2.6.3.1. Vật liều mụ phỏng uốn lốc.
Vật liệu dập CQ-T36 cú trong thư viện vật liệu của phần mềm mụ phỏng cú cỏc thụng số vật liệu gần tương đương với vật liệu theo tớnh toỏn là thộp CT38, vật liệu uốn với đường cong húa bền theo thời gian và sựảnh hưởng của nhiệt độ như hỡnh dưới.
Hỡnh 2.27 Biểu đồ cơ tớnh vật liệu
Trong bài toỏn biến dạng dẻo việc xỏc định cỏc điều kiện ma sỏt, ma sỏt sinh ra trong quỏ trỡnh biến dạng, giữa phụi và dụng cụ biến dạng là rất quan trọng.
Ở đõy ta sử dụng phương phỏp biến dạng nguội nờn sự ảnh hưởng của ma sỏt khụng đỏng kể. Một cỏch tương đối ta coi như hệ số ma sỏt giữa phụi và dụng cụ
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
2.6.3.2. Mụ phỏng quỏ trỡnh uốn lốc bằng phần mềm mụ phỏng số DEFORM
Theo thiết kế kớch thước cỏc cặp trục quả cỏn và vật liệu sản xuất ống ta tiến hành mụ phỏng quỏ trỡnh uốn lốc ống bằng phần mềm mụ phỏng số DEFORM
- Kết quả mụ phỏng trờn cỏc cặp trục cỏn. Giỏ cỏn trục ngang thứ I
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Giỏ cỏn trục ngang thứ III và V
Hỡnh 2.29. Ứng suất và biến dạng trờn giỏ cỏn thứ I
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Giỏ cỏn trục ngang thứ VII
Giỏ cỏn trục ngang thứ IX và thứ XI
Hỡnh 2.32. Ứng suất và biến dạng trờn giỏ cỏn thứ IX và XI Hỡnh 2.31. Ứng suất và biến dạng trờn giỏ cỏn thứ VII
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Giỏ cỏn trục ngang thứ XIII và XIV
Chi tiết cú biờn dạng phức tạp, tại cỏc vựng khỏc nhau kim loại bị
biến dạng và co kộo với mức độ khỏc nhau.
+ Vựng màu xanh kim loại biến dạng ớt, ứng suất nhỏ.
+ Vựng màu vàng kim loại bị biến dạng, ứng suất trung bỡnh + Vựng màu đỏ biến dạng lớn cú vựng kim loại bị phỏ hủy. 2.6.3.3. Kết luận
Qua quỏ trỡnh tớnh toỏn băng phần mềm mụ phỏng số với cỏc thụng sốđầu vào: Mụ hỡnh vật liệu, mụ hỡnh dụng cụ biến dạng, cỏc điều kiện biờn ỏp suất, ma sỏt nhiệt độ…gần giống với thực tế, ta thấy quỏ trỡnh biến dạng của và tạo hỡnh của vật liệu rất tốt.
So sỏnh kết quả lý thuyết và mụ phỏng hai kết tương đương trờn cỏc vựng của phụi sau khi uốn đảm bảo nằm trong vựng an toàn cho phộp.
Do đú ta hoàn toàn cú thể ỏp dụng cỏc tớnh toỏn mụ phỏng trờn kết hợp với
kinh nghiệm ta ỏp dụng vào sản xuất thực tế cho hiệu quả tối ưu về cụng nghệ, tiết kiệm thời gian và chi phớ sản xuất.
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Chương 3 - CễNG NGHỆ HÀN ỐNG BẰNG DềNG CAO TẦN
3.1- Cỏc phương phỏp hàn trong dõy chuyền sản xuất ống thộp.
Trong quy trỡnh cụng nghệ sản xuất ống thộp hàn, khấu hàn là một trong
những khõu quan trọng của dõy truyền. Cú thể núi; chất lượng của ống thành phẩm phụ thuộc nhiều vào chất lượng của mối hàn. Cỏc khõu tạo hỡnh và cỏn định kớnh cho phộp chỳng ta tạo hỡnh ống từ băng kim loại và định kớch thước ống nằm trong miền dung sai cho phộp. Do vậy, ứng với mỗi phương phỏp tạo hỡnh, hỡnh dạng trục tạo hỡnh mà ta chọn phương phỏp hàn cụ thể sao cho phự hợp với phương phỏp đú.
Để hàn đường sinh ống trong dõy chuyền sản xuất ống thộp hàn chỳng ta cú thể
dựng cỏc phương phỏp; hàn điện trở, hàn điện cao tần, hàn cảm ứng,...
3.1.1- Phương phỏp hàn điện trở.
Nguyờn lý phương phỏp hàn điện trở là nung núng mộp biờn phụi ống bằng
dũng điện 50 ữ 700Hz . Nú được ỏp dụng để hàn ống đường kớnh tới 530mm từ cỏc loại thộp cỏcbon và một số loại thộp hợp kim khỏc. Vận tốc hàn phụ thuộc vào tần số dũng điện, với dũng điện tần số 50Hz ữ 700Hz nú cú thể đạt tới 0,2 ữ
0,75m/phỳt. Dũng diện dẫn tới phụi ống bằng phương phỏp tiếp xỳc qua cỏc điện cực hỡnh vành khăn (hỡnh 3.1). Cỏc điện cực đú là bộ phận chớnh của mỏy biến thế
hàn quay. Vành điện cực cựng với cỏc trục hàn tạo nờn lỗ hỡnh kớn. Dưới tỏc dụng của ỏp lực từ phớa trục hàn và vành điện cực cỏc mộp phụi ống tiến sỏt lại gần nhau. Vành điện cực truyền tới ống phụi dũng điện với hiệu điện thế vài vụn, cường độ
dũng điện vài chục nghỡn ampe. Điện trở khe hở giữa 2 mộp ống phụi lớn hơn nhiều so với điện trở ống phụi do đú 2 mộp ống phụi được nung núng mạnh hơn.Trong khi đú, trục hàn và vành điện cực gõy 1 ỏp lực lờn ống phụi làm cho hai mộp của nú hoà lẫn vào nhau.
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ 1 2 3 4 5 6 1. Đĩa điện cực. 2.Sứ cỏch điện. 3.Trục ộp hàn. 4.Trục tạo hỡnh. 5. Ống hàn. 6.Đĩa dẫn hướng mối hàn. 3.1.2- Phương phỏp hàn cảm ứng.
Được ứng dụng dể sản xuất ống dẫn nước, ống dẫn khớ và ống kết cấu đường kớnh từ 21,5 ữ 219mm. Để nung núng mộp biờn phụi ống người ta sử dụng cuộn cảm ứng từ thẳng với đường dẫn từđể tăng mật độ từ thụng. Sơ đồ nguyờn lý hàn cảm ứng từ biểu diễn trờn hỡnh 3.2. Cỏc mộp biờn ống phụi đặt sỏt cuộn cảm ứng từ
. Từ thụng được tạo bởi dũng điện qua cuộn cảm cắt ngang ống phụi, dũng điện qua cuộn cảm ứng chạy trong ống phụi dọc theo hai mộp biờn phụi ống và khụng chạy
qua khe hở giữa 2 mộp biờn phụi ống chưa hàn. Nhờ vậy kim loại mộp biờn phụi
ống được nung tới nhiệt độ hàn. Quỏ trỡnh hàn cảm ứng được tiến hành trong trạng thỏi kim loại dẻo nhưng chưa chảy.
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Hỡnh 3.2- Sơđồ nguyờn lý hàn cảm ứng.
1. Bộ phận tạo từ. 3. Con lăn ộp hàn.
2. Ống hàn.
3.1.3- Phương phỏp hàn trong mụi trường khớ trơ (Ar hay He).
Được ỏp dụng để sản xuất ống mỏng với mối hàn thẳng đường kớnh từ 15 ữ
42,6mm và chiều dày thành ống 0,5 ữ 5mm, chủ yếu là cỏc cỡ ống thộp hợp kim cao, ống Niken và cỏc hợp kim của nú,….Phương phỏp này cú ưu điểm: khả năng hàn ống thộp hợp kim cao.
Nhưng yếu điểm của nú là vận tốc hàn thấp: 0,5 ữ 1,5m/phỳt.
3.1.4- Phương phỏp hàn cao tần.
Cho tới năm 1956 cỏc cỡ ống núi trờn phần lớn được chế tạo bằng phương phỏp hàn điện trở. Từ năm 1956 trở đi phương phỏp hàn điện cao tần tới 400kHz
chiếm ưu thế và dần thay thế phương phỏp hàn điện trở.
Phương phỏp hàn điện cao tần lần đầu tiờn, vào năm 1946, được cỏc nhà
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Hàn cao tần là quỏ trỡnh hàn điện mà nhiệt nung núng mộp hàn do cảm ứng
của dũng điện cao tần (đến 400kHz) sinh ra. Ứng dụng điển hỡnh là hàn giỏp mối theo đường sinh của ống được tạo thành từ cỏc cặp quả cỏn qua hai tấm trượt tiếp xỳc hoặc qua vũng cảm ứng cao tần.
Hỡnh 3.3. Vũng cảm ứng và con lăn ộp khi hàn ống thộp trũn Cỏc ưu điểm chủ yếu của phương phỏp hàn điện cao tần là:
+ Mở rộng khả năng sản xuất ống nguyờn vật liệu khỏc nhau (thộp C, thộp hợp kim, nhụm, đồng và hợp kim của chung,… )
+ Khả năng nõng cao vận tốc hàn (cú thểđạt tới 100m/phỳt và cú thể hơn) + Sản xuất ống thộp C chất lượng mối hàn cao mà khụng cần thiết giai đoạn gia cụng bề mặt.
+ Vựng núng chảy nhỏ.
+ Tạo bavia nhỏ.
+ Vật mang năng lượng khụng bị cào xước.
Phương phỏp hàn điện cao tần dựa trờn nguyờn lý: Dũng điện ở tần số đú khụng chuyển động theo hướng điện trở nhỏ nhất mà theo hướng cảm ứng từ nhỏ
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
Phương phỏp hàn điện cao tần được sử dụng hiệu ứng gần và hiệu ứng bề
mặt để nung núng mộp biờn băng kim loại. Hiệu ứng gần xuất hiện khi cú dũng điện từ vài chục, vài trăm kHz chạy qua dõy dẫn, xung quanh dõy dẫn dũng điện xoay chiều cao tần đú nếu ta đặt một vật thể kim loại gần thỡ dưới tỏc dụng của từ trường xoay chiều trờn vật thể kim loại đú xuất hiện dũng điện xoỏy. Cỏc đường dẫn điện trong những vựng gần nhau của dõy dẫn và vật thể kim loại, ở bất kỳ thời điểm nào cũng trỏi ngược nhau về hướng và tỏc dụng lờn nhau một lực hỳt. Chớnh vỡ vậy mà
điện từ trường tập trung cao nhất ở cỏc vựng tiếp giỏp đú. Hiện tượng đú gọi là hiệu
ứng gần.
Hiệu ứng bề mặt là hiện tượng điện tớch tập trung chủ yếu trờn bề mặt vật thể. Thớ nghiệm chứng tỏ: khi dũng điện cao tần chạy qua một dõy dẫn thỡ do hiện tượng tự cảm, dũng điện ấy hầu như khụng chạy ở trong lũng dõy dẫn mà chỉ chạy ở
mặt ngoài của nú. Tần số dũng điện càng cao (tức dũng điện biến đổi càng nhanh), tỏc dụng của dũng điện tự cảm trong dõy càng mạnh, phần dũng điện chạy trong ruột của dõy càng giảm mạnh. Khi tần số của dũng điện khỏ cao, phần dũng điện chạy trong ruột của dõy hầu như bị triệt tiờu: dũng điện cao tần chỉ chạy ở lớp bề
mặt rất mỏng của dõy dẫn. Chiều sõu của dũng điện được xỏc định theo cụng thức:
T f à ρ δ . 25 =
trong đú: δ: chiều sõu của dũng điện, mm;
ρ: điện trở suất, Ω.mm;
f: tần số dũng điện, Hz;
àT: độ từ thẩm.
Thực vậy, lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng: với tần số f = 1000Hz (1 hộc = 1 dao động toàn phần trong một dõy), dũng điện chỉ chạy ở một lớp bề mặt dày 2mm của dõy dẫn; cũn với tần số f = 100.000Hz dũng điện chỉ chạy ở một lớp bề mặt dày 0,2mm; với tần số f = 400.000Hz dũng điện chỉ chạy ở lớp bề mặt dày 0,1mm. Chớnh vỡ lớ do đú, khi dựng dũng điện cao tần, người ta làm cỏc dõy dẫn
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
rỗng để tiết kiệm kim loại. Trong hàn cao tần dõy dẫn dũng cao tần thường được làm rỗng vừa để tiết kiệm kim loại, đồng thời vừa để dẫn nước làm mỏt.
Mức độ tập trung dũng cao tần của cỏc lớp trong dõy đẫn tỷ lệ nghịch với ex (e ≈ 2,718281). Ở lớp bề mặt: mức độ tập trung dũng: 0δ = 1/e0 = 100%; Ở lớp cú chiều sõu 1δ: mức độ tập trung dũng: 1δ = 1/e1≈ 37%; Ở lớp cú chiều sõu 2δ: mức
độ tập trung dũng: 2δ = 1/e2≈ 14%; Ở lớp cú chiều sõu 3δ: mức độ tập trung dũng: 3δ = 1/e3 ≈ 5%; Ở lớp cú chiều sõu 4δ: mức độ tập trung dũng: 4δ = 1/e4≈ 1,8%; Ở
lớp cú chiều sõu 5δ: mức độ tập trung dũng: 5δ = 1/e5 ≈ 0,7%. Như vậy dũng cao tần chủ yếu tập trung ở lớp bề mặt.
Hai hiện tượng đú là cơ sở lý luận để xõy dựng phương phỏp hàn điện cao tần.
Trong hàn cao tần cú 2 phương phỏp tiếp điện: tiếp điện tiếp xỳc (hỡnh 3.4) và tiếp điện cảm ứng từ (hỡnh 3.5): 1 3 2 Hỡnh 3.4- Sơđồ nguyờn lý hàn cao tần tiếp điện tiếp xỳc 1.Ống hàn. 3. Con lăn ộp hàn. 2.Thanh quột.
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ 2 4 1 3 V Hỡnh 3.5- Sơđồ nguyờn lý hàn cao tần tiếp điện cảm ứng từ. 1. Cuộn cảm vũng. 3. Con lăn ộp hàn.
2. Con lăn dẫn hướng. 4. Thanh sắt từ ferit.
1 3 2 4 5 i2 1 i Hỡnh 3.6- Sơđồ tiếp điện bằng phương phỏp tiếp xỳc
1. Ống hàn. 4. Lừi thộp non (ferit).
2. Nguồn điện cao tần. 5. Điểm tiếp xỳc.
3. Thanh quột.
Trong biện phỏp tiếp điện tiếp xỳc dũng điện dẫn đến phụi ống chuyển động theo hai hướng (hỡnh 3.6): Dũng điện i1 chuyển động theo hướng mộp biờn phụi ống từđiểm thanh quột thứ nhất tiếp xỳc với phụi ống qua điểm tiếp xỳc của 2 mộp biờn
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
phụi ống tới điểm thanh quột thứ 2 tiếp xỳc với phụi ống. Dũng điện i2 chuyển động theo đường trũn bề mặt ống phụi, đi qua cỏc tiếp điểm tiếp xỳc của hai thanh quột với phụi ống.
Giỏ trị điện trở cảm khỏng của chu vi ống phụi tỉ lệ thuận với đường kớnh
ống phụi. Chớnh vỡ vậy tăng đường kớnh sẽ làm tăng điện trở chu vi tức là cường độ
dũng điện i2 nhỏ và dũng tập trung theo mộp nhiều hơn, nờn hiệu suất hàn tăng lờn.
Độ ổn định của tiếp xỳc quay lớn hơn nhiều độổn định tiếp xỳc trượt. Tại chỗ tiếp xỳc trượt khả năng bỏm dớnh của kim loại giảm và xuất hiện khe hở dọc mộp.
Khi đưa dũng cảm ứng vào sự nung núng được thực hiện nhờ dũng cảm ứng
thứ cấp xuất hiện tại mộp phụi do từ trường của vũng cảm ứng thay đổi. Khi đú dũng điện ụm lấy phần bổ sung của đường kớnh phụi nằm trong vũng cảm ứng. Điều này làm tăng tiờu hao năng lượng điện vào. Phương phỏp tiếp điện cảm ứng cú hiệu quả đối với ống cú đường kớnh đến 200mm, cũn phương phỏp tiếp điện tiếp xỳc -
đường kớnh lớn hơn 200mm.
Để hạn chế dũng điện chu vi i2 trong thực tế sản xuất cú sử dụng thanh sắt từ
ferit bờn trong lũng ống phụi (trờn hỡnh 6 biểu diễn vị trớ của thanh ferit). Khe hở
giữa thanh sắt từ ferit và bề mặt trong của ống phụi nhỏ hơn 2ữ3mm. Nếu tỉ lệ giữa
đường kớnh của thanh ferit và đường kớnh trong của ống phụi khụng thớch hợp thỡ
thanh sắt từ ferit đặt gần mộp biờn phụi ống khụng phõn biệt biện phỏp dẫn điện. Nhờ vậy mà dũng i2 giảm và hệ số sử dụng hữu ớch của mỏy hàn tăng lờn. Khi sử
dụng thanh ferit cú tỏc dụng làm tăng mật độ năng lượng trờn mộp biờn ống và làm giảm chiều rộng vựng nung núng.
Mỗi một phần tửống được nung núng tới nhiệt độ hàn theo 2 giai đoạn: 1, Từ nhiệt độ ban đầu của ống phụi đến điểm Curie;
2, Từđiểm Curie tới nhiệt độ hàn (lỳc này vật liệu hết từ tớnh). Đối với thộp
điểm Curie là 7680C.
Sau khi đạt tới nhiệt độ ứng với điểm Curie chiều sõu xuất hiện dũng điện trong thành ống sẽ tăng. Đối với thộp cacbon chiều rộng vựng nung núng khụng quỏ
Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Văn Nghệ
0,1mm trong khoảng nhiệt độ thấp hơn điểm Curie và khụng quỏ 0,8mm trong
khoảng nhiệt độ cao hơn điểm Curie.
Hàn điện cao tần được đặc trưng bằng mức độ tập trung năng lượng cao trờn mộp biờn phụi ống trong quỏ trỡnh làm việc. Tần số dũng điện hàn càng lớn hiệu
ứng gần và hiệu ứng bề mặt càng tỏc dụng mạnh và mật độ điện tớch càng lớn trờn
mộp biờn phụi ống, mức độ tập trung năng lượng càng cao. Quỏ trỡnh nung được
thực hiện chỉ trong vài phần 10 hoặc vài phần trăm giõy. Vớ dụ khi hàn ống thộp cacbon chiều dày thành ống 1,5 ữ 2,0mm vận tốc hàn lý tưởng là 60m/phỳt.
Trong thời gian nung nhiệt năng toả ra khụng đều: càng dần tới điểm hàn
cường độ nung mộp biờn phụi ống càng tăng. Cường độ nung tăng do điện trở riờng của kim loại tăng theo sự tăng nhiệt độ của nú và do sự xuất hiện mạnh mẽ của hiệu