.4 Hệ thống camera nhiệt tốc độ cao

Thành phần hóa học max (%) C Si Mn P S Cu Cr Ni Mo Al Nb V Ti 0.18 0.10  0.50 1.21.6 0.035 0.035 0.35 0.20 0.40 0.08 0.015  0.08 0.02  0.05 0.05  0.10 0.02

Bảng 4.2 Cơ tính của thép JIS-SS400

Cấp thép Giới hạn chảy nhỏ nhất (N/mm2) Độ bền kéo (N/mm2) Độ giãn dài nhỏ nhất (%)

Năng lượng va đập trung bình (J) t  50

Theo thớ dọc Theo thớ ngang

JIS- SS400

 225 400  510 21 34 24

Bảng 4.3 Các tính chất của dây hàn JIS-Z3312 YGW12

Mác dây JIS Z3312 YGW12

Thành phần hóa học (%)

C Si Mn P S

 0.08  0.80  1.53  0.014  0.013

Cơ tính của kim loại mối hàn Giới hạn chảy

(N/mm2)

Giới hạn bền (N/mm2)

Độ giãn dài tương đối (%)

Năng lượng va đập -290C (J)

 450  550  28  70

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Các tấm phơi nhập về kích thước đã được bảo đảm đúng với kích thước yêu cầu cụ thể là kích thước 300 x 50 x 6;9;12 mm, khơng vát mép. Đối với phôi hàn cần vát mép, thực hiện quá trình gia cơng trên các máy bào chuyên dụng. Sau khi kiểm tra phơi đạt u cầu về kích thước, tiến hành làm sạch và loại bỏ các vết bẩn trên bề mặt tấm thép bằng bàn chải sợi thép không gỉ và cuối cùng sử dụng giấy ráp để làm nhẵn bề mặt tấm thép.

Xây dựng quy trình thí nghiệm

Gá kẹp mẫu thí nghiệm

Áp dụng các cơ sở khoa học đã phân tích ở Chương 2 cùng với bài tốn mơ phỏng ở Chương 3, trong quá trình thực nghiệm các chi phơi hàn phải được kẹp chặt ở các mép sau khi hàn đính cố định hai tấm phơi với nhau nhằm đảm bảo chính xác khe hở hàn. Trong đó vị trí của các mỏ hàn PAW và GMAW được đặt cố định và đảm bảo vị trí tương quan như đã tính toán (Hình 4.3 ).

Các chế đợ hàn và quy trình thực nghiệm

Để có kết quả nghiên cứu tồn diện về ứng dụng cơng nghệ hàn lai ghép Plasma- GMAW cho liên kết tấm dày không vát mép thì cả hai hình thái kết hợp mỏ hàn PAW và GMAW đều được khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm. Đồng thời chế độ hàn

GMAW cho liên kết hàn giáp mối thép tấm dày 12mm, vát mép chữ V với 3 đường hàn cũng được khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm để so sánh với kết quả khi hàn tấm cùng chiều dày bằng quá trình hàn lai ghép.

Các chế độ hàn với quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW với hình

thái 1

Do các kết quả nghiên cứu lý thuyết ở Chương 2 cho thấy quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW với hình thái 1 khơng làm tăng chiều sâu ngấu khi hàn thép Cacbon so với phương pháp truyền thống, do vậy sẽ không thể áp dụng quá trình hàn này để hàn giáp mối một lượt thép tấm dày không vát mép. Tuy nhiên, vẫn cần thực nghiệm để đánh giá thực tế khả năng hàn giáp mối thép tấm dày với quá trình hàn này. Do vậy luận án sẽ nghiên cứu khả năng hàn đắp một lớp lên tấm thép Cacbon của quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW và khả năng hàn giáp mối một lượt thép tấm Cacbon dày đến 9mm.

a) Chế độ hàn đắp một lớp lên tấm thép Cacbon của quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW, hình thái 1

Trong luận án này, các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của dòng hàn Plasma và năng lượng đầu vào của GMAW đến sự hình thành mối hàn đắp một lớp lên tấm thép cho thép Cacbon.

Bảng 4.4 Thông số thí nghiệm quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW,hình thái 1 khi hàn đắp một lớp.

Mẫu thí nghiệm

Cơng śt nhiệt đầu vào của quá trình hàn GMAW (W) QGMAW = 𝜂.UGMAW.IGMAW Dòng hàn Plasma (A) Điện áp Plasma (V) Tốc độ cấp dây (m/min) Tốc độ hàn (cm/min) Tốc độ hàn/Tốc độ cấp dây x 100 1 5175 1 21,1 10 42 4,2 2 4989 30 25,2 10 42 4,2 3 5051 50 24,5 10 42 4,2 4 4989 80 24,9 10 42 4,2 5 4989 100 22,7 10 42 4,2 6 * 120 * 10 42 4,2

Chú ý: Giá trị được đánh dấu (*) thể hiện mối hàn khơng thành cơng vì nguồn hàn bị

tắt do quá tải nên không có giá trị.

b) Chế độ hàn giáp mối một lớp tấm thép Cacbon của quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW, hình thái 1.

Trong quá trình thí nghiệm, quá trình hàn giáp mối một lớp tấm thép Cacbon JIS- SS400 với kích thước 300 x 100 x 9 mm (Dài x Rộng x Dày) được thực hiện ở dạng liên kết giáp mối không vát mép theo (Bảng 4.5 khe hở hàn thay đổi a=1÷4mm. Khoảng cách từ mỏ hàn đến bề mặt phôi hàn được đặt 5÷7 mm (Phạm vi luận án không xét đến ảnh hưởng của giá trị này đến sự hình thành mối hàn). Khí bảo vệ cho

quá trình hàn GMAW, khí tạo hồ quang Plasma và khí bảo vệ cho quá trình hàn Plasma là khí Ar có lưu lượng lần lượt là 5 l/phút, 10 l/phút và 10 l/phút. Dòng hàn Plasma được đặt 50 ÷ 80A và điện áp hàn GMAW được giữ 23V đã được khảo sát thí nghiệm sau khi dựa vào kết quả đạt được khi hàn đắp một lớp lên tấm thép kim loại cơ bản (Bảng 4.5 đặc biệt quan tâm đến chất lượng và chiều sâu ngấu mối hàn

Bảng 4.5 Thơng số quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW, hình thái 1 khi hàn giáp mối thép tấm dầy 9mm với khe hở hàn thay đổi

Mẫu thí nghiệm

Công suất nhiệt đầu vào của GMAW (W) QGMAW = 𝜂.UGMAW.IGMAW Dòng hàn Plasma (A) Điện áp Plasma (V) Tốc độ cấp dây (m/min) Tốc độ hàn (cm/min) Khe hở hàn a (mm) 1 4843 80 23,7 10 25 0,5÷1 2 4781 80 28,6 10 25 1÷2 3 4450 50 24,5 10 25 3÷4 4 * 50 * 10 25 > 4

Chú ý: Giá trị được đánh dấu (*) thể hiện mối hàn không thành công nên không có giá trị.

Các chế độ hàn với quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW hình thái 2

Để có thể tiến hành thành công liên kết hàn giáp mối một lượt tấm thép Cacbon có chiều dày tới 12mm, ta tiến hành theo trình tự khảo sát khả năng hàn của quá trình hàn lai ghép đối với phôi hàn có vát mép - không khe hở hàn và không vát mép - có khe hở hàn với chiều dày tấm tăng dần. Theo các kết quả phân tích ở Chương 2 và Chương 3 cho thấy quá trình hàn thành cơng khi phần mối hàn phía dưới được hình thành trong vùng hồ quang Plasma lỗ khóa do kim loại cơ bản nóng chảy. Có hai nguyên nhân cơ bản khi liên kết hàn không thành công đó là do nguồn nhiệt hồ quang PAW lỗ khóa không đủ lớn dẫn đến không ngấu, không thấu hoặc do nguồn nhiệt quá lớn dẫn đến phôi hàn bị cháy thủng. Như vậy, khi thí nghiệm bên cạnh các thơng số đã được tính toán cố định, các thơng số ảnh hưởng chính đến năng lượng hồ quang Plasma là: Dịng hàn Plasma, Vận tốc hàn và lưu lượng khí tạo Plasma (Điện áp hàn Plasma được đặt cố định 25V) là các đại lượng được khảo sát để tìm ra chế độ hàn phù hợp để hình thành được liên kết hàn ở dưới, sau đó thơng số quá trình hàn GMAW được tính toán để điền đầy phần mối hàn trống phía trên do hồ quang Plasma lỡ khóa tạo ra. Theo giới hạn về chiều dày tấm thép Cacbon thấp khi hàn một lượt bằng quá trình hàn PAW lỡ khóa là 6,8mm (Theo mục 2.2.5), do vậy, trình tự quá trình thí nghiệm phụ thuộc vào chiều dày phơi như sau:

Bảng 4.6 Bảng trình tự thí nghiệm với các chiều dày phơi hàn khác nhau từ 6÷12mm

Trình tự TN*

Hình dạng phôi hàn Chuẩn bị phôi Mục đích

Bước 1 - Chiều dày S =

6mm

Nghiên cứu tạo mối hàn đạt yêu cầu

6

- Không vát mép, khe hở hàn là 1mm

Bước 2 - Chiều dày S =

6mm

- Không vát mép, khe hở hàn là 0

Nghiên cứu khả năng đạt được chiều sâu ngấu tối đa với thiết bị sẵn có

Bước 3 - Chiều dày S =

9mm

- Vát mép chữ Y, góc vát 900, mặt đáy p = 4mm - Khe hở hàn: 0mm

Nghiên cứu tạo mối hàn đạt yêu cầu với chiều dày KLCB được nguồn hàn PAW lỗ khóa tác động p=4mm

Bước 4 - Chiều dày S =

12mm

- Vát mép chữ Y, góc vát 900, mặt đáy p = 4mm - Khe hở hàn: 0mm

Nghiên cứu tạo mối hàn đạt yêu cầu với chiều dày KLCB được nguồn PAW lỗ khóa tác động p=4mm

Bước 5 - Chiều dày S = 9

mm

- Không vát mép - Khe hở hàn: 1,5±0,5mm

Nghiên cứu tạo mối hàn đạt yêu cầu liên kết hàn một lượt thép tấm chiều dày 9mm, không vát mép

Bước 6 - Chiều dày S = 12

mm

- Không vát mép - Khe hở hàn: 1,5±0,5mm

Nghiên cứu tạo mối hàn đạt yêu cầu liên kết hàn một lượt thép tấm chiều dày 12mm, không vát mép.

* Trình tự thể hiện thành công tạo thành liên kết hàn ở bước trước sẽ kế thừa được thông số để tiến hành thí nghiệm ở bước tiếp theo

Đối với mỡi bước thí nghiệm trên, chế độ hàn được tiến hành với một số thông số cố định và một số thơng số thay đổi bao gồm dịng hàn Plasma (Ip), nhiệt đầu vào của GMAW của GMAW, lưu lượng khí Plasma và vận tốc hàn Vh (Bảng 4.7 ). Các chế độ hàn thí nghiệm sẽ tiến hành thực hiện trên 10 mẫu rồi lấy giá trị trung bình để bảo đảm độ tin cậy của kết quả thực nghiệm

Bảng 4.7 Các thơng số chế độ thí nghiệm hàn lai ghép Plasma-GMAW hình thái 2 để liên

kết hàn giáp mối một lượt thép tấm dày.

Các thông số hàn Giá trị Đơn vị

Kim loại cơ bản Thép Cacbon thấp JIS SS400;

Kích thước: 300x50x9 (mm)

Dây hàn GMAW JIS Z3312-YGW12; Ø1,2 mm

6 9 Khe hở hàn 0mm Khe hở hàn 1,5±0,5mm 12 Khe hở hàn 1,5±0,5mm 9 12

Ihp - Dòng hàn Plasma lỡ khóa* 100 ÷ 200; Bước thay đổi 10A

A

QGMAW - Cơng śt nhiệt đầu vào của quá trình hàn GMAW*

~ W

Khoảng cách mỏ hàn GMAW đến bề mặt KLCB

20 mm

Chiều dài hồ quang Plasma 5 mm

Vh - Tốc độ hàn* 2÷3 mm/s

Wr - Tốc độ cấp dây* Được tính toán dựa vào

diện tích lớp đắp phía trên

m/min

Fllk - Lưu lượng khí Plasma (Ar hoặc Ar+H2)*

~1,5÷3 l/phút

Lưu lượng khí bảo vệ cho GMAW và PAW (Ar)

7.5 l/phút

Lưu lượng khí lót đáy bảo vệ (Ar) 7.5 l/phút

Khoảng cách giữa 2 trục mỏ hàn 19,5 mm

Góc nghiêng giữa 2 trục mỏ hàn 20 Độ

* Các thông số hàn được thay đổi để khảo sát thực nghiệm nhằm tìm ra chế độ hàn thành công

Chế độ hàn liên kết giáp mối tấm thép dày 12mm bằng quá trình hàn

GMAW riêng lẻ với 3 đường hàn.

Dựa trên những tính tốn, lựa chọn chế độ hàn cho liên kết giáp mối tấm thép dày 12mm bằn quá trình hàn GMAW với 3 đường hàn, ta có bảng thơng số tổng hợp quá trình hàn GMAW để liên kết giáp mối tấm thép dày 12mm bằng quá trình hàn GMAW với 3 đường hàn như Bảng 4.8

Bảng 4.8 Chế độ hàn thực nghiệm liên kết giáp mối thép tấm Cacbon SS400 dày 12mm vát mép chữ V Đường hàn Ih (A) Uh (V) vh (mm/s) d (mm) Lưu lượng khí bảo vệ CO2 (l/phút)

Tốc độ cấp dây (m/phút) Năng lượng đường (J/mm) Lót (1) 200 25 3,0 1,2 15 10 1416,7 Trung gian (2) 200 25 3,0 1,2 15 10 1416,7 Phủ (3) 200 25 3,0 1,2 15 10 1416,7

Đối với mỡi quá trình hàn thực nghiệm, các bước được tiến hành tuần tự như sau: 1. Chuẩn bị thiết bị và đồ gá.

2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm.

3. Hàn đính và gá kẹp mẫu thí nghiệm.

4. Điều chỉnh thiết bị hàn và bàn máy mang phơi hàn 5. Tiến hành thí nghiệm với các thơng số cài đặt

6. Kiểm tra ngoại dạng và chất lượng liên kết hàn với mối hàn thành công.

Các trang thiết bị kiểm tra chất lượng hàn

Thiết bị kiểm tra cơ tính liên kết hàn

Với các mẫu liên kết hàn thành công trong luận án, tác giả căn cứ theo tiêu chuẩn ASTM E8 để kiểm tra độ bền kéo và theo tiêu chuẩn ASTM E384 (ISO 9015-1) để kiểm tra độ cứng tế vi bề mặt cắt ngang mối hàn giáp mối một lượt.

Các quá trình thử kéo liên kết hàn nghiên cứu được tiến hành trên các mẫu đạt chất lượng (khơng có khuyết tật ngoại dạng) và tiến hành thử trên 5 mẫu để lấy kết quả trung bình. Các kết quả thử kéo và uốn liên kết hàn nghiên cứu được trình bày ở Chương 5.

Các trang thiết bị dùng trong quá trình kiểm tra chất lượng hàn

Để tiến hành kiểm tra chất lượng của liên kết hàn giáp mối thép tấm dày không vát mép bằng quá trình hàn lai ghép Plasma-GMAW trong luận án này, tác giả đã sử dụng một loạt các trang thiết bị kiểm tra như mô tả trong

Bảng 4.9 dưới đây:

Bảng 4.9 Các trang thiết bị kiểm tra chất lượng liên kết hàn

TT Loại thiết bị Thông số kỹ thuật máy Nơi đặt thiết bị

2

Hình 4.6 Liên kết hàn giáp mối tấm thép SS400 có chiều dày 12mm vát mép chữ V với 3 đường hàn bằng q trình hàn GMAW riêng lẻ. Đường hàn lót (1); đường hàn trung

1 Thiết bị cắt dây CNC – EZ-43F - Kích thước phơi lớn nhất L x W x H (mm) 750 x 700 x 175

- Khối lượng phơi lớn nhất (kg) 500kg

- Hành trình trục X x Y (mm) 400 x 300 mm

- Hành trình trục Z (mm) 180 mm

- Khối lượng cuộn dây cắt (kg) 10kg

- Khối lượng máy (kg) 2150kg

- Hê thống nước làm mát 360L Trung tâm Thực hành – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định

Viện nghiên cứu Cơ khí, Phịng Cơng nghệ Hàn và Xử lý bề mặt

2 Thiết bị kéo – uốn vạn năng - SHT4000 - Cấp chính xác nhỏ hơn 1% - Dải lực thử 1% – 100% của lực tải lớn nhất - Độ phân dải lực 1/300,000 - Độ chính xác hành trình 0.5% / 1% - Độ phân dải hành trình 0.013 mm

- Độ chính xác đo biến dạng 0.5% / 1% - Lực tải Max. (kN) 200 / 300 - Số trụ chịu lực tải 4 - Khoảng cách giữa các trụ 405 mm

- Khoảng thử kéo lớn nhất 520 mm

- Khoảng thử nén lớn nhất 520 mm

- Đường kính mẫu trịn 10- 32mm

- Chiều dày mẫu dẹt 2-25mm - Kích thước tấm nén

Ø120mm

- Hành trình Pittơng 150mm

3 Máy mài và đánh bóng mẫu - GP-1A

- Đường kính đĩa mài và đánh bóng: 230mm - Đường kính giấy nhám: 230mm

- Tốc độ quay: 100 ～ 1000r / phút, êm

- Hướng quay: chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ

- Động cơ điện: Động cơ không chổi than DC, 220V, 400W

- Số lượng kẹp mẫu: 4 cái - Thông số của kẹp mẫu: Φ22mm, Φ30mm, Φ45mm (chọn một)

- Loại áp suất: Áp suất khí nén đơn

- Lực áp suất: 0 ~ 8kg - Tốc độ quay của đầu mài: 20 ~ 120r / phút, êm

- Thời gian định : 0 ~ 99 phút - Động cơ điện của đầu mài: Động cơ giảm tốc không chổi than DC, 220V, 100W - Kích thước: 420 × 623 × 645mm - Trọng lượng: 50kg Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt và bề mặt - Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội 4 Kính hiển vi quang học- GR1040- 65S2 - Độ phóng đại 25x-500x - Phạm vi tầm nhìn 15.5mmx12.0mm （25x）、 2.7mmx2.0mm （125x） - Kích thước giá đỡ 388mmx268mm x350(H)mm - Cảm biến ảnh 1/2.5”CMOS - Số điểm ảnh 0.8 Megapixel - Độ phân giải 1024x768 - Kết nối Với màn hình PC

5 Máy đo độ cứng Vicker - Wiki 30 - Tiêu chuẩn: DIN EN ISO

6506 / DIN EN ISO 6507 / ISO 4545 / ASTM E-92