Nghiên cứu và xác định trường nhiệt độ khi hàn mig thép không gỉ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu xác định trường nhiệt độ hàn MIG thép không gỉ LƯU VĂN HÙNG Luuvanhungistc@gmail.com Ngành: Kỹ Thuật Cơ khí Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tiến Dương – … …………… Chữ ký GVHD Viện: Cơ Khí Hà Nội, 11/2020 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Tiến Dương, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lịng biết ơn thầy, môn hàn Công nghệ kim loại – Viện Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn tập thể ban lãnh đạo đồng nghiệp Trung tâm Hỗ trợ kỹ thuật an tồn cơng nghiệp giúp đỡ chuyên môn tạo điều kiện thời gian để hoàn thành Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn Thạc sĩ Vũ Văn Đạt - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định hỗ trợ cho tác giả thực nghiệm đề tài xưởng thực hành Do lực thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả Lưu Văn Hùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan ngoại trừ số liệu trích dẫn từ tài liệu tham khảo nội dung cịn lại cơng trình nghiên cứu tính tốn riêng tơi, số liệu tính tốn trung thực chưa cơng bố Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2020 Người cam đoan Lưu Văn Hùng MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lý chọn đề tài, lĩnh vực nghiện cứu 1.2 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Cơ sở khoa học 1.2.2 Tính thực tiễn 1.3 Mục tiêu đề tài (các kết cần đạt được) 1.4 Nội dung đề tài, vấn đề cần giải 1.5 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.6 Phương pháp nghiên cứu, kết cấu cơng trình nghiên cứu 1.6.1 Phương pháp nghiên cứu 1.6.2 Kết cấu cơng trình nghiên cứu CHƯƠNG TÍNH TỐN, XÁC ĐỊNH BỘ THƠNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN MIG THÉP KHÔNG GỈ 2.1 Vật liệu 2.1.1 Khái niệm thép không gỉ 2.1.2 Phân loại thép không gỉ 2.1.3 Thành phần tính chất kim loại thép khơng gỉ 2.1.4 Thành phần hóa học tính thép khơng gỉ austenit SUS 316L 10 2.1.5 Tính hàn thép khơng gỉ austenit 10 2.1.6 Giới hạn mòn thép chịu nhiệt thép bền nhiệt nhiệt độ cao 13 2.1.7 Hiện tượng phá hủy liên kết hàn thép austenit ăn mòn tinh giới 14 2.1.8 Hiện tượng phá hủy liên kết hàn thép khơng gỉ austenit ăn mịn ứng suất 15 2.2 Công nghệ hàn thép không gỉ phương pháp hàn MIG 15 2.3 Lựa chọn vật liệu hàn 18 2.4 Lựa chọn khí bảo vệ 18 2.5 Xác định, tính tốn sơ thông số hàn 18 2.6 Hàn thực nghiệm để lựa chọn chế độ hàn phù hợp 21 2.7 Đánh giá so sánh kết 03 lần thực nghiệm 23 2.8 Kết luận chương 23 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, TÍNH TỐN, XÁC ĐỊNH TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ KHI HÀN MIG TẤM MỎNG 24 3.1 Khái niệm truyền nhiệt 24 3.2 Định luật truyền nhiệt Fourier 27 3.3 Trường nhiệt độ hàn mỏng 29 3.3.1 Mô hình 30 3.3.2 Trường nhiệt độ trạng thái giả ổn định 31 3.4 Tính tốn, xác định trường nhiệt độ cho liên kết hàn nghiên cứu 34 3.5 Đường bao đẳng nhiệt biên nóng chảy 1450 0C 34 3.5.1 Xác định tọa độ điểm mút 35 3.5.2 Chiều rộng lớn 36 3.5.3 Tìm điểm giao với trục y 36 3.5.4 Vẽ biên nóng chảy 37 3.6 Đường bao đẳng nhiệt nhiệt độ 800 0C 37 3.6.1 Xác định tọa độ điểm mút 37 3.6.2 Xác định chiều rộng lớn 38 3.6.3 Tìm điểm giao với trục y 38 3.6.4 Vẽ biên đường bao đẳng nhiệt 800 0C 39 3.7 Chiều rộng tiết diện ngang vùng ảnh hưởng nhiệt 39 3.8 Tổng hợp số liệu kết tính toán 40 3.9 Kết luận chương 40 CHƯƠNG MÔ PHỎNG, XÁC ĐỊNH TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ KHI HÀN MIG THÉP 316L BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 41 4.1 Giới thiệu chung phần mềm SYSWELD 41 4.2 Mô trình hàn phần mềm SYSWELD 41 4.3 Mơ hình phần tử hữu hạn 42 4.4 Mô hình nguồn nhiệt hàn 43 4.5 Các thông số vật liệu 43 4.6 Điều kiện biên điều kiện đầu 43 4.7 Thiết lập thơng số tính tốn 44 4.8 Kết nghiên cứu bàn luận 47 4.8.1 Trường nhiệt độ hàn 47 4.8.2 Chu trình nhiệt số vị trí khảo sát 50 4.8.3 Bảng tộng hợp kết mô phần mềm SYSWELD 52 4.9 Kết luận chương 52 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, XÁC ĐỊNH TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CHO LIÊN KẾT HÀN NGHIÊN CỨU 54 5.1 Mục đích 54 5.2 Chuẩn bị thực nghiệm hàn giáp mối 54 5.2.1 Thiết bị hàn 54 5.2.2 Vật liệu (Mẫu thử nghiệm) 54 5.2.3 Vật liệu hàn 55 5.2.4 Khí bảo vệ 55 5.2.5 Đồ gá hàn 56 5.2.6 Thiết bị đo 56 5.2.7 Tạo mối ghép gắn cảm biến nhiệt độ lên mẫu hàn 58 5.3 Kết thực nghiệm 58 5.3.1 Chế độ hàn 58 5.3.2 Hình ảnh kết đo thực nghiệm 58 5.4 Kiểm tra tổ chức tế vi mẫu hàn thực nghiệm 60 5.4.1 Mục đích kiểm tra 60 5.4.2 Cắt mẫu kiểm tra 61 5.4.3 Xác định vị trí kiểm tra tổ chức tế vi 61 5.4.4 Kết kiểm tra tổ chức tế vi 61 5.5 Bảng kết đo thực nghiệm 63 5.6 So sánh kết tính tốn, mơ thực nghiệm 63 5.7 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 66 TÀI KIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mơ hình nghiên cứu nhóm tác giả [12] Hình 2.1: Biểu đồ Schaeffler Hình 2.2: Bểu đồ trạng thái sắt với nguyên tố hợp kim [5] Hình 2.3: Hình minh họa khơng gian hệ Fe–Cr-Ni 10 Hình 2.4: Kết tinh kim loại mối hàn pha γ 11 Hình 2.5: Kết tinh kim loại mối hàn pha γ + δ 11 Hình 2.6: Giản đồ Delong sô ferit FN (Ferrite Number) 12 Hình 2.7: Các dạng ăn mịn tinh giới 14 Hình 2.8: Mô tả hệ thống hàn MIG -MAG 16 Hình 2.9: Cấu tạo súng hàn 16 Hình 2.10: Khí bảo vệ Argon CO hàn GMAW 17 Hình 2.11: Hình ảnh mối hàn tiêu chuẩn (10) 19 Hình 2.12: Thiết kê mối hàn tính tốn sơ 19 Hình 2.13: Tiết diện ngang mối hàn 19 Hình 2.14: Hình ảnh mối hàn điều chỉnh lần thứ 21 Hình 2.15: Hình ảnh mối hàn điều chỉnh lần thứ 22 Hình 2.16: Hình ảnh mối hàn điều chỉnh lần thứ 22 Hình 3.1: Mơ hình truyền nhiệt hai chiều 29 Hình 3.2: Nguồn nhiệt đường di chuyển mỏng 30 Hình 3.3: Đồ thị hàm Bessel K 𝑢 K 𝑢 31 49T Hình 3.4: Đồ thị lời giải mỏng Rosenthal 33 Hình 3.5: Đồ thị đường bao đẳng nhiệt cho mỏng 35 Hình 3.6: Biên nóng chảy đường bao đẳng nhiệt 1450 0C 37 Hình 3.7: Đường bao đẳng nhiệt 8000C 39 Hình 3.8: Vẽ biên nóng chảy đường bao đẳng nhiệt 800 0C kết tính tốn 40 Hình 4.1: Sơ đồ q trình mơ SYSWELD 42 Hình 4.2: Mơ hình chia lưới liên kết giáp mối lớp hàn 43 Hình 4.3: Mơ hình nguồn nhiệt hồ quang di động Radaj [18] 43 Hình 4.4: Vị trí kẹp phơi quỹ đạo đường hàn 44 Hình 4.5: Qũy đạo đường hàn liên kết giáp mối 44 Hình 4.6: Khai báo mục Weld Line, Weld Pool 45 Hình 4.7: Khai báo mục Energy 46 Hình 4.8: Ra lệnh tính tốn cho phần mềm 46 Hình 4.9: Hình ảnh trường nhiệt độ mô 47 Hình 4.10: Hình ảnh mặt cắt ngang mối hàn 47 Hình 4.11: Hình ảnh đo chiều rộng vũng hàn 48 Hình 4.12: Hình ảnh đo chiều dài vũng hàn 48 Hình 4.13: Chiều dài đường bao đẳng nhiệt 800 0C 49 Hình 4.14: Hình ảnh đo chiều rộng đường bao 800 0C 49 Hình 4.15: Hình ảnh đo chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt 50 Hình 4.16: Vị trí Node khảo sát trường nhiệt độ 50 Hình 4.17: Tọa độ vị trí Node khảo sát trường nhiệt độ 51 Hình 4.18: Chu trình nhiệt độ vị trí khảo sát 51 Hình 4.19: Vẽ biên nóng chảy đường bao đẳng nhiệt 800 0C 52 Hình 5.1: Hình ảnh thiết bị hàn 54 Hình 5.2: Hình ảnh cắt mẫu hàn thí nghiệm 55 Hình 5.3: Hình ảnh dây hàn ER316L 55 Hình 5.4: Hình ảnh khí bảo vệ 56 Hình 5.5: Hình ảnh hệ thống gá, kẹp phôi hàn 56 Hình 5.6: Sơ đồ khối thiết bị đo nhiệt độ 57 Hình 5.7: Hình ảnh thiết bị đo (Cảm biến nhiệt độ) 57 Hình 5.8: Hình ảnh tạo mối ghép gắn came biến nhiệt độ trước hàn 58 Hình 5.9: Hình ảnh đo chiều rộng mối hàn 59 Hình 5.10: Sơ đồ vị trí đặt cảm biến nhiệt độ 59 Hinh 5.11: Hình ảnh đặt cảm biến nhiệt độ vị trí khảo sát 59 Hình 5.12: Hình ảnh thị đo nhiệt độ vị trí 500 0C 60 Hình 5.13: Cấu trúc vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết hàn nóng chảy [11] 60 Hình 5.14: Vị trí cắt mẫu 61 Hình 5.15: Vị trí kiểm tra tổ chức tế vi 61 Hình 5.16: Tổ chức tế vi mặt cắt ngang KLMH 61 Hình 5.17: Tổ chức tế vi mặt cắt ngang vùng KLMH-VAHN 62 Hình 5.18: Tổ chức tế vi vùng AHN 62 Hình 5.19: Đồ thị đường bao đẳng nhiệt biên nóng chảy tính tốn, mô 64 Hình 5.20: Đồ thị đường bao đẳng nhiệt 800 0C tính tốn, mơ 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học thép khơng gỉ 316L theo ASTM A240 10 Bảng 2.2: Cơ tính thép không gỉ 316L theo ASTM A240 10 Bảng 2.3: Thành phần hóa học dây hàn ER316L theo AWS A5.9/A5.9M 18 Bảng 2.4: Cơ tính dây hàn ER316L theo AWS A5.9/A5.9M 18 Bảng 2.5: Bảng tiêu chuẩn mối hàn theo AWS D1.6/1.6M: 2017 19 Bảng 2.6: Bảng thông số chế độ hàn sơ 20 Bảng 2.7: Điều chỉnh chế độ hàn lần 21 Bảng 2.8: Bảng điều chỉnh chế độ hàn lần thứ 22 Bảng 2.9: Điều chỉnh chế độ hàn lần 22 Bảng 2.10: So sánh kết hàn thự nghiệm 03 mẫu 23 Bảng 3.1: Bảng thống số tính tốn trường nhiệt trạng thái giả ổn định 34 Bảng 3.2: Bảng tổng hợp kết tính tốn 40 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp số vị trí khảo sát 51 Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết tính toán 52 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật máy hàn NCB-270A 54 Bảng 5.2: Bảng thống số chế độ hàn hàn thực nghiệm 58 Bảng 5.3: Bảng kết đo thực nghiệm 63 Bảng 5.4 : Bảng tổng hợp kết tính tốn, mơ thực nghiệm 63 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Kí hiệu/ chữ viết tắt Đơn vị Ý nghĩa 𝐼ℎ [A] Cường độ dòng điện hàn [V] Điện áp hàn 𝑣 [𝑚𝑚 𝑠 −1 ] Vận tốc hàn [%] Hiệu suất nguồn nhiệt hàn 𝑑 mm Chiều dày có thứ nguyên 𝑈ℎ 𝜂 𝑎 𝑐 𝛾; 𝜌 𝜆 ρc 𝑞đ Hc – H0 Tm T A1 T0 [𝑚𝑚2 ⁄𝑠] Độ dẫn nhiệt [kg.𝑚−3 ] Khối lượng riêng J/mm3 0C Nhiệt dung khối [J 𝑘𝑔−1 𝐾 −1 ] W/mm0C [J] J/mm3 Nhiệt dung riêng Hệ số dẫn nhiệt Năng lượng đường Gia số Enthalpy Nhiệt độ nóng chảy C Nhiệt độ chuyển biến pha Nhiệt độ ban đầu C C Vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ KLCB Kim loại KLMH Kim loại mối hàn VAHN Vùng ảnh hưởng nhiệt Hàn hồ quang điện cực nóng chảy MIG mơi trường bảo vệ khí trơ (Metal inert gas) FEM 𝑛3 Q 𝑥′ Phần tử hữu hạn Tham số vận hành không thứ nguyên [W.𝑚𝑚−3 ] [mm] Mật độ lượng khối Khoảng có thứ nguyên từ tâm nguồn nhiệt đến phía trước đường bao đẳng nhiệt CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, XÁC ĐỊNH TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CHO LIÊN KẾT HÀN NGHIÊN CỨU 5.1 Mục đích Mục đích nghiên cứu thực nghiệm để xác định trường nhiệt độ hàn MIG giáp mối hai thép không gỉ Austenis 316L dày mm 5.2 Chuẩn bị thực nghiệm hàn giáp mối 5.2.1 Thiết bị hàn Chọn thiết bị hàn MIG để thực nghiệm liên kết hàn giáp mối vật liệu thép không gỉ máy hàn MIG NCB-270 Hình 5.1: Hình ảnh thiết bị hàn Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật máy hàn NCB-270A Thông số KR2-350 Điện áp nguồn định mức V 380 Tần sô định mức Hz 50 – 60 Công suất định mức kVA 9.3 Điện áp không tải V 16-27.5 Dòng định mức A 0-270 Đường kính dây hàn mm 0.8 – 1.2 Chu kỳ tải % 60 Hiệu suất % 85 Kích thước mm 500 x 263 x 430 5.2.2 Vật liệu (Mẫu thử nghiệm) Vật liệu: SUS 316L, chiều dày: d= mm, kích thước mẫu: 250 x 200 x 3mm 54 Các phơi cắt nhỏ theo kích thước máy cắt tơn (cắt khí) khơng dùng máy cắt Plasma để loại trừ ảnh hưởng nhiệt Hình 5.2: Hình ảnh cắt mẫu hàn thí nghiệm 5.2.3 Vật liệu hàn Dựa vào thàn phần vật liệu kim loại phương pháp hàn lựa chọn dây hàn ER316L có đường kính Ø 0.9 mm để thực nghiệm hàn liên kết giáp mối thép không gỉ Với thành phần hóa học tính nêu chương Hình 5.3: Hình ảnh dây hàn ER316L 5.2.4 Khí bảo vệ Khí bảo vệ 98% Ar + 2% O khí bảo vệ hàn MIG tạo khí có tính trơ khử để ngăn chặn khí có hại từ khơng khí thâm nhập vào vũng hàn hàn cịn tạo hình dạng mối hàn tốt Bắn tóe tối thiểu không Là hỗn hợp tốt để ngăn ngừa tượng hàn không ngấu bề mặt rãnh hàn 55 Hình 5.4: Hình ảnh khí bảo vệ 5.2.5 Đồ gá hàn Để chế độ hàn tự động ta cố định Mỏ hàn gắn lên rùa hàn để mỏ hàn chuyển động tịnh tiến dọc theo mối hàn Cùng với thiết bị hàn đồ gá hàn có vai trị quan trọng nhằm mục đích kẹp chặt góc đảm bảo vị trí tương quan gữa chi tiết hàn súng hàn, định vị xác chi tiết hàn suốt trình hàn Trước hàn cần phải cho xe hàn (rùa hàn) tự hành chạy rà không tải để chỉnh mỏ hàn cho đảm bảo khoảng cách điện cực vật hàn, đảm bảo góc nghiêng súng hàn không đổi hệ thống di chuyển không bị vấp Hình 5.5: Hình ảnh hệ thống gá, kẹp phơi hàn 5.2.6 Thiết bị đo Cấp điện áp DC từ 6.5 ÷ 24VDC cho khối nguồn Qua tụ lọc nguồn hạ áp xuống điện áp 5VDC cung cấp nguồn nuôi cho khối vi điều khiển, khuếch đại hiển thị Khối cảm biến gồm cảm biến nhiệt độ, đo nhiệt độ từ thiết bị cần đo gửi phản hồi dạng điện áp khối khuếch đại Khối khuếch đại 56 gồm LM324 điện trở, nhận tín hiệu từ cảm biến, khuếch đại opam điện trở chế độ khơng đảo đưa tín hiệu vào khối vi điều khiển Khối vi điều khiển PIC 16F683, đọc giá trị ADC từ tín hiệu khối khuếch đại gửi điều khiển khối hiển thị Khối hiển thị hiển thị giá trị nhiệt độ đo từ cảm biến nhiệt độ thông qua hình led Đầu cảm biến nhiệt Chiều dài dây: 2m Cảm nhiệt độ loại K, thang nhiệt 0~1200 0C Chất Liệu: Thép khơng gỉ Hình 5.6: Sơ đồ khối thiết bị đo nhiệt độ Đầu đo nhiệt độ loại K Màn hình hiển thị LCD Hình 5.7: Hình ảnh thiết bị đo (Cảm biến nhiệt độ) 57 5.2.7 Tạo mối ghép gắn cảm biến nhiệt độ lên mẫu hàn Mối hàn giáp mối không vát mép Khe hở: 1.5 mm Hình 5.8: Hình ảnh tạo mối ghép gắn came biến nhiệt độ trước hàn Cảm biến nhiệt độ hàn đính vào vị trí tọa độ cần khảo sát 5.3 Kết thực nghiệm 5.3.1 Chế độ hàn Từ kết tính tốn mô ta lựa chọn chế độ hàn chuẩn Bảng 5.2 Bảng 5.2: Bảng thống số chế độ hàn hàn thực nghiệm Đơn vị Ký hiệu Giá trị Điện áp hàn V U 23 Dòng điện hàn A I 120 mm/s V Thuật ngữ Vận tốc hàn Số lớp hàn 01 Dây hàn ER316L mm 0.9 Tốc độ cấp dây m/ph 10 Khí bảo vệ 98% Ar + 2% O L/ph 12 Dạng dịch chuyển ngắn mạch (Short Arc Welding) 5.3.2 Hình ảnh kết đo thực nghiệm Chiều rộng lớn biên nóng chảy: Sau thực nghiệm tác giả sử dụng thiết bị đo khí (thước cặp) đo chiều rộng biên nóng chảy chiều rộng mối hàn 58 Hình 5.9: Hình ảnh đo chiều rộng mối hàn - Để xác định chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt, chiều rộng đường bao đẳng nhiệt 800 0C, vùng nhiệt độ 500 0C tác giả sử dụng thiết bị đo (cảm biến nhiệt độ) gắn vào thiết bị đo vị trí khảo sát xác định phần mềm mơ Hình 5.10: Sơ đồ vị trí đặt cảm biến nhiệt độ Hinh 5.11: Hình ảnh đặt cảm biến nhiệt độ vị trí khảo sát 59 Trên Hình 5.11 đầu đo cảm biến nhiệt độ gắn vị trí đo nhiệt độ 500 0C Hình 5.12: Hình ảnh thị đo nhiệt độ vị trí 500 0C Trên Hình 5.12 Nhiệt độ đo vị trí vùng ảnh hưởng nhiệt 11910C vùng nhiệt độ 500 0C 481 0C vị trí cách tâm mối hàn 12 mm Với kết có sai số nhỏ hồn tồn phù hợp với kết tính tốn mơ 5.4 Kiểm tra tổ chức tế vi mẫu hàn thực nghiệm 5.4.1 Mục đích kiểm tra Mục đích kiểm tra tổ chức tế vi để xác định vùng tổ chức kim loại thay đổi vùng ảnh hưởng nhiệt mặt cắt ngang mối hàn thép austenit 316L dày mm mơ tả Hình 5.13 Từ việc xác định danh giới vùng tổ chức kim loại thay đổi ta xác định chiều rộng mối hàn chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt kết hợp thiết bị đo (Cảm biến nhiệt độ) dụng cụ đo khí kết thu xác Hình 5.13: Cấu trúc vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết hàn nóng chảy [11] 60 5.4.2 Cắt mẫu kiểm tra Vị trí cắt mẫu kiểm tra vị trí mối hàn mơ tả Hình 5.14 Hình 5.14: Vị trí cắt mẫu 5.4.3 Xác định vị trí kiểm tra tổ chức tế vi Từ mẫu cắt ta tiến hành mài phẳng, đánh bóng tẩm thực soi kính hiển vi quang học với độ phóng đại 100 lần 500 lần vị trí mơ tả Hình 5.15 Hình 5.15: Vị trí kiểm tra tổ chức tế vi Theo Hình 5.15: Vị trí 1: Vùng KLMH, Vị trí 2: Vùng KLMH-HAZ, Vị trí 3: Vùng HAZ 5.4.4 Kết kiểm tra tổ chức tế vi a Tổ chức tế vi vùng kim loại mối hàn Hình 5.16: Tổ chức tế vi mặt cắt ngang KLMH 61 Tổ chức tế vi Hình 5.16 tổ chức kim loại mối hàn có hình thái nhánh tương đối rõ Cấu trúc kim loại tương đối đều, lượng delta ferrite nhiều làm giảm nguy nứt nóng cho KLMH Nền austenite màu trắng nằm xen kẽ đặn với nhánh delta ferrite b Tổ chức tế vi vùng kim loại mối hàn – vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) Hình 5.17: Tổ chức tế vi mặt cắt ngang vùng KLMH-VAHN Tổ chức kim loại vùng biên giới KLMH – VAHN thể Hình 5.17, bên trái vùng AHN cịn bên phải KLMH Kết hình cho biết bề rộng vùng viền chảy rõ - điều phản ánh quy luật mối hàn nguội nhanh c Tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ tiếp giáp vùng KLCB Hình 5.18: Tổ chức tế vi vùng AHN Trên hình 5.18 cho thấy cấu trúc kim loại tương đối đồng đều, hướng hạt kim loại theo chiều ngang – giống với thớ ngang KLCB Có thấy xuất tồn pha delta ferrite austenite 62 5.5 Bảng kết đo thực nghiệm Kết hợp đo dụng cụ khí (thước cặp) đo thay đổi màu sắc mối hàn, thiết bị đo nhiệt độ đem mẫu hàn thí nghiệm kiểm tra tổ tế vi kính hiển vi quang học ta kết thực nghiệm Bảng 5.3 Bảng 5.3: Bảng kết đo thực nghiệm Nội dung Kết thực nghiệm Chiều rộng mối hàn 6.50 mm Chiều rộng lớn đường bao đẳng nhiệt 800 0C 15 mm Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt 4.25 mm 5.6 So sánh kết tính tốn, mơ thực nghiệm Bảng kết tính tốn, mơ thực nghiệm trình bày Bảng 5.4 Bảng 5.4 : Bảng tổng hợp kết tính tốn, mơ thực nghiệm Chiều rộng mối hàn (mm) Tính Mơ Thực nghiệm toán (FEM) 8.12 5.8 6.5 Chiều rộng đường bao đẳng nhiệt 800 0C (mm) 15.4 14.25 15 Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt (mm) 3.65 4.36 4.25 Chiều dài vũng hàn 11.2 19.2 - Chiều dài đường bao đẳng nhiệt 800 0C 37.9 68.7 - Kết Qua Bảng 5.4 ta thấy kết sát độ sai lệch tương đối nhỏ cụ thể sau; - Độ sai lệch chiều rộng mối hàn tính tốn mơ là: 2.32 mm, tính tốn thực nghiệm là: 1.62 m mô thực nghiệm là: 0.7mm - Độ sai lệch đường bao đẳng nhiệt 800 0C tính tốn mơ là: 1.2 mm, tính tốn thực nghiệm là: 0.4 m mô thực nghiệm là: 0.8 mm - Độ sai lệch chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) tính tốn mơ là: 0.7 mm, tính tốn thực nghiệm là: 0.6 mm mô thực nghiệm là: 0.11 mm 63 Hình 5.19: Đồ thị đường bao đẳng nhiệt biên nóng chảy tính tốn, mơ Các đường đẳng nhiệt tính tốn lý thuyết mơ cho Hình 5.19 Chiều rộng mối hàn tính tốn lý thuyết (8,12 mm) lớn chiều rộng mô (5,8 mm) Giá trị thực nghiệm chiều rộng mối hàn (6,5 mm) nằm giá trị tính tốn lý thuyết mơ PTHH Sự khác biệt chiều rộng mối hàn ba phương pháp nhỏ Sự khác biệt chiều dài vũng hàn tính tốn lý thuyết (11.2 mm) nhỏ nhiều so với mô (FEM) (19.2 mm) độ lêch mm Nhưng khoảng cách từ tâm nguồn nhiệt đến điểm phía trước đường bao đẳng nhiệt tính mơ (2.1 mm) lớn so với tính tốn lý thuyết (0.9 mm) Hình 5.20: Đồ thị đường bao đẳng nhiệt 800 0C tính tốn, mơ Đường bao đẳng nhiệt 800 0C tính tốn lý thuyết mơ (FEM) cho Hình 5.20 Sự khác biệt chiều rộng lớn đường bao đẳng nhiệt 800 0C ba phương pháp không nhiều (15.4 mm tính tốn lý thuyết so với 14.25 mm mô (FEM) 15 mm thực nghiệm) Chiều dài đường bao đẳng nhiệt 800 0C tính tốn lý thuyết (37.9 mm) nhỏ nhiều so với mô (FEM) (68.7 mm) Tương tự trên, khoảng cách từ tâm nguồn nhiệt đến điểm phía trước đường bao đẳng nhiệt mơ (FEM) (mm) cao so với tính tốn lý thuyết (4.12 mm) 64 Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tính tốn lý thuyết (3.65 mm) nhỏ mô (FEM) (4.36 mm) Kết chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt mô (FEM) gần với chiều rộng thực nghiệm (4.36 mm so với 4.25 mm) 5.7 Kết luận chương Ở chương này, tác giả tiến hành phân tích chọn lựa trang thiết bị thiết yếu đủ tin cậy sử dụng q trình thực nghiệm Điều giúp cho kết thực nghiệm xác ổn định Kết đo nhiệt độ vị trí khảo sát phù hợp với tính tốn mơ 500 0C đo 481 0C (Chênh lệch 19 0C) sai số khoảng 4% Kết nghiên cứu thực nghiệm phản ánh với kết mơ có sai lệch nhỏ chấp nhận Riêng kết tính tốn lý thuyết có sai số lớn điều giải thích tính tốn lý thuyết số giả thiết giả định, ví dụ giả thiết mỏng nhiệt độ không thay đổi theo chiều dày giả thiết hệ số vật liệu không thay đổi (độ khuếch tán nhiệt, độ dẫn nhiệt, tỉ trọng.….vv) Cịn thực nghiệm ảnh hưởng yếu tố gá đặt, chỉnh máy yếu tố môi trường nên có sai số đáng kể 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI  Kết luận Trong luận văn này, sau nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô số tiến hành thực nghiệm tác giả xác định trường nhiệt độ hàn thép không gỉ SUS316L với chiều dày mm Mục tiêu đề tài giải quyết, kết nghiên cứu có độ tin cậy cao Một số kết tác giả đạt sau hoàn thành luận văn gồm: Chiều rộng mối hàn chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn thép không gỉ SUS316L xác định ba phương pháp (tính tốn lý thuyết, mơ thực nghiệm) Kết nghiên cứu phương pháp so sánh với để thể độ tin cậy kết nghiên cứu Có khác biệt lớn kết tính tốn lý thuyết phương pháp PTHH thực nghiệm Điều giải thích tính tốn lý thuyết số giả thiết giả định, ví dụ giả thiết mỏng nhiệt độ không thay đổi theo chiều dày giả thiết hệ số vật liệu không thay đổi (độ khuếch tán nhiệt, độ dẫn nhiệt, tỉ trọng….vv) Kết thu cho thấy tính tốn lý thuyết sử dụng làm kết sơ (thơng số hàn kích thước mối hàn) để mơ hình hóa theo phương pháp phần tử hữu hạn kết mô phần mềm SYSWELD sử dụng để giảm bớt khối lượng thực nghiệm địi hỏi chí phí cao Với phần mềm SYSWELD, tìm thấy chu trình nhiệt độ điểm trường nhiệt độ trình hàn Nghiên cứu sử dụng để xác định trường nhiệt độ hàn không cho vật liệu SUS316L hàn MIG mà cho vật liệu khác với quy trình hàn khác  Hướng phát triển luận văn tương lai + Xây dựng phần mềm để kết nối với thiết bị đo nhiệt độ nhằm đạt độ xác cao + Nghiên cứu trường nhiệt hàn liên kết góc thép khơng gỉ hàn thép bon với thép không gỉ 66 TÀI KIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt: [1] - Nguyễn Tiến Dương, Truyền nhiệt vật hàn, Bộ môn hàn cơng nghệ kim loại – Viện Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [2]- Nguyễn Thế Ninh, Phân tích truyền nhiệt hàn ứng dụng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2008 [4]- Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Sổ tay hàn , In lần thứ nhất, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2007 [5]- Ngô Lê Thơng, Cơng nghệ hàn điện nóng chảy (1&2), Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2004 [6]- Nguyen Tien Duong, Determination of temperature distribution during MIG welding in fillet weld joint between two thin plates on carbon steel and stainless steel – The 13th SEATUC Symposium, 2019 (18-23) [7]- Nguyễn Tiến Dương, Xác định chế độ hàn hợp lý để giảm chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt hàn TIG hợp kim nhôm, Hội nghị Khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V – VCME 2018, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Trang 706 – 716, 2018 [8]- Mô trường nhiệt độ, trường ứng suất biến dạng nhiệt q trình hàn nóng chảy phương pháp phần tử hữu hạn (2006) Vũ Đình Toại, Võ Văn Phong Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường Đại học kỹ thuật, Số 57 - 2006 [9]- Ngô Hữu Mạnh, Mạc Văn Giang, Nguyễn Hồng Thanh, Nguyễn Tiến Dương, Phân tích mơ trường nhiệt hàn liên kết ống phần mềm Sysweld, Hội nghị Khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V – VCME 2018 Tài liệu tham khảo tiếng nước ngoài: [10]- AWS D1.6/1.6M: 2017: Structural Welding Code – Stainless Steel [11]- International Welding Engineer (IWE) Module 2: Materials and their behaviour during welding International Institute of Welding (IIW) NXB GSI-SLV Duisburg, 2015 [12]- Tác giả Ogwuagwu, O Vincent: “Simulation of Heat Transfer in Thin Plates during Arc Welding”, 2006 67 [13] ESI Group, Sysweld 2017 Reference manual, January 2017 [14]- Rosenthal, D The theory of moving source of heat and it application to metal treatment Transactions ASME 43(11) 849-866 1946 [15]- T.W EAGAR and N S TSAI, Tempertrure field produced by traveling Distributed heat sources (1983) [16]- Ivan Samardžić, Ante Čikić, Marko Dunđer, Analytical heat conduction models at ARC fusion welding 2015 [17]- A Rajesh.Kannan, N Siva.Shamugam, A Arungalai Vendan Effect of cold metal transfer process parameters on microstructural evolution and mechanical properties of AISI 316L tailor welded blanks 2019 [18]- Radaj, D (1999), Schweissprozess-Simulation Grundlagen und Anwendungen Fachbuchreihe Schweisstechnik, DVS Verlag, 1999 [19]-ASTM A240/A240M: Standard Specification for Heat-Resisting Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels [20]-AWS A5.9/A5.9M: Specification for Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods: 2012 Tài liệu tham khảo internet: [19]- https://nguyen-duy-ninh.blogspot.com 68 ... không gỉ, xác định chế độ sơ hàn MIG cho mẫu nghiên cứu + Xác định trường nhiệt độ hàn MIG mỏng vật liệu thép không gỉ + Mô trường nhiệt độ hàn MIG mỏng vật liệu thép không gỉ phần mềm Sysweld + Nghiên. .. tài: ? ?Nghiên cứu xác định trường nhiệt độ hàn MIG thép không gỉ? ?? nghiên cứu thành công sở khoa học quan trọng để tìm chế độ cơng nghệ hàn, kỹ thuật hàn hợp lý áp dụng chế tạo kết cầu hàn thép không. .. tốn, xác định trường nhiệt độ hàn MIG mỏng Tác giả đưa khái niệm truyền nhiệt, cơng thức tính trường nhiệt độ mỏng từ tính tốn, xác định trường nhiệt độ hàn MIG cho liên kết hàn nghiên cứu Chương