CHƯƠNG 3. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN
3.5. BIẾN DẠNG HÀN VÀ BIỆN PHÁP GIẢM BIẾN DẠNG
Khi chế tạo các kết cấu kim loại bằng phương pháp hàn ta thường gặp hiện tượng biến dạng kết cấu do hàn gõy ra. Nguyờn nhõn chủ yếu là do kết cấu bị ủốt núng khụng ủồng ủều và nơi bị ủốt lại khụng gión nở tự do. Biến dạng hàn cú thể phõn ra làm biến dạng chung và biến dạng cụ bộ. Biến dạng chung là loại biến dạng gõy thay ủổi kớch thước và hỡnh dạng toàn bộ kết cấu, cũn biến dạng cục bộ chỉ gõy biến ủổi hỡnh dỏng của từng chi tiết (bộ phận) riêng biệt trên toàn bộ kết cấu.
Biến dạng chung thường biểu hiện ở dạng co ngang, co dọc và uốn.
Biến dạng cục bộ thường biểu hiện ở dạng gấp gúc, mất ổn ủịnh tấm mỏng.
Hình 3.20. Biến dạng do hàn
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 78
Cỏc biến dạng hàn gõy nhiều khú khăn trong cụng tỏc chế tạo, lắp rỏp phõn ủoạn, tổng ủoạn trờn triền ủà ủồng thời cũn giảm sức bền thõn tàu và một số ủặc tớnh sử dụng của tàu.
ðể giảm biến dạng do hàn, ủảm bảo cỏc chi tiết kết cấu cú kớch thước hỡnh dỏng ủỳng yờu cầu thiết kế quy ủịnh, cú thể dựng nhiều biện phỏp khỏc nhau.
3.5.1. Những biện pháp kết cấu
ðể giảm biến dạng chung và biết dạng cục bộ ngay từ khi thiết kế phải lưu ý sao cho tại cỏc mối hàn cú thể tớch núng chảy ủắp thờm phải nhỏ nhất. muốn thế ta cần phải.
• Thay kiểu vát mép chữ V bằng vát mép chữ X, nếu chiều dày vật hàn cho phép.
• Sử dụng mối hàn liờn tục thay cho mối hàn giỏn ủoạn (ở cỏc mối hàn gúc). Do thể tớch kim loại lỏng ở mối hàn giỏn ủoạn lớn hơn.
• Với cỏc mối hàn gúc khụng tớnh ủến sự chịu ủựng mà chỉ xỏc ủịnh giỏ trị tối thiểu của mối hàn ( thiết lập liờn kết ) thỡ sử dụng mối hàn giỏn ủoạn.
• Với cỏc mối hàn gúc tấm mỏng (2-5 mm) nờn dựng phương phỏp hàn ủiểm.
Hình 3.22. Giảm thể tích kim loại lỏng thông qua thay kiểu vát mép
Thụng thường ủộ co dọc trờn cựng một ủơn vị chiều dài, nhỏ hơn chiều so với ủộ co ngang, cho nờn khi phõn chia thõn tàu thành cỏc phõn ủoạn, cụm chi tiết ta cần ủặt mối hàn song song với hướng mà ta cần biến dạng chung nhỏ.
Hình 3.23. ðặt mối hàn song song theo hướng cơ cấu.
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 79
ðể trỏnh cỏc tấm mỏng khỏi bị mất ổn ủịnh, khi thiết kế phải tăng chiều dày tấm hoặc giảm khoảng cách giữa các khung xương hoặc tăng gia cố phụ. ðối với các mỏng (2mm - 5 mm) nờn xắp xếp khung xương song song theo một hướng và cỏc mối hàn ủặt song song với hướng ủú và nờn bố trớ gần khung xương ủể trỏnh ủộ uốn.
Khi thiết kế cố gắng rút bớt số lượng chung mối hàn trong kết cấu bằng cách dùng tấm kích thước lớn và thay các khung xương bằng kết cấu dập gân.
Hình 3.24. Sử dụng kết cấu vách sóng.
ðể tránh ứng suất phẳng và ứng suất khối, không nên thiết các mối hàn tập trung giao nhau (nhất là khi cỏc kết cấu ủú chịu tải trọng ủộng)
Không nên thiết kế các mối ghép có kích thước nhỏ (ví dụ các miếng vá) vì nó phát sinh ứng suất phẳng lớn.
Khi hàn giáp mối nếu chiều dày hai tấm không bằng nhau thì cần vát bớt chiều dày tấm dày hơn.
ðể giảm uốn chung, cỏc mối hàn cần phải bố trớ ủối xứng với trục của mặt cắt ngang và cắt dọc của kết cấu.
Khi thiết kế thõn tàu cần chia thõn tàu thành cỏc phõn ủoạn và tổng ủoạn sao cho khi lắp ráp chung khối lượng hàn nhỏ nhất.
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 80
ðặt các nẹp cứng phụ tạm thời và hàn vào tôn bao bằng các mối hàn cỡ nhỏ sẽ có thể giảm biến dạng của tấm.
Không vát mép tấm có chiều dày lớn.
Vát bớt mép tấm có chiều dày lớn.
Hình 3.25. Ứng suất khi hàn giáp mối hàn tấm chiều dày khác nhau.
3.5.2. Biện pháp công nghệ
Khi hàn cỏc vật dày, cỏc loại thộp dễ bị tụi thỡ cần phải tiến hành ủốt núng trước, ủồng thời cần phải giảm bớt cường ủộ dũng ủiện hàn hoặc cụng suất ngọn lửa hàn ủể tránh hiện tượng nứt nẻ.
Chế ủộ hàn cần chọn sao cho vựng ứng suất tỏc dụng cú thể tớch nhỏ. Tăng mật ủộ dũng ủiện ủể tăng ủộ ngấu, san bằng co ngang theo chiều dày giảm biến dạng gúc. Trong trường hợp khi hàn mối hàn thứ hai ủối xứng với mối hàn thứ nhất, thỡ nờn tăng chế ủộ hàn (Ih) ủể tăng vựng ứng suất tỏc dụng, như vậy cú thể khử toàn bộ ủộ uốn do mối hàn thứ nhất gây nên.
Hàn theo phương phỏp phõn ủoạn nghịch thỡ sẽ giảm biến dạng vỡ nội lực sinh ra chỉ ở từng khu vực nhỏ và hướng về vựng lõn cận ủối diện.
Khi hàn nờn làm nguội bằng tấm ủệm hoặc bằng nước ủể giảm vựng ứng suất tỏc dụng và co dọc hoặc làm nguội chấmau khi hàn.
ðể khử uốn người ta tiến hành uốn trước hoặc trước khi hàn ủặt vật ngược với chiều bị uốn sau khi hàn, như vậy sẽ giảm ủược ứng suất và biến dạng dư.
Hình 3.26. Cách khử biến dạng khi hàn giáp mối
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 81
ðể giảm biến dạng chung khi vạch trỡnh tự lắp rỏp và hàn phải ủảm bảo sao cho các chi tiết có thể dãn nở tự do không nên gia cố quá mức các mối hàn.
Cỏc phõn ủoạn và tổng ủoạn nờn ủược lắp rỏp và hàn từ cỏc cụm chi tiết ủó ủược gia công trước.
ðể trỏnh biến dạng gúc cũng như ủộ uốn cỏc chi tiết khi hàn rỏp với nhau cú thể tạo phản biến dạng (Hỡnh vẽ 3.26) ủể sau khi hàn, cú kớch thước hỡnh dỏng yờu cầu.
Sử dụng hàn tự ủộng và bỏn tự ủộng vỡ vựng nhiệt tỏc ủộng nhỏ nhất.
Khi hàn mối hàn X giỏp mối nhiều lớp cần phải hàn ủối xứng hai phớa và với trỡnh tự hàn sao cho không biến dạng góc quá lớn.
ðể giảm biến dạng của cỏc phõn ủoạn tấm mỏng (dưới 5mm), trước khi hàn khung xương vào cần hàn ủớnh ủường bao của tấm vào bệ lắp rỏp. sau khi hàn song ta cần làm phẳng bằng cỏc co lăn nặng rồi dũi cỏc mối hàn ủớnh ủi.
ðể giảm biến dạng chung của kết cấu, khi lắp rỏp cần ủặc biệt lưu ý tới khe hở chõn mối hàn, phỏi ủảm bảo cỏc khe hở ủú nằm trong phạm vi cho phộp.
Dựng cỏc bệ lắp rỏp cứng cũng khống chế ủực biến dạng kết cấu.
Tuy có thể dùng mọi biện pháp phòng chống biến dạng hàn nhưng trong thực tế khụng thể loại trừ ủược hoàn toàn biến dạng ủú cho nờn khi chế tạo phải dựng ủến lượng dư ủể bự ủắp lại những những ủộ co dọc, co ngang tớch tụ lại trong quỏ trỡnh hàn. Cũn ủối với biến dạng gúc thường ủược bự ủắp lại bằng lượng phản biến dạng. ðối với phõn ủoạn khối hoặc tổng ủoạn việc tạo phản biến dạng tương ủối phức tạp, ủũi hỏi phải tớnh toỏn kỹ lưỡng và xác lập ngay từ khi lập dưỡng mẫu.
3.5.3. Các biện pháp công nghệ sau khi hàn
Thông thường sau khi hàn vật hàn vẫn tồn tại ứng suất dư và bị biến dạng. ðể khắc phục những ứng suất dư và biến dạng này nhằm nâng cao chất lượng của kết cấu hàn, người ta thường dựng những biện phỏp sau ủõy:
3.5.3.1. Biện pháp ủ
ðối với những kết cấu hàn hỏ cú thể ủờm ủ toàn bộ kết cấu trong lũ nhiệt luyện với nhiệt ủộ nung khoảng 600 - 650oC và giữ ở nhiệt ủộ ủú trong thời gian 3 ph/(mm chiều dài). Cú thể tiến hành ủ cục bộ bằng cỏch ủem nung núng vựng cạnh mối hàn khoảng 600oC.
3.5.3.2. Biện pháp nắn nguội
Chủ yếu là tỏc ủộng vào những phần biến dạng ủể ủạt kớch thước và hỡnh dỏng như thiết kế. Song nó sinh ra biến cứng và tăng ứng suất dư làm cho vật hàn bị nứt nẻ, thậm trí có khi bị gẫy. Ngoài ra, nắn nguội là một công nghệ phức tạp nên nói chung ít dùng.
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 82
3.5.3.3. Biện pháp nắn nóng
Là biện phỏp ủược dựng rộng rói vỡ nú ủơn giản và kinh tế nhất. Người ta tiến hành nung núng bằng ngọn lửa khớ hoặc bằng ủiện, mục ủớch làm co những khu vực mà chiều dày của chúng lớn hơn vùng ứng suất tác dụng của mối hàn trong kết cấu. Chọn khu vực nung và chế ủộ nung và chế ủộ nung khụng hợp lý cú thể lại làm cho biến dạng thêm phức tạp.
Cơ sở lý thuyết của nắn nóng là:
- Xỏc ủịnh mặt phẳng uốn và mụ men uốn gõy ra do nội lực tỏc dụng.
- Xỏc ủịnh tiết diện, khối lượng và hỡnh dỏng hợp lý của vựng ứng suất tỏc dụng ở khu vực nung núng, bảo ủảm tạo ra nội ứng lực làm biến dạng kết cấu theo hướng ngược lại.
- Chọn chế ủộ nung hợp lý.
Hỡnh 3.27. Nắn núng khử ủộ uốn dư.
Vớ dụ ủể khử ủộ uốn dư của kết cấu như hỡnh 3.27 cần phải tạo ra mụ men uốn theo chiều ngược lại. Do ủú hoặc phải nung núng theo ủường (co dọc) hoặc nung núng theo hình dải quạt (co ngang).
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 83
CHƯƠNG 4. KHUYẾT TẬT HÀN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA