Nghiên cứu công nghệ hàn đắp dưới lớp thuốc bằng điện cực băng trên thép tấm

NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC KỸ THUẬT CƠ KHÍ BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015-2017 Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Vũ Huy Lân Hà Nội – Năm 2017 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tác giả Nguyễn Công Trường, học viên lớp Cao học chun ngành Kỹ thuật khí – Khóa 2015A, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu công nghệ hàn đắp lớp thuốc điện cực băng thép tấm”, hướng dẫn thầy PGS.TS Vũ Huy Lân Tác giả cam đoan rằng: ngoại trừ số liệu, bảng biểu, đồ thị, … trích dẫn tài liệu tham khảo nội dung cơng bố cịn lại luận văn tác giả đưa Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nguyễn Công Trường GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân i HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .x MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP 1.1 Công nghệ hàn đắp, đặc điểm ứng dụng .3 1.1.1 Các phương pháp hàn sử dụng hàn đắp [3] 1.1.2 Năng suất đắp trình hàn .9 1.1.3 Mức độ tham gia KLCB vào kim loại mối hàn đắp 10 1.1.4 Các loại điện cực sử dụng hàn đắp [6] 11 1.2 So sánh ưu nhược điểm SAW-SC ESW-SC 12 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng nước 14 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng giới: 14 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nước: .16 1.4 Kết luận chương 16 Chương CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC .17 2.1 Sơ lược hàn lớp thuốc .17 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động lớp thuốc 17 2.1.2 Đặc điểm hàn tự động lớp thuốc 18 2.1.3 Phạm vi ứng dụng hàn tự động lớp thuốc 18 2.2 Nguyên lý đặc điểm trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 19 2.2.1 Nguyên lý trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực .19 2.2.2 Đặc điểm trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 19 GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân ii HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.3 So sánh điện cực băng với điện cực dây sử dụng cho q trình hàn đắp 20 2.3 Các thơng số trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng ảnh hưởng chúng đến chất lượng mối hàn đắp 22 2.3.1 Chế độ hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 22 2.3.2 Ảnh hưởng chế độ hàn đến ch thước ối hàn đắp 23 2.4 Vật liệu hàn 33 2.4.1 Điện cực băng 33 2.4.2 Thuốc hàn 35 2.5 Kết luận chương 36 Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐẦU HÀN ĐIỆN CỰC BĂNG 37 3.1 Lựa chọn kết cấu đầu hàn điện cực băng .37 3.2 Lựa chọn vật liệu 38 3.2.1 Vật liệu làm má tiếp điện 38 3.2.2 Vật liệu giá đỡ má tiếp điện 39 3.2.3 Vật liệu giá đỡ đầu hàn .39 3.2.4 Bánh đẩy dây 41 3.3 Thiết kế đầu hàn .41 3.3.1 Giá đỡ đầu hàn 41 3.3.2 Giá đỡ bánh đẩy dây bị động 42 3.3.3 Bánh đẩy dây chủ động 43 3.3.4 Bánh đẩy dây bị động .44 3.3.5 Cơ cấu điều chỉnh khe hở má tiếp điện 44 3.3.6 Giá đỡ má tiếp điện ( di động) 45 3.3.7 Giá đỡ má tiếp điện ( di động) 46 3.3.8 Má tiếp điện 46 3.4 Kết luận chương 46 GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân iii HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 47 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm .47 4.1.1 Thiết bị hàn 47 4.1.2 Vật liệu 50 4.1.3 Vật liệu hàn .51 4.1.4 ế hoạch thực nghiệ .51 4.2 Kết thử nghiệm .53 4.2.1 Mẫu thử nghiệm .53 4.2.2 Các số liệu thí nghiệm .55 4.3 Kết luận chương 56 Chương XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ X C ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN HỢP LÝ 57 5.1 Kết xử lý số liệu 57 5.1.1 Phần ề ác định hệ số phương trình hồi qu .57 5.1.2 Xây dựng phương trình hồi quy 57 5.2 iểu diễn đường đặc trưng kết luận 59 5.2.1 Biểu di n đư ng đặc trưng 59 5.2.2 ết luận 61 5.3 Xác định thông số chế độ hàn hợp lý .61 5.3.1 Giải tốn tối ưu ác định thơng số chế độ hàn hợp l 61 5.3.2 Kiể tra đặc trưng ảnh hưởng thông số chế độ hàn 63 5.4 Xây dựng hướng dẫn sử dụng thông số chế độ hàn .66 5.5 Kết luận chương 5: .66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Kết luận: 67 Kiến nghị: .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân iv HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC C C KÝ HIỆU VÀ C C CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị αd g/Ah Hệ số đắp αc g/Ah Hệ số chảy Gd g Khối lượng kim loại điện cực đắp lên mối hàn Gc g Khối lượng kim loại điện cực kim loại nóng chảy t0 h Thời gian hồ quang cháy Ψ % Hệ số tổn thất R kg/h Năng suất đắp Cd % Cb % Cs % Nồng độ nguyên tố điện cực băng d % Mức độ tham gia nguyên tố t Ý nghĩa Nồng độ nguyên tố kim loại đắp Nồng độ nguyên tố kim loại lớp trước Hệ số dịch chuyển nguyên tố Véc tơ hợp kim hóa nguyên tố thuốc Af hàn với băng cụ thể p mức tiêu hao thuốc w mm chiều rộng đường hàn đắp h mm chiều sâu ngấu c mm chiều dày đường hàn đắp kJ/mm H.I Năng lượng đường kJ/mm2 I A dòng điện hàn U V điện áp hàn GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân v HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ v Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội mm/phút tốc độ hàn DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ý nghĩa Viết tắt SMAW Shielded metal arc welding (hàn hồ quang tay) SAW Submerged arc welding (hàn hồ quang lớp thuốc) KLCB Kim loại VAHN Vùng ảnh hưởng nhiệt GMAW FCAW GTAW Gas metal arc welding (hàn hồ quang điện cưc nóng chảy mơi trường khí bảo vệ) Flux cored arc welding (hàn hồ quang điện cực lõi thuốc) Gas tungsten arc welding (hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí trơ) PAW plasma arc welding (hàn hồ quang plasma) PTA Hàn Plasma bột MIG Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí trơ ESW Electroslag welding (hàn điện xỉ) SAW-SC ESW-SC DCEP DCEN ASME ASTM Submerged arc welding strip cladding (hàn đắp lớp thuốc sử dụng băng hàn) Electroslag welding strip cladding (hàn đắp điện xỉ sử dụng băng hàn) Direct current electrode positive (dòng điện chiều cực nghịch) dòng điện chiều cực thuận American Society Of Mechanical Engineers (hiệp hội kỹ sư khí Mỹ) American Society for testing of Materials (hiệp hội kiểm nghiệm vật liệu Mỹ) GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân vi HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tay Hình Sơ đồ ngun lý hàn mơi trương khí bảo vệ (GMAW) .5 Hình Sơ đồ nguyên lý hàn dây lõi thuốc .6 Hình Một số ứng dụng công nghệ hàn plasma bột (PTA) Hình Biểu đồ so sánh suất đắp số trình hàn [7] 10 Hình Mức độ tham gia KLCB 10 Hình Hàn hồ quang lớp thuốc (SASC) .13 Hình Hàn điện xỉ điện cực băng (ESSC) 13 Hình Hàn đắp lớp thuốc bề mặt chi tiết dạng cầu điện cực băng hãng ESAB 15 Hình 10 Ứng dụng vào hàn phục hồi hãng UTP 15 Hình 11 Ứng dụng vào hàn phục hồi hãng UTP 15 Hình 12 Ứng dụng hàn đắp mặt ống – Technip – Phần Lan 16 Hình Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động lớp thuốc 17 Hinh 2 Nguyên lý trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 19 Hinh Hướng kết tinh loại điện cực .20 Hinh Thơng số hình học đường hàn đắp .22 Hinh Ảnh hưởng dòng hàn tới chiều sâu ngấu [9] .23 Hinh Ảnh hưởng dòng hàn tới mức độ tham gia KLCB [9] 24 Hinh Ảnh hưởng dòng hàn tới suất đắp [9] .24 Hinh Ảnh hưởng điện áp hàn tới chiều sâu ngấu [9] 25 Hinh Ảnh hưởng điện áp hàn tới mức độ tham gia KLCB [9] 26 Hinh 10 Ảnh hưởng điện áp hàn tới suất đắp [9] 26 Hinh 11 Ảnh hưởng tốc độ hàn tới chiều sâu ngấu [9] 27 Hinh 12 Ảnh hưởng tốc độ hàn tới mức độ tham gia KLCB [9] 27 Hinh 13 Nguy ngậm xỉ 28 Hinh 14 Ảnh hưởng vật liệu chiều dày điện cực băng tới chiều sâu ngấu [9] 28 GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân vii HV: Nguyễn Công Trường Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hinh 15 Ảnh hưởng chiều dày điện cực băng tới mức độ tham gia kim loại [9] 29 Hinh 16 Ảnh hưởng chiều dày điện cực băng tới suất đắp [9] .29 Hinh 17 Ảnh hưởng chiều rộng điện cực băng tới chiều sâu ngấu [9] 30 Hinh 18 Ảnh hưởng chiều rộng điện cực băng tới mức độ tham gia KLCB 30 Hinh 19 Ảnh hưởng chiều rộng điện cực băng tới mức độ tham gia KLCB 31 Hinh 20 Thuốc hàn hãng Soudukay 35 Hinh Đầu hàn điện cực băng số hãng 37 Hinh Đầu hàn điện cực băng .38 Hinh 3 Giá đỡ đầu hàn 42 Hinh Giá đỡ bánh đẩy dây bị động 43 Hinh ánh đẩy dây chủ động 43 Hinh ánh đẩy dây bị động .44 Hinh Cơ cấu điều chỉnh khe hở má tiếp điện 44 Hinh Giá đỡ má tiếp điện (má cố định) 45 Hinh Giá đỡ má tiếp điện (má di động) 46 Hinh 10 Má tiếp điện 46 Hình Máy hàn tự động lớp thuốc .47 Hình Đầu hàn điện cực băng 48 Hình Bảng điều khiển .48 Hình 4 Điều khiển từ xa 49 Hình Hệ thống cấp thu hồi thuốc hàn 50 Hình Mẫu hàn để chuẩn bị đo kích thước 54 Hình Hình dạng số mẫu tẩm thực mối hàn 55 Hình Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào cường độ dòng điện hàn 59 Hình Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào điện áp hàn .59 Hình Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào vận tốc hàn .59 Hình Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào cường độ dòng điện hàn 60 Hình 5 Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào điện áp hàn .60 GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân viii HV: Nguyễn Công Trường ... điểm trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 19 2.2.1 Nguyên lý trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực .19 2.2.2 Đặc điểm trình hàn đắp lớp thuốc sử dụng điện cực băng 19 GVHD:... văn ? ?Nghiên cứu công nghệ hàn đắp lớp thuốc điện cực băng thép tấm? ?? Với mục tiêu, định hướng trên, luận văn tập trung giải vấn đề đạt kết quả: - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo đầu hàn điện cực băng. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ