1) Biến dạng do co dọc gây ra
Nghiên cứu dầm chữ T có bề rộng tấm biên là và chiều dày của tấm là . Tấm vách co bề rộng là và chiều dày của tấm là . Vùng ứng suất tác động được biểu thị như hình 2.13
Hình 2.13. Vùng ứng suất tác động và điểm đặt lực ảo
Như vậy tổng chiều dày truyền nhiệt là:
= 2 + (2.19)
Ta có 3 vùng ứng suất tác động tương đương với nửa trái , nửa phải của tấm biên ( , ) và tấm vách ( ).Chúng được xác định như sau:
- =
- (2.20)
- =
Trong đó vùng là vùng kim loại đã trải qua trạng thái biến dạng dẻo khi hàn.Vùng
là các vùng kim loại cơ bản dã trải qua trạng thái đàn hồi dẻo khi hàn. Giá trị chúng được xác định :
=
(2.21)
= ) (2.22) Trong đó là hệ số xác định ở phần trước bằng tra đồ thị và tính toán
Tiết diện vùng ứng suất tác động: = ( ). + + (2.23) Lượng co dọc của dầm sau khi hàn: =
(2.24) Trong đó { Để xác định được độ võng của dầm chữ T: f = . (L là chiều dài dầm) (2.25) Ta phải tính được mô men uốn trong mặt phẳng tấm vách tác dụng lên dầm: M = (2.26) Trong đó: {
2) Biến dạng góc do co ngang gây ra
Lượng co ngang ở bề mặt mối hàn góc là:
= = (2.27) Trong đó: {
Góc quay của hai tấm được xác định nhờ công thức:
tg = = . (2.28)
Vì góc rất nhỏ nên tg . Nên = 2 . (rad) (2.29) Trong các công thức được tính theo và với thép các bon giá trị: . 0,012
2.3 Phƣơng pháp tính theo lý thuyết tổng quát về ứng suất và biến dạng
2.3.1 Cơ sở lý thuyết xác định biến dạng
Khi khảo sát một tấm được nung nóng dọc theo một cạnh của tấm thì biến dạng dọc của một phân tố nằm ở trọng tâm của tiết diện tấm ) và độ cong ( C ) của tấm do biến dạng nhiệt gây ra được tính theo công thức :
= (2.30) C = . (2.31) Trong đó : { í ê á ọ â ê ế đế ụ ố à ô á í ò
Với đại lượng tổng biến dạng được tính theo:
-0,335. (2.32) Trong đó: { à ệ ố ã ở ì ệ à ệ ê ố ượ ê ă ượ đườ đã á đị ở ô ứ
Như vậy biến dạng dọc và độ cong có thể xác định được khi hàn các lớp hàn ở khoảng cách bất kỳ từ trọng tâm của tiết diện ngang. Nếu /F < 150 thì từ công thức 2.30 và 2.31 ta có:
= = -0,335.
= -3,53. . (2.33) C = . = -0,335.
. = -3,53. . (2.34) Khi /F >150 nghĩa là biến dạng dẻo tổng không có quan hệ tuyến tính với năng lượng đường vì vậy giá trị ) và độ cong ( C ) sẽ được tra theo bảng tùy thuộc vào giá trị của /F.
2.3.2 Xác định giá trị các biến dạng
1) Độ võng và biến dạng do co dọc gây ra
Để xác định biến dạng dọc tổng của toàn bộ kết cấu thì ta cần phải tính được tổng các biến dạng tương đối trên toàn bộ chiều dài của kết cấu:
= ∫ .dx (2.35)
Trong trường hợp đặc biệt khi = const trên toàn bộ kết cấu thì tổng biến dạng trên toàn bộ chiều dài L của kết cấu sẽ là:
= L. (2.36) Theo (2.33) = -3,53. . . L (2.37)
Khi thực hiện đường hàn dài hết chiều dài kết cấu (L) và độ cong không đổi trên toàn chiều dài vật hàn thì độ võng lớn nhất tại điểm giữa của kết cấu được xác định theo:
f= C (2.38)
Theo (2.34) f = -3,53. . . = -44,125. . (2.39)
2) Biến dạng góc khi hàn liên kết chữ T một phía
Lý thuyết của Okerblom N.O chỉ ra rằng khi hàn góc một phía, biến dạng của tấm biên gồm hai thành phần: Sự quay do co ngót kim loại trong mối hàn góc và sự uốn biên do chiều sâu ngấu. Hai thành phần biến dạng này được thể hiện trong hình 2.14a và 2.14b
a)Biến dạng góc do co ngót b)Biến dạng góc do uốn biên bởi độ ngấu
Hình 2.14. Các trường hợp biến dạng do uốn biên gây ra
Giả sử không có hiện tượng uốn ( nghĩa là không có hiện tượng ngấu hoàn toàn) thì sự co ngót kim loại mối hàn khi nguội sẽ tạo ra sự quay một góc (hình 2.14a), tuy nhiên tấm biên vẫn thẳng, nhưng khi hàn mối hàn góc thì tấm biên sẽ bị ngấu do đó nó quay đi một góc (hình 2.14b). Theo phương pháp tính toán biến dạng theo lực ảo, được xác định từ sự co ngót từ cạnh huyền kim loại mối hàn. Với cạnh mối hàn là k thì sự co ngót khi nguội đến nhiệt độ T được xác định nhờ công thức:
.T.1,4k (2.40)
Sự co ngót của các phân tố song song cạnh huyền sẽ tỷ lệ thuận với chiều dài của nó. Sự co ngót tạo ra sự quay của hai tấm liền kề nhau trong mối hàn một góc:
= /0,7k = 2 . (2.29)
Trong các công thức được tính theo và với thép các bon . 0,012
Hình 2.15. Ảnh hưởng của co ngót kim loại tới biến dạng góc
Còn theo lý thuyết của Okerblom N.O biến dạng góc = + . Như vậy so với lý thuyết về lực ảo của Tro-chun phương pháp này là đầy đủ và chính xác so với thực tế hơn. Cách xác định giá trị thành phần và sẽ được đưa ra trong các phần tiếp theo. Để xác định biến dạng góc của liên kết ta phải dựa vào năng lượng đường làm kim loại nóng chảy . Với được xác định nhờ công thức:
= (2.41) Trong đó :{ à ă ượ đườ á đị ở
Năng lượng đường : =
(cal/cm) (2.42)
Trong trường hợp liên kêt chữ T có 2 tấm biên và tấm vách cùng chiều dày thì: = 0,287. (2.43)
Để xác định biến dạng góc của liên kết ta có công thức: = 31,5. . (2.44)
Trong đó: {
à ă ượ đườ ù để à ó ả ạ ơ ả
Theo lập luận của Okerblom N.O biến dạng góc của liên kết chính là tổng của cả hai biến dạng do uốn biên ảnh hưởng của độ ngấu và vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng do co ngót kim loại mối hàn . Cũng phải nói rõ hơn trong trường hợp này về khái niệm độ ngấu được đề cập tới trong phạm vi nghiên cứu của đề tài không phải là độ ngấu h mà là độ ngấu cạnh s mới tạo ra sự ảnh hưởng tới uốn biên trong liên kết hàn dạng chữ T
Hình 2.16. Các thông số hình dạng mối hàn góc chữ T
2.4 Ảnh hƣởng của chiều sâu ngấu đến biến dạng trong liên kết chữ T
Như ta đã biết, để xác định các biến dạng trong hàn người ta thường hay sử dụng 2 phương pháp đó là Phương pháp tính biến dạng theo lực ảo của Tro-chun và phương pháp tính biến dạng sử dụng lý thuyết tổng quát về biến dạng hàn của Okerblom N.O. Chúng cũng đã được sử dụng để tính biến dạng trong liên kết hàn chữ T.Với biến dạng góc Tro-chun sử dụng công thức tính : = 2 . (2.29)
30 Còn theo lý thuyết của Okerblom N.Obiếndạng góc được xác định bởi công thức : = + (2.45)
Với việc đưa ra công thức này lý thuyết của Okerblom N.Ođã chỉ ra được ảnh hưởng của biến dạng góc do ảnh hưởng của chiều sâu ngấu và vùng ảnh hưởng nhiệt và cũng chỉ ra công thức xác định thành phần như thế nào trong công thức 2.44
= 31,5. . (2.44)
Nhưng nếu với cùng năng lượng đường ấy nhưng chiều sâu ngấu khác nhau thì sẽ ảnh hưởng tới biến dạng góc như thế nào? Đây cũng chính là nội dung chính mà nội dung của luận văn muốn đề cập tới. Trong phần tiếp theo tác giả sẽ nêu ra cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu ngấu đến biến dạng của Okerblom N.Otrên chiều tấm phẳng, qua đó xác định biến dạng góc trong trường hợp này. Và công thức tính biến dạng góc của liên kết chữ T là : = + ( là biến dạng góc tính theo 2.44)
Nghiên cứu thực tế khi hàn đắp lên một tấm chiều dài khá nhỏ và coi là hàn đồng thời trên toàn bộ chiều dài của tấm ,thì khi nguội hoàn toàn tấm xuất hiện biến dạng dư là độ cong.
Biến dạng này chỉ có thể giải thích bằng cách thừa nhận nguyên nhân tạo ra biến dạng từ sự co của vùng ngấu. Từ nhận định trên biến dạng dư biểu thị bởi góc có thể xác định bằng phương pháp tổng quát bằng các quan hệ xác định khi nung nóng không đồng thời.
Giả sử rằng vùng chảy của kim loại cơ bản (phần gạch chéo) là hình tam giác, thì chiều cao của tam giác ấy là s (chiều sâu ngấu ) và chiều rộng vùng chảy là b của tấm có chiều dày . Hình 2.17a.
Ta tách ra 2 phần, phần thứ nhất có chiều rộng b bao gồm toàn bộ vùng chảy.Sự co của các phân tố do chiều sâu ngấu khác nhau có thể biểu thị bằng đường 0-1-2-3 Hình 2.17b
Hình 2.17. Phân tích ảnh hưởng chiều sâu ngấu tới biến dạng
Mỗi một phân tố trên bề mặt tấm và nằm trong vùng chảy sẽ co đoạn 0-1 tỷ lệ với chiều rộng vùng nóng chảy b và nhiệt độ T mà từ đó kim loại cơ bản nguội xuống. Tức là giá trị 0-1 = .T.b
Trong đó : - là hệ số dẫn nhiệt.
- T là nhiệt độ mà từ đó kim loại bắt đầu nguội. -b là chiều dài phân tố ( chiều rộng của mối hàn ).
Trong vùng chảy, các phân tố nằm ở giới hạn vùng chảy khi bị nguội chúng sẽ không ngắn lại. Do lúc này sự co theo chiều dài phân tố b=0.Các phân tố ở giữa 2 giới hạn này sẽ co trong giá trị từ .T.0 đến .T.b.
Do sự chống lại của các phân tố không co, nên biến dạng thực tế sẽ là đường 4-5 thay vì đường 0-1-2-3.
Do biến dạng đàn hồi không lớn hơn .b nên biến dạng thực tế và biến dạng nhiệt cũng sai khác không quá .b. Nếu sự khác nhau lớn hơn .b thì phân tố có tính dẻo mở. Đối với phân tố 0 sự mở rộng dẻo được cho bởi :
.T.b - .b - .b = k. .T.b (2.45)
Để đơn giản thừa nhận biến dạng thường trực tổng là biến dạng dẻo cộng thêm biến dạng đàn hồi, các biến dạng của các phân tố trong vùng chảy sẽ bằng hoặc nhỏ hơn:
.T.b - k. .T.b = (1- k). .T.b (2.46)
Lượng co dọc sẽ được biểu thị bởi hình thang 0-6-7-2 thay vì tam giác 0-1-2. Vì vậy vị trí của đường 4-5 sẽ được xác định bởi giá trị co ngang và góc . Từ hình 2.17b ta thấy rằng: (2.47) Và góc (2.48) Hoặc: (2.49)
Và góc:
- z ) (2.50) Trong đó : là tổng các biến dạng dẻo nhiệt
Z là khoảng cách giữa trọng tâm của với trọng tâm của tiết diện. Đối với trường hợp này ta có:
Thay vào (2.14) ta được:
Công thức 2.54 chính là công thức xác định biến dạng góc cho uốn biên nhưng để xác định giá trị của k trong hai phương trình này ta quay trở lại các phương trình (2.45) và (2.48). Từ hai phương trình này ta có:
Thay thế 2.53 và 2.54 vào phương trình 2.56 ta có:
Thế phương trình 2.57 vào 2.55 và biến đổi ta được:
(2.51) (2.52) (2.55) (2.56) (2.57) (2.53) (2.54) Trong đó: (2.58)
Vì vậy :
Từ công thức 2.59 ta xây dựng được đồ thị mô tả quan hệ giữa (s/ ) và k trong hình 2.18
Đường cong 1 vẽ được khi
= 1.Tương ứng với thép có điểm chảy = 2400
kg/
Hình 2.18. Đồ thị quan hệ giữa (s/ ) và k
Đường cong 2 và 3 của hình 2.18 mô tả quan hệ giữa (s/ ) và k khi viền nóng chảy hình parabol và chữ nhật. Cũng từ đồ thị này ta thấy với trường hợp viền chảy là hình parabol (đường 2- đường nét đứt) thì khi s/ >0,47 (lúc này k = 0) thì biến dạng góc chỉ phụ thuộc vào chiều sâu ngấu và kích thước bề rộng mối hàn.Vì với cùng vật liệu các thông số khác là hằng số. Ở trong công thức 2.55 đã xét đến ảnh hưởng của chiều sâu ngấu tới biến dạng của liên kết.Khi biết được giá trị s/ ta sẽ lựa chọn chiều sâu ngấu dạng parabol và tìm ra giá trị k rồi dễ dàng tính được giá trị biến dạng
Từ đồ thị hình 2.18 cho phép tính toán các giá trị của từ phương trình 2.54 với các giá trị khác nhau của (s/ ) và k:
Hình 2.19. Biểu thị quan hệ giữa m=
và s/
Từ đồ thị 2.19 ta thấy biến dạng góc lớn nhất khi hàn ngấu không hoàn toàn
( <1). Khi hàn ngấu hoàn toàn =1 thì biến dạng góc nhỏ hơn so với khi hàn với chiều sâu ngấu quá nửa tấm. Khi chiều sâu ngấu không đổi thì tức là m cũng là hằng số thì biến dạng góc càng lớn khi tỷ số giữa b và chiều dày tấm càng lớn. Tức là lúc này tăng b thì biến dạng góc tăng theo.Tuy nhiên những nghiên cứu này vẫn chưa đề cập tới ảnh hưởng của chiều sâu ngấu đến biến dạng co dọc, độ võng. Vì vậy những kết quả nghiên cứu bằng cả thực nghiệm và lý thuyết được chỉ ra trong luận văn này sẽ góp phần bổ xung và khẳng định thêm tính sát đáng những kết quả của nghiên cứu này.
Kết luận chương 2
Chương 2 là chương đề cập tới vấn đề Cơ sở lý thuyết xác định ứng suất và biến dạng của liên kết hàn chữ T. Nội dung của chương 2 xoay quanh vấn đề về biến dạng và cách xác định biến dạng của liên kết. Ở trong nội dung chương này đề cập đến các định nghĩa về biến dạng cũng như nguyên nhân tạo ra biến dạng và các lý thyết cơ bản về ứng suất - biến dạng.Tiếp theo là cách xác định biến dạng này.
Cách xác định biến dạng gồm 2 cách mà hiện nay chúng ta vẫn thường sử dụng đó là: -Tính toán biến dạng theo phương pháp lực ảo của Tro-chun .
-Tính toán biến dạng theo lý thyết biến dạng tổng quát của Okerblom N.O .
Với cách tính toán của Tro-chun thì ta cần mất rất nhiều thời gian để phân tích lực xác định bề rộng vùng nội lực tác động = + và vùng nội lực phản kháng. Còn tính theo phương pháp của Okerblom N.O việc tính toán không phức tạp và đã kể đến ảnh hưởng của năng lượng đường hay lượng nhiệt cung cấp vào liên kết ảnh hưởng thế nào tới biến dạng. Phương pháp của Okerblom N.O cho phép tính toán biến dạng co dọc, độ võng và biến dạng góc nhanh chỉ trong một vài phép tính..
Việc sử dụng phương pháp của Okerblom N.O tính biến dạng góc khi kể đến ảnh hưởng của chiều sâu ngấu là hết sức cần thiết. Bằng việc xây dựng công thức bằng việc hàn đắp lên một tấm phẳng ta đã xác lập được công thức tính đại lượng này.Và công thức đầy đủ xác định biến dạng góc của liên kết dạng chữ T theo Okerblom N.O phải là: = + ( là biến dạng góc tính theo 2.44)
CHƢƠNG 3 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN KHI HÀN LIÊN KẾT CHỮ T
3.1 Cơ sở lý thuyết để xác định chế độ hàn MAG:
Trong quá trình thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu ngấu đến biến dạng của liên kết, có rất nhiều thông số chế độ hàn ảnh hưởng đến đến chiều sâu ngấu và thông qua đó sẽ ảnh hưởng tới biến dạng.Nếu tất cả các thông số ấy cùng biến đổi sẽ ảnh hương hưởng lần nhau và gây nhiễu trong quá trình thực nghiệm.Vì vậy mục tiêu của phần này giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát nhất về ảnh hưởng của các thông số đến chiều sâu ngấu và từ đó đưa ra những giới hạn phạm vi thay đổi các thông số chế độ hàn khi hàn liên kết thực nghiệm. Phạm vi này được thiết lập phù hợp với các yêu cầu công nghệ và điều kiện nghiên cứu.Chú trọng nhất là các thông số chế độ nào ảnh hưởng nhiều nhất đến chiều sâu ngấu và bởi khi ảnh hưởng của thông số ấy là rõ rệt chúng ta sẽ thấy được quan sát được ảnh hưởng của thông số ấy dễ dàng hơn thuận lợi cho quá trình nghiên cứu.
Nhưng dù cho các thông số biến đổi ta vẫn phải đảm bảo đạt được mối hàn có chất lượng cần thiết, cần chọn đúng các thông số của chế độ hàn và điều kiện hàn, năng lượng đường phù hợp với vật liệu và kết cấu.Trong quá trình hàn, cần đảm bảo sự ổn định của các thông số đã đặt trước. Trong phần lớn các trường hợp, năng suất hàn mang tầm quan trọng hàng đầu, tuy nhiên, cũng không thể bỏ qua các yêu cầu về chất