim loại mối hàn với xỉ hàn .42 2.2 Hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ. .. đồ hàn hồ quang thuốc có kim loại bổ sung 44 Hình 2.18 Kim loại bổ sung cấp trước dây, thuốc hàn; .46 Hình 2.19 Kim loại bổ sung cấp thông qua ống gắn kết điện cực 46 Hình 2.20 Kim