Nghiên cứu xác định chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu ứng dụng để hàn nối cốt thép tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NCS HỒNG ĐỨC LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC TỐI ƯU ỨNG DỤNG ĐỂ HÀN NỐI CỐT THÉP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2019 Cơng trình hồn thành Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng Thương Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Bùi Văn Hạnh PGS TS Nguyễn Chỉ Sáng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng thương Tịa nhà trụ sở chính, số Đường Phạm Văn Đồng, Quận Cầu Giấy, Thành phố Hà Nội Vào hồi … … , ngày tháng Có thể tìm hiểu Luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí Thư viện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Ở Việt Nam nay, ngành xây dựng nhà cao tầng, cầu cống, thủy điện… phát triển mạnh Trong đó, việc nối cốt thép cơng trường cơng đoạn quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hiệu kinh tế cơng trình Hiện nay, phương pháp hàn mới: công nghệ hàn điện xỉ - áp lực bước đầu triển khai để hàn nối cốt thép, bước đầu có kết khả quan có tiềm ứng dụng rộng rãi Phương pháp có nhiều ưu điểm trội khắc phục nhược điểm phương pháp nối trước Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu kinh phí cịn hạn hẹp, nên vấn đề khoa học chuyên sâu cơng nghệ cịn chưa nghiên cứu cách thấu đáo có hệ thống Q trình tạo hồ quang để hình thành bể xỉ, trình truyền nhiệt, q trình nóng chảy hình thành mối hàn phức tạp, phụ thuộc nhiều vào chế độ hàn như: cường độ dòng điện hàn, điệp áp hàn, thời gian hàn áp lực hàn Các thông số công nghệ hàn điện xỉ áp lực chưa nghiên cứu chuyên sâu, đặc biệt thông số áp lực hàn (Ph) thời gian hàn (Th ) chưa chọn phù hợp loại đường kính danh nghĩa cốt thép hàn (dd.n) Ngồi ra, chưa làm chủ công nghệ thiết bị chuyên dụng, đặc biệt chưa có tiêu chuẩn quốc gia lĩnh vực này, chất lượng mối hàn thử nghiệm loại đường kính cốt thép khác cịn chưa ổn định Chính lý mà việc nghiên cứu tìm miền giá trị tối ưu thông số hàn điện xỉ - áp lực để nâng cao chất lượng hiệu kinh tế mối hàn nối cốt thép vấn đề cấp thiết có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao Mục đích nghiên cứu đề tài luận án Xác định thông số công nghệ hàn tối ưu, phù hợp với loại đường kính thép hàn, làm chủ quy trình cơng nghệ hàn nối đối đầu cốt thép với trang thiết bị, đồ gá hàn điện xỉ - áp lực tự chế tạo Việt Nam đưa vào ứng dụng thực tế công trường xây dựng Phạm vi nghiên cứu nội dung luận án - Nghiên cứu tổng quan phương pháp nối đầu cốt thép xây dựng ngồi nước, từ lựa chọn phương án hàn điện xỉ - áp lực hướng cơng nghệ hàn tiến tiến có nhiều ưu điểm bật có nhu cầu ứng dụng ngày lớn nước quốc tế Đồng thời phân tích sâu vấn đề chưa hồn thiện cần giải để làm sở khoa học cho nghiên cứu luận án - Nghiên cứu sở lý thuyết Hàn điện xỉ Hàn điện xỉ áp lực, xác định thông số chế độ hàn ảnh hưởng đến hình dáng chất lượng mối hàn Từ lựa chọn hàm mục tiêu yếu tố đầu vào cần nghiên cứu - Nghiên cứu thiết bị, đồ gá vật liệu hàn điện xỉ - áp lực hàn nối cốt thép Thiết kế, chế tạo đồ gá điều khiển tự động, có khả cài đặt thực xác chế độ cơng nghệ hàn Thực nghiệm hàn điện xỉ - áp lực nối đối đầu cốt thép xây dựng (mác CB400-V) có đường kính danh nghĩa phổ biến dd.n = 25 mm phương pháp quy hoạch trực giao kiểu mức yếu tố đầu vào có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hình dáng mối hàn - Xây dựng mơ hình tốn học thực nghiệm biểu diễn phụ thuộc hàm mục tiêu đầu (hình dáng chất lượng mối hàn) vào yếu tố cơng nghệ làm sở khoa học cho việc lựa chọn chế độ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu cho đảm bảo chất lượng mối hàn tốt đạt mục tiêu kinh tế cơng trình xây dựng - Sử dụng chế độ cơng nghệ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu miền khảo sát luận án để hàn nối đối đầu cốt thép áp dụng vào vài công trình xây dựng Việt Nam Tiến hành kiểm tra chất lượng mối hàn, đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật công nghệ Hàn điện xỉ - áp lực ứng dụng hàn nối cốt thép xây dựng Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với quy hoạch thực nghiệm Ý nghĩa khoa học kết luận án - Thông qua việc nghiên cứu chuyên sâu chất trình hàn điện xỉ - áp lực xác định thơng số chế độ hàn có ảnh hưởng mạnh đến hình dáng chất lượng mối hàn nối cốt thép - Ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N = 33 = 27 (N27) để tính tốn xây dựng mơ hình tốn học mô tả quan hệ hàm mục tiêu đầu vào thơng qua tiêu chí hình dáng hình học, độ bền kéo mối hàn với số thông số công nghệ hàn lựa chọn gồm: cường độ dịng điện hàn (Ih, A), thời gian hàn (Th, s), áp lực hàn (Ph, MPa) làm sở khoa học cho việc lựa chọn chế độ hàn tối ưu hoàn thiện thiết bị hàn điện xỉ - áp lực điều kiện thực tiễn Việt Nam - Bằng cách sử dụng đồ gá hàn chuyên dụng, thông số chế độ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu (Ih; Th; Ph) điều khiển tự động với độ xác cao góp phần đạt mối hàn có chất lượng tốt hình dáng mong muốn Ý nghĩa thực tiễn kết luận án - Kết luận án hồn thiện cơng nghệ thiết bị hàn điện xỉ - áp lực, góp phần triển khai ứng dụng công nghệ với nhiều ưu điểm trội vào sản xuất Công nghệ hàn điện xỉ - áp lực đưa vào áp dụng kiểm chứng số cơng trình xây dựng nhà cao tầng với kết khả quan, nâng cao chất lượng mối hàn suất lao động, góp phần giảm giá thành cơng trình đáng kể Tính kết luận án - Trên sở phân tích đánh giá quy trình công nghệ kết thử nghiệm phương pháp hàn điện xỉ - áp lực, thiết kế, chế tạo đồ gá hàn chuyên dụng có điều khiển tự động (PLC) để cài đặt xác chu trình hàn, thời gian hàn (Th), áp lực hàn (Ph) với độ tin cậy cao - Bằng phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố để thăm dò định hướng công nghệ, xác định quy luật ảnh hưởng thông số công nghệ hàn mới: áp lực hàn (Ph) đến hàm mục tiêu chất lượng mối hàn thông qua tiêu chí độ bền kéo mối hàn (K, MPa) đồ thị trực quan 2D Từ xác định miền điều chỉnh lựa chọn áp lực hàn cách có sở khoa học thực tiễn tin cậy - Ứng dụng phương pháp quy hoạch trực giao kiểu mức yếu tố đầu vào N = 33 = 27 (N27) với yếu tố đầu vào cường độ dòng điện hàn (Ih, A), thời gian hàn (Th,s), áp lực hàn (Ph, MPa) áp dụng cho đường kính danh nghĩa cốt thép ddn = 25 mm, xác định mơ hình tốn học lượng hóa quy luật ảnh hưởng chúng đến hàm mục tiêu đầu sau: + Độ bền kéo dọc trục cốt thép hàn Y1 = K, MPa + Độ nở phình trung bình theo hướng kính mối hàn Y3 = dh, mm - Nhờ trợ giúp phần mềm tin học chuyên dụng đưa đồ thị trực quan 3D biểu diễn ảnh hưởng chế độ hàn điện xỉ - áp lực đến chất lượng hình dáng mối hàn Kết hợp với việc đánh giá kết thí nghiệm đồ thị 2D, lựa chọn thơng số chế độ hàn tối ưu cho đường kính cốt thép chọn - Bằng phân tích đánh giá tổ chức thô đại mối hàn, tổ chức tế vi vật liệu tâm mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt số mẫu thí nghiệm điển hình nhận theo quy hoạch thực nghiệm N27, làm rõ đặc tính tổ chức vật liệu mối hàn cốt thép xây dựng phương pháp hàn điện xỉ - áp lực, làm sở khoa học cho việc đánh giá tổng hợp chất lượng kết cấu hàn chế hình thành mối hàn - Đã áp dụng thử thành công kết luận án số cơng trình xây dựng Việt Nam Kết kiểm định mối hàn cho thấy chất lượng mối hàn tốt ổn định, mối hàn có hình dáng hình học đạt u cầu mong muốn Điều củng cố niềm tin doanh nghiệp xây dựng nước vào tiềm phát triển lớn công nghệ vào nhiều cơng trình xây dựng nước ta Cấu trúc luận án Ngoài Mục lục, phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến luận án, luận án trình bày 132 trang chế điện tử khổ A4, với chương sau: Mở đầu - Chương 1: Tổng quan công nghệ nối cốt thép; - Chương 2: Cơ sở lý thuyết hàn điện xỉ hàn điện xỉ - áp lực - Chương 3: Vật liệu, trang thiết bị thí nghiệm phương pháp nghiên cứu; - Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn đến đặc tính mối hàn điện xỉ - áp lực; - Chương 5: Ứng dụng hàn thực nghiệm công trường, đánh giá chất lượng, hiệu kinh tế kỹ thuật công nghệ hàn điện xỉ - áp lực; Kết luận chung luận án; CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NỐI CỐT THÉP 1.1 Khái quát phương pháp nối cốt thép xây dựng 1.1.1 Nối cốt thép phương pháp buộc chồng 1.1.2 Nối cốt thép ống nối dập ép 1.1.3 Nối cốt thép ống ren 1.1.4 Nối cốt thép kẹp cóc 1.1.5 Một số phương pháp hàn nối cốt thép 1.1.5.1 Nối cốt thép hàn hồ quang tay 1.1.5.2 Nối cốt thép hàn điện trở đối đầu 1.2 Nối cốt thép hàn điện xỉ - áp lực, trạng nghiên cứu ứng dụng nước quốc tế 1.2.1 Nối cốt thép phương pháp hàn điện xỉ - áp lực Việc hàn nối cốt thép thực nhờ áp dụng công nghệ hàn điện xỉ kết hợp với tạo áp lực để hình thành mối hàn Mơ hình hàn đối đầu cốt thép công nghệ hàn điện xỉ áp lực minh họa Hình 1.1 Hình 1.1 Hàn điện xỉ - áp lực 1.2.2 Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ- áp lực nước quốc tế a Trong nước Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Cơng Thương) chủ trì thực đề tài nghiên cứu khoa học cấp Sở Khoa học Công nghệ Hà Nội (Mã số TC-CN/01-08-2) vấn đề ứng dụng phương pháp hàn đối đầu thép cơng nghệ hàn điện xỉ - áp lực có kết khả quan Nhưng phạm vi nghiên cứu kinh phí cịn hạn hẹp, nên vấn đề khoa học chun sâu cơng nghệ cịn chưa thực cách thấu đáo có hệ thống b Quốc tế Trung Quốc sản xuất thiết bị đồ gá điều khiển tay để ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực trường Đã đưa quy trình hàn dải chế độ hàn tùy thuộc vào loại đường kính cốt thép từ 16-32mm Việc ứng dụng phương pháp hàn nhà nước Trung Quốc cho phép quy định tiêu chuẩn ngành xây dựng JGJ18-2003, JGJ107-2003 Tuy nhiên, thực tế sản xuất, việc quản lý chất lượng mối hàn khó khăn Chất lượng mối hàn khơng đồng có nhiều khuyết tật khơng ngấu, ngậm xỉ, nứt rìa mối hàn…Đặc biệt, Mối hàn có hình dáng khơng cân đối, hay bị chảy xệ bên, kích thước khơng đều, mối hàn khơng khống chế kích thước nên thường to nhiều so với yêu cầu, ảnh hưởng lớn đến hiệu kinh tế cơng trình 1.2.3 Các vấn đề hạn chế, tồn định hướng nghiên cứu Hình dáng mối hàn chưa đồng đều, nhiều trường hợp bị lệch tâm chảy xệ Kích thước mối hàn thường to so với tiêu chuẩn (Δdh >4mm) [8] Việc dẫn đến lãng phí vật liệu, lượng, thời gian hàn Mối hàn bị nứt Mối hàn không ngấu, bị ngậm xỉ, rỗ khí Vận hành đồ gá hàn tay nên việc thiết lập chế độ hàn khơng xác, phụ thuộc nhiều vào tay nghề công nhân Khoảng điều chỉnh bảng chế độ hàn rộng, chưa xác định miền tối ưu thông số hàn : Ih, Th… Chưa nghiên cứu đến ảnh hưởng áp lực hàn Ph đến chất lượng hình dáng mối hàn, áp lực hàn không khống chế mà phụ thuộc hồn tồn vào người cơng nhân Như vậy, từ nghiên cứu tổng hợp tình hình thực tiễn cơng nghệ nối cốt thép trình bày phần trên, vấn đề tìm giải pháp cơng nghệ đảm bảo khắc phục hạn chế cần thiết Điều dẫn đến việc lựa chọn số thông số công nghệ hàn điện xỉ - áp lực có ảnh hưởng mạnh đến q trình hình thành chất lượng mối hàn thơng qua thí nghiệm chun sâu Đặc biệt thơng số cơng nghệ áp lực hàn cần phải nghiên cứu khảo sát định lượng để đánh giá ảnh hưởng đến hàm mục tiêu đầu cơng trình luận án KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nghiên cứu tài liệu tham khảo đánh giá khái quát tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp nối cốt thép ta có kết luận sau: Cơng nghệ hàn điện xỉ - áp lực phương pháp hàn nối cốt thép tiên tiến có nhiều ưu điểm trội so với phương pháp nối truyền thống, đảm bảo chất lượng mối hàn nối cốt thép tốt, khả chịu tải kết cấu cơng trình cao, giá thành thi công kết cấu hợp lý đặc biệt đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ngày nâng cao cơng trình xây dựng quan trọng nước Ở Việt Nam Trung Quốc gần có nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực vào cơng trình xây dựng bước đầu có kết khả quan Tuy nhiên nhiều vấn đề hạn chế, tồn cần giải đặc biệt chất lượng mối hàn chưa ổn định, chế độ hàn chưa lựa chọn phù hợp nhất, thiết bị hàn chưa tự động hóa… Vì vậy, vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu để có sở khoa học minh chứng cho việc làm chủ đưa vào ứng dụng thực tiễn cơng trình xây dựng trọng điểm, góp phần nâng cao chất lượng hiệu kinh tế cơng trình xây dựng CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC 2.1 Cơ sở lý thuyết Công nghệ hàn điện xỉ 2.1.1 Nguyên lý Công nghệ hàn điện xỉ Hình 2.1 Sơ đồ trình hàn điện xỉ vị trí đứng [26] 2.1.2 Các bước công nghệ Công nghệ hàn điện xỉ 2.1.2.1 Chuẩn bị mối nối 2.1.2.2 Định vị mối nối 2.1.2.3 Nối điện cực với thép hàn 2.1.2.4 Bắt đầu kết thúc trình hàn 2.1.2.5 Kiểm tra mối hàn 2.1.3 Phạm vi ứng dụng, ưu điểm hạn chế hàn điện xỉ 2.2 Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn điện xỉ - áp lực 2.2.1 Nguyên lý công nghệ hàn điện xỉ - áp lực Hàn điện xỉ - áp lực dựa nguyên lý phương pháp hàn điện xỉ thơng thường Q trình hàn sử dụng hồ quang hai đầu cốt thép để nung chảy thuốc hàn tạo bể xỉ Bể xỉ nóng có nhiệt độ cao vào khoảng 19250C [26], cao nhiệt độ nóng chảy thép xây dựng 11470C, làm chảy hai đầu thép hàn Tuy nhiên lúc việc cấp thêm kim loại bù vào bể xỉ khó khăn khơng thuận tiện cho việc thao tác cơng trường Do vậy, để hình thành mối hàn cần di chuyển ép chặt hai đầu thép nóng chảy lại với Mơ hình để hàn cốt thép cơng nghệ hàn điện xỉ áp lực minh họa sau (hình 2.2): Hình 2.2 Mơ hình hàn điện xỉ - áp lực 7 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 Các thép phía nối với máy hàn thơng qua kìm hàn Xung quanh mối nối bao bọc thuốc hàn 2.2.2 Các bước công nghệ Công nghệ hàn điện xỉ - áp lực Chuẩn bị mối hàn Tạo hồ quang Quá trình điện xỉ Tạo bể xỉ Tạo áp lực hình thành mối hàn Hình 2.3 Các bước công nghệ Công nghệ hàn điện xỉ - áp lực 2.2.3 Phạm vi ứng dụng, ưu điểm hạn chế Hàn điện xỉ - áp lực 2.2.3.1 Phạm vi ứng dụng Hàn điện xỉ - áp lực thường dùng để hàn loại cốt thép vị trí thẳng đứng gần thẳng đứng khoảng nghiêng từ 10-150 Cũng hàn độ nghiêng lớn đến 450, nhiên cần có chế độ hàn đồ gá hàn đặc biệt Thường dùng để hàn thép xây dựng thép hợp kim thấp có dải đường kính từ 14 36mm 2.2.3.2 Ưu điểm phương pháp hàn điện xỉ- áp lực hàn nối cốt thép - Trang thiết bị hàn gọn nhẹ, thuận lợi cho việc thao tác công trường, khơng gian chật hẹp - Có thể hàn nối loại cốt thép có hình dạng tiết diện ngang khác nhau: trịn, van, vng, chữ nhật… nối cốt thép có kích thước khác nhau; - 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; - Chất lượng mối hàn cao (do bảo vệ lớp thuốc hàn nóng chảy mối hàn hình thành áp lực hàn), khơng rỗ, không ngậm xỉ, kim loại mối hàn đồng với kim loại không cần kim loại bù - Vì cốt thép hàn đồng tâm nên khả chịu lực kéo, chịu nén, chịu uốn thép tăng - Không ô nhiễm môi trường: không khói, khơng hồ quang, khơng tiếng ồn; - Tiết kiệm cốt thép so với phương pháp nối cốt thép khác 2.2.3.3 Những hạn chế Hàn điện xỉ - áp lực - Yêu cầu cán kỹ thuật cơng nhân có trình độ chun mơn kỹ vận hành máy cao so với phương pháp hàn nối thông thường khác; - Chỉ hàn thép vị trí thẳng đứng có độ nghiêng nhỏ - Không hàn thép hợp kim cao - Chất lượng kích thước mối hàn phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thao tác 2.3 Các thông số đặc trưng có ảnh hưởng định đến hình dáng chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực 2.3.1 Thông số đặc trưng chất lượng mối hàn Khi sử dụng cốt thép, yêu cầu bắt buộc phải kiểm tra tính cốt thép Trong độ bền kéo thông số để đánh giá tính, chất lượng cốt thép Đối với hàn điện xỉ áp lực, sau loạt hàn cần lấy mẫu hàn nối để kiểm tra độ bền kéo Nếu có mẫu thử mà giá trị bền kéo thấp giới hạn bền cho phép cốt thép hàn phải lấy số lượng mẫu gấp đơi để tiến hành kiểm tra lại Như vậy, với yêu cầu bắt buộc phải kiểm tra độ bền kéo mức độ quan trọng chúng hàn, ta lựa chọn hàm mục tiêu đánh giá chất lượng mối hàn Y1 độ bền kéo liên kết hàn K 2.3.2 Thơng số đặc trưng hình dáng mối hàn Nhìn vào mặt cắt ngang mối hàn điện xỉ áp lực, ta nhận thấy độ nở phình mối hàn thơng số quan trọng lý sau : Đây thông số quy định tiêu chuẩn xây dựng dh >4m [8]; Tăng khả liên kết cốt thép bê tông; Tăng tiết diện ngang mối hàn nên tăng khả chịu tải mối hàn; Toàn khuyết tật đẩy ngoài, bảo đảm phần tiết diện dọc theo trục thép khơng có khuyết tật Như vậy, độ nở phình hướng kính mối hàn dh thông số quan trọng hình dáng mà chất lượng mối hàn Do lựa chọn hàm mục tiêu Y3 độ nở phình dh Mơ hình tốn học nhận tương ứng với đồ thị 3D hình 4.6 hàm phi tuyến bậc 2: Khi Ph = 2,5 MPa: Y1= 1482,93481+ 0,6611.Ih+105,5694.Th0,0002 I + 0,0031.Ih.Th 1,6956.T 2 h (4.1) h Khi Ph = 4,5 MPa: Y1 =  541,8156 +0,5507.Ih + 59,6278.Th + 0,0002 I  0,0027.Ih.Th  0,9344.T h (4.2) h Khi Ph = 6,5 MPa: Y1 =  388,1919 + 0,1861.Ih + 61,5462.Th + 6,9383 I  0,0031.Ih.Th  0,9622 T h (4.3) h Để bảo đảm điều kiện bền cốt thép hàm Y1 phải thỏa mãn: Y1 ≥ 570MPa [3] 4.2.1.5 Lựa chọn chế độ hànđiện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ bền kéo mối hàn K = f(I h, T h, P h) Như khảo sát với hàm mục tiêu đầu độ bền kéo mối hàn, lựa chọn dải thông số tối ưu miền khảo sát yếu tố đầu vào là: Ph = 4,5 - 6,5MPa Ih = 430 - 450 A Th = 28 - 32 s 4.2.2 Ảnh hưởng chế độ hàn đến kích thước hình học mối hàn điện xỉ - áp lực Trong bảng 4.4 trình bày kết đo tính tốn đường kính trung bình (dt.b) độ nở phình hướng kính (dh) mối hàn điện xỉ - áp lực nhận theo quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 với loại cốt thép hàn dd.n = 25 mm, mác thép CB400-V Bảng 4.4 Kết đo tính tốn đường kính trung bình độ nở phình hướng kính mối hàn điện xỉ - áp lực dh mẫu QHTN N27 Số TN Mã số QH TN Lô số 1: 01 000 02 010 03 020 04 100 05 110 06 120 07 200 08 210 09 220 Lô số 2: 10 001 Chế độ hàn Ih (A) Vị trí đo đường kính mối hàn theo mặt cắt ngang d i, (độ) Đường Độ nở phình kính hướng kính trung mối hàn, bình, dt.b, dh, mm mm Th Ph (s) (MPa) 30 60 90 120 150 10 11 300 300 300 450 450 450 600 600 600 25 30 35 25 30 35 25 30 35 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 31,5 34,5 32,5 34,0 36,5 35,0 35,0 38,5 38,0 31,5 34,5 33,0 34,0 37,0 35,0 35,0 38,5 38,0 31,0 35,0 33,5 33,5 37,5 35,5 36,0 39,5 38,5 31,0 34,5 33,0 33,0 37,0 35,5 36,0 39,5 38,5 31,2500 34,7500 33,0833 33,7500 37,0833 35,2500 35,5833 39,0833 38,2500 300 25 4,5 33,5 34,0 34,5 34,5 34,5 34,0 34,1666 31,5 31,0 35,0 ,35,0 33,0 , 33,5 34,0 , 33,5 37,0 37,5 35,0 35,5 35,5 36,0 39,0 39,5 38,0 38,5 20 12 13 3,1250 4,8750 4,4041 4,3750 6,0416 5,1250 5,2916 7,0416 6,6250 4,5833 11 12 13 14 15 16 17 18 Lô 19 20 21 22 23 24 25 26 27 011 021 101 111 121 201 211 221 số 3: 002 012 022 102 112 122 202 212 222 300 300 450 450 450 600 600 600 30 35 25 30 35 25 30 35 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 39,0 36,5 37,5 42,0 40,0 40,0 45,0 44,0 39,0 37,0 37,5 42,5 40,5 40,5 45,5 44,5 39,0 37,5 38,0 42,5 40,5 41,0 45,5 44,0 38,5 37,5 38,0 42,5 40,5 41,0 46,0 43,5 38,5 37,5 38,0 42,5 40,0 40,5 45,0 43,5 38,5 37,0 37,0 42,0 39,5 40,0 45,0 43,5 38,7500 37,1666 37,6666 42,3333 40,1666 40,5000 45,3333 43,8333 6,8750 6,0833 6,3333 8,6666 7,5833 7,7500 10,1666 9,4166 300 300 300 450 450 450 600 600 600 25 30 35 25 30 35 25 30 35 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 35,5 41,0 39,0 39,0 43,5 42,5 41,0 46,0 44,0 35,5 40,5 39,5 39,0 43,5 42,0 41,0 46,5 44,0 36,0 40,0 39,5 38,5 43,5 42,0 41,5 47,0 44,5 36,0 40,0 39,0 38,5 44,0 42,0 41,5 46,5 44,5 36,0 40,5 39,0 38,0 44,0 42,5 41,5 46,5 44,5 35,0 41,0 39,0 38,0 43,5 42,5 41,5 46,5 44,5 35,6666 40,5000 39,1666 38,5000 43,6666 42,2500 41,3333 46,5000 44,3333 5,3333 7,7500 7,0833 6,7500 9,3333 8,6250 8,1666 10,7500 9,6666 4.2.2.1 Sự ảnh hưởng dòng điện hàn I h thời gian hàn T h đến độ nở phình hướng kính mối hàn mức P h khác b) a) Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng đồng thời thời gian hàn (T h) cường độ dòng điện hàn (I h) đến độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn (dh) mức áp lực hàn (Ph) khác nhau: a) Ph = 2,5 MPa; b) Ph = 4,5 MPa;c) Ph = 6,5 MPa c) 21 4.2.2.2 Đường kính trung bình độ nở phình hướng kính mối hàn mức T h khác b) a) Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng đồng thời áp lực hàn (P h) cường độ dòng điện hàn (Ih) đến độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn điện xỉ - áp lực (dh) mức thời gian hàn (Th) nhau: a) Th= 25 s; b) Th= 30 s; c) Th = 35 s c) 4.2.2.3 Đường kính trung bình độ nở phình hướng kính mối hàn mức Ih khác a) b) Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng đồng thời áp lực hàn (P h) thời gian hàn (Th) đến độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn điện xỉ - áp lực (dh) mức dòng hàn (Ih) khác nhau: a) I h= 300A; b) I h= 450A; c) I h = 600A c) 4.2.2.4 Mơ hình hóa tốn học ảnh hưởng chế độ hàn đến độ nở phình hướng kính mối dh = f(I h, T h, P h) Sử dụng phần mềm xử lý số liệu thống kê STATISTICA để xử lý số liệu Bảng 4.4 để đưa đồ thị không gian chiều (3D) biểu thức toán học thể mức độ ảnh hưởng đồng thời hai thơng số gồm cường độ dòng điện hàn (Ih = 300  600 A ) thời gian hàn (Th = 25  35 s ) mức cố định thống số áp lực hàn (Ph = 2,5 MPa, Ph = 4,5 MPa Ph = 6,5 MPa) đến hàm mục tiêu đầu độ nở phình hướng kính mối hàn Y3 = Δdh (mm) 22 a) b) Hình 4.10 Độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn điện xỉ áp lực Y3 = dh= f(Ih, Th) chế độ Ph = 2,5 MPa (a); Ph = 4,5 MPa (b) Ph = 6,5 MPa (c) c) Mơ hình tốn học nhận tương ứng với đồ thị 3D hình 4.10 hàm phi tuyến bậc 2: Khi Ph = 2,5 MPa: Y3 =  41,8466 + 0,0049.Ih + 2,8923.Th + 2,0679.106 I h2 + 1,8063.105.Ih.Th 0,0465.T h (4.4) Khi Ph = 4,5 MPa: Y3 =  58,8466 + 0,0112.Ih + 3,9889.Th 2,1604.106 I + 5,5553.105.Ih.Th 0,0644 T h h (4.5) Khi Ph = 6,5 MPa: Y3 =  62,3566 + 0,0163.Ih + 4,225.Th 4,9384.106 I  8,3333.105.Ih.Th 0,0669 T h h (4.6) Giá trị hàm Y3 theo tiêu chuẩn quy định Y3>4mm [8] Để bảo đảm yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế, ta lựa chọn miền giá trị độ nở phình hướng kính mối hàn là: 5mm ≤ Y3 ≤ 8mm 4.2.2.5 Lựa chọn chế độ hàn điện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ nở phình hướng kính mối hàn dh = f(I h, T h, P h ) Như vậy, khảo sát với hàm mục tiêu đầu độ nở phình hướng kính mối hàn, lựa chọn dải thông số tối ưu miền khảo sát yếu tố đầu vào là: Ph = 4,5 - 6,5 MPa Ih = 400 - 450 A Th = 25 - 30 s 4.3 Lựa chọn thông số chế độ hàn tối ưu miền khảo sát bảo đảm thỏa mãn hàm mục tiêu hình dáng chất lượng mối hàn Quy luật ảnh hưởng thơng số cơng nghệ khảo sát theo quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 đến hàm mục tiêu đầu cần tìm thể cách trực quan, tổng quát rõ nét qua đồ thị 2D, 3D biểu thức toán học bậc Sau phân tích với hàm mục tiêu cụ thể, chọn giá trị phù hợp trường hợp Tuy nhiên, dải thông số khác Do cần lựa chọn thông số thống nhằm thỏa mãn hai mục tiêu cần đạt yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế 23 Như vậy, ta lựa chọn thông số chế độ hàn tối ưu miền khảo sát áp dụng để hàn nối cốt thép xây dựng mác CB400-V có đường kính D25mm sau: Ph = 6,5 MPa Ih = 430A Th = 28 s Việc xác định thông số hàn phù hợp với đường kính cốt thép khác tiến hành tương tự làm với trường hợp cốt thép D25mm 4.4 Kiểm tra tố chức tế vi vật liệu mối hàn Phân tích, đánh giá so sánh với kết nghiên cứu thực nghiệm Để đánh giá cách tổng quát chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực, ta tiến hành chụp phân tích ảnh tổ chức tế vi liên kết hàn mẫu nút quy hoạch thực nghiệm khác Sau phân tích, so sánh để đánh giá tương thích với chất lượng mối hàn làm thí nghiệm + Nhóm 1: Dịng hàn I h = 300-450 A a) Mẫu 1.0, vùng 1, x25 b) Mẫu 1.0, vùng 2, x100 c) Mẫu 1.0, vùng 3, x100 d) Mẫu 2.2, vùng 1, x25 e) Mẫu 2.2, vùng 2, x100 f) Mẫu 2.2, vùng 3, x100 g) Mẫu 4.6, vùng 1, x25 h) Mẫu 4.6, vùng 2, x100 i) Mẫu 4.6, vùng 3, x100 Hình 4.11 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn điện xỉ - áp lực vùng ảnh hưởng nhiệt thực Trung tâm COMFA (nhóm : Ih = 300; 450 A) Tại vùng khảo sát biến dạng dẻo tâm mối hàn (vùng 1) hình thành liên kết kim loại vật liệu dẻo hai thép có vài tiểu vùng cấu trúc cục có mầu xám pha Peclit màu sáng trắng pha ferrit (hình 4.11, a,d,g) với cấu trúc hạt mịn Điều giải thích mẫu khảo sát nhận chế độ hàn với mức áp lực hàn Ph thời gian hàn Th khác nhau, dẫn đến mối hàn có biến dạng dẻo vật liệu hàn nhận mức độ khác Mẫu 4.6 2.2 có Ph = 4,5 Mpa lớn mẫu 1.0 (Ph =2,5Mpa) nên cấu trúc vùng rộng hơn, hạt có độ mịn Ở đây, ta thấy rõ cấu trục vật liệu vùng có độ hạt lớn so với vùng trung tâm mối hàn (vùng 1) Điều giải thích kim loại vùng chịu ảnh hưởng lớn nhiệt hàn khơng có q trình biến dạng dẻo nên có độ hạt lớn kim loại tâm mối hàn vùng 24 + Nhóm 2: Dịng hàn I h = 450 A a) Mẫu 3.0, vùng 1, x25 b) Mẫu 3.0, vùng 2, x100 c) Mẫu 3.0, vùng 3, x100 d) Mẫu 3.2, vùng 1, x25 e) Mẫu 3.2, vùng 2, x100 f) Mẫu 3.2, vùng 3, x100 Hình 4.12 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn điện xỉ - áp lực vùng ảnh hưởng nhiệt thực Trung tâm COMFA (nhóm Ih = 450 A) Qua phân tích ta nhận thấy dịng điện hàn mức trung bình phù hợp, tăng áp lực hàn tăng kích thước vùng biến dạng dẻo tâm mối hàn chất lượng mối hàn, tăng thời gian hàn cao (trên 30s) làm tăng kích thước hạt giảm tính mối hàn Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm phần + Nhóm 3: Dịng hàn I h = 600 A a) Mẫu 1.24, vùng 1, x25 b) Mẫu 1.24, vùng 2, x100 c) Mẫu 1.24, vùng 3, x100 d) Mẫu 1.7, vùng 1, x25 e) Mẫu 1.7, vùng 2, x100 f) Mẫu 1.7, vùng 3, x100 Hình 4.13 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn điện xỉ - áp lực vùng ảnh hưởng nhiệt thực Trung tâm COMFA (nhóm 3: Ih = 600 A) 25 Ở ta thấy rõ cấu trục vật liệu vùng khảo sát có độ hạt lớn so với vùng trung tâm mối hàn vùng khảo sát (hình 4.13, a,d) Độ hạt mẫu 1.7 thơ mẫu 1.24 giải thích dịng hàn thời gian hàn lâu (Th =35s) dẫn đến khu vực ảnh hưởng nhiệt lớn hơn, nên độ hạt thơ hơn, tính mối hàn giảm Hiện tượng phù hợp với việc lựa chọn thời gian hàn mức thấp (Th= 28s) Như vậy, sau phân tích đánh giá tổ chức tế vi nhóm mẫu thí nghiệm điển hình, ta nhận thấy cấu trúc tế vi mối hàn thay đổi với thay đổi thông số chế độ hàn làm thay đổi tính mối hàn theo xu hướng hồn tồn tương thích với nghiên cứu thực nghiệm thực phần Qua ta nhận thấy kết nghiên cứu thực nghiệm có ý nghĩa thực tiễn độ tin cậy cao, hoàn toàn phù hợp với kết kiểm tra, đánh giá thực tế KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã xác định miền điều chỉnh thông số cơng nghệ theo mức để thành lập ma trận thực nghiệm theo quy hoạch trực giao kiểu mức yếu tố đầu vào (N = 33 = 27) dựa kinh nghiệm thực tiễn kết nghiên cứu định hướng trước cách có sở khoa học sau: Ih = 300  600 A; Th = 25  35s P h = 2,5  6,5 MPa Tiến hành thí nghiệm với đồ gá hàn tự động đặc biệt nhằm xác định ảnh hưởng riêng biệt thông số thời gian hàn (Th, s), áp lực hàn (Ph, MPa), cường độ dòng điện hàn (Ih, A) đến độ bền kéo mối hàn (K, MPa) độ nở phình hướng kính mối hàn (dh, mm) Bằng phương pháp xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm theo quy hoạch trực giao kiểu N27 nhận phương trình tốn học hàm mục tiêu đầu cần tìm Đã đưa đồ thị tương ứng với trường hợp cụ thể với chế độ hàn mức cố định thơng số cơng nghệ đầu vào khảo sát lựa chọn dạng 2D 3D Việc phân tích thảo luận khoa học kết nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn thông số công nghệ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu miền khảo sát ứng dụng cho cốt thép có đường kính ddn = 25mm sau: Ih = 430 A; Th = 28s P h = 6,5 MPa 26 Chương ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC TẠI CÔNG TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT 5.1 Ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực công trường xây dựng Việt Nam Từ kết thực nghiệm nêu luận án, tiến hành ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực với chế độ hàn tối ưu số cơng trình xây dựng nhà cao tầng khu vực Hà Nội tỉnh, thành phố Việt Nam Trên hình 5.1 ảnh chụp hàn thử nghiệm cốt thép số cơng trường xây dựng a) b) c) d) Hình 5.1 Ứng dụng kết luận án công trường xây dựng nhà cao tầng thànhphố Hà Nội (a,b) Thành phố Vinh (c,d) Trong thực tế, quy trình công nghệ hàn điện xỉ - áp lực thiết bị sử dụng thuận lợi thi công công trường nhà thầu đánh giá cao hiệu ứng dụng công nghệ Kiểm tra hình dạng hình học mối hàn điện xỉ - áp lực trực tiếp công trường xây dựng cho thấy độ nở phình hướng kính nằm phạm vi dự báo nêu trình nghiên cứu Độ bền kéo, bền uốn đạt yêu cầu 27 Hình 5.2 Kiểm tra độ bền kéo mối hàn công trường xây dựng 5.2 Đánh giá chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực với chế độ hàn tối ưu 5.2.1 Kiểm tra độ bền kéo mối hàn Đánh giá độ bền mối hàn thơng qua tiêu chí độ bền kéo dọc trục cốt thép hàn (mác CB400-V) phải đảm bảo đạt yêu cầu theo TCVN 1651-2: 2008 [2] Tiến hành hàn mẫu thử với chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu lựa chọn: Ih = 430A, Th = 28s, Ph = 6,5 MPa Hình 5.3 Kiểm tra độ bền kéo với chế độ hàn tối ưu Kết thử kéo liên kết hàn cho bảng 5.1 Có thể nhận xét tất mẫu thử kéo có độ bền phá hủy cao cường độ bền yêu cầu mác thép CB400-V theo TCVN 16512:2008 [2] Các vị trí co thắt đứt mẫu nằm khu vực mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Như vậy, mối hàn điện xỉ - áp lực với chế độ hàn tối ưu có độ bền kéo bảo đảm tiêu chuẩn xây dựng 28 Bảng 5.1 Kết thử kéo mối hàn điện xỉ - áp lực TT TÊN TIÊU CHÍ Thử kéo Kích thước mẫu thử Lực lớn Giới hạn bền Vị trí đứt Thử kéo Kích thước mẫu thử Lực lớn Giới hạn bền Vị trí đứt Thử kéo Kích thước mẫu thử Lực lớn Giới hạn bền Vị trí đứt PHƯƠNG PHÁP THỬ KẾT QUẢ ASTM A370-15 mm kN MPa 15,0 121,9 690 Vùng kim loại ASTM A370-15 mm kN MPa 14,9 115,8 664 Vùng kim loại ASTM A370-15 mm kN MPa 15,3 123,8 673 Vùng kim loại 5.2.2 Kiểm tra kích thước hình học tổ chức kim loại mối hàn Việc kiểm tra kích thước tổ chức kim loại mối hàn thực PTN kim loại học nhiệt luyện - Viện KH KT vật liệu - Trường Đại học bách khoa Hà Nội Hình 5.4 Kiểm tra kích thước tổ chức thơ đại mối hàn Từ ảnh chụp thô đại mối hàn cho thấy mối hàn có hình dạng độ ngấu tốt, không bị lẫn xỉ tạp chất khác Không xuất nứt, rỗ phạm vi đường kính thép (phạm vi tiết diện chịu lực) Phần phình mối hàn xuất rỗ phạm vi cho phép nằm ngồi phần tiết diện thép chịu lực nên không làm giảm khả chịu lực so với thép ban đầu Độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn nằm phạm vi khảo sát tính tốn luận văn: 5mm < Δdh = 6,7mm < 8mm 29 Bảng 5.2 Bảng kết kiểm tra mối hàn TT Tiêu chí kiểm tra Hình dạng mối hàn Độ nở phình hướng kính trung bình mối hàn Mức độ ngấu Mức độ nóng chảy Khuyết tật nứt Khuyết tật ngậm xỉ Kết đánh giá Tốt 6,7mm Tốt Tốt Khơng có Khơng có Đánh giá tổ chức tế vi kim loại mối hàn thông qua ảnh chụp tổ chức tế vi kim loại với độ phóng đại x100 x500 lần Kết thu hình sau: Kim loại x100 Vùng ảnh hưởng nhiệt x100 Kim loại mối hàn x100 Kim loại x500 Vùng ảnh hưởng nhiệt x500 Kim loại mối hàn x500 Hình 5.5 Ảnh chụp tổ chức tế vi liên kết hàn Thông qua ảnh chụp ta thấy tổ chức kim loại có thay đổi rõ rệt từ vùng kim loại tới kim loại mối hàn Tại vùng ảnh hưởng nhiệt kim loại mối hàn, tính chất dạng thớ dọc có cán kim loại khơng cịn Với mức độ phóng đại (x100 x500) cho ta thấy thay đổi kích thước hạt cách rõ nét từ vùng kim loại tới vùng kim loại mối hàn Kích thước hạt tăng dần từ kim loại đến kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt Kích thước hạt kim loại mối hàn lớn kim loại bản, nhiên lại nhỏ vùng ảnh hưởng nhiệt có tác động áp lực hàn gây tượng biến dạng dẻo tâm mối hàn Thành phần tổ chức kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt hoàn toàn giống với kim loại bản, khác kích thước hạt (do phương pháp hàn không sử dụng kim loại phụ) Với hàm lượng bon 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 chung biên giới hạt 30 Qua việc phân tích đánh giá ảnh chụp thô đại tổ chức tế vi mối hàn điện xỉ - áp lực tối ưu ta nhận kết tương đồng phù hợp với kết nghiên cứu trước luận án Độ bền kéo kích thước hình học mối hàn đạt kết cao tính tốn Do vậy, ta kết luận, chế độ hàn tối ưu lựa chọn có độ tin cậy xác cao, hồn tồn phù hợp để ứng dụng thực tế sản xuất đạt kết cao kỹ thuật hiệu kinh tế 5.3 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật công nghệ hàn điện xỉ - áp lực 5.3.1 Hiệu kỹ thuật Qua trình nghiên cứu đánh giá thực tế công trường, công nghệ hàn điện xỉ - áp lực có ưu điểm trội kỹ thuật sau: - Trang thiết bị hàn gọn nhẹ, dễ sử dụng, thuận lợi cho việc thao tác nhiều vị trí: thẳng đứng, nằm xiên, không gian chật hẹp Rất thuận lợi hàn dầm trụ thép có nhiều cốt thép - 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 giá thành rẻ nhiều so với hàn điện tiếp xúc - Chất lượng mối hàn cao, không rỗ, không ngậm xỉ, kim loại mối hàn đồng với kim loại không cần kim loại bù Mối hàn bảo vệ lớp thuốc nên khơng bị tượng nứt giảm tính ảnh hưởng nhiệt Mối hàn tạo dáng đẹp nhẵn bóng - Vì cốt thép hàn đồng tâm nên khả chịu lực kéo, nén 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 - Thời gian chuẩn bị thao tác trình hàn ngắn nên suất lao động tăng - Giảm ô nhiễm môi trường: Không khói, khơng hồ quang, khơng tiếng ồn 5.3.2 Hiệu kinh tế Đơn giá mối hàn điện xỉ - áp lực cho loại đường kính khác thể bảng 5.3 so sánh với phương pháp khác bảng 5.4 Bảng 5.3 Bảng đơn giá mối hàn điện xỉ - áp lực Đường kính (mm) D14 D16 D18 D20 D22 D25 D28 D32 Các chi phí (VND) Tiêu hao thép Thuốc hàn 399 521 659 814 985 1.272 1.595 2.083 931 1.390 1.979 2.714 3.613 3.393 5.172 7.238 Điện 62 88 117 150 187 236 321 397 Khấu hao Thiết bị 2.283 2.397 2.517 2.643 2.775 2.914 3.060 3.213 Nhân công 4.235 4.615 4.800 4.932 5.143 5.538 6.000 6.545 Chi phí khác Đơn giá mối hàn (VND) 791 901 1.007 1.125 1.270 1.335 1.615 1.948 8.701 9.912 11.079 12.378 13.972 14.688 17.763 21.424 Bảng 5.4 Bảng so sánh đơn giá mối hàn điện xỉ áp lực với nối buộc chồng nối ren 31 Đường kính (mm) D14 D16 D18 D20 D22 D25 D28 D32 Đơn giá Hàn điện xỉ áp lực (VND) Đơn giá buộc chồng 30D (VND) 8.701 9.912 11.079 12.378 13.972 14.688 17.763 21.424 9.812 12.816 16.684 21.445 28.543 41.884 58.845 87.837 Chênh lệch giá (%) 11 23 34 42 51 65 70 76 Đơn giá mối nối ren (VND) 12.682 14.790 16.742 19.563 23.380 31.825 43.530 53.780 Chênh lệch giá (%) 31 33 34 37 40 54 59 60 Nhận xét: - Cơng nghệ hàn điện xỉ có nhiều ưu trội mặt kỹ thuật so với phương pháp nối cốt thép thông thường - Đơn giá mối hàn điện xỉ áp lực thấp nhiều so với mối nối buộc chồng (11-76%) mối nối ren (31-60%) - Đường kính cốt thép lớn chênh lệch giá cao, hiệu phương pháp hàn điện xỉ áp lực cao - Đơn giá mối hàn điện xỉ thấp, hồn tồn cạnh tranh với phương pháp khác để ứng dụng vào thực tế sản xuất KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã ứng dụng kết luận án để hàn thử nghiệm vài cơng trình xây dựng nhà cao tầng Việt Nam, đạt kết khả quan, nhà thầu đánh giá cao Kết kiểm tra độ bền kéo, kích thước mối hàn, ảnh chụp thô đại ảnh chụp tổ chức tế vi mối hàn điện xỉ - áp lực với chế độ hàn tối ưu chọn đạt kết tốt, bảo đảm u cầu kỹ thuật cơng trình phù hợp với kết nghiên cứu Kết thí nghiệm góp phần luận giải đặc tính vật liệu mối hàn điện xỉ - áp lực tiêu chí đánh giá chất lượng mối hàn, tương ứng với thông số công nghệ đầu vào chọn Đã đánh giá cách toàn diện hiệu kinh tế kỹ thuật phương pháp hàn điện xỉ - áp lực Đây phương pháp hàn nối cốt thép có nhiều ưu điểm trội kỹ thuật, dễ sử dụng cơng trường, đồng thời có giá thành rẻ nhiều so với phương pháp nối truyền thống khác, có nhiều lợi tiềm để ứng dụng rộng rãi sản xuất 32 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệmcông nghệ hàn điện xỉ - áp lực xác định vấn đề chuyên sâu, phạm vi nội dung luận ánvới miền giới hạn khảo sát ảnh hưởng số thông số công nghệ (Ih, Th, Ph) đến chất lượng (độ bền kéo K ) hình dáng ( độ nở phình hướng kính dh ) mối hàn điện xỉ - áp lực phù hợp với điều kiện trang thiết bị thí nghiệm nước có sở khoa học độ tin cậy cao Bằng việc phân tích bước cơng nghệ q trình hàn điện xỉ - áp lực nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô đun điều khiển PLC, đồng thời tích hợp với đồ gá hàn nguồn hàn sử dụng động bước khớp ly hợp chuyên dụng, đảm bảo điều khiển hành trình tốc độ di chuyển lên xuống cốt thép hàn, cài đặt xác thời gian hàn áp lực hàn phạm vi miền khảo sát dự kiến theo quy hoạch thực nghiệm với độ tin cậy cao Đã ứng dụng phương pháp xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm đơn yếu tố để định hướng công nghệ quy hoạch đầy đủ kiểu mức yếu tố N27 để tìm miền điều khiển thích hợp tốt q trình hàn điện xỉ - áp lực nối đầu cốt thép xây dựng Kết xác định quy luật ảnh hưởng thông số chế độ hàn đến hàm mục tiêu tổng hợp đánh giá chất lượng mối hàn thơng qua tiêu chí độ bền kéo dọc trục mối hàn (Y1 = K, MPa); độ nở phình theo hướng kính mối hàn (Y3 = d h, mm) Đã xây dựng mơ hình tốn học tương ứng đồ thị 2D biểu diễn trực quan rõ nét ảnh hưởng cặp đôi hai thông số công nghệ chọn để khảo sát mức khác thơng số cịn lại (đa số thí nghiệm có quy luật theo hàm phi tuyến bậc 2, số thí nghiệm theo hàm gần tuyến tính) Sử dụng phần mềm tin học chuyên dụng STATISTICA đưa đồ thị không gian chiều (3D) biểu thức toán học thể mức độ ảnh hưởng đồng thời hai thơng số gồm cường độ dịng điện hàn (Ih) thời gian hàn (Th) mức cố định thông số áp lực hàn (Ph) đến hai hàm mục tiêu đầu độ bền kéo mối hàn Y1 = K (MPa) độ nở phình theo phương hướng kính mối hàn Y3 = dh, mm Từ kết hợp với kết nghiên cứu khảo sát đặc tính tổ chức thơ đại, tổ chức tế vi mối hàn xác định thông số công nghệ hàn tối ưu (Ih = 430A, Th = 28s, Ph = 6,5MPa với đường kính thép dd.n =25mm) cách có sở khoa học thực tiễn đáng tin cậy, đảm bảo đồng thời tiêu chí chất lượng hiệu kinh tế mối hàn điện xỉ - áp lực Đã áp dụng thử thành công kết luận án thực số chế độ hàn điện xỉ áp lực lựa chọn miền điều khiển thích hợp thơng số cơng nghệ (Ih, Th Ph) cơng trình xây dựng Việt Nam Kết kiểm định chất lượng mối hàn cho thấy công nghệ hàn ổn định, mối hàn có hình dáng hình học đạt u cầu mong muốn (5mm < Δdh = 6,7mm < 8mm), độ bền kéo liên kết hàn cao (Ϭk = 690, 664, 673MPa > b = 570MPa) điều củng cố niềm tin doanh nghiệp xây dựng nước vào tiềm phát triển công nghệ vào nhiều cơng trình xây dựng trọng điểm nước ta Việc nghiên cứu, lựa chọn thông số chế độ hàn tối ưu với loại đường kính cốt thép ứng dụng thành công vào thực tế sản xuất có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn, đồng thời khẳng định nhiều đóng góp luận án Thơng qua q trình đánh giá cách toàn diện hiệu kinh tế kỹ thuật phương pháp hàn điện xỉ - áp lực, ta nhận thấy rằng, phương pháp hàn nối cốt thép có nhiều ưu điểm trội kỹ thuật, có độ tin cậy cao chất lượng, đồng thời có giá thành rẻ nhiều so với phương pháp nối truyền thống khác (từ 11-76%), hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế công trình xây dựng chất lượng cao 33 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Hồng Đức Long, Nguyễn Chỉ Sáng, Bùi Văn Hạnh, Trịnh Quang Ngọc, Hàn nối đối đầu cốt thép công nghệ hàn điện xỉ áp lực, Kỷ yếu Hội nghị KH & CN toàn quốc khí lần thứ IV, TP Hồ Chí Minh, Tập 1, trang 90-101, Tháng 11/2015 Hoàng Đức Long, Nguyễn Chỉ Sáng, Lê Vinh Quang, Bùi Văn Hạnh, Tự động hóa q trình hàn điện xỉ áp lực, Kỷ yếu Hội nghị KH & CN toàn quốc Cơ khí - Động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tập 1, trang 315 - 320, Tháng 10/2016 Hoàng Đức Long, Nguyễn Chỉ Sáng, Bùi Văn Hạnh, Trịnh Quang Ngọc, Tính tốn xác định chế độ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu nâng cao tính ổn định q trình hàn, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị học toàn quốc lần thứ X, Tập 1, trang 979 - 988, Hà Nội tháng 12/2017 Hoàng Đức Long, Hà Minh Hùng, Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn điện xỉ - áp lực đến tính chất học tổ chức thơ đại mối hàn, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 5, trang 135-143, tháng 5/2018 Hoàng Đức Long, Hà Minh Hùng, Lê Đức Bảo, Nguyễn Văn Đức, Thực nghiệm xác định ảnh hưởng chế độ hàn điện xỉ - áp lực đến đặc tính cốt thép xây dựng, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6, trang 135-143, tháng 6/2018 Hoàng Đức Long, Hà Minh Hùng, Lê Đức Bảo, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ hàn đến độ bền kéo kích thước hình học mối hàn điện xỉ - áp lực ứng dụng kỹ thuật xây dựng, Kỷ yếu Hội nghị KHCN tồn quốc Cơ khí lần thứ V, Đại học Cơng nghiệp Hà Nội, Tồn tập, Tháng 10/2018 Hoàng Đức Long, Hà Minh Hùng, Nguyễn Văn Đức, Nghiên cứu tổ chức tế vi mối hàn điện xỉ - áp lực dùng để hàn nối cốt thép kỹ thuật xây dựng, Kỷ yếu Hội nghị KHCN tồn quốc Cơ khí lần thứ V, Đại học Cơng nghiệp Hà Nội, Tồn tập, Tháng 10/2018 34 ... 1.2 Nối cốt thép hàn điện xỉ - áp lực, trạng nghiên cứu ứng dụng nước quốc tế 1.2.1 Nối cốt thép phương pháp hàn điện xỉ - áp lực Việc hàn nối cốt thép thực nhờ áp dụng công nghệ hàn điện xỉ kết... 1.1.2 Nối cốt thép ống nối dập ép 1.1.3 Nối cốt thép ống ren 1.1.4 Nối cốt thép kẹp cóc 1.1.5 Một số phương pháp hàn nối cốt thép 1.1.5.1 Nối cốt thép hàn hồ quang tay 1.1.5.2 Nối cốt thép hàn điện. .. tạo áp lực để hình thành mối hàn Mơ hình hàn đối đầu cốt thép cơng nghệ hàn điện xỉ áp lực minh họa Hình 1.1 Hình 1.1 Hàn điện xỉ - áp lực 1.2.2 Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn điện