Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép cacbon

HÀ ANH HUY - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ ANH HUY NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ VỚI THÉP CACBON LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ ANH HUY NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ VỚI THÉP CACBON CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 6052013 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn I Mục lục II Danh mục ký hiệu chữ viết tắt VIII Danh mục bảng biểu XI Danh mục hình vẽ đồ thị XII MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 2 Phạm vi nghiên cứu 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu kim loại hàn 1.1.1 Thép không gỉ 1.1.1.1 Phân loại a Thép không gỉ austenit b Thép không gỉ ferit c Thép không gỉ mactenzit d Thép không gỉ duplex e.Thép không gỉ biến cứng kết tủa 1.1.1.2 Thành phần hóa học tính vật liệu thép khơng gỉ 1.1.1.3.Tính hàn thép khơng gỉ austenit a.Nứt nóng kim loai mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt b Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt thép bền nhiệt nhiệt độ cao c Suy giảm tính thép khơng gỉ austenit hệ số giãn nở nhiệt lớn d.Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit ăn mòn tinh giới e Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép không gỉ austenit ăn mòn dƣới ứng suất 1.1.1.4 Công nghệ hàn thép không gỉ hàn TIG 1.2 Thép cacbon 1.2.1.1 Phân loại a Thép cacbon thấp b Thép cacbon trung bình c Thép cacbon cao 1.2.1.2 Thành phần hóa học tính vật liệu thép cacbon 1.2.1.3 Tính hàn thép A516 Grade 65 a Chu trình nhiệt hàn tính nhiệt b Nhiệt độ đƣờng hàn TIG 1.2.1.4 Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 phƣơng pháp hàn TIG 1.3 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại phƣơng pháp hàn TIG 1.3.1 Khái niệm nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn TIG 1.3.2 Đặc điểm trình hàn 1.3.3 Điện cực hàn TIG 1.3.4 Cƣờng độ dòng điện hàn TIG 1.3.5 Điện áp hồ 1.3.6 Khí bảo vệ 1.3.7 Kim loại đắ 1.4 Tình hình nghiên 1.4.1 Tình hình n 1.4.2 Tình hình n 1.6 Định hƣớng nghi Chƣơng MỤC TIÊU, NỘI NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên c 2.2 Nội dung nghiên 2.2.1.Nghiên cứu 2.2.2.Nghiên cứu 2.3 Đối tƣợng phạ 2.3.1 Đối tƣợng 2.3.2 Phạm vi ng 2.4 Phƣơng pháp ng Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN 3.1 Các phƣơng phá 3.1.1.Hàn thép ca nổ (Explosive We 3.1.2 Hàn thép c ma sát a Hàn thép cacb sát ngoáy (Frictio b Hàn thép cacb sát quay 3.1.3 Hàn thép c tiếp xúc điểm điện 3.1.4 Hàn thép cacbon – thép không gỉ phƣơng pháp hàn hồ quang 3.1.4.1 Hàn thép cacbon – thép không gỉ phƣơng pháp hàn MIG 3.1.4.2 Hàn thép cacbon – thép không gỉ phƣơng pháp hàn TIG 3.2 Khuyết tật mối hàn 3.2.1 Ngậm xỉ (Solid inclusions) 3.2.2 Thiếu ngấu (Lack of fusion) a Thiếu ngấu cạnh b.Thiếu ngấu lớp c.Thiếu ngấu chân 3.2.3 Không thấu (Lack of penetration) a.Khơng thấu hồn toàn b.Thiếu thấu chân 3.2.4.Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities) 3.2.5.Nứt (Cracks) a Nứt dọc b Nứt ngang c Nứt tia d Nứt rãnh hồ quang hàn e.Nứt theo chất 3.3 Các phƣơng pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn 3.3.1 Kiểm tra mối hàn phƣơng pháp siêu âm (UTUltrasonic Test) 3.3.1.1.Qui trình chung 3.3.1.2.Kiểm tra mối hàn giáp mối 3.3.2 Kiểm tra mối hàn phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ 3.3.3 Kiểm tra vậ 3.3.3.1.Các phƣơ a Thử kéo ngang b Thử kéo kim lo 3.3.4 Thử uốn tĩn b Thử b gãy mối c Thử b gãy mối Chƣơng THỰC NGHIỆM 4.1 Quá trình thực hi 4.1.1 Chuẩn bị m 4.1.1.1.Kích thƣớ 4.1.1.2.Thiết kế m 4.1.1.3.Lựa chọn 4.1.2.Hàn đính 4.1.2.1.Trình tự v 4.1.2.2.Xử lý biến 4.1.3.Hàn 4.1.3.1.Năng lƣợ 4.1.3.2.Nhiệt độ temperature) 4.1.3.3.Trình tự b 4.1.4.Kiểm tra 4.1.5Trang thiết b 4.2 Thực nghiệm chế Φ1,6 mm 4.2.1.Quy trình th 4.2.1.1.Chuẩn bị 4.2.1.2.Hàn đính 4.2.1.3.Hàn 4.2.2 Kiểm tra 4.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với 2,4 mm 4.3.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn 4.3.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn 4.3.1.2.Hàn đính 4.3.1.3.Hàn 4.3.2 Kiểm tra 4.4 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù Φ3.2 mm 4.4.1.Chuẩn bị mẫu hàn 4.4.1.1.Hàn đính 4.4.1.2.Hàn 4.4.2.Kiểm tra 4.4.3.Quy trình xác định thông số hàn đạt suất cao 4.4.4.Xác định cƣờng độ dòng điện 4.4.5.Quy trình hàn với cƣờng độ (A) 4.4.5.1.Chuẩn bị mẫu hàn 4.4.5.2.Hàn đính 4.4.5.3.Hàn 4.4.5.4.Kiểm tra a Kiểm tra ngoại dạng b Kiểm tra chụp X-quang c Kiểm tra siêu âm d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn 4.4.6.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 180(A) 4.4.6.1.Chuẩn bị mẫu hàn 4.4.6.2.Hàn đính 4.4.6.3.Hàn 4.4.6.4.Kiểm tra a Kiểm tra ngoại b Kiểm tra chụp X c Kiểm tra siêu â d.Kiểm tra độ bền 4.4.7.Thực nghiệm 4.4.7.1.Chuẩn bị m 4.4.7.2.Hàn đính 4.4.7.3.Hàn 4.4.7.4.Kiểm tra a Kiểm tra ngoại Nhận xét Chƣơng KẾT LUẬN VÀ K 5.1 Kết luận 5.2 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM PHỤC LỤC MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cơng nghiệp hóa chất dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục điều kiện công nghệ khắc nghiệt đƣợc khống chế nghiêm ngặt môi trƣờng hóa chất gây nên han gỉ, hƣ hỏng cho thiết bị, máy móc Theo số liệu thống kê nhất, nhà máy hóa chất chi phí dành cho bảo vệ chống ăn mòn chiếm 70 - 80% chi phí sửa chữa dịch vụ sửa chữa năm Do vậy, ngƣời ta ngày ý đến việc bảo vệ chống ăn mòn thiết bị công nghệ để đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục, không bị gián đoạn Một kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn lựa chọn loại vật liệu chế tạo nên kết cấu, máy móc có khả làm chậm q trình ăn mịn Thép khơng gỉ, thép hợp kim cao chịu ăn mòn sở thép crơm – niken có giá thành cao, vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp hóa chất để chế tạo thiết bị, máy móc sản xuất hóa chất Tuy vậy, ngƣời ta sử dụng thép hợp kim để chế tạo hồn tồn kết cấu máy lý kinh tế, mà sử dụng chúng cho vị trí cơng nghệ có u cầu cao nhiệt chống mòn Từ đây, vấn đề sử dụng kết cấu đƣợc hình thành từ hai loại vật liệu thép cacbon thép không gỉ đƣợc đặt Để đáp ứng điều này, nhà chế tạo máy đƣa giải pháp sử dụng đồng thời thép hợp kim (thép không gỉ) thép cacbon kết cấu kỹ thuật hàn Đây vấn đề khó khăn thực tế, để xây dựng qui trình hàn thép khơng gỉ - thép cacbon khơng đơn giản chúng khơng phụ thuộc vào yếu tố kỹ thuật mà phụ thuộc vào tay nghề ngƣời thợ Ngoài ra, việc cải thiện suất hàn mà đảm bảo chất lƣợng mối hàn nhƣ khơng có khuyết tật hàn vấn đề đặt thực tế Tring thực tế sản xuất, suất hàn phụ thuộc vào nhiều thông số nhƣ chế độ hàn, vật liệu hàn, tốc độ hàn, trang bị gá kẹp tay nghề thợ hàn Đây nội dung đƣợc quan tâm đề 140 5.2 KIẾN NGHỊ Đề tài bỏ ngỏ số vấn đề chƣa triển khai nghiên cứu: Các mẫu hàn sau chế tạo xong dừng lại đánh giá kỹ thuật kiểm tra không phá hủy phá hủy Do số lƣợng mẫu, số lần thực nghiệm hạn chế mẫu hàn kiểm tra không phá hủy phá hủy chƣa đƣa đƣợc thông số chế độ hàn tối ƣu Kích thƣớc khuyết tật dừng lại kích thƣớc theo chiều dài, chƣa đề cập đến kích thƣớc chiều cao, chiều rộng dung sai khuyết tật (hạn chế công nghệ thiết bị đo kiểm) Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Cần đa dạng kiểm ra, đánh giá mẫu hàn (va đập, độ cứng) từ tìm thơng số chế độ hàn tối ƣu cho liên kết hai vật liệu Nghiên cứu khác tổ chức tế vi thép cacbon thấp thép khơng gỉ, từ đề xuất biện pháp công nghệ phù hợp để kiểm tra liên kết hàn phƣơng pháp kiểm siêu âm tổ hợp pha (phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ khơng có khác biệt nhiều kiểm tra hai vật liệu này) Ứng dụng tự động hóa giới hóa vào q trình chế tạo mẫu hàn mẫu hàn nhằm hạn chế phụ thuộc vào tay nghề ngƣời thợ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] TS Ngô Lê Thông.Công nghệ hàn điện nóng chảy NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [2] PGS, TS Hoàng Tùng, PGS, TS Nguyễn Thúc Hà, TS Ngô Lê Thông, KS Chu Văn Khang.Sổ tay hàn NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Trần Văn Niên, Trần Thế San.Thực hành kỹ thuật Hàn – Gò NXB Đà Nẵng, 2001 [4] GS, TS.Trần Văn Địch, PGS, TS Ngơ Trí Phúc.Sổ tay thép giới NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [5] Nguyễn Văn Dán, Nguyễn Ngọc Hà, Đặng Vũ Ngoạn, Trƣơng Văn Trƣờng Vật liệu kỹ thuật NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002 [6] Nguyễn Đức Thắng (chủ biên) Đảm bảo chất lƣợng hàn NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2009 [7] Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lƣờng – Chất lƣợng Tuyển tập tiêu chuẩn quốc gia hàn, hàn đồng hàn vảy, 2010 [8] PGS, TS Nguyễn Thúc Hà, TS.Bùi Văn Hạnh, Ths Võ Văn Phong.Giáo trình cơng nghệ hàn NXB Giáo Dục Việt Nam, 2009 [9] Phan Văn Toản Nghiên cứu qui trình cơng nghệ chế tạo chi tiết mẫu có khuyết tật hàn Luận văn thạc sĩ, 2013 [10] Trần Đình Toại Nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhôm – thép trình hàn TIG Luận án tiến sĩ kỹ thuật khí, 2013 TIẾNG NƢỚC NGỒI [11] Kobeco Welding Handbook, Kobe Steel, Ltd Welding Company [12] Vikas Chauhan, Dr R S Jadoun Parametric Optimization of Migwelding for Stainless Steel st (ss-304) Designmethod,1 International Andlow Carbon Conference Engineering & Management (IOCRSEM 2014) on Steel Using Research in Taguchi Science, 142 [13] Pawan Kumar, Dr.B.K.Roy, Nishant Parameters Optimization for Gas Metal Arc Welding of AusteniticStainless Steel (AISI 304) & Low Carbon Steel using Taguchi’s Technique,International Journal of Engineering and Management Research, Vol.-3, Issue-4, August 2013 [14] K Krishnaprasad, Raghu V.Prakash Fatigue Crack Growth Behavior in Dissimilar Metal Weldment of Stainless Steel and Carbon Steel,World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol:3 2009-08-22 [15] Wichan Chuaiphan, Somrerk Chandra – ambhom, Satian Nitawach, Banleng Sonil Dissimilar WeldingBetween AISI 304 Stainless Steel and AISI 1020 Carbon Steel Plate,Aplied Mechanics and Materials Vols 268-270 (2013) pp 283-290 [16] Standard codes AWS D1.1 2010, AWS D1.6 2016, AWS A3.0, AWS A5.1, AWS A5.15, AWS A5.18, AWS D 9.1 [17] Standard codes ASME IX 2010, ASME B31.8-2010 [18] International Atomic Energy Agency Guidebook for the Fabrication of Non- Destructive Testing (NDT) Test Specimens - Training Course Series No 13 IAEA, 2001 [19] The Avesta Welding Manual Practice and Products for Stainless Steel Welding [20] John E Bringas, Handbook of Comparative World Steel Standards, 3rd Edition ASTM International, 2004 WEBSITE [21] http://ijater.com/Files/f2f70254-bbb7-48e5-a19e- 32738b18_IOCRSEMME_43.pdf (truy xuất tháng 10 năm 2014) [22] http://www.kskct.cz/images/materialy/en/avesta.pdf (truy xuất tháng 10 năm 2014) [23] http://www.ssina.com/download_a_file/weldingbook.pdf (truy xuất tháng 11 năm 2014) [24] http://www.steel-plate-sheets.com/steelgrade/.(truy xuất tháng năm 2015) [25] http://maymoccongnghiep.com.vn/nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-han-tig.html 143 (truy xuất tháng năm 2015) [26] http://weldingdesign.com/processes/mechanical-weld-backing-methods (truy xuất tháng năm 2015) [27] http://www.millerwelds.com/resources/articles/alloy-pipe-welding-TIG- GTAW-alloyed-/ (truy xuất tháng năm 2015) [28] http://www.bocworldofwelding.com.au/media/pdf/welding%20consumab les-stainless%20steel.pdf 144 PHẦN PHỤ LỤC PHỤ LỤC Bảng Tổng Hợp Các Thông Số Của Chế Độ Hàn Mẫu TC1-TS1 ,TC2-TS2 Và TC3-TS3 Đƣờng hàn 145 PHỤ LỤC Bảng tổng hợp thơng số trung bình chế độ hàn mẫu TC6 - TS6 Đƣờng hàn TC4 - TS4, TC5 - TS5 146 PHỤ LỤC Bảng tổng hợp thơng số trung bình chế độ hàn mẫu TC9 - TS9 Đƣờng hàn TC7 - TS7, TC8 - TS8 147 PHỤ LỤC Bảng tổng hợp thông số trung bình chế độ hàn mẫu TC10 - TS10, TC11 TS11 TC12 - TS12 Đƣờng hàn 148 PHỤ LỤC Bảng 5.11: Bảng tổng hợp thông số trung bình chế độ hàn mẫu TC14-TS14 TC15-TS15 Đƣờng hàn TC13-TS13, 149 PHỤ LỤC Bảng 5.13: Bảng tổng hợp thơng số trung bình chế độ hàn mẫu : TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-TS18: Đƣờng hàn 150 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THÉP TẤM ĐỂ THÍ NGHIỆM 151 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM HÀN 152 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM KÉO MỐI HÀN 153 PHỤ LỤC 10 HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM UỐN MỐI HÀN 154 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH SIÊU ÂM MỐI HÀN ... có suất cao để hàn hai loại vật liệu khác nhƣ thép cacbon thấp thép không gỉ cấp thiết Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài ? ?Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến suất hàn hàn thép không gỉ với thép các- bon... lƣợng mối hàn 2.2 Nội dung nghiên cứu đề tài Kết cấu luận văn ? ?Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến suất hàn hàn thép không gỉ với thép các- bon” đƣợc thực bao gồm nội dung sau: 2.2.1 Nghiên cứu lý... công suất tầm với máy Không hàn đƣợc liên kết hàn phức tạp 44 3.1.4 Hàn thép cacbon – thép không gỉ phƣơng pháp hàn hồ quang 3.1.4.1 Hàn thép cacbon – thép không gỉ phƣơng pháp hàn MIG So với hàn