Nghiên cứu và mô phỏng trường ứng suất 3D trong chi tiết hàn bằng công nghệ siêu âm

Mục ủớch, ủối tượng và phạm vi nghiờn cứu của ủề tài 1. Mục ủớch

Mục tiờu của ủề tài ủược thể hiện rừ qua tờn của ủề tài là: Nghiờn cứu trường ứng suất 3D trong chi tiết hàn bằng công nghệ siêu âm.

Cơ sở khoa học và thực tiễn của ủề tài

- Việc nghiờn cứu những vấn ủề liờn quan ủến hàn, như ứng suất dư, biến dạng hàn và mô hình cấu trúc tế vi yêu cầu các thông tin chi tiết về lịch sử nhiệt của các phần tử và kết cấu hàn. - Thụng qua việc xỏc ủịnh và tớnh toỏn hỡnh dạng, kớch thước vũng hàn, vựng ảnh hưởng nhiệt từ ủú xỏc ủịnh ủược chiều rộng vựng ứng suất tỏc ủộng và tớnh ủược biến dạng (co dọc, co ngang, biến dạng gúc, …) của liờn kết hàn.

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

Khi gỏ lắp trước khi hàn, ủể ủảm bảo ủộ lớn cần thiết của khe ủỏy (khe hở hàn), cú thể dựng ủồ gỏ hoặc hàn ủớnh. Xõy dựng chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn. Xõy dựng lưu ủồ thuật toỏn 1) Trỡnh tự tớnh toỏn chế ủộ hàn. - Các tính chất của vật liệu cơ bản:. 2) Sơ ủồ khối chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối. Sơ ủồ khối chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối. Sơ ủồ khối chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối. Sơ ủồ khối chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối. Xõy dựng chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối 1) Lựa chọn ngôn ngữ lập trình. ðể việc giải nhanh và chính xác một bài toán, một công việc… từ khi ngôn ngữ lập trỡnh bắt ủầu xuất hiện, người ta ủó biết cỏch sử sụng cỏc ngụn ngữ lập trỡnh ủú, nhằm tạo ra cỏc chương trỡnh thực hiện những yờu cầu ủề ra mà khụng cần phải dựng tay ủể làm. Hiện nay cú rất nhiều ngụn ngữ lập trỡnh, cú thể kể ủến như: ngụn ngữ lập trình Pascal, ngôn ngữ lập trình C, ngôn ngữ lập trình C++, ngôn ngữ lập trình VisualBasic, …. Trong ủề tài này, ủể cụng việc giải bài toỏn: “ tớnh toỏn chế ủộ hàn giỏp mối”. ủược nhanh và chớnh xỏc, ta dựng ngụn ngữ lập trỡnh Turbor Pascal 7.0. 2) Chương trỡnh tớnh toỏn chế ủộ hàn. + Vùng b1: Nằm gần nguồn nhiệt hàn và bao gồm kim loại mối hàn và phần kim loại cơ bản ủó trải qua trạng thỏi biến dạng dẻo khi hàn (với thộp cacbon nhiệt ủộ tối ủa của chỳng khi hàn vượt 550ữ600 0C). + Vựng b2: Là vựng kim loại cơ bản ủó trải qua trạng thỏi ủàn hồi-dẻo khi hàn. Nhiệt ủộ tối ủa của cỏc thớ trong vựng này khi hàn khụng vượt quỏ 550ữ600. 0C nhưng do bị nung khụng ủồng ủều, chỳng vẫn bị biến dạng dẻo nộn. Vựng ứng suất tỏc ủộng a) Cách tính giá trị vùng b1. Lỳc ủú ứng suất của cỏc ủiểm (trờn mộp cắt) bất kỳ, cú khoảng cỏch x tớnh từ cạnh trái là:. Trong tấm ủược nắn thẳng, mụ men uốn M do lực ngang tỏc ủộng lờn một nửa liờn kết sẽ bằng mụ men uốn do nội lực dọc cựng trờn một nửa liờn kết ủú. Khi ủú ứng suất ngang tại ủiểm bất kỳ theo chiều dài vựng ứng suất tỏc ủộng ở khoảng cánh x sẽ là:. Ứng suất và biến dạng do co ngang. 1) Ứng suất và biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối các tấm tự do.

Nếu bỏ liờn kết kẹp chặt ủi thỡ ứng suất ngang (do co ngang) sẽ mất và chiều rộng liờn kết sẽ giảm ủi ∆yo. Tính toán ứng suất dư trong mối hàn giáp mối liên kết tấm. Việc nghiên cứu tính toán trạng thái ứng suất và biến dạng khi hàn có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Biết ủược ứng suất và biến dạng của kết cấu sau khi hàn cho phộp ủỏnh giỏ khả năng làm việc của kết cấu. Khi chế tạo và lắp ghộp do cú ứng suất do cú những biến dạng nờn cú những sai số nhất ủịnh, nhờ việc nghiờn cứu về chỳng mà ta cú thể ủảm bảo ủược ủộ chớnh xỏc của kết cấu hàn. Ta cần tớnh toỏn ứng suất và biến dạng sẽ xuất hiện do hàn gõy ra thỡ mới cú ủược quy trỡnh cụng nghệ hàn phự hợp ủể giảm ứng suất và biến dạng. Tính ứng suất trong liên kết hàn giáp mối có chiều dày δ = 13 mm. Nghiờn cứu trường hợp mối hàn tự ủộng dưới lớp thuốc bảo vệ, mối hàn giỏp mối hai tấm thộp CT45 cú kớch thước BxLxδ=400x300x13mm, với chế ủộ vỏt mộp như sau:. Vát mép hai tấm trước khi hàn Với chế ủộ hàn như sau:. 1) Xỏc ủịnh kớch thước vựng ứng suất tỏc ủộng a) Xỏc ủịnh chiều rộng vựng b1. Chiều rộng tớnh toỏn khi hàn tự ủộng dưới lớp thuốc bảo vệ ủược lựa chọn là h = 15 cm. 2) Ứng suất và biến dạng dọc do co dọc gây ra Nội lực tác dụng dọc trục là:. Biểu ủồ ứng suất dọc do co dọc gõy ra ủược biểu thị như hỡnh vẽ:. Ứng suất dọc do co dọc gây ra 3) Ứng suất và biến dạng ngang do co dọc gây ra.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

- ðể loại bỏ chất lỏng tiếp xúc giữa tấm vuông và mẫu thử (chi tiết) thì quay bộ giảm súc của bộ chuyển ủổi sử dụng tay quay 2 sang phải hoặc sang trỏi tạo. thành 1 góc tối thiểu là 90o trong khoảng gần 5 giây. - ðặt tay quay 2 của bộ chuyển ủổi tới vị trớ cuối cựng hoặc sang phải hoặc sang trái. Tiến hành ủo. - Chọn Start measurement và chọn Enter ủể bắt ủầu ủo ứng suất. - Nhập ủiểm cần ủo. Nếu khụng thấy con trỏ nhấp nhỏy tại cỏc vị trớ ủú thỡ ủiều chỉnh hướng của tay quay của bộ chuyển ủổi. - ðiều chỉnh tần số siờu õm bằng cỏc nỳt Coarse và Fine của thiết bị. Khi ủốn Coarse và Fine ủều sỏng thỡ khi ủú sự dịch chuyển của ủường hiển thị ủược thực hiện chính xác. - Cỏc giỏ trị F1 hoặc F23 hiển thị ổn ủịnh và ủược lưu lại trờn màn hỡnh. Tương ứng ta sẽ ủược giỏ trị của ứng suất. - Sau khi ủo xong ứng suất của ủiểm 1 cần dừng 3 – 5 giõy ủể ủo ủiểm tiếp theo do cần thiết tạo sự tiếp xỳc giữa tấm ỏp ủiện và bề mặt tiếp xỳc. Kết quả thực nghiệm. Tiến hành ủo ứng suất trờn hai dóy cần ủo, di chuyển tiếp ủiểm lần lượt ủến cỏc ủiểm ủó ủược ủỏnh dấu và thực hiện cỏc thao tỏc ủo:. - ðo ứng suất dư 12 ủiểm cỏch ủều nhau trờn tõm mối hàn. - ðo ứng suất dư 13 ủiểm cỏch ủều nhau trờn ủường thẳng vuụng gúc với mối hàn. Ứng suất dư trên tâm mối hàn. ðo ứng suất dư 12 ủiểm cỏch ủều nhau trờn tõm mối hàn như hỡnh vẽ:. Vị trớ cỏc ủiểm cần ủo trờn tõm mối hàn. Di chuyển cỏc tiếp ủiểm lần lượt tới cỏc ủiểm cần ủo ủó ủược ủỏnh dấu trờn mẫu. Ta cú bảng kết quả ủo:. Bảng kết quả ủo ứng suất dư trờn tõm mối hàn. ðồ thị ứng suất dư trên tâm mối hàn a) ðồ thị ứng suất ngang σ22 trên tâm mối hàn. ðo ứng suất dư trờn ủường vuụng gúc với mối hàn :. ðo ứng suất dư 13 ủiểm cỏch ủều nhau trờn ủường thẳng vuụng gúc với mối hàn như hình vẽ:. Vị trớ cỏc ủiểm ủo ứng suất trờn ủường vuụng gúc với mối hàn Ta cú kết quả ủo:. Bảng kết quả ủo ứng suất trờn trờn ủường vuụng gúc với mối hàn Thứ tự ủiểm ủo F1 F2 F3 σσσσ22 ngang σσσσ33 dọc. ðồ thị ứng suất dư trờn ủường vuụng gúc với mối hàn a) ðồ thị ứng suất ngang σ22 trờn ủường vuụng gúc với mối hàn. Qua kết quả thực nghiệm và tớnh toỏn cho ta thấy rằng ủối với ứng suất ở vựng dọc trục ủường hàn thỡ ứng suất ngang cú dạng gần tương ủương với ứng suất ngang tớnh toỏn lý thuyết và ảnh hưởng ứng suất ngang ở ủõy cũng là lớn nhất tới chất lượng làm việc của mối ghộp hàn bởi lẽ ứng suất ngang thay ủổi từ ứng suất nộn sang ứng suất kộo và ứng suất kộo tập trung ở tõm ủường hàn cũn ứng suất nộn ở hai ủầu ủường hàn. Nếu ứng suất dư ủo ủược cú giỏ trị lớn hơn ứng suất cho phộp (ứng suất giới hạn) thỡ phải tiến hành thay ủổi cỏc thụng số ủầu vào như thụng số của vật liệu cơ bản, thụng số chế ủộ hàn…Rồi tiến hành tớnh toỏn lại sao cho ứng suất dư do mối hàn gõy ra phải nhỏ hơn ứng suất giới hạn, ủể kết cấu cú thể làm việc ủược mà khụng xảy ra hư hỏng.

- Nếu ứng suất dư ủo ủược lớn hơn ứng suất giới hạn thỡ phải tiến hành cỏc biện pháp làm giảm ứng suất như ủ, dùng năng lượng nổ, nắn nóng hoặc nắn nguội…Sau khi làm giảm ứng suất tiến hành ủo ứng suất dư trờn mối hàn sao cho ứng suất dư ủo ủược phải nhỏ hơn ứng suất cho phộp, khi ủú kết cấu hàn mới làm việc ủược.