Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn hồ quang và hàn mig

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN UỐN CỦA MỐI HÀN THÉP TẤM MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG VÀ HÀN MIG S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014 – 102 S KC0 8 Tp Hồ Chí Minh, 03/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TÓM TÁT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Nghiên cứu độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Mã số: T2014 – 102 Chủ nhiệm đề tài: GVTH NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG TP HCM, 03/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Nghiên cứu độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Mã số: T2014 – 102 Chủ nhiệm đề tài: GVTH NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG TP HCM, 03/2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước Tính cấp thiết Mục tiêu Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu .1 Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .2 1.1 Giới thiệu thép mỏng .2 1.2 Công nghệ hàn hồ quang 1.3 Công nghệ hàn MIG 1.4 Độ bền uốn CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG - Mã số: T2014 - 102 - Chủ nhiệm: GVTH NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 01/2014 – 11/2014 Mục tiêu: - Xác định độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hàn MIG - Xây dựng thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Tính sáng tạo: - Vận dụng kiến thức tổng hợp để xây dựng thí nghiệm phụ vụ mơn Kết nghiên cứu: - Xây dựng thành cơng thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Sản phẩm: - Bản thuyết minh - Bài thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Chuyển giao kết nghiên cứu Bộ môn - Chuyển giao kết nghiên cứu cho đơn vị liên quan Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) GVTH NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước: Thực tế Việt Nam, Cơng ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Cơng ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rượu, bia nước giải khát Sài Gòn; Nhà máy nhiệt điện tuabin khí,… q trình phá hủy chi tiết, cụm chi tiết có mối ghép hàn điều đáng lo ngại Tính cấp thiết : Phá hủy kết cấu hàn quan tâm từ lâu Đánh giá độ bền độ ổn định kết cấu hàn định kỳ sau thời gian sử dụng yêu cầu quan trọng, nhằm phát huy tối đa hiệu sử dụng kết cấu hàn Thực tế Việt Nam, Công ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Cơng ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rượu, bia nước giải khát Sài Gịn; Nhà máy nhiệt điện tuabin khí,… q trình phá hủy chi tiết, cụm chi tiết có mối ghép hàn điều đáng lo ngại Mục tiêu: - Xác định độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn MIG - Xây dựng thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Cách tiếp cận: - Tìm hiểu nhu cầu thực tế tính khả thi đề tài Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế - Nghiên cứu tài liệu - Thực nghiệm Đối tượng nghiên cứu: - Mối hàn thép mỏng phương pháp hàn MIG - Phương pháp kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng Phạm vi nghiên cứu: - Phương pháp kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn MIG - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng Nội dung nghiên cứu : - Giới thiệu thép mỏng - Công nghệ hàn hồ quang hàn MIG - Độ bền uốn mối hàn thép - Bài thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng Trang CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu thép mỏng 1.1.1 Theo TCVN 6522 : 1999 (ISO 4995 : 1993) thép kết cấu cán nóng mỏng: Thép có chiều dày nhỏ mm thường gọi “thép mỏng” “thép lá” (tiếng Anh gọi sheet) Thép có chiều dày từ mm trở lên thường gọi “thép dày” (tiếng Anh sheet plate) Thép kết cấu cán nóng mỏng có chiều dày từ 1.6 mm đến mm 1.1.2 Theo TCVN 6524 : 1999 (ISO 4997 : 1991) thép kết cấu cán nguội mỏng: Thép kết cấu cán nóng mỏng có chiều dày từ 0.36 mm đến mm Một số mác thép kết cấu cán nguội theo TCVN 1.2 Phương phỏp hn h quang tay: 1.2.1 Khỏi nim Kìm hàn Dây cáp hàn Que hàn vỏ bọc Hồ quang Kim loại Sỉ Kim loại mối hàn Mạch thứ cấp Nguồn hàn Mạch sơ cấp Dây cáp mát Bể hµn Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý hàn hồ quang điện 1.2.2 Các yếu tố trình hoạt động Khi mối hàn không thiết kế vị trí bằng, kim loại nóng chảy chảy ngồi vũng hàn gây nên khó sử lý kiểm soát Điều chỉnh thay đổi hàn thao tác tay hồ quang cho phép người thợ hàn kiểm sốt vũng kim loại nóng chảy cách đắn Kim loại mối hàn đông đặc bao phủ lớp xỉ từ vỏ bọc que hàn Hồ quang vùng hồ quang trực tiếp bao bọc khỏi khơng khí khí bảo vệ kết phân huỷ thuốc bọc que hàn Phần lớn lõi que hàn chuyển dịch ngang qua cột hồ quang, nhiên có lượng nhỏ từ khu vực mối vũng hàn (hiện tượng bắn toé) 1.2.3 Ưu điểm lĩnh vực sử dụng Phương pháp hàn hồ quang SMAW phương pháp hàn ưa chuộng Nó có tối đa tính linh hoạt hàn với nhiều loại kim loại tất vị trí hàn từ chiều dày nhỏ chiều dày lớn Sự đầu tư thiết bị tương đối rẻ tiền Phương pháp sử dụng chế tạo công việc khai thác cho xây dựng bảo dưỡng 1.2.4 Khả hàn vị trí Đây phương pháp có khả hàn tất vị trí (hình 3) Hàn vị trí ngang, đứng vị trí trần phụ thuộc vào loại vỏ bọc que hàn kích thước que hàn Dòng điện hàn kỹ thao tác người thợ hàn 1.2.5 Vật liệu hàn Bảng 1.1 - Tính chất hàn kim loại cho hàn SMAW Kim loại Tính chất hàn Nhơm Có thể hàn khơng phổ biến Đồng thiếc Có thể hàn Đồng đỏ Có thể hàn khơng phổ biến Trang Đồng niken Có thể chấp nhận Gang Có thể hàn Sắt rèn Có thể hàn Niken Có thể hàn Thép carbon thấp Có thể hàn Thép carbon trung bình cao Có thể hàn Thép hợp kim Có thể hàn Thép khơng gỉ Có thể hàn 1.2.6 Ký hiệu que hàn  Theo tiêu chuẩn Việt Nam Que hàn thép cacbon hợp kim thấp TCVN 3734 - 89 Phân loại AWS E6010 E6011 E6012 E6013 E6020 E6022 E6027 E7014 E7015 E7016 E7018 E7024 E7027 E7028 E7048 1.3  Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Mỹ AWS (American Welding Society) Bảng 1.2 Một số ký hiệu que hàn theo AWS Giới hạn bền kéo, Độ giãn dài Giới hạn chảy, min L = 4d (%) Que hàn E60 ksi MPa ksi MPa 62 430 50 340 22 62 430 50 340 22 67 460 55 380 17 67 460 55 380 17 62 430 50 340 22 67 460 Không định Không định Không định 62 430 50 340 22 Que hàn E70 17 22 22 22 72 500 60 420 17 22 22 22 1.2.7 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn Loại que hàn xác: Kích thước que hàn hợp lý: Dòng điện hợp lý: Chiều dài hồ quang hợp lý: Tốc độ di chuyển hợp lý: Góc độ que hàn hợp lý: Kỹ thuật thao tác hợp lý: Phương pháp hàn MIG/MAG 1.3 Đặc điểm Trang Bép hàn Dây hàn Bể hàn Thuốc hàn Xỉ hàn Hồ quang Kim loại Kim loại mối hµn Hình 1.3 Sơ đồ ngun lý hàn MIG/MAG Khí hoạt hóa khí CO2 khí trộn có số oxy hóa lớn Ba phận kiểm sốt q trình hàn - Súng hàn cáp hàn: - Thiết bị cấp dây - Nguồn điện hàn GMAW thực bán tự động tự động Ngày nay, chúng sử dụng rộng rãi cho công việc hàn nhờ vào ưu điểm: − Năng suất cao − Giá thành thấp − Năng lượng hàn thấp, biến dạng nhiệt − Hàn hầu hết kim loại − Dễ tự động hóa Chai khÝ - CO (MAG) Ar hc He, (MIG) Ngn hàn DC Bộ cấp dây Bộ điều khiển Cáp dẫn Cáp hàn Nối đất Cáp điều khiển dòng điện Cáp mát Súng hàn Vật liệu Hỡnh 1.4 S đồ nguyên lý thiết bị hàn MIG/MAG 1.3 Sự chuyển dịch kim loại trình hàn MIG-MAG  Chuyển dịch dạng ngắn mạch (Short Circuiting Transfer) : Hình 1.5 Nguyên lý chuyển dịch dạng ngắn mạch Trang Cường ờng độ trung bình : 50 đến 150 A Bề dày chi tiết ết : 0,5 đến mm Tóm lại ại chuyển dịch ngắn mạch thích hợp cho ứng dụng sau : − Áp dụng hàn h lớp ngấu − Áp dụng hàn h tôn mỏng Cần bảo đảm − Đầu contact tube đ nhô khỏi miệng mỏ phun từ đến ến 10 mm hhàn lớp ngấu − Độ nhú điện cực (ESO) mm − Góc nghiêng êng mỏ m hàn từ 65° đến 70° Hình 1.6 Biểu ểu đồ giao động hồ quang có kiểu chuyển dịch ngắn ắn mạch  Chuyển dịch ịch cầu (Globular Transfer): Hình 1.7 Ngun lý chuyển dịch cầu Cường độ dịng hàn trung bình : 150 đến 300 A Bề dày chi tiết : đến n mm Trong kiểu ểu chuyển dịch này, n kim loại ại chuyển dịch từ điện cực sang vũng hhàn dạng Chuyển dịch cầu ợc ứng dụng trường tr hợp sau : − Dùng để hàn lớp ớp phủ − Hàn tơn có bề dày lớn ớn − Hàn tư phẳng  Chuyển dịch phun (Axial Spray Transfer) : Cường độ dòng hàn trung bình > 300 A Bề dày chi tiết > mm m Trang Được ứng dụng hàn phủ lớp hồn tất - Hàn tơn dày - Sử dụng hàn phẳng Để đảm bảo có chuyển dịch phun - Đầu contact phải nằm mỏ phun - Độ nhơ khoảng 20 mm - Góc nghiêng mỏ hàn 75° đến 85° 1.4 Độ bền uốn 1.4.1 Ý nghĩa: Thể khả chịu uốn vật liệu tác dụng tải trọng tĩnh, ứng suất tối thiểu làm cho vật liệu bị biến dạng vĩnh viễn Hình 1-8 Nguyên lý thử uốn 1.4.2 Kí hiệu: σu (kg/cm ) 1.4.3 Kích thước mẫu thử a Theo TCVN 198 – 66: b Theo ASTM A381 - 96 (2001) Hình 1-9 Kích thước mẫu thử uốn 1.4.4 Cơng thức tính: Hình 1.10 Ngun lý thử uốn Trang σu= Trong đó: Fmax: tải trọng cực đại ghi (Kg) l1: khoảng cách tâm gối tựa (mm) b: chiều rộng mẫu thử (mm) d: chiều dày mẫu thử (mm) 1.4.5 Phương pháp thử uốn: a Uốn điểm Hình 1-11 Phương pháp uốn điểm b Uốn điểm Hình 1-12 Phương pháp uốn điểm b Uốn điểm Hình 1-13 Phương pháp uốn điểm 1.4.6 Trang thiết bị Hình 1-14 Một số máy kiểm tra độ bền uốn Trang 1.4.7 Vị trí lấy mẫu uốn ốn mối hàn h thép: Hình 1.15 1.15 Theo TCVN 3909 : 2000 (Soát xét lần ần 3) 1.4.8 Hình 1-1 16 Phương pháp chuẩn ẩn bị mẫu thử uốn theo chiều ngang Một số phương pháp thông dụng thử uốn mối hàn (A) Mẫu M thử (B) Uốn cong sơ (C) Uốn tự hồn àn ttất Hình 1-17 Phương pháp kiểm tra uốn tự Hình 1-18 Một số phương pháp thơng dụng ụng thử uốn mối hhàn Trang CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM Tên thí nghiệm: Kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU  Xác định ứng suất uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG  Hiểu công nghệ hàn hàn hồ quang, hàn MIG thực mối hàn thép mỏng  Hiểu nguyên lý thử uốn, trình tự kiểm tra uốn xác định ứng suất uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG B CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thép mỏng SS400 (JIS) CT38 (TCVN) Bảng 2.1 Thành phần hóa học Mác thép C, % BTC38 CCT38 0.14-0.22 0.14-0.22 Mn, % 0.3-0.65 0.3-0.65 Mác thép SS400 C 0.11 ~ 0.18 Si 0.12 ~ 0.17 Sôi 0.07 0.07 Si thép, % S, % Nửa lặng 0.05-0.17 0.05-0.17 Không 0.05 0.04 0.05 0.04 Lặng 0.12-0.3 0.12-0.3 Thành phần hoá học (%) Mn Ni Cr 0.40 ~ 0.03 0.02 0.57 P, % P S 0.02 0.03 Bảng 2.2 Chỉ tiêu tính Mác thép  b , MPa  0.2 , MPa % (A)CT38 SS400 380-490 310 210 210 23 32 Công nghệ hàn hồ quang hàn MIG (Mục 1.2, 1.3) Độ bền uốn mối hàn thép (Mục 1.4) C TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Cắt mẫu theo tiêu chuẩn ASTM A381 - 96 (2001): 75 x 40 x 3, 12 mẫu Ký hiệu mẫu: (có thể thực trước hay sau bước 3) Thực mối hàn 3.1 Trang thiết bị hàn: Máy hàn hồ quang máy hàn MIG Xưởng Hàn – Bộ môn Công nghệ Kim loại – Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM 3.2 Mối ghép hàn: Giáp mép 3.3 Vị trí hàn: Hàn 3.4 Kích thước mối hàn: Hình 2-1 Kích thước mối hàn Trang 3.5 Kỹ thuật hàn: a) Mặt cắt ngang b) Mặt cắt dọc Hình 2-2 Góc độ điện cực hàn hồ quang 3.6 Hình 2-3 Góc độ súng hàn MIG Chế độ hàn: 3.6.1 Hàn hồ quang tay a Chiều dài hồ quang: (2 ÷ 4) mm b Đường kính que hàn d= s  (mm) Trong : d đường kính que hàn (mm) s chiều dầy vật hàn (mm) Bảng 2.3 ường kính que hàn theo chiều dầy vật hàn s (mm) 1,5 4-5 6-8 9-12 13-15 16-20 20 d (mm) 3-4 4-5 5-6 6-10 c Cường độ dòng điện: Ih = k1 d1,5 (A) (d < mm) Trong : Ih cường độ dòng điện hàn (A) d đường kính que hàn (mm) k1 = (20 25)là hệ số thùc nghiÖm e Chuyển động điện cực hàn: + Chuyển động (1) dọc theo trục que hàn để trì hồ quang cháy ổn định + Chuyển động (2) dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn + Chuyển động (3) dao động ngang để đảm bảo bề rộng mối hàn Hỡnh 2-4 Chuyn ng điện cực hàn Trang 10 Hình 2-6 Chuyển động (3) điện cực hàn theo hình cưa 3.6.2 Hàn MIG a Cường độ dòng điện hàn: Mối quan hệ chiều dày vật hàn cường độ dòng điện hàn: A = 0.0254 mm b Đường kính/cỡ dây hàn Bảng 2.4 Mối quan hệ cường độ dòng điện cỡ dây hàn c Tốc độ dây điện áp hàn: Tra bảng 2.5 Bảng 2.5 Bảng chọn thơng số hàn Hình 2-7 Mối quan hệ cường độ dòng điện hàn tốc độ dây Trang 11 d Dịch chuyển súng hàn Hình 2-8 Cách dịch chuyển súng hàn e Lưu lượng khí bảo vệ: (12 ÷15) l/ph 3.7 Thực mối hàn 3.8 Môi trường nguội: Khơng khí tĩnh 3.9 Làm kiểm tra mối hàn mắt 3.10 Kết thực mối hàn Hình 2-9 Mối hàn MIG thép dày (mm) Kiểm tra độ bền uốn 4.1 Tiêu chuẩn thử uốn: ASTM A381 - 96 (2001) 4.2 Nguyên lý thử uốn: uốn điểm 4.3 Trang thiết bị thử uốn: INSTRON 3367, Trung tâm nghiên cứu Chế biến Lâm sản, Giấy Bột giấy – Khoa Lâm nghiệp – Đại học Nơng Lâm TPHCM 4.4 Hình 2-11 Thiết bị thử uốn INSTRON 3367 Trình tự thực Chuẩn bị khởi động thiết bị uốn Khởi động máy vi tính kết nối với thiết bị uốn Khởi động phần mềm thử uốn chọn tiêu chuẩn Nhập tốc độ biến dạng Vu (mm/p) Trang 12 Gá đặt mẫu uốn vào gối đỡ Hình 2-12 Gá đặt mẫu thử uốn Tiến hành thử uốn Hình 2-13 Mẫu thử chịu uốn Sao lưu biểu đồ uốn ghi nhận giá trị tải trọng tác dụng tối đa: Pu (kgf N) Lấy mẫu uốn KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Biểu đồ uốn Trang 13 Hình 2-14 Biểu đồ thử uốn mối hàn MIG thép dày (mm) Trang 14 STT Bảng 2.6 Bảng kết lực tác dụng sau uốn Mẫu Vu Ghi Pu (kgf) số (mm/p) … Xác định ứng suất uốn 2.1 Kích thước tiết diện chịu lực: b x h b: Bề rộng mẫu (mm) h: Chiều dày mẫu mối hàn (mm) 2.2 Moment chống uốn: ∗ℎ ( = 2.3 2.4 2.5 Khoảng cách gối đỡ uốn: lu (mm) Moment uốn: ∗ = ( Ứng suất uốn: = ( ) ℎ ặ ⁄ ℎ ặ ) ) Bảng 2.7 Bảng kết ứng suất uốn STT Mẫu số bxh (mm) Ju (mm3) lu (mm) Mu (kgf) u (kgf/mm2) Ghi … Trang 15 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thời gian thực đề tài này, tác giả hồn thành nhiệm vụ: Tìm hiểu sở lý thuyết công nghệ hàn hồ quang, hàn MIG phương pháp thử uốn cho mối hàn Thực mối hàn MIG thép mỏng với chiều dày mm tiến hành thí nghiệm thử uốn mối hàn theo nguyên lý uốn 03 điểm Xây dựng thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang, hàn MIG Trang 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ mơn Cơng nghệ Kim loại – Khoa Cơ khí Chế tạo máy – ĐHSPKT TPHCM, Bài giảng Hướng dẫn thực hành Hàn hồ quang, Lưu hành nội bộ, 2000 [2] Bộ mơn Cơng nghệ Kim loại – Khoa Cơ khí Chế tạo máy – ĐHSPKT TPHCM, Bài giảng Hướng dẫn thực hành Hàn MIG/MAG, Lưu hành nội bộ, 2000 [3] Trần Văn Niên – Trần Thế San, Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật khai triển Gò – Hàn, NXB KHKT, 2010 [4] Đặng Trung Dũng, Công nghệ hàn MIG/MAG, Trường CĐ Cao Thắng [5] Một số trang web kiểm tra thử uốn mối hàn Trang 17 S K L 0 ... tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU  Xác định ứng suất uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG  Hiểu công nghệ hàn hàn hồ quang, ... tiết có mối ghép hàn điều đáng lo ngại Mục tiêu: - Xác định độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn MIG - Xây dựng thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn hồ quang hàn MIG Cách... vi nghiên cứu: - Phương pháp kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng phương pháp hàn MIG - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép mỏng Nội dung nghiên cứu : - Giới thiệu thép mỏng