Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh. Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop đã t
Chơng 5. Mối ghép hàn Tùy theo hình dạng kết cấu ta có các kiểu mối hàn:- Mối hàn giáp mối.- Mối hàn chồng.- Mối hàn góc.Các mối hàn có thể tính theo hai trờng hợp sau đây: Căn cứ theo tải trọng tác dụng lên mối hàn để tìm chiều dài mối hàn cần thiết, từ đó thiết kế kết cấu hàn. Khi thiết kế phải xuất phát từ điều kiện sức bền đều giữa mối hàn và các chi tiết đợc ghép. Căn cứ theo kết cấu để định kích thớc mối hàn rồi nghiệm lại theo ứng suất.Trong tính tính toán sức bền ta giả thiết rằng chất lợng các mối hàn đạt các yêu cầu kỹ thuật. Đ 5.1 ứng suất cho phép Các mối ghép hàn đợc tính theo ứng suất cho phép. Trị số các ứng suất cho phép của mối hàn chịu tải trọng tĩnh cho trong Bảng 1. Chú ý các số liệu cho trong bảng này chỉ dùng cho các chi tiết làm bằng thép ít và vừa các bon hoặc thép ít hợp kim và trong trờng hợp chất lợng mối hàn đạt các yêu cầu kỹ thuật. Trong trờng hợp kết cấu chịu tải trọng thay đổi, các trị số ứng cho phép lấy trong Bảng 1 phải nhân với hệ số giảm ứng cho phép 1.ệ số đợc xác định nh sau: = rbakbak )()(1 (5.1)Trong đó: a và b - hệ số, lấy theo bảng 2 k - hệ số tập trung ứng suất, lấy theo bảng 3 r - hệ số tính chất chu trình66 r = maxmin max, min - ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trong chi tiết có kể đến dấu. Trong công thức (1) các dấu ở phía trên của mẫu số dùng khi ứng suất lớn nhất là kéo, các dấu phía dới dùng khi ứng suất lớn nhất là nén. Bảng 1Trị số ứng suất cho phép của mối hàn chịu tải trọng tĩnhPhơng pháp hànứng suất cho phép của mối hàn Kéo [],kNén [],nCắt [],- Hàn hồ quang tay, dùng que hàn 42 và 50- Hàn khí 0,9[]k []k 0,6[]k- Hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc, hàn hồ quang tay dùng que hàn A42 và A50- Hàn tiếp xúc giáp mối []k []k 0,65[]k Hàn tiếp xúc điểm - - 0,6[]kTrong Bảng 1, []k - ứng suất kéo cho phép của kim loại đợc hàn khi chị tải trọng tĩnh. Bảng 2Hệ số a và b Vật liệu a bThép cacbon 0,75 0,3Thép hợp kim thấp 0,8 0,3 67 Bảng 3Hệ số ứng suất tập trung kLoại mối hàn Thép cacbon Thép hợp kim thấpMối hàn giáp mối, khi hàn tự độngMối hàn giáp mối, khi hàn tayMối hàn góc, khi hàn tự độngMối hàn góc, khi hàn tayMối hàn chồng1,01,21,72,33,41,01,42,43,24,3 Cần chú ý rằng phơng pháp chính để chống lại hiện tợng mỏi trong mối ghép hàn là các biện pháp kết cấu nhằm giảm ứng suất tập trung ở miệng mối hàn. Nếu trị số tìm đợc theo công thức (1) lớn hơn 1 thì lấy = 1 . Điều này xảy ra khi tải trọng thay đổi trị số nhng không thay đổi chiều (r 0) và cũng chứng tỏ rằng trong trờng hợp đó sức bền tĩnh có tác dụng quyết định đến mối hàn. Đ 5.2 Tính mối ghép hàn5.2.1. Mối hàn giáp mối (Hình 5.1) Trờng hợp mối hàn chịu kéo (nén) ta có điều kiện bền:NNNNbs = bsN [], (5.2) Hình 5.1. Mối hàn giáp mốiTrong đó: 68 b và s - chiều dài mối hàn và chiều dày tấm ghép ( khi hàn các tấm có chiều dày khác nhau thì s lấy theo chiều dày nhỏ). [], - ứng suất kéo nén cho phép của mối ghép (Báng 1) Khi cần tăng sức bền của mối ghép, có thể dùng mối hàn xiên (hình 5.2). Điều kiện bền của mối hàn xiên xác định theo công thức:bN NHình 5.2. Mối hàn xiên = bsNsin [], (5.3) Trong trờng hợp mối hàn chịu mô men uốn trong mặt phẳng của tấm ghép ta có điều kiện bền: = WMu [], (5.4) Trong đó: Mu - Mô men uốn W - Mô dun chống uốn: W= 62sb Trờng hợp mối hàn chịu kéo (nén) và uốn trong mặt phẳng các tấm ghép: = WMbsNu+ [], (5.5) Dấu cộng dùng cho mối ghép chịu kéo, dấu trừ dùng cho mối ghép chịu nén.5.2.2. Mối hàn chồng (Hình 5.3) Chiều cao mối hàn chồng lấy nh sau: = k (5.6)69 Trong đó:k- chiều rộng cạnh mối hàn hệ số phụ thuộc vào phơng pháp hànsKK = 0,7 khi hàn tay Hình 5.3. Kết cấu hàn chồng = 0,8 khi hàn bán tự động = 1,0 khi hàn tự động Tùy theo vị trí tơng đối giữa phuơng của mối hàn và phơng chịu lực, có thể chia mối hàn chồng ra các loại sau:5.2.2.1 Mối hàn ngang Phơng của mối hàn vuông góc với phơng của lực. Mối hàn này dùng cho mối ghép không quan trọng. Chiều dài mối hàn không hạn chế.1. Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm, điều kiện bền đợc xác định nh sau: Trờng hợp hàn một mối (hình 5.4-a) =bN [], (5.7)sbNNbNsNHình 5.4a. Hàn chồng một mối Hình 5.4b. Hàn chồng hai mối Trờng hợp hàn hai mối (hình 5.4-b) =bN2 [], (5.8)Trong đó: b - chiều dài mối hàn - chiều cao mối hàn70 2. Khi mối hàn hai mối chịu mô men uốn trong mặt phẳng ghép = WMu [], (5.9)Trong đó: W- mô đun chống uốn của tiết diện nguy hiểm của mối hàn ngang. W= 622b3. Khi hàn hai mối chịu lực kéo (nén) và mô men uốn trong mặt phẳng ghép = +bN2 WMu [], (5.10)Dấu cộng dùng cho mối ghép chịu kéo, dấu trừ dùng cho mối ghép chịu nén.5.2.2.2 Mối hàn xiênPhơng của mối hàn tạo với phơng của lực một góc (hình 5. 5). Chiều dài mối hàn xiên l không hạn chế. Điều kiện bền xác định theo công thức: =lNsin [], (5.11)NNLl 50KNNHình 5.5. Kết cấu hàn chồng ( xiên) Hình 5.5. Kết cấu hàn chồng ( dọc)5.2.2.3 Mối hàn dọc Phơng của mối hàn song song với phơng của lực. Vì trong mối hàn dọc ứng suất phân bố không đều theo chiều dài mối hàn nên chiều dài mối hàn không lấy quá 50K.1. Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm ghép.Điều kiện bền của mối hàn khi hàn hai mối (Hình 5.6) đợc tính nh sau: =lN2 [], (5.12) rờng hợp các mối ghép có tiết diện không đối xứng, ví dụ nh thép góc, lực N phân bố cho các mối hàn tỷ lệ nghịch với khoảng cách e1và e2 (Hình 5.7)71 Nl1 Nl2e1 e2 Hình 5.7. Kết cấu hàn chồng dạng tiết diện không đối xứng 1 = 212lle+ = N be2 2 = 211lle+ = N be1Trong đó: e1 và e2 - khoảng cách từ đờng trục của thanh đến mối hàn b - chiều rộng của thanh Các mối hàn 1 và 2 đợc tính theo tải trọng N1 và N2 tơng ứng, do đó mối quan hệ giữa e1 và e2 của mối hàn 1và 2 nh sau: 1221llee= (5.13) Điều kiện (5.13) đảm bảo sức bền đều của hai mối hàn. ứng suất sinh ra trong hai mối hàn sẽ bằng nhau và xác định theo công thức: =)(21llN+ [], (5.14) Khi mối hàn chịu mô men trong mặt phẳng ghép (Hình 5.8)Trờng hợp này ứng suất phân bố không đều dọc theo chiều dài mối hàn. Chiều dài mối hàn l càng lớn so với chiều rộng tấm ghép b thì ứng suất phân bố càng không đều.72 Nếu l b (Hình 5.8a) có thể xác định ứng suất lớn nhất trong mối hàn theo công thức:l Mbl MbHình 5.8a. Mối hàn có (l b) Hình 5.8b. Mối hàn có (b l) = ouWM [], (5.15)Trong đó Wo - mô men chống xoắn của mối hàn tại tiết diện nguy hiểm. Nếu b l (Hình 5.8b) có thể xác định ứng suất lớn nhất trong mối hàn theo công thức: = uuWM [], (5.16)Trong đó Wu - mô men chống uốn của mối hàn tại tiết diện nguy hiểm. Wu= l b Khi mối hàn chịu lực và mô men uốn trong mặt phẳng ghép (Hình 5.9) = +LN2 uuWM [], (5.17)Nl MbHình 5.9. Kết cấu hàn chồng chịu cả lực và mô men trong mặt phẳng ghép5.2.2.4 Mối hàn hỗn hợp1 Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm ghép (Hình 5.10a)73 =LN [], (5.18)Trong đó: L = 2ld + ln ld - chiều dài mối hàn dọc ln - chiều dài mối hàn ngangld bNlnHình 5.10a. Mối hàn chịu lực dọc2 Khi mối hàn chịu mô men uốn trong mặt phẳng ghép (Hình 5.10b) =62nndlllM+ [], (19)Trong thiết kế tiện lợi nhất là chọn kích thớc mối hàn ngang ln và kích thớc cạnh mối hàn K rồi theo công thức (5.19) tính chiều dài mối hàn dọc ld.lnld MbHình 5.10b. Mối hàn chịu mô men uốn3 Khi mối hàn chịu kéo (nén) và mô men uốn trong mặt phẳng ghép (Hình 5.10c) = LN + 62nndlllM+ [], (5.20)ld lnMbNHình 5.10c. Mối hàn chịu cả lực dọc và mô men uốn trong mặt phẳng ghép5.2.3. Mối hàn góc Mối hàn góc dùng để ghép các thanh có bề mặt vuông góc với nhau.74 Có hai kiểu hàn: kiểu chữ K nh mối hàn giáp mối (Hình 5.11a) và kiểu hai bên nh mối hàn chồng (Hình 5.11b)Mối hàn chịu lực kéo và mô men uốn (Hình 5.12)SS Hình 5.11a Hình 5.11bbMNHình 5.12. Mối hàn chịu lực kéo và mô men uốn. 5.2.3.1 Trờng hợp hàn kiểu chữ K: = WMbsNu+ [], (5.21) Trong đó: W= 62sb 5.2.3.2 Trờng hợp hàn hai bên: = WMbNu22+ [], (5.22) Trong đó: W= 62b 75 . 0,6[]k- Hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc, hàn hồ quang tay dùng que hàn A42 và A5 0- Hàn tiếp xúc giáp mối []k []k 0, 65[ ]k Hàn tiếp xúc điểm - -. (5. 11)NNLl 50 KNNHình 5. 5. Kết cấu hàn chồng ( xiên) Hình 5. 5. Kết cấu hàn chồng ( dọc )5. 2.2.3 Mối hàn dọc Phơng của mối hàn song song