Mô phỏng và thử nghiệm quá trình hàn vát mép chữ V giữa thép cacbon với thép không gỉ

Trong bài viết này, nhóm tác giả nghiên cứu mô phỏng kết hợp thực nghiệm hàn thép không gỉ SUS 304 với thép cacbon SS 400 bằng quá trình hàn SMAW. Trường nhiệt, ứng suất và biến dạng hàn được phân tích bằng phương pháp mô phỏng số trên phần mềm ANSYS.

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC MÔ PHỎNG VÀ THỬ NGHIỆM QUÁ TRÌNH HÀN VÁT MÉP CHỮ V GIỮA THÉP CACBON VỚI THÉP KHÔNG GỈ SIMULATION AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF SINGLE-V GROOVE BUTT WELD BETWEEN CARBON STEEL AND STAINLESS STEEL Ngô Hữu Mạnh, Mạc Văn Giang Email: manh.nh1981@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 11/8/2017 Ngày nhận sửa sau phản biện: 26/9/2017 Ngày chấp nhận đăng: 26/9/2017 Tóm tắt Quá trình hàn giáp mối thép cacbon SS 400 với thép không gỉ SUS 304 phương pháp hàn hồ quang gặp nhiều khó khăn Đây q trình hàn hai loại vật liệu khác thành phần đặc tính Mối hàn u cầu khơng có khuyết tật, tổ chức ổn định, có độ bền cao q trình làm việc Trong báo này, nhóm tác giả nghiên cứu mô kết hợp thực nghiệm hàn thép không gỉ SUS 304 với thép cacbon SS 400 trình hàn SMAW Trường nhiệt, ứng suất biến dạng hàn phân tích phương pháp mơ số phần mềm ANSYS Phương pháp kim tương sử dụng để phân tích cấu trúc tế vi kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Đây sở để thử nghiệm hàn loại vật liệu tương tự ứng dụng vào thực tế sản xuất Từ khóa: Hàn thép Austenite; hàn thép khác nhau; hàn thép không gỉ; mô số Abstract Dissimilar metal welding (DMW) process of single-V groove butt weld between SS 400 carbon steel and SUS 304 stainless steel is difficultly This is welding process of dissimilar metal of composition and characteristic The weld is require no defoct, stability microstructure and high strength In this paper, authors are simulation and experimental analysis of shielded metal arc welding (SMAW) process between SUS 304 stainless steel and SS 400 carbon steel The temperature fields, stress and distortion had been analysed by ANSYS software Metallography method was used for analysis metal microstructure There are data bases to experimental and application in dissimilar metal welding process Keywords: Austenite steel welding; dissimilar metal welding; stainless steel welding; numerical simulation GIỚI THIỆU CHUNG Ngày nay, việc liên kết hai loại vật liệu khác phương pháp hàn gặp nhiều khó khăn người thực yêu cầu thực tế sản xuất đời sống Quá trình hàn nối vật liệu khác nhằm khai thác, sử dụng tối đa đặc tính ưu việt loại vật liệu sử dụng vật liệu để phát huy tốt đặc tính ưu việt chúng Mặt khác giúp tiết kiệm vật liệu tốt, giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm sau chế tạo Tuy nhiên, vấn đề khó khăn liên kết loại vật liệu khác hoàn toàn thành phần đặc tính với [6] Khi hàn hai loại vật liệu không đồng nhất, nhiều trường hợp, để hàn nối loại vật liệu người ta thường phải sử dụng đến lớp vật liệu trung Q trình hàn thép khơng gỉ SUS 304 với thép gian gọi lớp đệm [7] cacbon SS 400 ứng dụng nhiều Kim loại khác kim loại khác lĩnh vực nhiệt điện, hóa chất, Một mặt nhằm thành phần hóa học, đặc tính, tổ chức tế vi Quá 36 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC trình hàn kim loại đồng thường thuận lợi hàn kim loại khác DMW [1] Trong trình hàn, nguyên tố hợp kim bị nóng chảy, hòa tan vào tạo liên kim pha hợp chất Quá trình bị ảnh hưởng quy trình hàn, trình luyện kim, tốc độ nguội [2] Vì vậy, yếu tố ảnh hưởng phải nghiên cứu, phân tích trước hàn để loại bỏ yếu tố bất lợi hướng đến nhận mối hàn liên kết hàn tốt Mô phương pháp phần tử hữu hạn FEM (finite element method) giải pháp giúp phân tích xu hướng xảy trình hàn Đây sở khoa học để xây dựng quy trình hàn phù hợp với thực tế tiết kiệm chi phí sản xuất Q trình mơ trường nhiệt, ứng suất biến dạng hàn thực phần mềm ANSYS Bảng Cơ tính thép SS 400 [5] Giới hạn bền Giới hạn chảy Độ giãn dài (MPa) (MPa) (%) 400 - 510 225 - 245 23 2.2 Vật liệu hàn Vật liệu hàn sử dụng que hàn hồ quang tay NC-39L tiêu chuẩn AWS A5.4 E309L-16, đường kính 3,2 mm hãng Kobelco (Nhật Bản) sản xuất Bảng Thành phần hóa học que hàn NC-39L [4] %C %Si %Mn %S %P %Cr %Ni 0,03 0,6 1,5 0,005 0,02 23,13 12,5 Bảng Cơ tính của que hàn NC-39L [4] Giới hạn bền (MPa) Giới hạn Độ giãn Độ dai va chảy dài (%) đập (V) (MPa) VẬT LIỆU THỬ NGHIỆM 560 2.1 Vật liệu Vật liệu gồm thép không gỉ SUS 304 thép cacbon SS 400 dạng tấm, chiều dày 12 mm Bề mặt vật hàn làm gia cơng vát mép chữ V, góc vát 30o Khe hở hai 2,5 - mm, chiều dày phần không vát mép 1,5 - 2,5 mm 410 0oC (J) 42 67 2.3 Đặc tính vật liệu Thép khơng gỉ SUS 304 có khác biệt lớn tính lý tính so với thép SS 400 Hình Chuẩn bị liên kết hàn Bảng Thành phần hóa học thép SUS 304 [3] %C %Si 0,08 0,75 %Mn %S 2,0 %P %Cr 0,03 0,045 18-20 Hình Lý tính thép SS 400 SUS 304 [8] %Ni 8,0-10,5 Bảng Cơ tính thép SUS 304 [3] Giới hạn bền Giới hạn chảy Độ giãn dài (MPa) (MPa) (%) 500 - 525 205 - 215 40 Bảng Thành phần hóa học thép SS 400 [5] %C %Si %Mn %S %P %Cr %Ni 0,2 0,050,17 0,40,6 0,035 0,04