Trên cơ sở điều kiện làm việc của chi tiết sẽ hàn ứng dụng thực tế và trang thiết bị thí nghiệm hiện có, tác giả chỉ đề xuất phương án thử bẻ, không tiến hành thử kéo. Mẫu thử bẻ liên kết hàn được tiến hành tại phòng thí nghiệm sức bền vật liệu thuộc Khoa Cơ – Điện. Các mẫu phá hủy sau khi thử bẻ liên kết hàn chữ T cho biết rằng: vị trí bị phá hủy của mẫu không thuộc vùng mối hàn hay vùng ảnh hưởng nhiệt, mà chúng bị đứt ở vị trí giữa vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản.
b. Phân tích cấu trúc vật liệu
- Cấu trúc thô đại
Sau khi hàn mẫu xong, tiến hành cắt mẫu bằng máy cắt thông thường ở kích thước phù hợp, sau đó mài phẳng và đánh bóng mẫu bằng giấy ráp với các cỡ hạt khác nhau, tẩm thực bằng dụng dung dịch cồn với 3 – 4 % dung dịch axit Nitơric lên bề mặt mẫu rồi rửa sạch và sấy khô. Trên cơ sở đó ta có thể phân biệt được vùng kim loại mối hàn và vùng kim loại cơ bản, từ đó ta cũng có thể quan sát được hình dạng, vùng kết tinh của mối hàn và tiến hành chụp bằng máy ảnh thông thường sẽ nhận được các kết quả về cấu thúc thô đại của mối hàn. Với các mẫu khi hàn bằng chế độ hàn đã được tính toán, thấy rằng mối hàn không bị rỗng, rỗ khí, không bị nứt, mối hàn không bị cháy cạnh.
- Cấu trúc tế vi
+ Chuẩn bị mẫu để soi tổ chức tế vi: Mẫu được cắt bằng máy cắt dây để tránh hiện tưởng ảnh hưởng nhiệt lên bề mặt soi tổ chức vật liệu.
+ Kết quả soi tổ chức tế vi (phụ lục 3): Kết quả phân tích kim tương học tại 3 vùng: vùng kim loại cơ bản (KLCB), vùng kim loại mối hàn (KLMH) và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), cho thấy rằng kim loại có các nhóm tổ chức chủ yếu là ferit + peclit, ferit + bainit và ferit biên hạt + bainit.
+ Tổ chức tế vi của KLCB (đối với tấm vật liệu Q345B dày 8mm (vùng 1)) là ferit và peclit, các hạt kim loại sắp xếp có tính định hướng theo thớ. Điều này có thể giải thích được bởi vì đây là vùng kim loại cơ bản ở xa vùng HAZ nên cấu trúc kim loại không bị thay đổi mà vẫn bảo toàn cấu trúc thớ do cán của KLCB. Qua kết quả phân tích, kích thước hạt kim loại trong KLCB là còn tương đối lớn, do đó có thể thấy kích thước hạt không được mịn nên có cơ tính thuộc nhóm giới hạn nhỏ nhất trong dải giới hạn của vật liệu Q345B (bảng 2.16).
+ Tổ chức tế vi vùng KLCB (đối với tấm vật liệu Q345 dày 5mm (vùng 3)) là ferit và peclit, các hạt kim loại phân bố đều và không có tính định hướng. Điều này có thể hiểu được là do KLCB đã qua xử lý nhiệt (thường hóa).
+ Từ cấu trúc tế vi vùng HAZ ta thấy rằng cấu trúc thớ đã hoàn toàn biến mất – nghĩa là tại vùng này đã có sự định hình lại cấu trúc kim loại. Tổ chức tế vi của cả hai vùng HAZ (giữa vùng 1 – vùng 2 và giữa vùng 2 – vùng 3) là ferit + bainit. Ở vùng HAZ tuy kích thước của các hạt đã phát triển nhưng so với kích
Hình 4.69. Mẫu chuẩn bị soi tổ chức tế vi đối với
thước của các hạt ở vùng KLCB liền kề vẫn còn chưa quá lớn, cơ tính bị suy giảm khi so sánh với KLCB. Tuy nhiên khi nhìn vào tổ chức vật liệu thì thấy rõ sự ảnh hưởng của nhiệt hàn, tổ chức kim loại ở dạng tổ chức quá nhiệt. Cấu trúc hạt kim loại tại khu vực này cũng khá thô.
+ Cấu trúc tế vi vùng KLMH (vùng 2) là pha ferit biên hạt và bainit, các hạt kim loại có dạng hình kim ngắn, thô và quay hướng về phía tâm mối hàn, giống với cấu trúc của vật đúc. Sở dĩ chúng có dạng thô như vậy là do hàn với cường độ dòng tương đối lớn và tốc độ tương đối chậm.
4.2. THẢO LUẬN
Vấn đề nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến tính hàn của vật liệu là cần thiết (trên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu).
Mặc dù nghiên cứu lý thuyết xét đến các thông số kích thước của mối hàn đều có các công thức tính toán kèm theo nhưng đó là những khoảng giá trị nhất định mà chúng ta cần phải có thực nghiệm để chứng minh. Khi so sánh với kết quả nghiên cứu về các thông số kích thước của vật liệu khác được hàn trước đó sẽ có sự khác biệt nhất định.
Trên cơ sở nghiên cứu về công nghệ hàn, máy hàn, vật liệu hàn, thông số của chế độ hàn, vật liệu cơ bản, thì đều thấy rằng chúng có mối liên hệ với nhau và ảnh hưởng đến hình dáng, kích thước và chất lượng mối hàn.
Qua kết quả nghiên cứu thấy rằng, trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, cần phải tiến hành thực nghiệm để tìm ra các giá trị mong muốn để ứng dụng cụ thể vào lĩnh vực mà ta đang nghiên cứu.
Trên cơ sở trang thiết bị hiện có, tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để xác định ra các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất, khoảng giá trị của các thông số nghiên cứu. Tuy vậy với những thiết bị chưa đồng bộ (có thiết bị được mua về và thiết bị được chế tạo ra để đáp ứng cho quá trình thực nghiệm) nên trong quá trình thí nghiệm thấy rằng vẫn tồn tại những yếu tố không ổn định ảnh hưởng đến hình dáng, kích thước và chất lượng mối hàn.
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. KẾT LUẬN
- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và dựa vào chi tiết máy thực tế, đã lựa chọn được vật liệu thường được ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp là thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B để khảo sát tính hàn trước khi tiến hành hàn ứng dụng trên chi tiết máy cụ thể trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp.
- Ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, trang thiết bị hiện có kết hợp với nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thực nghiệm và đặc biệt là sử dụng phần mềm modde 11.0.1 đã xây dựng được thông số hàn theo kích thước mối hàn mong muốn để ứng dụng khi hàn thép Q345 với chiều dày cụ thể, ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp và làm cơ sở cho việc tham khảo khi nghiên cứu về loại vật liệu này và khi muốn hàn ứng dụng trên các chi tiết máy khác:
Đối với mối hàn giáp mối: cường độ dòng điện hàn Ih ≈ 419,5 A, tốc độ hàn Vh ≈ 16 m/h;
Đối với mối hàn chữ T: cường độ dòng điện hàn Ih ≈ 440 A, tốc độ hàn Vh ≈ 19,6 m/h.
- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thí nghiệm sàng lọc xác định được các giá trị phù hợp: tầm với điện cực (stick out) là 30 mm; điện áp hàn đối với mối hàn giáp mối Vđ = 25 V, điện áp hàn đối với mối hàn chữ T là Vđ = 27 V; vật liệu hàn (dây hàn và thuốc hàn) khi hàn thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B là thuốc hàn gốm Automelt A55 và dây hàn EL12
- Với bộ thông số hàn trên (hàn giáp mối và chữ T) khi tiến hành hàn các cặp mẫu hàn và hàn chế tạo chi tiết bánh của máy trồng khoai tây với vật liệu là thép Q345B cho hình dạng mối hàn tương đối ổn định. Mối hàn không bị cháy rỗ và không có những vết lõm trên bề mặt.
- Ứng dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Minitab 17.3.1 và Modde 11.0.1 để hỗ trợ cho việc xây dựng đồ thị, xác định ảnh hưởng của thông số chế độ hàn đến hình dáng, kích thước mối hàn.
- Mặc dù đề tài đã thu được những kết quả nhất định nhưng vẫn còn tồn tại những hạn chế: Trong quá trình hàn có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng, kích thước, chất lượng mối hàn nhưng do điều kiện không cho phép mà tác giả vẫn chưa tiến nghiên cứu thực nghiệm được ảnh hưởng của các yếu tố như các loại thuốc hàn, loại dây hàn, tiết diện điện cực, góc nghiêng của dây hàn,…
5.2. KIẾN NGHỊ
Tiếp tục nghiên cứu để áp dụng một cách có hiệu quả vào thực tiễn sản xuất. Nghiên cứu xây dựng ngân hàng dữ liệu các thông số chế độ hàn khi hàn thép Q345B với nhiều loại chiều dày khác nhau theo các yếu tố ảnh hưởng lớn đến hình dáng và chất lượng của mối hàn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt:
1. Vũ Văn Ba (2015). Nghiên cứu công nghệ hàn giáp mối một phía ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu thủy. Luận án tiến sỹ, Đại học bách khoa Hà Nội.
2. Công ty cổ phần Thương mại và Công nghệ á Châu (2013). Hướng dẫn sử dụng máy hàn tự động dưới lớp thuốc.
3. Nguyễn Văn Dự và Ngô Đăng Bình (2011). Quy hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
4. Trần Văn Địch và Ngô Trí Phúc (2006).Sổ tay thép thế giới. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn Thúc Hà (2006). Giáo trình Công nghệ hàn, NXB Giáo dục, Hà Nội. 6. Nghiêm Hùng (2010). Vật liệu học cơ sở, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 7. Giang Thị Kim Liên (2009). Bài giảng môn quy hoạch thực nghiệm. Đại học Đà
Nẵng, Đà Nẵng.
8. Trần Văn Mạnh (2006). Giáo trình kỹ thuật hàn, NXB lao động – xã hội, Hà Nội. 9. Ngô Lê Thông (2009). Công nghệ hàn điện nóng chảy tập 1. NXB Khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội.
10. Ngô Lê Thông (2009). Công nghệ hàn điện nóng chảy tập 2. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
11. Nguyễn Văn Thông (2011). Sổ tay công nghệ hàn, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
12. Nguyễn Văn Thông (2011). Vật liệu hàn, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 13. Vũ Đình Toại (2014). Nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhôm – thép bằng quá
trình hàn TIG. Luận án tiến sỹ, Đại học bách khoa Hà Nội.
14. Hoàng Tùng và cs. (2004). Cẩm nang hàn, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 15. Nguyễn Văn Tư (1999). Xử lý bề mặt, NXB Trường đại học bách khoa, Hà Nội. 16. Nguyễn Doãn Ý (2003). Giáo trình quy hoạch thực nghiệm. NXB Khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội
17. TCVN 6259 – 7 : 2003. 18. QCVN 21:2010/BGTVT. 19. TCVN 5801: 2001.
Tiếng Anh:
20. An American National Standard (2007). Standard methods for mechanical testing of welds. Copyright American Welding Society.
21. Ador welding Limited (1951). Automelt A55 (Automelt Gr II).
22. Blodgett O. et al,. (1999). Fabricators’ and Erectors’ guide to welded steel construction. The James F. Lincoln Arc welding Foundation, Florida, USA. 23. Canadian Welding Bureau (2015). Guide for the preparation and bend testing of
welder and welding procedure qualification test specimens, CWBgroup.org 24. Houldcroft, T (1989). Submerged Arc Welding, Abrington Publishing, England. 25. Jonh, E. Bringas (2004). Handbook of comparative wold steel standards. ASTM
data series publication, USA.
26. Kumanan S., Raja Dhas J. E., and Gowthaman K. (2007). Determination of submerged arc welding process parameters using Taguchi method and regression analysis. Indian journal of Engineering and Materials Sciences, Vol. 14, pp. 177-183. 27. Miami, Florida (2011). Reproduced with permission of the American Welding
Society (AWS).
28. Morden Andersen B.Sc. (2014). Evaluation of welds; Macro-examination and hardness testing at http://www.struers.com/seminar-Evaluation%20of%20Welds- November-2014.
29. MKS Umetrics (2015). User guide to Modde.
30. Paul G. Mathew (2004). Design of experiments with minitab, ASQ quality press. 31. Submerged Arc Welding Consumables, Hobart Brothers Company.
32. The ABC’s of arc welding and inspection published by KOBE STEEL, LTD. 33. The welding handbook for maritime welders, Wilhelmsen Ships Service, a Wilh,
Wilhelmsen group company.
34. The Lincoln electric company (2014). Submerged arc welding product and procedure selection.
35. Welding procedure qualification tests for steels of hull struction and marine constructures.
36. Yang L., Bibby M. and Chandel R. (1993). Linear regression equations for modelling the submerged arc welding process. J. of Materials process technology, Vol. 39, pp. 33-42.
Tài liệu tham khảo nguồn internet:
37. Công ty cổ phần thương mại dịch vụ vật tư Thành Phát http://www.han- thanhphat.com.vn/day-han-tu-dong-el12-pc40170-105
38. Adorwwelding. com.
http://www.adorwelding.com/index.php?option=com_content&view=article&id= 68&Itemid=208&cat1=Welding%20Consumables#.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Hình ảnh một số mẫu đã cắt để kiểm tra tổ chức thô đại
Hình 4.70. Một số mẫu của mối hàn giáp mối khi đã cắt xong
Hình 4.71. Một số mẫu hàn liên kết chữ T khi được cắt ra để kiểm tra tổ chức thô đại
Phụ lục 2: Kết quả phân tích khi tiến hành xây dựng phương trình hồi quy bằng phần mềm Minitab để xử lý số liệu trong trường hợp hàn giáp mối - Đối với giá trị h
Hình. 4.72. Bảng thông số của mối hàn giáp mối và các hệ số của phương trình hồi quy của h trên phần mềm Minitab
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Model 4 3.04762 0.76190 6.18 0.144 Linear 2 2.74000 1.37000 11.11 0.083 Ih 1 2.25000 2.25000 18.24 0.051 Vh 1 0.49000 0.49000 3.97 0.184 2-Way Interactions 1 0.01000 0.01000 0.08 0.803 Ih*Vh 1 0.01000 0.01000 0.08 0.803 Curvature 1 0.29762 0.29762 2.41 0.261 Error 2 0.24667 0.12333 Total 6 3.29429 Coded Coefficients
Term Effect Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 4.650 0.176 26.48 0.001 Ih 1.500 0.750 0.176 4.27 0.051 1.00 Vh -0.700 -0.350 0.176 -1.99 0.184 1.00 Ih*Vh 0.100 0.050 0.176 0.28 0.803 1.00 Ct Pt -0.417 0.268 -1.55 0.261 1.00
- Đối với giá trị c
Hình. 4.73. Bảng thông số của mối hàn giáp mối và các hệ số của phương trình hồi quy của c trên phần mềm Minitab
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Model 4 1.81048 0.45262 4.38 0.194 Linear 2 1.76500 0.88250 8.54 0.105 Ih 1 1.56250 1.56250 15.12 0.060 Vh 1 0.20250 0.20250 1.96 0.297 2-Way Interactions 1 0.00250 0.00250 0.02 0.891 Ih*Vh 1 0.00250 0.00250 0.02 0.891 Curvature 1 0.04298 0.04298 0.42 0.585 Error 2 0.20667 0.10333 Total 6 2.01714 Coded Coefficients
Term Effect Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 2.775 0.161 17.27 0.003 Ih 1.250 0.625 0.161 3.89 0.060 1.00 Vh 0.450 0.225 0.161 1.40 0.297 1.00 Ih*Vh -0.050 -0.025 0.161 -0.16 0.891 1.00 Ct Pt 0.158 0.246 0.64 0.585 1.00
Hình. 4.74. Bảng thông số của mối hàn giáp mối và các hệ số của phương trình hồi quy của b trên phần mềm Minitab
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Model 4 5.57048 1.39262 6.24 0.143 Linear 2 5.33000 2.66500 11.93 0.077 Ih 1 0.49000 0.49000 2.19 0.277 Vh 1 4.84000 4.84000 21.67 0.043 2-Way Interactions 1 0.01000 0.01000 0.04 0.852 Ih*Vh 1 0.01000 0.01000 0.04 0.852 Curvature 1 0.23048 0.23048 1.03 0.417 Error 2 0.44667 0.22333 Total 6 6.01714 Coded Coefficients
Term Effect Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 12.800 0.236 54.17 0.000 Ih 0.700 0.350 0.236 1.48 0.277 1.00 Vh -2.200 -1.100 0.236 -4.66 0.043 1.00 Ih*Vh -0.100 -0.050 0.236 -0.21 0.852 1.00 Ct Pt -0.367 0.361 -1.02 0.417 1.00
Kết quả phân tích khi tiến hành xây dựng phương trình hồi quy bằng phần mềm Minitab để xử lý số liệu trong trường hợp hàn chữ T
Hình. 4.75. Bảng thông số của mối hàn giáp mối và các hệ số của phương trình hồi quy của hd trên phần mềm Minitab
Factorial Regression: hd versus Ih, Vh, CenterPt Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Model 4 6.03048 1.50762 12.22 0.077 Linear 2 5.52500 2.76250 22.40 0.043 Ih 1 3.42250 3.42250 27.75 0.034 Vh 1 2.10250 2.10250 17.05 0.054 2-Way Interactions 1 0.00250 0.00250 0.02 0.900 Ih*Vh 1 0.00250 0.00250 0.02 0.900 Curvature 1 0.50298 0.50298 4.08 0.181 Error 2 0.24667 0.12333 Total 6 6.27714 Coded Coefficients
Term Effect Coef SE Coef T-Value P-Value VIF
Constant 7.275 0.176 41.43 0.001
Ih 1.850 0.925 0.176 5.27 0.034 1.00
Vh -1.450 -0.725 0.176 -4.13 0.054 1.00
Ih*Vh 0.050 0.025 0.176 0.14 0.900 1.00
Ct Pt -0.542 0.268 -2.02 0.181 1.00
Quan sát phần mô hình hồi quy, ta thấy hệ số của Ih và Vh có giá trị p nhỏ hơn hoặc lớn hơn (độ chênh lệch không lớn) so với mức ý nghĩa α, điều đó chứng tỏ sự có mặt của các biến này là có ý nghĩa. Hệ số của tương tác Ih*Vh có giá trị p