[r]
(1)CHƯƠNG 3 BI N D NG VÀ NG SU T KHI HÀNẾ Ạ Ứ Ấ
3.1 NGU N NHI T VÀ NH HỒ Ệ Ả ƯỞNG C A NÓ Đ N Ủ Ế KIM LO I V T HÀNẠ Ậ
3.1.1 Yêu c u đ i v i ngu n nhi t đ hànầ ố ớ ồ ệ ể
Nh bi t, ph n l n công vi c hàn ch ti n hành đ t nóng c c bư ế ầ ệ ỉ ế ố ụ ộ chi ti t hàn đ n m t nhi t đ xác đ nh tùy thu c kim lo i v t hàn vàế ế ộ ệ ộ ị ộ ậ phương pháp hàn V i phớ ương pháp hàn ch y nhi t đ đ t nóng chả ệ ộ ố ỗ đ nh hàn Tị h ph i l n nhi t đ ch y Tả ệ ộ ả c Khi hàn áp l c nhi t đ hàn ph iự ệ ộ ả
l n h n nhi t đ t i thi u Tớ ệ ộ ố ể đ có th hàn th a mãn để ể ỏ ược yêu
c u k thu t Tầ ỹ ậ h T1 ph thu c v t li u hàn.ụ ộ ậ ệ
Mu n s d ng m t cách có l i nh t ngu n nhi t hàn ph i tri t đố ụ ộ ợ ấ ệ ả ệ ể t p trung nhi t đ v t hàn ch b đ t nóng kh i lậ ệ ể ậ ỉ ị ố ố ượng t i thi u c n thi t Khiố ể ầ ế hàn đ t nóng b ng ng n l a, th c t lố ằ ọ ự ế ượng ng n l a không th s d ngọ ể ụ toàn b độ ược Hi u su t c a ng n l a đệ ấ ủ ọ ược tính nh sau:ư
h = tc C Q Q Qc: Là lượng s d ng h u íchử ụ ữ
Qtc: Là toàn b lộ ượng ng n l a s n ra.ọ ả
Hi u su t l n t t Các phệ ấ ố ương pháp hàn có kh giả ữ nhi t trình hàn khác hi u su t khác nhau: hàn b ngệ ệ ấ ằ n c c khơng nóng ch y, h = 0,45 ệ ự ả ÷ 0,6; hàn n c c nóng ch y có thu cệ ự ả ố b c; h = 0,65 ọ ÷ 0,75; hàn t đ ng dự ộ ướ ới l p thu c, h = 0,75 ố ÷0,9
2 nh hẢ ưởng c a ngu n nhi t hàn đ n kim lo i v t hànủ ồ ệ ế ạ ậ
Khi hàn, nhi t sinh t ngu n nhi t hàn s nung nóng ch y m t kh iệ ệ ẽ ả ộ ố lượng nh kim lo i t i v trí hàn truy n vùng lân c n Trong m tỏ ạ ị ề ậ ộ th i gian r t ng n, nhi t đ kim lo i ch hàn bi n đ i t nhi t đ bìnhờ ấ ắ ệ ộ ỗ ế ổ ệ ộ thường (nhi t đ c a môi trệ ộ ủ ường) đ n nhi t đ cao h n nhi t đ ch yế ệ ộ ệ ộ ả (kho ng 2000 ả ÷ 30000C đ i v i hàn khí kho ng 4.000ố ớ ả 0C đ i v i hàn hố ớ ồ
(2)chuy n qua ch khác s t n nhi t) Nh ng nhi t đ t i đa c a cácể ỗ ự ả ệ ệ ộ ố ủ vùng v t th khác nên t c đ ngu i sau hàn m i vùng khôngậ ể ố ộ ộ ỗ gi ng nhau, nh ng vùng g n tr c hàn nhi t đ cao nên khiố ữ ầ ụ ệ ộ ngu i t c đ ngu i l n cịn nh ng vùng xa tr c hàn t c đ ngu iộ ố ộ ộ ữ ụ ố ộ ộ s gi m d n.ẽ ả ầ
8
20 100 200 300 400 500 600 t0
(1) (2)
(3) (4)
(5)
10
1) mô đun đàn h iồ 2) ng su t b nứ ấ ề 3) ng su t ch yứ ấ ả 4)h s giãn nệ ố nhi t.ệ
5) đ giãn dàI tộ ương đ iố
Hình 3.1 C tính c a thép ph thu c vào nhi t ủ ụ ộ ệ ộ
Nh v y vùng hàn s có nh ng ph n ng hóa lý c a q trình luy nư ậ ẽ ữ ả ứ ủ ệ kim kim lo i vùng lân c n kim lo i m i hàn đông đ c thìạ ậ ố ặ x y trình thay đ i v t ch c thay đ i c v th tích, làm cho c lýả ổ ề ổ ứ ổ ả ề ể tính c a kim lo i v t hàn b thay đ i C tính c a kim lo i thay đ i chủ ậ ị ổ ủ ổ ủ y u ph thu c vào tr ng thái nhi t đ c a nó.ế ụ ộ ệ ộ ủ
Hi n ngệ ười ta ch a nghiên c u đ y đ c tính c a kim lo i nhi tư ứ ầ ủ ủ ệ đ cao, m i ch nghiên c u tộ ỉ ứ ương đ i t m v c tính c a kim lo i trongố ỷ ỷ ề ủ vùng đàn h i Hình 2.1 bi u hi n s thay đ i c tính c a thép ph thu c vàoồ ể ệ ự ổ ủ ụ ộ nhi t đ nung nóng đ n 500 ệ ộ ế ÷ 6000C Mơđuyn đàn h i E đ t nóng sồ ố ẽ
gi m t t , h s giãn n nhi t a s tăng lên: Trong vùng đàn h i c aả ừ ệ ố ệ ẽ ủ thép tích s : ố
a E = 12 10-6 2.1 107 ≈ 250 N/cm20C coi nh không đ i.ư ổ
Gi i h n b n sớ ề b thay đ i không đáng k nhi t đ tăng đ n 100ổ ể ệ ộ ế 0C,
sau ti p t c nung nóng đ n 200 ế ụ ế ÷ 3000C gi i h n b n c a thép thớ ạ ề ủ ường
(3)mãnh li t Tính d o c a thép bi u th b ng đ giãn dài tệ ẻ ủ ể ị ằ ộ ương đ i d% Trongố kho ng t 150 ả ÷ 3000C tính d o c a thép gi m m t ít, cịn nhi t đẻ ủ ả ộ ệ ộ
vượt q 3000C, tính d o s tăng Khi tăng nhi t đ đ n 500ẻ ẽ ệ ộ ế 0C gi i h nớ ạ
ch y sả ch s gi m m nh cho đ n b ng không nhi t đ 600ẽ ả ế ằ ệ ộ 0C
3.2 S T O THÀNH NG SU T KHI HÀN VÀ BI N D NG HÀNỰ Ạ Ứ Ấ Ế Ạ 3.2.1 Khái ni m chung v ng su t hànệ ề ứ ấ
Khi hàn ta ti n hành nung nóng c c b m t th i gian ng n đ tế ụ ộ ộ ắ đ n nhi t đ r t cao Do ngu n nhi t di đ ng lên phía trế ệ ộ ấ ệ ộ ước nên nh ngữ kh i kim lo i m i đố ược nung nóng cịn nh ng ph n kim lo i đ ng sau d nữ ầ ằ ầ d n đ ng đ u v nhi t đ S phân b nhi t đ theo phầ ề ề ệ ộ ự ố ệ ộ ương th ng góc v iẳ hướng hàn r t khác nhau, s thay đ i th tích vùng lân c n m iấ ự ổ ể ậ ố hàn khác nhau, đ a đ n s t o thành n i l c ng su t v t hàn.ư ế ự ộ ự ứ ấ ậ
∆l
∆l0
Hình 3.2 Kh o sáả t bi n d ng hànế
Khi hàn đ p gi a t m hay hàn giáp m i, hai t m hàn có chi u dàyắ ữ ấ ố ấ ề s phân b nhi t theo ti t di n nggang s không đ u làm cho s giãn nự ố ệ ế ệ ẽ ề ự c a kim lo i s không đ u, ng su t bên nung nóng làm ngu iủ ẽ ề ứ ấ ộ khác Ta gi thi t s giãn n c a dài kim lo i c a t m t doả ế ự ủ ủ ấ ự khơng nh ưởng l n đ giãn n t c a m i m t d i s là:ẫ ộ ự ủ ỗ ộ ả ẽ
Dl0 = a T l
a - Là h s giãn n nhi t c a kim lo i (1/ệ ố ệ ủ 0C)
(4)l - Chi u dài c a d i xétề ủ ả
Th c khơng th có s giãn nhi t t do, b i kim lo i m t kh iự ể ự ệ ự ộ ố liên t c, gi a chúng có m i liên k t phân t ch t ch Nh ng vùng nhi t đụ ữ ố ế ặ ẽ ữ ệ ộ th p h n s ngăn c n s giãn n kim lo i c a nh ng vùng có nhi t đ caoấ ẽ ả ự ủ ữ ệ ộ h n Vì hàn, s phân b nhi t đ i x ng qua tr c hàn nên bi n d ng d ự ố ệ ố ứ ụ ế ọ th c t c a t t c th c a tám nh b ng Dl (theo gi thuy tự ế ủ ấ ả ủ ằ ả ế ti t di n ph ng) S sai khác gi a đ giãn n nhi t t Dlế ệ ẳ ự ữ ộ ệ ự đ giãn nộ
nhi t th c t Dl nguyên nhân t o thành n i l c ng su t t m hàn.ệ ự ế ộ ự ứ ấ ấ Khi hàn ph n gi a c a t m đầ ữ ủ ấ ược nung nóng nhi u (có xu ướng giãn n nhi u) b nén, cịn ph n nung nóng ngu i b kéo Sau hànở ề ị ầ ộ ị nhi t đ theo ti t di n ngang c a t m s d n d n cân b ng, ngu i cácệ ộ ế ệ ủ ấ ẽ ầ ầ ằ ộ ph n c a t m s co l i Bi n d ng d c co rút ph n gi a ph i l n h n ầ ủ ấ ẽ ế ọ ầ ữ ả nhi t đ cao h n Nh ng bi n d ng co rút th c t t t c ph n c a t mệ ộ ế ự ế ấ ả ầ ủ ấ ph i b ng theo gi thi t ti t di n ph ng, b i v y ph n gi a c a t mả ằ ả ế ế ệ ẳ ậ ầ ữ ủ ấ nung nóng b nén d c sau ngu i hồn tồn s tr lên b kéo.ị ọ ộ ẽ ị Nh ng ph n ti p khơng có s co nh ph n gi a l i b nén.ữ ầ ế ự ầ ữ ị Tr ng tháiạ ng su t g i " ng su t d " v t hàn ng su t d k t c u
ứ ấ ọ ứ ấ ậ Ứ ấ ế ấ
hàn k t h p v i ng su t sinh ngo i l c tác d ng làm vi c s ợ ứ ấ ự ụ ệ ẽ ể làm gi m kh làm vi c c a k t c u t o kh xu t hi n nh ngả ả ệ ủ ế ấ ả ấ ệ ữ vét n t, gãy chúng Bi n d ng hàn thứ ế ường làm sai l ch hình dáng kíchệ thước c a k t c u, sau hàn ph i ti n hành công vi c s a,ủ ế ấ ả ế ệ n n.ắ
3.2.2 Phương pháp tính tốn bi n d ng ng su t hànế ạ ứ ấ
(5)- ng su t d (là ng su t sinh q trình nung nóng khơng đ u)Ứ ấ ứ ấ ề hàn cân b ng vùng ti t di n nh hằ ế ệ ả ưởng đ t đ n gi i h nạ ế ch y sả ch
- T m đ t nóng khơng b nh hấ ố ị ả ưởng bên
- Bi n d ng c a k t c u hàn phù h p v i gi thi t ti t di n ph ng.ế ủ ế ấ ợ ả ế ế ệ ẳ
3.3 BI N D NG VÀ NG SU T DO CO D C KHI HÀN GIÁP M IẾ Ạ Ứ Ấ Ọ Ố 3.3.1 Xác đ nh n i ng l c tác d ngị ộ ứ ự ụ (hình 3.3)
Theo lý thuy t s c b n ta có n i l c tác d ng là:ế ứ ề ộ ự ụ P = st FC
st - ng su t sinh hànứ ấ
st = a E T
a: H s giãn n nhi t (1/ ệ ố ệ 0C )
E : Mođuyn đàn h i ( N/ cmồ 2)
T : Nhi t đ nung ( ệ ộ 0C )
∆l s
h P
P/2
P/2
σ2
σch b1
b2
b0
Hình 3.3 ng su t co d c thông s c n thi tỨ ấ ọ ố ầ ế c a m i hàn giáp m i.ủ ố ố
Đ i v i thép thố ường ta có a ≈ 12 10-6 (1/0C) E = 2,1 107 (N/cm2)
Do a E ≈ 250 N/cm2 0C Khi nhi t đ nung tăng đ n 100ệ ọ ế 0C s
t ≈ 25000
N/cm2 tương ng v i gi i h n ch y c a thép thông thứ ớ ớ ạ ả ủ ường Khi nhi t đệ ộ
(6)3.4.3.2 K t c u ch Iế ấ ữ
1
4
Hình 3.8 K t c u liên k t hàn ch Iế ấ ế ữ
K t c u ch I g m ba t m thép, m t t m b n thành hai t m b mế ấ ữ ấ ộ ấ ả ấ ả cánh ghép l i Vùng ng su t tác d ng bạ ứ ấ ụ n, n i l c tác d ng n i l c ph nộ ự ụ ộ ự ả
kháng nh thông s khác đư ố ược tính tốn theo lý thuy t c b n trên.ế ả Song lo i k t c u d m g m b n m i hàn tùy theo trình t cơng nghạ ế ấ ầ ố ố ự ệ bi n d ng c a k t c u có khác Xét trế ủ ế ấ ường h p quy trình cơng nghợ ệ hàn nh hình v sau hàn m i hàn 1,2 k t c u s có m t mơmen u n Mư ẽ ố ế ấ ẽ ộ ố
t o nên m t đ võng fạ ộ ộ 1:
f1 =
1 EJ
l M
M1- Là mômen u n c a n i l c xu t hi n sau hàn hai m i 2.ố ủ ộ ự ấ ệ ố
(M1 = P01 Y0)
l - Là chi u dài c a d mề ủ ầ
J1 - Là mơmen qn tính c a d m ch a có b n cánh trên.ủ ầ ả
Khi ta quay ngược d m 180ầ 0 hàn n t hai m i 4; ta l yố ố ấ
g n kho ng cách t tr ng tâm c a d m đ n tr ng tâm c a vùng ngầ ả ọ ủ ầ ế ọ ủ ứ su t tác d ng c a m i hàn b ng thì:ấ ụ ủ ố ằ
M2 =
2 h P02 2
P02 - Là n i l c tác d ng kh dĩ c a m i hàn 4ộ ự ụ ả ủ ố
h2 - Là chi u cao c a vách d m ề ủ ầ
=
0
2 Y
(7)Mômen u n Mố t o nên đ võng fạ ộ b n cánh là:ở ả
f2 =
EJ
l M
2
J mômen quán tính ti t di n ngang tồn b c a d m ch I
Ở ế ệ ộ ủ ẫ ữ
Đ tính đ võng t ng c ng c a d m ch I, ta xét t s sau:ể ộ ổ ộ ủ ầ ữ ỷ ố
1 2 2 J h J Y l M EJ EJ l M f f = =
Y0 : Là kho ng cách t tr ng tâm c a d m ch T đ n tr ng tâm c aả ọ ủ ầ ữ ế ọ ủ
vùng ng su t tác d ng hàn hai m i hàn 1, 2.ứ ấ ụ ố
Tr s Yị ố c a d m ch T hàn d m ch I b ng 1/4 đ n 1/3 chi u caoủ ầ ữ ầ ữ ằ ế ề
c a b n thành mơmen qn trình c a d m ch I l n h n kho ng hai l nủ ả ủ ẫ ữ ả ầ d m ch T, đó:ầ ữ
1 J h J Y
= (0,5 ÷ 0,66) JJ 1
>
Rút ra: f f >
B i v y hàn d m ch I thở ậ ầ ữ ường có đ võng d fộ đ dở ế ưới sau
hàn đ tr s c a đế ị ố ủ ược tính b ng s hi u s t đ i c a đ võng fằ ố ệ ố ệ ố ủ ộ
f2 :
f0 = f1 - f2
Đ lo i tr đ võng fể ộ này, ta c n ph i có fầ ả = f2, nghĩa trước h tế