(Đề tài NCKH) nghiên cứu phương pháp từ tính, áp dụng cho mối hàn hợp kim thấp độ bền cao, xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn bằng các hạt từ tính

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 PHƯƠNG PHÁP TỪ TÍNH, ÁP DỤNG CHO MỐI HÀN HỢP KIM THẤP ÐỘ BỀN CAO,XÂY DỰNG BÀITHÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH Mà SỐ: T2013-95 SKC005364 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỪ TÍNH, ÁP DỤNG CHO MỐI HÀN HỢP KIM THẤP ĐỘ BỀN CAO, XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH Mã số: T2013-95 Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Nguyễn Nhựt Phi Long TP HCM, Tháng 12 năm 2013 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỪ TÍNH, ÁP DỤNG CHO MỐI HÀN HỢP KIM THẤP ĐỘ BỀN CAO, XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH Mã số: T2013-95 Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Nguyễn Nhựt Phi Long Thành viên đề tài: TP HCM, Tháng 12 năm 2013 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu phƣơng pháp từ tính, áp dụng cho mối hàn hợp kim thấp độ bền cao, xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính - Mã số: T2013 - 95 - Chủ nhiệm: GVC ThS Nguyễn Nhựt Phi Long - Cơ quan chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 01/2013 – 12/2013 Mục tiêu: - Nghiên cứu phƣơng pháp từ tính cho kiểm tra mối hàn - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra, dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Tính sáng tạo: - Đƣa vào môn học Công Nghệ Kim Loại để sinh viên tự nghiên cứu Kết nghiên cứu: - Hoàn thiện mục tiêu đề ra, xây dựng đƣợc thí nghiệm Sản phẩm: - Bản thiết kế cụm thiết bị hàn hồ quang dƣới thuốc Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Có khả áp dụng môn Công nghệ Kim loại số trƣờng khác tuỳ điều kiện cụ thể Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) i Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vục đề tài ngồi nƣớc Tính cấp thiết : Mục tiêu: Cách tiếp cận: Phƣơng pháp nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu : CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan thép hợp kim thấp độ bền cao 1.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp kiểm tra từ tính CHƢƠNG XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA, PHÂN TÍCH KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN 2.1 Mục đích yêu cầu 2.2 Trình tự thí nghiệm 2.3 Các bƣớc thực 2.4 Phân tích đánh giá kết ́ KÊT LUÂṆ - ĐỀ NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO ii Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Ký hiệu nguyên tố hợ p kim tương đương giữa tiêu chuẩn TCVN tiêu chuẩn ΓΟCT Bảng 1.2 Thành phần hóa học sớ mác thép theo tiêu chuẩn TCVN3104-79 Bảng 1.3 Một số mác thép hợp kim thấp có độ bền cao theo tiêu chuẩn Nga Bảng 3.4 thành phần hóa học mác thép A558 theo tiêu chuẩn ASTM Bảng 1.5: Thành phần hóa học tính sớ mác thép HSLA theo SAE Bảng 1.6: Thành phần hóa học sớ mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572-88C Bảng 1.7: Cơ tính mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572-88C Bảng 1.8: Thành phần hóa học sớ mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A573-89 Bảng 1.9: Cơ tính số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A573-89 Bảng 1.10: Thành phần hóa họccủa sớ mác thép ASTM A633-90 Bảng 3.11: Cơ tính sớ mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A633-90 Bảng 1.12: Thành phần hóa học (%) mác thép theo JIS G319-88 Bảng 1.13: Cơ tính sớ mác thép theo tiêu chuẩn JIS G319-88 Bảng 1.14: Thành phần hóa học (%) mác thép theo JIS G3128-87 Bảng 1.15: Thành phần hóa học sớ mác thép theo tiêu chuẩn GB 1591- 94 Bảng 1.16: Cơ tính số mác thép theo tiêu chuẩn GB1591- 94 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tổ chức tế vi HSLA-100 trạng thái bản vùng hàn Hình 1.2 Tổ chức tế vi HSLA-100 vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) Hình 1.3 Tổ chức tế vi thép HSLA a.As-rolled; b tempered at 200°C; c tempered at 400°C; d tempered at 600°C; e tempered at 700°C Hình 1.4 Tổ chức tế vi thép HSLA-340 ram Hình 1.5 Tổ chức tế vi thép HSLA cán nguội, iii Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 95 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SMAW : Shielded metal arc welding GTAW : Gas–tungsten arc welding Trang iv Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 95 MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vục đề tài nƣớc Phá hủy kết cấu hàn đƣợc 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, Cơng ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Cơng ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rƣợu, bia nƣớc 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 : - Xây dựng thí nghiệm phục vụ cho cơng tác đào tạo Bộ môn Công nghệ Kim loại, Khoa Cơ Khí Máy, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM tƣơng lai gần Mục tiêu: - Nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra từ tính, áp dụng cho mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Cách tiếp cận: - Tìm hiểu nhu cầu thực tế tính khả thi đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế - Nghiên cứu tài liệu - Thực nghiệm Đối tƣợng nghiên cứu: - Mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao - Phƣơng pháp kiểm tra từ tính Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra từ tính, áp dụng cho mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Nội dung nghiên cứu : - Khái niệm chung thép hợp kim thấp độ bền cao - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp kiểm tra từ tính Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 95 - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 95 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan thép hợp kim thấp độ bền cao 1.1.1 Khái niệm chung Thép hợp kim thấp có độ bền cao (Thép HSLA: High Strength Low Alloy Steel) nhóm thép hợp kim có hàm lƣợng cacbon thấp hàm lƣợng nhỏ nguyên tố hợp kim chẳng hạn nhƣ: Mangan, Silic, nhôm, vanadi, titan, molipden, đồng, … Do đặt điểm nhƣ nên chúng có đặc tính chất nhƣ: độ bền độ dai va đập cao, có tính hàn tốt Độ bền cao đƣợc sinh chúng đƣợc thêm vào lƣợng nhỏ nguyên tố hợp kim có hàm lƣợng nhỏ 0.1% Giới hạn chảy chúng lớn Nhờ nhóm thép có thơng số yêu cầu độ dẻo, độ dai, tính hàn tính chống ăn mịn tốt Hàm lƣợng thành phần nguyên tố hợp kim đƣợc điều chình tùy vào yêu cầu làm việc loại thép Thép HSLA đƣợc chia thành sáu loại sau: - Thép hợp kim thấp Ferite – Pearlite: có chứa bổ sung nhỏ (bé 0,1%) cacbite mạnh hay carbonitride hình thành nhƣ Nb, V, Ti, để tăng cƣờng độ bền, làm mịn hạt - Thép cán Pearlite: bao gồm thép C - Mn nhƣng bổ sung lƣợng nhỏ nguyên tố hợp kim khác để tăng cƣờng độ bền, dẻo dai tính hàn - Thép Ferrite hình kim: (cacbon thấp bainite) cacbon thấp (ít 0,05% C) độ bền cao, (690 MPa) khả hàn tính dẻo dai tốt - Thép song pha:trong có cấu trúc tinh thể mactenxit phân tán ma trận Ferite tạo hợp chất có độ dẻo độ bền kéo cao - Thép tạo hình: bổ sung thêm nguyên tố hợp kim Ca, Zr, Ti để cải thiện tính dẻo dai thép 1.1.2 Thành phần hóa học Cơ tính theo tiên chuẩn số Quốc gia  Tiêu chuẩn ViêṭNam TCVN 1659 – 75 quy đinḥ phƣơng pháp biểu thi mạ́c thép Ký hiệu mác thép HSLA gồm hai phần : chƣ sốđƣng đầu biểu thi h ̣ am lƣơng ̣ cacbon trun ̃ phần vaṇ vàkýhiêụ chỉnguyên tốhơp ̣ kim đƣ́ng sau thƣờng làMn , Cr, Si, Ni,… Nếu hàm lƣợng hợp kim khoảng 1% sau nguyên tố hợp kim khơng có chữ số , vƣơt q 1.5% thêm số Ví dụ: thép 12MnSi – thép chƣ́a cacbon trung binh̀ 0.12%, hàm lƣợng Mn khoảng 1% hàm lƣợng Si khoảng 1%  Tiêu chuẩn ViêtNam biểu thi m ̣ ac thep gần giống tiêu chuẩn cua Nga (tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Nga (Liên Xô cũ) ́ ΓΟCT) Sau làbảng biểu thi têṇ ngu yên tốhơp ̣ kim tƣơng đƣơng giƣ̃a tiêu chuẩn TCVN vàtiêu chuẩn ΓΟCT (Trang 130 Sổ tay mác thép giới) Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cp trng T2013 095 Khi lực từ đảo tăng lên vật bị từ hóa theo hớng ngựợc lại (đoạn từ c tới d) -Vòng từ trễ đựơc tạo vòng khép kín dòng điện 60Hz: Vòng từ trễ sử dụng để từ hóa khử từ §é réng cho thÊy vËt liƯu dƠ hay khã tõ hãa Trang 29 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trng T2013 095 Đờng cong từ trễ thép bon thấp 1.2.5 Yêu cầu tính toán dòng điện đựơc sử dụng Đối với từ trờng vòng: dòng điện cần 300 đến 1000 Ampe/inch chiều dày vật Với vật có chiều dày lớn cần nhân hệ số 800 1000 với chiều dày vật Công thức đựơc dùng cho vật dẫn tâm Tính toán từ trờng dọc: Trang 30 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 Từ trờng hóa xác định bằnh tích số Ampe dòng Một dòng điện 800A qua cuộn dây có vòng tạo từ lực = 800A x vòng = 4000 A.vòng Từ trờng Prods Tạo từ trờng cục bộ, từ trờng vòng Xác định cờng độ dòng điện DC theo khoảng cách cực prods Khi dùng dòng HWDC cờng độ từ trờng Amper tơng đơng với dòng DC Prods 6-8 inches 1.2.6 Các thiết bị kiểm tra MT Thiết bị di động Trang 31 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 095 Là thiết bị dùng ph-ơng pháp hạt từ -ớt hay khô? Yêu cầu từ hoá (dùng dòng AC hay DC) Khử từ - Loại tổ hợp ( giảm đảo chiều ) hay tách biệt Dòng điện yêu cầu Các mức điện áp yêu cầu Phơng pháp từ ớt liên tục Vật liệu từ phơng pháp chuẩn bị Trang 32 ti nghiờn cu khoa hc cp trng T2013 095 1.2.7 Đánh giá khuyết tật Các bất liên tục chia làm loại : cố hữu, gia công sử dụng Bất liên tục cố hữu thờng đựoc tạo nên kim loại nóng chảy nh trình tạo phôi vật đúc cung cấp nguyên liệu không đầy đủ, nhiệt độ rót cao bẫy khí Bất liên tục gia công liên quan tới trình sản xuất khác nh : gia công máy, rèn, kéo thành sợi, cuốn, hàn, gia công nhiệt cán thành mỏng Bất liên tục sử dụng liên quan tới điều kiện sử dụng nh ứng suất, ăn mòn bề mặt, biến dạng mỏi mài mòn Vật kiểm có độ dày thay đổi gây nên dòng dò dẫn tới thị không thích hợp Chỉ thị không thích hợp xuất chỗ cán đục khác độ cứng Khut tËt ®óc Trang 33 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 R¹n nøt, co ngót nóng đông đặc Rỗng co ngót Ngậm xØ Trang 34 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trng T2013 095 Các bất liên tục mối hàn Bất liên tục rèn Trang 35 ti nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 BÊt liên tục mài Bất liên tục biến dạng mái (nøt mái) Trang 36 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 CHƢƠNG XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH 2.1 Mục đích u cầu Dựa nguyên lý: từ trƣờng vật kiểm sẽ bị thay đổi vật có khuyết tật Hình 1.1 Từ trƣờng vật có tồn khuyết tật - Mục đích Từ hóa vật mẫu quan sát phân bố đƣờng sức từ trƣờng mẫu thông qua chỉ thị từ Nếu vật có cấu trúc đồng đƣờng sức từ trƣờng phân bố theo tồn vật kiểm Nếu vật kiểm có khuyết tật đƣờng sức sẽ bị cong lệch đi, tạo nên trƣờng phân tán khuyết tật Các phần tử bột từ bị hút vào chỗ có mật độ đƣờng sức lớn (vị trí khuyết tật) Quan sát hạt từ sẽ phát đƣợc khuyết tật - u cầu: - Mẫu kiểm tra phải có từ tính (Fe, Co, Ni…) - Một số chi tiết đòi hỏi phải tách lớp phủ mạ để có đƣợc độ nhạy cần thiết 2.2 Trình tự thí nghiệm 2.3.1 Điều kiện ban đầu: - Thép SAE 942X theo tiêu chuẩn SAE (Mỹ) 2.3.2 Mẫu: - Kích thƣớc mối hàn: Trang 37 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 e s g c b Hình 2.1: Chuẩn bị mới hàn Kích thƣớc (mm) S 10 α =270 ±30 2.3.3 Chế độ hàn: - Bản vẽ mẫu hàn : - Que hàn: Chọn loại que hàn có ∅ 3.2 : E 512 (TCVN 3223- 2000) - Máy hàn : Chọn máy hãng Lincoln : Weldanpower 175p / Weldanpower 175D ( Petrol) KA 1030 (diesel) KA1031 - Cƣờng độ dòng điện hàn : Ih = 126 (A) - Điện áp hàn : U = 20 ÷ 26 V - Thao tác hàn : 0 Khi hàn góc nghiêng que hàn so với mặt vật hàn thƣờng từ 75 đến 85 , que hàn đƣợc dịch chuyển dọc trục để trì chiều dài cột hồ quang, đồng thời chuyển động ngang mối hàn để tạo bề rộng mối hàn di chuyển dọc đƣờng hàn theo tốc độ hàn cần thiết Trong trình hàn, mối hàn có bề rộng bé, que hàn đƣợc dịch chuyển dọc đƣờng hàn, khơng có chuyển động ngang Khi mối hàn có bề rộng lớn, dịch chuyển que hàn thực theo nhiều cách để đảm bảo chiều rộng mối hàn 10mm Thông thƣờng chuyển động que hàn theo đƣờng zigzag 2.3 Các bƣớc thực Trang 38 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 a.1) Làm sơ Chuẩn bị bề mặt giống nhƣ PT nhƣng yêu cầu thấp (vì khơng cần thấm vào khuyết tật) Nếu chi tiết có lớp phủ phải làm a.2) Từ hố Từ trƣờng đƣợc tạo nam châm điện chữ U (gông từ), cuộn dây đầu kep đƣợc dùng để từ hố vùng kiểm tra Hình 1.3 Từ trƣờng tạo cuộn dây a.3) Giải đoán Dựa vào phân bố bột từ để phát đƣợc khuyết tật vật cần kiểm tra Để dễ dàng quan sát, bột từ đƣợc nhuộm màu sắc khác Ta dùng bột từ loại huỳnh quang để quan sát bóng tối chiếu tia cực tím vào để quan sát Trang 39 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 Hình 1.4 Hình ảnh khuyết tật kiểm tra phƣơng pháp MT a.4) Khử từ Độ dƣ từ gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng sản phẩm: giảm tính, tăng độ ăn mịn, hỏng dụng cụ điện từ máy…Vì sau kiểm tra MT phải tiến hành khử từ hoàn toàn cho vật phẩm Phƣơng pháp khử từ: - Dùng dịng xoay chiều: dùng tần số cơng nghiệp với biên độ giảm dần - Đổi chiều dòng điện 2.4 Phân tích đánh giá kết Trang 40 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 ́ KÊT LUÂṆ - ĐỀ NGHỊ Đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp từ tính, áp dụng cho mối hàn hợp kim thấp độ bền cao, xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính” nghiên cứu thành cơng tổng quan thép hợp kim thấp độ bền cao, tiến hành hàn kiểm tra từ tính mối hàn hợp kim thấp độ bền cao thành cơng Trên sở xây dựng thí nghiệm kiểm tra mối hàn phƣơng pháp từ tính dùng cho mơn học cơng nghệ kim loại để phục vụ cho việc học sinh viên chƣơng trình đào tạo tới Tuy nhiên kinh phí sở vật chất có hạn để tài chỉ dừng lại việc xây dựng mà chƣa tổ chức thực việc thực tập để đánh giá tính khả thi thực Với tảng đó, môn dần triển khai điều chỉnh lại cho phù hợp với sở vật chất Trang 41 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 095 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Lê Thông, Cơng nghệ hàn điện nóng chảy, Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 [2] Công nghệ hàn hồ quang, Trần Đức Tuấn – Trần Ngọc Dân, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2003 [3] Trần Hữu Tƣờng – Đinh Ngọc Mễ - Nguyễn Văn Xiêm - Lê Viết Ngƣu – Vũ Công Luận, Kim loại học - Luyện kim – Đúc, Đại học Trung học chuyên nghiệp – 1971 [4] Một số trang website Trang 42 ... Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra từ tính, áp dụng cho mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Nội dung nghiên cứu :... CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỪ TÍNH, ÁP DỤNG CHO MỐI HÀN HỢP KIM THẤP ĐỘ BỀN CAO, XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA VẾT NỨT MỐI HÀN BẰNG CÁC HẠT TỪ TÍNH Mã số: T2013-95... tƣơng lai gần Mục tiêu: - Nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra từ tính, áp dụng cho mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao - Xây dựng thí nghiệm kiểm tra vết nứt mối hàn hạt từ tính Cách tiếp cận: - Tìm