2.5.1. Khái niệm VLH đối với QTH MAG
Đối với phương pháp hàn nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ nĩi chung và
đặc biệt là QTH CO2, vật liệu đĩng vai trị đặc biệt quan trọng. Thành phần hố học của vật liệu hàn khơng những quyết định hàm lượng và thành phần hố ho ̣c của KLMH mà cịn quyết định các tính chất khác của liên kết hàn như mức đ̣ rỗ khí, tụ
khí… Đặc biệt vật liệu hàn trong QTH CO2 cịn cĩ ảnh hưởng đến sự ổn định của quá trình cháy HQH. Vật liệu hàn trong QTH CO2 bao gồm: dây hàn (thường là dây
điện cực nĩng chảy), khí CO2, thành phần lõi ḅt…
2.5.2. Dây hàn đặc
Đối với QTH CO2 bắt bục phải dùng dây hàn cĩ thành phần tối thiểu phải nhiều hơn về chủng loại. Các nguyên tơ hợp kim trong dây hàn dùng cho QTH CO2 vừa phải làm nhiệm vụ khử tạp chất trong KLL vừa phải đĩng vai trị hợp kim hố KLMH. Nguyên tơ hợp kim và hàm lượng cũng phải cao hơn so với trong KLCB. Ngồi ra nhất thiết phải chứa ṃt hàm lượng nhất định các nguyên tố cĩ ái lực hố học với oxy mạnh hơn sắt. Do đĩ nguyên tơ hợp kim trong dây hàn CO2 thơng
thường cũng khác, đặc biệt hơn so với các loại dây hàn dùng cho các QTH khác.
2.5.3. Dây hàn lõi bột.
Dùng dây lõi ḅt khơng những bảo đảm hợp kim hố được KLMH mà trong
quá trình cháy thuốc (ḅt trong dây hàn) đã tạo được mơi trường bảo vệ KLMH. Do
đĩ ṃt số dây hàn lõi ḅt được chế tạo để hàn khơng cần đến khí bảo vệ- gọi là dây hàn tự bảo vệ (Self schielded wires). Cịn khi dùng dây lõi ḅt mà vẫn cần đến khí bảo vệ thì gọi là dây lõi ḅt cần khí bảo vệ ngồi (Outer schielded wires).
2.5.4. Khí CO2
Càng ngày người ta càng khẳng định vai trị to lớn của CNH CO2 trong sản xuất cơ khí. Hầu hết các kết cấu thép thường, thép hợp kim thấp và ṃt số các loại thép hợp kim cao được hàn bằng CNH CO2.
Chất lượng hàn phụ thục vào nhiều yếu tố, trong đĩ đ̣ sạch và đ̣ khơ của CO2 là các yếu tố quan trọng. Trong CNH CO2 đ̣ ẩm cho phép H2O < 0.1% trong
Trang 47
kim cao, các kết cấu thép cĩ yêu cầu chất lượng cao nhất thiết phải dùng khí CO2 cĩ
đ̣ ẩm H2O < 0.05%. Đ̣ ẩm này phù hơp với TCVN về CO2 hàn: CO2 = 99%; H2O
0.05%; H2S 0.1%. Khí CO2 loại này được sản xuất tại xí nghiệp khí CO2 thục
cơng ty phân đạm Hà Bắc.
2.6. CNH MAG
2.6.1. Một sốđi u kiện chung
QTH CO2 cĩ thểđược áp dụng ṛng rải để chế tạo các loại kết cấu bằng thép hợp kim thấp, thép các bon thấp và thép hợp kim. Tuỳ thục vào các điều kiện hàn
(điều kiện kết cấu, tư thế hàn ,hình dạng và chất liệu liên kết), tuỳ thục vào mức đ̣ cơ khí hố mà ta xác định các TSCNH cụ thể. Người ta đã khẳng định là cĩ rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng liên kết hàn CO2, theo [5] cĩ thể đến
hơn ṃt trăm đại lượng và các yếu tố gây ảnh hưởng đến QTH CO2. Các nhĩm thơng sốđầu vào – ra của QTH CO2 cĩ thểđược trình bày như hình sau:
H̀nh 2.21: Các nhĩm thơng số đầu vào –ra của QTH CO2
Trong đo Ih:cường đ̣ dịng điện hàn; Qco2: lưu lượng các thơng số khác của khí bảo vệ; Uh: điện áp HQH; Vh: vận tốc hàn; To: nhiệt đ̣ ban đầu của vật hàn;
Đtb: thiết bị hàn(đặc tính nguồn loại dịng điện); MT: các thơng số của mơi trường; Ke: nhĩm thơng số liên quan đến QTCDVL (de, cực tính điện cực…); Kcn: nhĩm
Trang 48
thơng số liên qua đến quá trình và cách thức chuẩn bị trước khi hàn, dạng kết cấu
hàn….VL: thơng số cơng nghệ thục phạm vi vật liệu.
2.6.2. Chọn đi u kiện hàn
Tất cả các TS CNH bắt bục phải được chọn chính xác trong sự phụ thục vào ṃt số điều kiện và đại lượng cơng nghệ liên quan khác. Loại hình cơng nghệ hàn và mức đ̣ cơ khí hố quá trình hàn phụ thục vào nhiều yếu tố: loại hình kết cấu hàn, sự chính xác trong việc chuẩn bị trước khi hàn, loại mối hàn, mức đ̣ cơ khí hố, trình đ̣ của gá hàn và cuối cùng là trình đ̣ cơng nghệ chung của xưởng hàn.
Tốc đ̣ cấp dây điện cực là ṃt thơng số quan trọng trong QTH CO2. Điện áp
HQH trong QTH coi như khơng đổi nhờ đặc tính phẳng của nguồn hàn. Do đĩ sự
biến thiên tốc đ̣ cấp dây sẽ dẫn đến sự thay đổi cơng suất của HQH, trong mối quan hệ chặt chẽ với lượng kim loại nĩng chảy của điện cực, tầm với điện cực, đồ
dài của HQH. Đồng thời sựthay đổi tốc đ̣ cấp dây cũng sẽ dẫn đến sự biến đổi tần số chập mạch.
2.6.3. Điện áp HQH
Trong QTH CO2, điện áp HQH luơn được điều chỉnh để tạo đươc sự cháy hồ
quang (HQ) ổn định. Giá trị điện áp điều chỉnh trong sự phụ thục vào cường đ̣ dịng điện hàn, đường kính điện cực và cảm kháng của mạng điện hàn. Điện áp HQH cĩ thể được điều chỉnh từng cấp hoặc vơ cấp. Thơng thường được áp dụng theo cảhai phương thức điều chỉnh.
Như ta đã biết trên đây, điện áp HQH quyết định tần số chập mạch và đặc tính CDVL qua HQH. Khi hàn với điện áp HQH 16-22V ta nhận được mối hàn với mức chảy ngấu khơng cao (lượng kim loại điện cực được nấu nĩng chảy khơng
cao). Trong trường hợp hàn với điện áp 30-38V dễ dàng tạo được sự CDVL điện cực theo phương thức phun và quá trình hàn khơng cĩ chập mạch. Trường hợp này
thường được áp dụng khi hàn ở tư thế sấp hoặc leo vì tốc đ̣ hàn phải nhanh. Giới hạn điện áp HQH khoảng 22-30V áp dụng cho QTH CO2 với đặc tính CDVL theo
phương thức chập mạch đĩ là QTCD KLL dạng giọt với tần số chập mạch thấp, gọi tắt là hàn chập mạch.
Trang 49
2.6.4. Đặc tính của mạng điện hàn
Các tính chất đ̣ng của mạng điện hàn trước hết phụ thục vào đặc tính của nguồn hàn và ṃt số trường hợp đặc biệt cịn phụ thục vào đầu khe từ mắc trong mạch điện hàn.
Mối quan hệ giữa các cảm kháng và tốc đ̣ chập mạch thơng qua tốc đ̣ tăng
hay giảm dịng điện hàn trong quá trình chập mạch hồn tồn phụ thục vào tốc đ̣
và sự biến thiên (U,I) của nguồn hàn. Do đĩ đại lượng biến thiên của dịng hàn trong quá trình chập mạch và tốc đ̣ chập mạch cĩ thể được điều chỉnh thơng qua
điều chỉnh đ̣ dốc đặc tính tĩnh của nguồn hàn.
Ngày nay nguơn han hiê ̣n đa ̣i được tich hợp cac cơng nghê ̣ mơi nhât cho tơc đơ ̣ xử ly rât cao, tạo điều kiện tối ưu cho CD KLMH.
2.6.5. Thơng số cơng nghệ hàn.
Trong QTH CO2 tồn tại ṃt thực tế là cĩ thể chế tạo ra các liên kết hàn với các chỉ tiêu chất lượng tương tự nhau bằng các TSCNH và kỹ thuật hàn khác nhau. Trong mỗi ṃt trường hợp, trước hết cần phải chú ý đến loại liên kết, tư thế hàn,
phương pháp chuẩn bị (vátmép VLCB) trước khi hàn, trang thiết bị và điều kiện cụ
thể tại trạm hàn. Các chủng loại kết cấu hàn (KCH), hàn ở các tư thế khác nhau, kỹ
thuật ván mép trước khi hàn, cách thức và kích thước gá các tấm trước khi hàn,
tương ứng với các loại hình cơng nghệ (CNH BTĐ CO2, CNH TĐ CO2) được trình bày trong các bảng B.20- B.27 –Phụ lục. Trong các bảng này được trình bày tất cả các TSCNH cơ bản phù hợp với kích thước VLCB, VLH (de) và các TSCNH khác. TSCNH trong các bảng B.20-B.β7 đươc áp dụng để chế tạo các loại kết cấu hàn bằng thép các bon thấp và hàn bằng dây hàn Mn – Si.
2.6.6. CNH Bán t động CO2
Để chế tạo được liên kết hàn đạt yêu cầu chất lượng, yếu tố quyết đinh đầu tiên là phải: xác định hợp lý CĐ CNH. CĐ CNH đối với từng loại hình liên kết hàn
và tư thếhàn đặc trưng được trình bày trong các bảng B.20- B.27.
Khoảng cách từ bể hàn đến miệng chụp khí cĩ mối quan hệ đến tầm với điện cực. Tầm với điện cực quá dài làm cho điện cực tự do bịnung lên quá nĩng (do điện trở) và do đĩ cường đ̣ dịng bị giảm. Sự biến thiên của cường đ̣ dịng điện làm
Trang 50
cho quá trình cháy HQH mất ổn định,nguyên nhân gây khuyết tật: ví dụ xuất hiện hiện tượng nĩng chảy khơng hồn tồn, hiện tượng rỗ, cĩ khi kim loại bị bắn ngược trở lại gây tắt HQH.
Trong nhiều trường hợp phải sử dụng tấm đệm khi hàn, nhất là trong trường hợp hàn bằng HQH cĩ đặc tính phun. Tấm đệm phải được gá chính xác sát kín với bề mặt liên kết hàn, thậm chí phải được ghìm chặt (bằng đồ gá) vào tấm VLCB nhằm hạn chế khơng khí xâm thực vào bể hàn từ khe hở phía dưới lên .
Thường người ta hàn lớp thứ nhất bằng chếđ̣ ngắn dịng . Và những lớp tiếp
sau đĩ mới hàn theo chếđ̣ phun . Bằng cách này sẽ cĩ thể loại trừđược những hạn chế(khĩ khăn) do việc sử dụng tấm đệm gây nên .
Các LKH gĩc vuơng dể dàng thực hiện nhất trong tư thếbăng (ta phải gá sao cho mặt phẳng phân giác của gĩc liên kết là mặt phẳng đứng ). Nếu hàn ở tư thế
nghiêng cạnh thì khơng những sẽ cĩ hình dáng LKH xấu và khơng cân đối mà cịn giảm khảnăng chịu lực của tồn ḅ liên kết hàn .
Trang51
1.Chương 3
NGHIÊN C U TH C NGHI M VÀ KẾT QU
3.1. Đặt vấn đ
Trên cơ sở ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ hàn đến chất lượng mối hàn, tác giả tập trung vào thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của 3 thơng số cơng nghệhàn là: Cường đ̣ dịng điện hàn Ih; Điện áp hồ quang hàn Uhq và Vận tốc hàn Vh đến chất lượng cơ tính mối hàn thơng qua giới hạn bền uốn và giới hạn bền kéo.
Trong thực tế sản xuất ở nước ta, tỷ trọng đĩng gĩp của ngành Cơng nghiệp
đĩng tàu và cơng nghiệp dầu khí là rất lớn (chiếm tỷ trọng 70 %GDP - số liệu năm
2011). Với mục đích nghiên cứu sâu hơn các ảnh hưởng thơng số cơng nghệ hàn
MAG đối với chất lượng mối hàn đường ống, bể chứa, từ đĩ đưa ra đề xuất cơng nghệđể áp dụng cho thực tế sản xuất là ṃt lĩnh vực cĩ tính khả thi rất cao.
Để tìm hiểu thực tế sản xuất trong lĩnh vực hàn đường ống, bể chứa, tác giảđã
tiến hành khảo sát tại ṃt số cơ quan, doanh nghiệp như: Cơng ty Vietso-Petro; Cơng ty Cổ phần LILAMA 18… để tìm hiểu về vật liệu, các thơng số kỹ thuật cũng như các tiêu chuẩn đánh giá mối hàn đường ống, bể chứa. Thơng qua ḅ Tiêu chuẩn Việt Nam vềđánh giá chất lượng mối hàn về thử nghiệm kéo (TCVN – 8310:2010), từđĩ sẽ giúp tác giả tìm ra giá trị thơng số hàn tối ưu cho phương pháp hàn này.
3.2. Nội dung nghiên cứu
Trang52
Hình 3.1: Sơ đồ khái quát ṇi dung nghiên cứu
3.3. Thiết bi ̣, d ng c đo ki m và v t liệu hàn 3.3.1. V t liệu m u
Với phương pháp hàn MAG vật liệu mẫu cĩ thể chọn là thép các bon thấp và ṃt số thép hợp kim thấp với những chiều dày khác nhau. Thực tế khảo sát tại Cơng ty cổ phần LILAMA 18, khi chế tạo bồn bể chứa, thường là dạng tấm phẳng, cĩ chiều dầy δ = 10 - 12mm thường dùng vật liệu là thép SS400. Để thử nghiệm với đề
tài nghiên cứu tác giả chọn phơi như sau:
- Vật liệu thép SS400.
- Kích thước phơi: được gia cơng theo TCVN – 8310:2010 (ISO 4136: 2001) đạt kích thước: 400x200x10 mm.
Tạo mẫunghiên cứu
Tạo mẫu kiểm
tra keo Tkéoạo mẫu kiểm tra
Kết quả Xử lý số liệu thực nghiệm
KẾT LU N
Tiêu chuẩn kiểm tra keo
Kết quả Thí
nghiệm nghiThí ệm nghiThí ệm nghiThí ệm nghiThí ệm
Khảo sát thực tế Quy hoạch thực nghiệm Tính tốn số mẫunghiên cứu Thí nghiệm ệ Thí nghiệm ệ Thí nghiệm ệ Thí nghiệm ệ Thí nghiệm
Trang53
- Việc cắt phơi được tiến hành bằng máy cưa cần, máy phay, máy mài.
Trong quá trình gia cơng đều sử dụng dung dịch tưới trơn ngụi để đảm bảo phơi hàn khơng bịảnh hưởng nhiệt.
- Tạo gĩc vát như (hình γ.2), sau đĩ dùng máy mài cầm tay làm sạch 2 phía trước sau phơi cách mối hàn 15 ÷ 20mm
Hình 3.2: Phơi hàn sau khi đãđược làm vệ sinh sạch sẽ
- Đính phơi β đầu ở phía mặt được hàn - Gá phơi cốđịnh lên vị trí hàn 2G
3.3.2. Thi t ḅ, v t liệu hàn, khí bảo vệ và d ng c đo ki m. 3.3.2.1. Thi t ḅ hàn
Trang54
Hình 3.3: Máy hàn MAG PANA 350
Thơng số kỹ thuật máy hàn PANA AA350
- Hãng sản xuất: Panasonic – Nhâ ̣t Bản
- Cơng suất: 70KVA - Nguồn vào: 3 pha, 380V/50Hz
- Khoảng điều chỉnh dịng điện: 40 – 350A - Chu kỳ tải: 100% - Kích thước: LxWxH: 120x80x100 mm - Trọng lượng: 100kg 3.3.2.2. V t liệu hàn và khí bảo vệ
- Vật liệu hàn: chọn dây hàn E70S-G theo tiêu chuẩn AWS hãng sản xuất Kim Tín Việt Nam đường kính: ø1.2 mm.
- Khí bảo vệ: Khí CO2 cĩ đ̣ tinh khiết tối thiểu là 99,5% - Lưu lượng khí tiêu hao 10 lít/phút
- Tiêu chuẩn Đăng kiểm: TCVN 5403:10
Trang55
3.3.2.3. Thiết bi ̣, d ng c đo ki m 3.3.2.3.1. Thi t ḅ thí nghiệm kéo nén.
Hình 3.5: Máy kéo WB 1000
Đặc tính kỹ thuật:
Code: 70-C0820/C
Lực thử kéo tối đa (kN) : 1000
Lực thử nén tối đa (kN) : β000
Dải kiểm tra : Tựđ̣ng thay đổi thang đo cũng như đ̣ phân giải
Đ̣đọc được với thử kéo : 100 N
Khoảng cách tối đa giữa hai ḅ má kẹp : 750 mm
Hệ thống má kẹp : Bằng hệ thống thủy lực điều khiển từ xa
Đường kính thép lớn nhất cĩ thể thử : 40mm
Tốc đ̣ gia tải (mm/phút) : 0 – 195
Hành trình piston (mm) : 610
Trang56
Để thử các phần của liên kết hàn và kim loại nĩng chảy, người ta xác định đ̣
bền phần yếu nhất của mẫu hàn giáp mối và hàn chồng. Hình dạng mẫu như (hình
3.6).Khi thử, kéo mẫu kiểm với lực tăng dần cho đến khi đứt.
Hình 3.6: Mẫu hàn giáp mối: a)- loại bình thường; b)- loại cĩ vấu
Theo TCVN 5403:10 vê kiểm đi ̣nh chât lượng mơi han thi kich thươc mẫu thử kéo cĩ chiều dày a = 10mm la: L = 400; b =25 mm.
Khi thử kéo cần xác định các thơng số sau: - Giới hạn chảy ch (MPa)
- Đ̣ bền b = P/F
Trong đĩ: P- tải trọng lớn nhất khi đứt mẫu (N)
F- tiết diện ngang của mẫu (mm2
) - Đ̣giãn dài tương đối khi đứt =(l1-l0)/l0*100%
Trong đĩ: l0, l1 –chiều dài mẫu ban đầu và sau khi đứt
- Đ̣ co thắt tương đối khi đứt =(F0-F1)/F0*100%
Trong đĩ: F1- tiết diện ngang của mẫu khi đứt
3.3.2.3.2. D ng c , thiết bi ̣ đo
Trang57
- VOM điện tử nhãn hiệu Sanwa - Nhật Bản
Đặc tính kỹ thuật: - Dịng DC: từ 0.1mV ~ 600V; 0.01mA ~ 400mA - Dịng AC: từ 1V ~ 600V; 0.01mA ~ 400mA - Điện trở: 0.1ohm ~ 40.00 Mega ohm - Tần số: 1 Hz ~ 100 kHz - Pin sử dụng: 400 giờ - Kích thước: 176 (H) x 104 (W) x 46 (D) mm
- Thước đo mối hàn đa năng, thươc că ̣p
Hình 3.7: Thước đo mối hàn đa năng, thươc că ̣p