Chương 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
3.2. Lý thuyết chung về trường ứng suất dư 3D
Quá trình hàn là quá trình nung nĩng cục bộ khu vực cần hàn trong thời gian ngắn tới nhiệt ựộ rất cao. Khi nguồn nhiệt hàn di ựộng lên phắa trước, thì khối kim loại ựược nung nĩng nguội dần trở về nhiệt ựộ ban ựầu và kèm theo những biến dạng nhiệt.
Do sự phân bố nhiệt rất khác nhau (khơng ựồng ựều) ở các vùng xung quanh mối hàn nên sự thay ựổi thể tắch do (co, giãn) ở các vùng ựĩ cũng khác nhau. điều này dẫn ựến sự tạo thành nội lực, ứng suất và biến dạng hàn.
Vậy nguyên nhân xuất hiện ứng suất dư trong các kết cấu hàn là: + Nung nĩng khơng ựồng ựều kim loại vật hàn.
+ độ ngĩt ựúc của kim loại nĩng chảy của mối hàn sau khi kết tinh. + Sự thay ựổi tổ chức của vùng kim loại lân cận mối hàn.
Nung nĩng khơng ựồng ựều kim loại vật hàn làm cho những vùng ở xa nguồn nhiệt khơng hoặc rất ắt bị biến dạng nhiệt, chúng sẽ cản trở sự biến dạng ở vùng lân cận mối hàn. Do vậy sẽ suất hiện ứng suất trong mối hàn và vùng kim loại lân cận nĩ. Trường ứng suất này sẽ vẫn tồn tại cả khi kết thúc quá trình hàn và vật hàn ựã trở về trạng thái bình thường (ựã nguội hồn tồn)
Kim loại lỏng ở mối hàn bị giảm thể tắch do kết quả ựơng ựặc tương tự như vật ựúc. Do kết quả ngĩt ựúc của kim loại trong mối hàn xuất hiện các lực nén theo phương dọc cũng như phương ngang so với trục mối hàn và tạo ra trường ứng suất dư tại ở ựĩ. Những thay ựổi tổ chức kim loại trong vùng lân cận mối hàn là những thay ựổi về kắch thước và vị trắ sắp xếp của các tinh thể kim loại, ựồng thời kèm theo sự thay ựổi thể tắch của kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Sự thay ựổi cục bộ như vậy dẫn ựến việc tạo thành nội ứng suất. Khi hàn các thép hợp kim và thép cacbon cao cĩ khuynh hướng tơi thì các ứng suất này cĩ thể ựạt tới những giá trị rất cao.
Ứng suất dư trong vật hàn kết hợp với ứng suất sinh ra do ngoại lực tác dụng khi làm việc cĩ thể làm giảm bớt khả năng làm việc của kết cấu và làm suất hiện các hiện tượng vết nứt, gây. Biến dạng hàn làm sai lệch hình giãng, kắch thước của các kết cấu hàn, vật hàn, do ựĩ sau khi hàn thường phải tiến hành các cơng việc sửa, nắnẦrất phức tạp và tốn kém.
Hình 3.2. Ứng suất hàn theo các phương (mối hàn giáp mối)
Từ hình 3.2 ta thấy khi kim loại ựơng ựặc ở mối hàn suất hiện các phương co như sau:
+ Theo phương ngang X + Theo phương dọc Y
+ Theo phương thẳng ựứng Z
đối với co ngĩt theo phương X sự giãn nở nhiệt là nguyên nhân chắnh (chiếm từ 90 ựến 95%) chỉ cịn khoảng 5ọ10% là sự co ngĩt khi ựơng ựặc của kim loại que hàn gây ra ứng suất dư.
Sự co ngĩt dọc Y tương ựối nhỏ (khoảng 0,1ọ0,3%mm/m chiều dài mối hàn) nhưng ứng suất theo phương này sinh ra lớn.
Sự co ngĩt theo phương Z khơng thấy rõ với mối hàn thơng thường. Do ựĩ ta chỉ cần quan tâm ựến sự co ngĩt theo ngang X và sự co ngĩt theo phương dọc Y, tương ứng với ứng suất sinh theo hai phương này là ứng suất ngang σ22 và ứng suất dọc σ33