tôn bao vỏ tàu với phương pháp hàn hồ quang tay và thép dày 8 mm 3.2.1. Cơ sở đề xuất giải pháp
Theo mục tiêu của đề tài, là nghiên cứu biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu nên trong quá trình hàn để thép biến dạng một cách tự nhiên không áp dụng biện pháp nào để giảm biến dạng, để biết được góc biến dạng là bao nhiêu.
Trong quá trình hàn, nếu chúng ta cố gắng giảm biến dạng góc bằng cách hạn chế biến dạng đến mức thấp nhất thì sẽ làm cho ứng suất dư tăng
lên. Mà ứng suất dư ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của kết cấu, là nguyên nhân làm xuất hiện các vết gãy, nứt trong chúng.
Theo mục 2.3, có rất nhiều giải pháp để khắc phục biến dạng hàn, mỗi giải pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Nhưng do dụng cụ, máy móc, thời gian… hạn chế và quá trình hàn chỉ dừng lại ở hàn thí nghiệm với thép dày 8 mm và phương pháp hàn hồ quang tay.
Nên giải pháp hữu hiệu nhất để khắc phục biến dạng góc là tạo ra góc biến dạng ngược với biến dạng ban đầu và tiến hành hàn. Sau khi hàn thép sẽ biến dạng trở về vị trí đúng. Theo phương pháp này, trong quá trình hàn sẽ không tạo ứng suất dư vì thép biến dạng một cách tự do, không chịu một tác động nào. Do đó, trong quá trình hàn việc dự đoán góc biến dạng rất quan trọng sẽ giúp giảm biến dạng góc.
Tuy nhiên, dự đoán được góc biến dạng là điều không dễ dàng, để biết được góc biến dạng bao nhiêu cần tiến hành làm thí nghiệm nhiều lần trên phôi mẫu.
Hình 3.7. Giải pháp khắc phục biến dạng góc
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Tương tự mục 3.1.2, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên cơ sở các thông số và góc vát mép của quy trình hàn VR – 1G – SMAW (mục 3.1.1), phương pháp nghiên cứu được tiến hành như sau:
1. Dựa trên kết quả nghiên cứu mục 3.1.5. Tiến hành khắc phục biến dạng góc theo giải pháp đã đề xuất là tạo biến dạng ngược với biến dạng ban đầu và tiến hành hàn.
2. Kiểm tra kết quả nghiên cứu và thay đổi góc biến dạng trước cho đến khi tìm ra góc biến dạng này tối ưu nhất.
3.2.3. Mô tả thí nghiệm
Quá trình hàn thí nghiệm giải pháp khắc phục biến dạng góc được mô tả như sau: Kích thước mẫu thử giữ nguyên 300x350x8 mm, có chiều rộng W = 300 mm (tương ứng với 150 mm cho mỗi phần của mối ghép), chiều dài mẫu là L = 350 mm, chiều dày là 8 mm theo quy trình hàn VR – 1G – SMAW (thông số hàn của quy trình được trình bày trong phần 3.1.1) và góc biến dạng ngược ban đầu là: 30.
Hình 3.8. Quá trình hàn thí nghiệm khắc phục biến dạng góc
Mẫu hàn là thép tấm, mối hàn giáp mối. Trước khi hàn mối ghép được chuẩn bị cẩn thận: đúng góc vát mép, mài sạch, và tạo góc biến dạng ban đầu.
Tiến hành hàn bằng phương pháp hàn hồ quang tay, thời gian giữa hai lớp hàn là 10 phút (600s).
Nơi thực hiện: Phòng thực tập hàn – Khoa kỹ thuật Giao thông – Đại học Nha Trang.
3.2.4. Phương pháp đo biến dạng góc
Phương pháp đo độ lớn biến dạng góc có thể được tiến hành theo hai cách như sau:
Cách thứ nhất: Tiến hành đo độ lớn biến dạng góc theo đề xuất của Ths. Bùi Văn Nghiệp như sau:
Ø Dùng thước thẳng đặt ngang qua bề mặt mẫu, dùng thước đo khe hở đặt vào giữa bề mặt mẫu và bề mặt thước, cho ta kích thước độ hở e. (Vì tại vị trí tâm mối hàn cao hơn vị trí khác một khoảng bằng chiều cao mối hàn, nên thước đo khe hở được đặt bên cạnh mối hàn và thêm một bước tính toán hình học ta được kích thước e).
Ø Dùng kích thước e này đi tính góc biến dạng β.
Hình 3.9. Phương pháp đo khe hở biến dạng e
Sau khi có khe hở biến dạng e, tính góc biến dạng β theo công thức 3.3 (Hình 3.10).
β = 2.sin (e/b).180/π (3.3) Trong đó: β là góc biến dạng (độ)
e là khe hở biến dạng góc b = W/2 (W là chiều rộng mẫu)
Hình 3.10. Phương pháp xác định độ biến dạng góc
Cách thứ hai: Tiến hành đo độ lớn biến dạng góc theo phương pháp như sau:
Ø Đặt mẫu thử lên bề mặt chuẩn, sau đó dùng thước đo độ đo biến dạng góc. Trước khi đo, điều chỉnh thước đo độ sao cho tâm của mối hàn trùng với tâm của thước (vạch 00) và tiến hành đo. Góc giữa bề mặt chuẩn và mẫu hàn đo được trên thước đo độ cho ta góc biến dạng cần tìm.
Hình 3.11. Phương pháp đo biến dạng góc
Vì số lượng phôi mẫu tiến hành làm thí nghiệm rất nhiều, thời gian hạn chế, để giảm khối lượng tính toán cũng như giảm sai số trong quá trình tính.
Đề tài lựa chọn phương pháp đo độ lớn biến dạng góc theo cách thứ hai
(Dùng thước đo độ).
3.2.5. Kết quả nghiên cứu
Quá trình khắc phục biến dạng góc được thực hiện như trên hình 3.8 và các thông số dựa trên quy trình hàn VR – 1G – SMAW (thông số hàn của quy trình được trình bày trong phần 3.1.1).
Nơi thực hiện: Phòng thực tập hàn – Khoa Kỹ thuật Giao Thông – Đại học Nha Trang.
3.2.5.1.Kết quả khắc phục biến dạng hàn trên mẫu
Kết quả khắc phục biến dạng góc trên mẫu được thể hiện trong bảng 3.5. “Kết quả khắc phục biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu”.
BẢNG 3.5. KẾT QUẢ KHẮC PHỤC BIẾN DẠNG GÓC HÀN THÍ NGHIỆM TRÊN MẪU
TT Mã thợ hàn Quy trình hàn Kích thước mẫu (mm) Góc biến dạng ban đầu (độ) Góc biến dạng sau khi hàn (độ) Ghi chú 1 01-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 - 0.7 Thợ hàn chuẩn 2 02-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 - 0.5 Thợ hàn chuẩn 3 03-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 1.7 4 04-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 2.0 5 05-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 1.5 6 06-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 3.0 2.8 7 07-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 ≈ 0.0 Thợ hàn chuẩn 8 08-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.2 9 09-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.2
10 10-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.5 11 11-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 2.0 12 12-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 ≈ 0.0 Thợ hàn chuẩn 12 13-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.5 14 14-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.2 15 15-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.8 16 16-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.5 1.8 17 17-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 ≈ 0.0 Thợ hàn chuẩn 18 18-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 1.5 19 19-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 1.0 20 20-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 1.2 21 21-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 0.5 22 22-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 0.9 23 23-1G VR-1G-SMAW (150x2)x350x8 - 2.3 ≈ 0.0 Thợ hàn chuẩn Độ biến dạng góc lớn nhất 2.8 Độ biến dạng góc nhỏ nhất ≈ 0.0 Thợ hàn chuẩn Độ biến dạng góc trung bình 0.9
Nhận xét: Với thép tấm dày 8 mm, phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW), khi tiến hành hàn khắc phục biến dạng góc được thực hiện bởi những người có trình độ tay nghề cao như Ths. Bùi Văn Nghiệp với góc biến dạng ngược ban đầu lần lượt là -30, -2.50, -2.30 thì góc biến dạng sau khi hàn rất nhỏ -0.50, ≈ 0.00, ≈ 0.00.
- Với góc biến dạng ngược nằm trong khoảng (-2.5 ÷ -2.30), sau khi hàn với người có trình độ tay nghề cao, góc biến dạng sau khi hàn xấp xỉ bằng 0, biến dạng góc được khắc phục. Tuy nhiên, với những người có trình độ tay nghề thấp thì sau khi hàn biến dạng góc vẫn xảy ra, với góc biến dạng lớn nhất lên tới 2.80.
CHƯƠNG 4
THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT
4.1. Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Ths. Bùi Văn Nghiệp, đến nay tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Đề tài của tôi đã đạt được những kết quả nghiên cứu như sau:
1. Kết quả nghiên cứu biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu với phương pháp hàn hồ quang tay, thép dày 8 mm, được hàn bởi những người có trình độ tay nghề cao, góc biến dạng nằm trong khoảng (3.3 ÷ 3.7) độ.
2. Với góc biến dạng ngược cần tạo nằm trong khoảng (-2.5 ÷ -2.3) độ, sử dụng phương pháp hàn hồ quang tay, thép dày 8 mm, được hàn bởi những người có trình độ tay nghề cao, góc biến dạng sau khi hàn xấp xỉ bằng không, biến dạng góc được khắc phục.
4.2. Thảo luận kết quả
Từ những kết luận trên, tôi xin đưa ra một số ý kiến thảo luận như sau:
1. Kết quả nghiên cứu biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu.
Theo bảng 3.1: “Kết quả biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu” thấy: - Với cùng một chiều dày thép, phương pháp hàn và quy trình hàn giống nhau nhưng kết quả nghiên cứu cho thấy biến dạng góc biến thiên rất lớn với góc biến dạng nhỏ nhất là 2.80, góc biến dạng lớn nhất đến 10.50.
- Những phôi mẫu được hàn bởi những người có trình độ tay nghề cao, góc biến dạng rất thấp nằm trong khoảng (3.3 ÷ 3.70), nhưng với trình độ tay
nghề thấp như sinh viên, biến dạng góc luôn luôn lớn, lên tới 10.50.
- Những phôi mẫu được hàn với người có trình độ kỹ thuật tay nghề cao thì biến dạng góc rất thấp nằm khoảng (3.3 ÷ 3.70). So sánh kết quả nghiên cứu này với kết quả nghiên cứu của Ths. Bùi Văn Nghiệp với phương pháp hàn SAW, thép dày 20 mm, I (1700 ÷ 2000)A, góc biến dạng khoảng (3.53 ÷ 5.080) và kết quả nghiên cứu của một số nhà khoa học khác khoảng (2.89 ÷ 7.670). Những kết quả nghiên cứu này, đã cho ta cách nhìn tổng quan hơn về biến dạng góc khi sử dụng phương pháp hàn khác nhau, thép có chiều dày khác nhau nhưng kết quả biến dạng góc xấp xỉ nhau.
Kết luận: Từ kết quả nghiên cứu và nhận xét trên cho thấy:
- Kết quả nghiên cứu tuân theo quy luật biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu.
- Nằm trong khoảng (3.3 ÷ 3.70) của quy luật.
- Trình độ tay nghề ảnh hưởng rất lớn tới biến dạng góc khi hàn, những người có trình độ cao thì biến dạng góc sau khi hàn rất thấp nhưng với những người có trình độ kỹ thuật không cao thì biến dạng góc luôn luôn lớn.
2. Kết quả khắc phục biến dạng góc hàn trên mẫu.
Theo bảng 3.5: “Kết quả khắc phục biến dạng góc hàn trên mẫu”cho thấy:
- Với cùng góc biến dạng ngược ban đầu cho trước, khi tiến hành hàn khắc phục biến dạng góc thì biến dạng góc vẫn xảy ra và biến thiên khá lớn, với góc biến dạng sau khi hàn lớn nhất lên tới 2.80.
- Đối với những người có trình độ tay nghề cao như Ths. Bùi Văn Nghiệp thì góc biến dạng sau khi hàn rất nhỏ, xấp xỉ bằng 0. Thực tế, Ths. Bùi Văn Nghiệp trực tiếp tiến hành hàn khắc phục biến dạng góc với góc biến dạng ngược ban đầu cho lần lượt là -30, -2.50 và -2.30 thì góc biến dạng sau khi hàn là 0.50, ≈ 0.00, ≈ 0.00. Trong khi đó, với những người có trình độ tay nghề không cao, góc biến dạng sau khi hàn vẫn xảy ra, lên tới 2.80.
- Biến dạng góc được khắc phục khi hàn bởi những người có trình độ tay nghề cao, với góc biến dạng ngược ban đầu cần tạo nằm trong khoảng (-2.5 ÷ -2.30).
Kết luận: Từ những kết quả nghiên cứu và nhận xét trên cho thấy:
- Kết quả nghiên cứu tuân theo quy luật biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu.
- Với góc biến dạng ngược ban đầu cho lần lượt là -30, -2.50 và -2.30, khi tiến hành hàn khắc phục biến dạng góc bởi những người có trình độ tay nghề cao thì góc biến dạng sau khi hàn là rất nhỏ, xấp xỉ bằng 0, biến dạng góc được khắc phục. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng với những người có trình độ tay nghề cao, còn với những người có trình độ tay nghề không cao thì biến dạng góc sau khi hàn vẫn xảy ra, lên tới 2.80, điều này đã được chứng minh thông qua bảng kết quả khắc phục biến dạng góc hàn trên mẫu.
- Qua đó ta thấy, cũng giống như quá trình hàn nghiên cứu biến dạng góc, trình độ tay nghề ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hàn khắc phục biến dạng góc.
4.3. Kiến nghị
phải trong quá trình hàn nối các chi tiết kết cấu thân tàu lại với nhau.
Trong quá trình hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu lại với nhau, biến dạng góc là biến dạng xảy ra nhiều nhất và thể hiện rõ nhất so với biến dạng khác. Biến dạng góc ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mối hàn, chất lượng của sản phẩm, gây sai lệch hình dáng, kích thước của chi tiết kết cấu. Nếu góc biến dạng quá lớn có thể gây hư hỏng chi tiết kết cấu. Vì vậy, trong quá trình hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu lại với nhau cần chú ý đến biến dạng góc cũng như có những biện pháp khắc phục biến dạng góc để giảm biến dạng góc tới mức tối thiểu, nâng cao chất lượng mối hàn, chất lượng sản phẩm.
Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài tôi nhận thấy:
- Vấn đề biến dạng góc và trình độ tay nghề có mối quan hệ mật thiết, liên quan đến nhau. Những người có trình độ tay nghề cao kết quả biến dạng góc sau khi hàn rất nhỏ nhưng với những người trình độ tay nghề không cao góc biến dạng trở lên rất lớn, kết quả nghiên cứu đã chứng minh điều đó. Vì vậy, trong quá trình hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu với nhau, tôi xin đề xuất việc xem xét trình độ tay nghề của người công nhân tới biến dạng góc.
- Theo công thức tính biến dạng góc của Giáo sư Okerblom, sau khi tính góc biến dạng quá lớn nhưng trên thực tế khi hàn thí nghiệm trên mẫu biến dạng góc rất nhỏ nằm trong khoảng (3.3 ÷ 3.7) độ. Vì vậy, cần thận trọng khi sử dụng công thức của Giáo sư Okerblom để đi tính biến dạng góc.
- Biến dạng góc ảnh hưởng rất lớn đến nhiều vấn đề khác như: độ bền kết cấu, tính thẩm mỹ, tính kinh tế… Người thợ hàn cần có tính bao quát, có trình độ chuyên môn cao, có nhiều kinh nghiệm thực tế. Do vậy, trong quá trình giảng dạy, ngoài việc cung cấp cho sinh viên những kiến thức liên quan đến hàn tàu, biến dạng hàn tàu, đặc biệt là biến dạng góc khi hàn nối các tấm
tôn bao vỏ tàu lại với nhau thì cần tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận nhiều với thực tế như: tổ chức cho sinh viên đi tham quan thực tế, thực tập hàn và khắc phục những biến dạng hàn nhiều hơn, để nâng cao trình độ tay nghề, để sinh viên có thể thấy rõ được tầm quan trọng của vấn đề hàn tàu, biến dạng hàn tàu đặc biệt là vấn đề biến dạng góc khi hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu với nhau.
- Có rất nhiều biện pháp để khắc phục biến dạng góc, mỗi biện pháp có những ưu, nhược điểm riêng. Tuy nhiên, có rất nhiều biện pháp khắc phục rất phức tạp, tốn kém, đôi khi có thể làm cho ứng suất dư tăng lên. Mà ứng suất dư ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của kết cấu, là nguyên nhân gây xuất hiện các vết nứt, gãy trong chúng. Do vậy, khi tiến hành khắc phục biến dạng góc cần phải lựa chọn biện pháp tối ưu nhất, giảm biến dạng góc, không làm cho ứng suất dư tăng lên mà vẫn đảm bảo yếu tố kinh tế, kỹ thuật.
- Giải pháp hữu hiệu nhất để khắc phục biến dạng góc là tạo ra góc