Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ

luận văn

B GIO DC V O TO TRNG I HC NễNG NGHIP H NI ------- ------- H DUY HO nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn mag Trong chế tạo vỏ tàu thuỷ LUN VN THC S K THUT Chuyờn ngnh : K thut Mỏy & Thit b c gii hoỏ Nụng Lõm Nghip Mó s : 60.52.14 Ngi hng dn khoa hc: TIN S. Bùi Văn Hạnh H Ni - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Hà Duy Hoà Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Tiến sĩ Bùi Văn Hạnh, người trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ cơ khí, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới cơ quan, gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Hà Duy Hoà Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC CÁC HÌNH v DANH MỤC CÁC BẢNG vi MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ HÀN MAG TRONG CHẾ TẠO 2 VỎ TÀU THUỶ 1.1 Tổng quan về hàn MAG 2 1.1.1 Bản chất 2 1.1.2 Phạm vi ứng dụng 3 1.2 Vật liệu và thiết bị hàn MAG 4 1.2.1 Vật liệu hàn 4 1.2.2 Thiết bị hàn 11 1.3 Ảnh hưởng của các thông số khi hàn MAG 13 1.3.1 Chuẩn bị mép hàn 13 1.3.2 Chiều dày kim loại cơ bản 13 1.3.3 Nhiệt ñộ ban ñầu 13 1.3.4 Dòng ñiện hàn 14 1.3.5 ðiện áp hàn 15 1.3.6 Dây hàn 16 1.3.7 Phần nhô ñiện cực hàn 17 1.3.8 Tốc ñộ hàn 18 1.3.9 Khí bảo vệ 20 1.3.10 Nguồn ñiện hàn 21 1.3.11 Kỹ thuật hàn 22 1.3.12 Thợ hàn 23 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO VỎ TÀU THUỶ 24 1.1. 2.1 TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO VỎ TÀU TẠI CÁC CƠ SỞ SẢN XUẤT 24 2.1.1 Quy trình chế tạo vỏ tàu 24 2.1.2 Thực trạng ñóng tàu vỏ thép ở Việt Nam 29 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ðƯỢC SỬ DỤNG TRONG ðÓNG TÀU 31 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut iv 2.2.1 Hn h quang tay 31 2.2.2 Hn h quang di lp thuc 31 2.2.3 Hn h quang trong mụi trng khớ bo v 32 2.2.4 Hn ủin khớ 34 CHNG 3. TNH TON CH HN, THIT LP QUY TRèNH 36 CHO CC MI HN IN HèNH TRONG CH TO V TU THU 3.1 Tớnh toỏn ch ủ hn MAG cho mi hn giỏp mi 36 3.1.1 C s lý thuyt tớnh toỏn ch ủ hn giỏp mi 36 3.1.2 Tớnh toỏn ch ủ hn giỏp mi cho mt s chiu dy v tu 44 3.1.3 Thit lp quy trỡnh hn cho mi hn giỏp mi 47 3.2 Tớnh toỏn ch ủ hn MAG cho mi hn gúc 49 3.2.1 C s lý thuyt tớnh toỏn ch ủ hn gúc 49 3.2.2 Tớnh toỏn ch ủ hn gúc cho mt s chiu dy v tu 53 3.2.3 Thit lp quy trỡnh hn cho mi hn gúc 57 3.3 Thit lp quy trỡnh hn WPS 59 3.4 Nghiờn cu thc nghim theo quy trỡnh hn ủó thit lp 63 3.4.1 Nghiờn cu thc nghim mi hn leo khi hn ghộp ni tng ủon, 63 hàn tự động dùng khí bảo vệ co 2 - Hàn 1 mặt có tấm lót. 3.4.2 Nghiờn cu thc nghim mi hn gúc ngang khi ch to boong tu, 70 bán tự động dùng khí bảo vệ co 2 - Hàn 2 phía CHNG 4. NGHIấN CU V CC PHNG PHP KIM TRA 74 NH GI KHUYT TT MI HN 4.1 Cỏc phng phỏp kim tra v th nghim 74 4.2 Kim tra trc quan (VT) 74 4.3 Kim tra chp nh phúng x (RT) 75 4.4 Kim tra siờu õm (UT) 78 4.5 Kim tra ủ kớn 79 4.6 Kim tra cu trỳc kim loi 80 4.7 Phõn tớch la chn phng ỏn kim tra 81 4.8 Kim tra ủỏnh giỏ cht lng hn trờn cỏc mu 81 4.8.1 Kim tra siờu õm 81 4.8.2 Kim tra cu trỳc kim loi 86 KT LUN V NGH 87 TI LIU THAM KHO 88 PH LC 89 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu viết tắt Viết ñầy ñủ tiếng Việt AW Hàn hồ quang CAW-G Hàn hồ quang ñiện cực than trong môi trường khí bảo vệ EGW Hàn ñiện khí ESW Hàn ñiện xỉ FCAW Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc FCAW-G Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc có khí bảo vệ FCAW-S Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ GMAW Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ MAG Hàn khí hoạt tính ñiện cực kim loại. MIG Hàn khí trơ ñiện cực kim loại. GMAW-P Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ kiểu xung GMAW-S Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ kiểu ngắn mạch SAW Hàn hồ quang chìm SAW-S Hàn hồ quang chìm ñiện cực nối tiếp SMAW Hàn hồ quang ñiện cực có thuốc bọc WPS ðặc tính kỹ thuật qui trình hàn WPQ Kiểm tra tay nghề thợ hàn PQR Báo cáo qui trình hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Những yêu cầu ñối với thép ñóng tàu, ñộ bền bình thường 5 Bảng 1.2 Giới hạn thử kéo 5 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của thép ñóng tàu 6 Bảng 1.4 Một số loại dây hàn thép các bon thông dụng 7 Bảng 1.5 Giới thiệu ứng dụng một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ 8 Bảng 1.6 Một số loại lót sứ dùng cho hàn MIG/ MAG 10 Bảng 1.7 ðiều chỉnh tốc ñộ hàn MAG 19 Bảng 2.1 Bảng kê khối lượng ñường hàn cho các loại tàu khác nhau 35 Bảng 3.1 Mật ñộ dòng ñiện 37 Bảng 3.2 Tốc ñộ cấp dây, cường ñộ dòng ñiện hàn trong môi trường CO 2 37 Bảng 3.3 Trị số N theo ñường kính dây 38 Bảng 3.4 Bảng thông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 15 mm, dây lõi bột 45 Bảng 3.5 Bảng thông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 15mm, dây lõi ñặc 47 Bảng 3.6 Chế ñộ hàn giáp mối 1 phía có tấm lót 48 Bảng 3.7 Phạm vi cho phép của mật ñộ dòng ñiện 49 Bảng 3.8 Các giá trị của (m) theo ñường kính dây 50 Bảng 3.9 Các kích thước của liên kết hàn góc 63 Bảng 3.10 Chế ñộ hàn mối hàn góc vật hàn dày 14 mm 66 Bảng 3.11 Chế ñộ hàn góc 2 phía 68 Bảng 3.12 Thông số chế ñộ hàn giáp mối 1 phía có tấm lót 69 Bảng 3.13 Thông số chế ñộ hàn góc 2 phía 73 Bảng 4.1 ðộ nhạy của phim 75 Bảng 4.2 ðộ ñen của phim 76 Bảng 4.3 Phân loại khuyết tật 76 Bảng 4.4 Khuyết tật loại 1 77 Bảng 4.5 Khuyết tật loại 2 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Một số loại lót sứ hàn 9 Hình 1.2 Lót sứ ñường hàn dùng trong thí nghiệm 11 Hình 1.3 Hệ thống thiết bị hàn MAG 11 Hình 1.4 Bộ cấp dây hàn MAG 12 Hình 1.5 Mỏ hàn MAG 12 Hình 1.6 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường ñộ dòng ñiện 15 Hình 1.7 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của ñiện áp 16 Hình 1.8 ðộ nhú ñiện cực 17 Hình 1.9 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc ñộ hàn 18 Hình 2.1 Máy hàn tự ñộng dưới lớp thuốc 32 Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý hàn MAG 33 Hình 2.3 Hàn ñiện khí 34 Hình 3.1 Các ký hiệu kích thước của liên kết hàn 43 Hình 3.2 Liên kết hàn giáp mối tư thế 1G, 3G, và 4G chiều dày 15 mm 44 Hình 3.3 Chuẩn bị chi tiết hàn giáp mối 48 Hình 3.4 Ảnh hưởng của cường ñộ dòng ñiện và tốc ñộ hàn 50 Hình 3.5 Tiết diện ngang của kim loại ñắp mối hàn góc có vát mép 51 Hình 3.6 Chuẩn bị chi tiết hàn góc 58 Hình 3.7 Robot hàn tự hành 63 Hình 3.8 Hình ảnh các khuyết tật trong thí nghiệm 66 Hình 4.1 Thiết bị dò siêu âm 78 1 MỞ ðẦU Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước gắn liền và ñòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ của nền sản xuất công nghiệp, ñặc biệt là công nghiệp nặng. Công nghiệp ñóng tàu là một thế mạnh của Việt Nam bởi ñã có truyền thống và ưu thế của nước ta về ñiều kiện ñịa lý. Trong công nghiệp ñóng tàu, quá trình công nghệ hàn ñóng vai trò quan trọng. Chính vì vậy nghiên cứu các vấn ñề liên quan quá trình công nghệ hàn trong gia công chế tạo vỏ tàu thuỷ là một yêu cầu thường xuyên nhằm không ngừng nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thật trong mọi lĩnh vực cơ khí chế tạo, tự ñộng hoá, công nghệ thông tin,…. việc ứng dụng vào nghiên cứu quá trình công nghệ hàn ñể ñạt ñược mục tiêu nói trên luôn mang tính thời sự và cấp thiết. Trong chế tạo sửa chữa và ñóng mới tàu biển các công ty, nhà máy, xí nghiệp ñã áp dụng nhiều công nghệ hàn tiên tiến vào trong sản xuất, một trong những công nghệ hàn tiên tiến ñang ñược ứng dụng có hiệu quả cao ñó là ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo hàn vỏ tàu thuỷ. Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ như thế nào cho có hiệu quả, nhằm nâng cao năng suất lao ñộng và chất lượng của sản phẩm là một vấn ñề cần ñặt ra. Bài toán làm thế nào ñể ñem lại hiệu quả kinh tế cao và chất lượng mối hàn tốt, ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. ðó chính là lý do tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ” 2 CHNG I TNG QUAN công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ 1.1 TổNG QUAN Về hàn MAG 1.1.1 Bản chất Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn đợc cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (Dây hàn) và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy đợc bảo vệ khỏi tác dụng của Ôxi và Nitơ trong môi trờng xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí. Tiếng Anh phơng pháp hàn này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding). Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar , He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính (CO 2 ; CO 2 + O 2 ; CO 2 + Ar). Dây hàn đợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây, còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đợc thao tác bằng tay thì gọi là hàn hồ quang bán tự động trong môi trờng khí bảo vệ. Nu tất cả các chuyển động cơ bản đợc cơ khí hóa thì đợc gọi là hàn hồ quang tự động trong môi trờng khí bảo vệ. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí trơ (Ar , He) Tiếng Anh gọi là phơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không đợc ứng dụng rộng ri , chỉ đợc dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí hoạt tính thờng dùng là khí CO 2 hoặc hỗn hợp khí CO 2 với một số loại khí khác nh O 2 , Ar, .). Tiếng anh gọi là phơng pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Phơng pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO 2 đợc ứng dụng rộng ri do có rất nhiều u điểm: + CO 2 là loại khí dễ kiếm , dễ sản xuất và giá thành thấp. + Năng suất hàn trong CO 2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay. + Tính công nghệ của hàn trong CO 2 cao hơn so với hàn hồ quang dới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau. . những công nghệ hàn tiên tiến ñang ñược ứng dụng có hiệu quả cao ñó là ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo hàn vỏ tàu thuỷ. Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng. hàn tốt, ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. ðó chính là lý do tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ