3.4.4.1Chọn kích thước phần tử, kiểu phần tử và chia lưới
Ở bài toán này ta sử dụng kiểu phần tử Heat transfer - DC3D8: (một dạng phần tử truyền nhiệt không gian ba chiều tuyến tính 8 nút,ứng suất nhiệt phụ thuộc vào các thành phần nhiệt tác dụng theo các phương của phần tử).
Latent Heat (Nhiệt tập trung) 273000 1482 1521 Plastic ( Tạo hình) Specific Heat (Nhiệt phân bố) Expansion (Giãn nở) 190.7 0 700 480 0 1.16E-05 0 219.305 0.02 700 485.576 75 1.22E-05 100 228.84 0.04 700 506.506 125 1.27E-05 200 228.84 0.06 700 519.064 175 1.31E-05 300 228.84 0.08 700 531.622 225 1.35E-05 400 228.84 0.1 700 556.738 275 1.39E-05 500 108.31 0 800 573.482 325 1.44E-05 600 124.55 0.02 800 598.598 375 1.49E-05 700 129.97 0.04 800 623.714 425 1.26E-05 800 129.97 0.06 800 661.388 475 1.24E-05 900 129.97 0.08 800 703.248 525 1.34E-05 1000 129.97 0.1 800 749.294 575 1.42E-05 1100 22.3 0 900 786.968 625 1.48E-05 1200 25.645 0.02 900 845.572 675 1.54E-05 1300 26.76 0.04 900 1431.61 725 1.61E-05 1400 26.76 0.06 900 950.222 775 1.66E-05 1450 26.76 0.08 900 736.736 825 26.76 0.1 900 648.83 875 13.92 0 1000 648.83 925 16.008 0.02 1000 648.83 975 16.704 0.04 1000 648.83 1025 16.704 0.06 1000 648.83 1075 16.704 0.08 1000 657.202 1125 16.704 0.1 1000 665.574 1175 12.82 0 1100 678.132 1225 14.743 0.02 1100 686.504 1275 15.384 0.04 1100 690 1500 15.384 0.06 1100 690 3000 15.384 0.08 1100 15.384 0.1 1100 12.49 0 1200 14.3635 0.02 1200 14.988 0.04 1200 14.988 0.06 1200 14.988 0.08 1200 14.988 0.1 1200 12.27 0 1300 14.1105 0.02 1300 14.724 0.04 1300 14.724 0.06 1300 14.724 0.08 1300 14.724 0.1 1300
12.22 0 1400 14.053 0.02 1400 14.664 0.04 1400 14.664 0.06 1400 14.664 0.08 1400 14.664 0.1 1400 12.18 0 1450 14.007 0.02 1450 14.616 0.04 1450 14.616 0.06 1450 14.616 0.08 1450 14.616 0.1 1450 3.4.4.2 Thông số nhập vào Conductivity ( Dẫn nhiệt) Density (Mật độ) Elastic (Cơ tính) 0.051906 0 7.82E-06 0 210000 0.3 0 0.051488 50 7.83E-06 100 205000 0.3 100 0.051069 100 7.80E-06 200 202000 0.3 200 0.049813 150 7.73E-06 400 195000 0.3 300 0.048558 200 7.66E-06 600 185000 0.3 400 0.046465 250 7.60E-06 800 179000 0.3 500 0.044372 300 7.55E-06 900 167000 0.3 600 0.043534 350 7.50E-06 1000 125000 0.3 700 0.042697 400 7.46E-06 1100 80300 0.3 800 0.041023 450 7.41E-06 1200 39200 0.3 900 0.039348 500 7.37E-06 1300 19600 0.3 1000 0.037674 550 7.32E-06 1400 17000 0.3 1100 0.035581 600 7.32E-06 1420 15000 0.3 1200 0.033907 650 7.31E-06 1430 13700 0.3 1300 0.031814 700 7.31E-06 1440 13400 0.3 1400 0.028465 750 7.30E-06 1450 13200 0.3 1450 0.025953 800 7.28E-06 1460 0.025953 850 7.26E-06 1470 0.026372 900 7.21E-06 1480 0.02679 950 7.16E-06 1490 0.027209 1000 7.08E-06 1500 0.028046 1050 0.028465 1100 0.029302 1150 0.029721 1200 0.03 1450 0.12 1510
3.4.4.3. Kết quả ứng suất nhiệt sinh ra trong và sau khi hàn
Với cùng các thông số của bài toán mô phỏng biến dạng của tấm khi hàn, tiến hành xác định giá trị công suất nhiệt sinh ra trong và sau khi hàn, tiến hành xác định giá trị ứng suất nhiệt sinh ra trong và sau khi hàn như kết quả hình ảnh ứng suất nhiệt tương đương dưới đây.
Hình 3.34. Kết quả mô phỏng ứng suất nhiệt tương đương của các nút phần tử sinh ra
trong khi hàn.
Hình 3.35. Kết quả mô phỏng ứng suất nhiệt tương đương của các nút phần tử sinh ra
Chương 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Quy trình nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên các mẫu thử, phương pháp nghiên cứu bằng cách quan sát đo kiểm, đánh giá để lựa chọn dải chế độ công nghệ tối ưu của một số đại lượng đầu vào như: dòng hàn, điện áp hàn, vận tốc hàn. Bằng cách thay đổi giá trị của từng thông số nêu trên một cách độc lập, ta được các kết quả là các đại lượng đầu ra để đánh giá nhận xét. Kết quả cho thấy:
4.1.1. Với loạt mẫu thứ nhất (X1)
Ta thấy hình dạng mối hàn: - Chiều rộng: r = 30±2 mm
- Chiều cao : h = 3±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 564 MPa
- Giới hạn chảy đạt: Re = 391 MPa - Độ giãn dài đạt: A = 36.4% - Lực uốn: Fm = 58.60 kN
Từ các kết quả trên ta thấy loạt mẫu X1chất lượng mối hàn đạt yêu cầu.
4.1.2. Với loạt mẫu thứ hai (X2)
Hình dạng mối hàn lớn xảy ra các khuyết tật như cháy cạnh, chảy tràn, chiều cao và chiều rộng mối hàn lớn. Vùng ảnh hưởng nhiệt rộng do đó độ bền mối hàn thấp.
- Chiều rộng: r = 35±2 mm
- Chiều cao: h = 3±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 532 MPa
- Giới hạn chảy đạt: Re = 360 MPa - Độ giãn dài đạt: A = 26.7% - Lực uốn: Fm = 45.75kN
Vì thế khi hàn thép các bon ta không hàn với dòng điện lớn, ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn không đạt.
4.1.3. Với loạt mẫu thứ ba (X3)
Hình dạng mối hàn nhỏ, chiều sâu nóng chảy nhỏ do đó mối hàn không ngấu, chất lượng không cao. Nếu dòng điện mối hàn quá nhỏ chiều sâu nóng chảy sẽ không hết chiều dầy chi tiết, mối hàn không đạt.
- Chiều rộng: r = 25±2 mm
- Chiều cao: h = 4±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 465 MPa
- Giới hạn chảy đạt: Re = 303 MPa - Độ giãn dài đạt: A = 27.5% - Lực uốn: Fm = 28.63 kN
Do đó khi hàn dòng điện thấp thì các nhược điểm nhiều hơn ưu điểm, khi đó ta không nên hàn đối với thép cácbon vì chất lượng mối hàn không đạt.
4.1.4. Với loạt mẫu thứ tư (X4)
Mẫu X4 hàn điện áp lớn khi đó chiều rộng mối hàn lớn, chiều cao mối hàn thấp, chiều sâu nóng chảy tăng, ranh giới giữa kim loại mối hàn và kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt thể hiện rõ hai vùng.
- Chiều rộng: r = 40±2 mm
- Chiều cao: h = 1.5±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 532 MPa - Giới hạn chảy đạt: Re = 360 MPa
- Độ giãn dài đạt: A = 26.7%
- Lực uốn đạt: Fm =52.92 kN
Từ các kết quả trên ta không được hàn ở điện áp cao, chất lượng mối hàn
không đạt.
4.1.5. Với loạt mẫu thứ năm (X5)
Điện áp hàn thấp về chiều rộng mối hàn nhỏ, chiều cao mối hàn lớn. Mối hàn không ngấu, kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
- Chiều rộng: r = 25±2 mm
- Chiều cao : h = 5±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 465 MPa - Giới hạn chảy đạt: Re = 303 MPa - Độ giãn dài đạt: A = 27.5% - Lực uốn đạt: Fm = 45.75 kN
Đặc biệt độ ngấu mối hàn không cao, hình dáng, chất lượng mối hàn không đạt.
4.1.6. Với loạt mẫu thứ sáu (X6)
Với vận tốc cao hình dạng mối hàn nhỏ, chiều sâu nóng chảy thấp, mối hàn không ngấu. Kích thước vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
- Chiều rộng: r = 23±2 mm
- Chiều cao: h = 5±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 532 MPa - Giới hạn chảy đạt: Re = 360 MPa - Độ giãn dài đạt: A = 26.7% - Lực uốn đạt: Fm =45.75 kN
Trong kỹ thuật ta không nên hàn ở chế độ này vì chất lượng mối hàn không đạt.
4.1.7. Với loạt mẫu thứ bảy (X7)
Mẫu X7 với vận tốc hàn thấp, nguồn nhiệt tập trung, chiều rộng và chiều cao mối hàn sẽ lớn, chiều sâu nóng chảy tăng, kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt rộng.
- Chiều rộng: r = 35±2 mm
- Chiều cao: h = 4.5±1 mm
- Độ bền kéo đạt: Rm = 465 MPa
- Giới hạn chảy đạt : Re = 303 MPa
- Độ giãn dài đạt: A = 27.5%
- Lực uốn đạt: Fm = 52.92 kN
Từ kết quả của loạt mẫu X7 ta thấy chất lượng mối hàn không đạt.
4.1.8. Kết luận chung
Từ các kết quả nhận xét cho từng mẫu riêng lẽ ở trên, tác giả tổng hợp lại kết quả thực nghiệm ở bảng 4.1 sau:
Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả của các mẫu thí nghiệm
Mẫu X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 r (mm) 30 35 25 40 25 23 35 h (mm) 3 3 4 1.5 5 5 4.5 Rm (MPa) 564 532 465 532 465 532 465 Re (MPa) 391 360 303 360 303 360 303 Fm (kN) 58.60 45.75 28.63 52.92 45.75 45.75 52.92 A 36.4 26.7 27.5 26.7 27.5 26.7 27.5 I (A) 1000 1200 800 1000 1000 1000 1000 U (V) 35 35 35 42 28 35 35 V (m/h) 27 27 27 27 27 32.4 21.6
Đồ thị 4.1. Mối tương quan giữa U, V với các thông số hình học r, h, A
Qua đồ thị 4.1, tác giả nhận thấy rằng:
- Mẫu X1 có độ giãn dài lớn nhất, chứng tỏ độ bền của mẫu thử tốt hơn.
- Khi tăng điện áp hàn U thì chiều rộng mối hàn r tăng theo, chiều cao mối hàn h giảm đi (mẫu X4) và ngược lại (mẫu X5).
- Khi tăng vận tốc hàn V thì chiều rộng mối hàn r giảm (mẫu X6) và ngược lại (mẫu X7).
Qua đồ thị 4.2, tác giả nhận thấy rằng: - Mẫu X1 có độ bền lớn nhất.
- Khi tăng điện áp hàn U hoặc tốc độ hàn V thì độ bền mối hàn tăng lên (mẫu X4, X6) và ngược lại (mẫu X5, X7), tuy nhiên vẫn không đạt độ bền như mẫu X1.
Như vậy, có thể nhận thấy rằng:
Chế độ hàn hợp lý nhất là mẫu X1, cụ thể:
Với loại thép AH-36 có kích thước bề dày t = 16 (mm) thì chọn các thông số hàn :
• Cường độ dòng điện I = 1000 (A)
• Hiệu điện thế U = 35 (V)
• Vận tốc hàn V = 27 (m/h)
Kết quả của phương pháp mô phỏng bằng phần tử hữu hạn là chính xác, do vậy việc ứng dụng phương pháp mô phỏng này trong dự đoán kết quả hàn là hoàn toàn có thể sử dụng được. Điều này góp phần làm giảm chi phí và thời gian khi nghiên cứu một chế độ hàn mới, hoặc xác định các thông số liên quan đến chất lượng mối hàn mà trong thực nghiệm không có đầy đủ thiết bị để thực hiện.
4.2. Kiến nghị
Sau khi nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, khảo xác thực tế tại nhà máy tàu biển Hyundai - Vinashin và quá trình đào tạo công nhân hàn của Trường Trung cấp Nghề Ninh Hòa trong việc ứng dụng quy trình hàn tự động dưới lớp thuốc tác giả có một số các kiến nghị sau:
Khi sử dụng máy hàn cần phải thử và đối chiếu với các thông số của nhà sản xuất qui định.
Nguồn điện hàn phải dùng bộ chỉnh lưu điện áp DC không đổi.
Về chế độ hàn, ta phải chọn đúng các thông số tối ưu là mật độ dòng điện trên một đơn vị diện tích dây điện cực với thép các bon 900 (A/mm2).
Điện áp hồ quang hàn không đổi và nằm trong dải cho phép từ (34 -36)V.
Vận tốc hàn tối ưu 27m/h.
Tầm với điện cực chọn 105 mm.
Dùng thuốc hàn nóng chảy và phải được sấy ở 9300C.
Phương pháp chuẩn bị mối hàn:
• Khe hở giữa 2 chi tiết phải đảm bảo nhỏ nhất và đều suốt chiều dài đường hàn.
• Hai bên chiều rộng mối hàn 25-25mm phải được làm khô và làm sạch sơn, dầu mỡ và các tạp chất khác, …
• Hàn đính phải dùng que hàn tốt hoặc hàn MIG/ MAG chất lượng cao, chiều dài hàn đính 65mm, khoảng cách các đoạn hàn đính không xa quá 500mm, ở đầu và cuối đường hàn đính phải hàn các tấm phụ: tấm phụ ở đầu đường hàn dài 150mm, tấm phụ ở cuối đường hàn dài 90mm, chiều rộng tấm phụ 100mm.
• Đối với các mối ghép hàn đấu mí có chiều dày lớn hơn 15mm ta nên dùng kỹ thuật lót.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Lê Công Dưỡng (1986) Kim loại học, Đại học Bách khoa Hà Nội.
2. Lê Công Dưỡng (1986) Vật liệu học, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. Hà Nội.
3. Nguyễn Văn Hiền, Đỗ Minh Đức(1993) Lý thuyết quá trình luyện kim, Nhà xuất bản Đại học và THCN, Hà Nội.
4. Nghiêm Hùng (1993) Kim loại học và nhiệt luyện, Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội.
5. Nguyễn Văn Thông (2000) Vật liệu và công nghệ hàn, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
6. Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, ChuVăn Khang(1999) Cẩm nang hàn, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
7. Trần Hữu Tường, Nguyễn Như Tự (1995) Hàn kim loại mầu, Nhà xuất bản khoa học công nghệ.
8. Nguyễn Văn Siêm (1993) Lý thuyết hàn, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
9. PGS.TS Nguyễn Văn Vượng, Ks Nguyễn Văn Thái (2001) Cơ sở phương pháp đo kiểm tra trong kỹ thuật, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
10. Tiêu chuẩn Việt Nam. TCVN 6259-6:2010.
Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép. Phần 6 HÀN. Hà Nội 2003. 11. Trần Văn Niên – Trần Thế San (2001) Thực hành kỹ thuât hàn gò, NXB Đà Nẵng.
Tiếng Anh
12. Dixon B. and Hakanson(1995) Effect of Welding parameter on weldzone Toughness and 690MPa stell, Welding Journal 1995.
13. Dupont J.N and Marder (1995) the Efficiency of ARC Welding Procecces, Welding journal December 1995.
14. ESAB: Repair and Maintenace Welding Handbook. GOTEBORGS SWEDEN.2001. 15. Leonard P.connor (1999) Welding Handbook Vol.1,2,3 Americal Welding Society, Miami 1999.
16. Masao Toyoda: Pratical Welding Mechanics, Osaka University, Japan 1999. 17. JIS Handbook Welding1997.
19. Welding of streel Structure and Its Control, JICA 1999.
20. Structural welding code-steel. AWS D1.1/D1.1M:2004. American welding Socciety 550N.W. LeJeune Road, Mimami, Florida 33126.
21. Gas Metal Arc Welding Guidelines. Editor:JeffNadzam, senior Application Engineer. Request E205Sefety. 2345Murphy Blvd, Gainesville, Georgia 30504U.S.A. Phone:1-800-241-0804. Fax(770)535-0544. Website: www.Harriscal.com.Booklet, www.Lincolnelectric.com/pdfs/products/literature/e205.pdf
PHIẾU QUY TRÌNH HÀN
Quy trình hàn mẫu số: X1 Hồ quang tự động dưới lớp thuốc(SAW) Quy trình kiểm tra chất lượng Hình dạng, biến dạng, độ bến: uốn,kéo Tên cơ sở: Trường Trung Cấp Nghề
Ninh Hòa.
Phương pháp
làm sạch chi tiết hàn Gia công cơ Vị trí Phân xưởng hàn
Kim loại cơ bản( chi tiết hàn) Cấp thép:AWS –A5-23-2006
loại AH-36
Thép cacbon trung bình và
cao
Phương pháp hàn SAW Bề dày chi tiết 16mm
Mối ghép Đấu mí Tư thế hàn Hàn bằng
THIẾT KẾ MÉP HÀN PHÂN BỐ LỚP HÀN
3 mm
3 mm
Mặt Phương pháp hàn Dây hàn Ih (A) Uh (V) Vh (m/h) Cực tính
A SAW 4.0 mm 1000 35 27 DCRP
B SAW 4.0 mm 1000 35 27 DCRP
1. Dây hàn: Eh-14
2. Thuốc hàn: AH-348-A
3. Lưu lượng thuốc hàn: 11kg/m 4. Nhiệt độ giữa hai mặt hàn: 170o Max
5. Nhiệt độ sấy thuốc: 930 oC 6. Kiểm tra ngoại quan mối hàn 7. Kiểm tra độ bền uốn, kéo. 8. Kiểm tra biến dạng hàn.
Quy trình thực hiện:
1. Làm sạch mép hàn và khu vực lân cận cách tâm mối ghép ít nhất 25mm về hai bên bằng máy mài sau đó tẩy dầu mỡ.
2. Gá đặt chi tiết theo đúng vị trí.
3. Hàn đính: Mối hàn đính dài ít nhất 60mm, ngấu và không lẹm chân, mép hàn.
4. Độ nghiêng của béc hàn so với đường thẳng đứng không quá 5 độ.
5. Kích thước tâm phụ đầu (16x100x150)mm, tấm phụ đuôi (16x90x90)mm.
6. Hàn lót bằng phương pháp hàn hồ quang điện, que hàn E7016.
PHIẾU QUY TRÌNH HÀN
Quy trình hàn mẫu số: X2 Hồ quang tự động dưới lớp thuốc(SAW) Quy trình kiểm tra chất lượng Hình dạng, biến dạng, độ bến: uốn,kéo Tên cơ sở: Trường Trung Cấp
Nghề Ninh Hòa.
Phương pháp làm sạch chi
tiết hàn Gia công cơ
Vị trí Phân xưởng hàn
Kim loại cơ bản( chi tiết hàn) Cấp thép:AWS –A5-23-2006
loại AH-36
Thép cacbon trung bình và cao Phương pháp
hàn SAW Bề dày chi tiết 16mm
Mối ghép Đấu mí Tư thế hàn Hàn bằng
THIẾT KẾ MÉP HÀN PHÂN BỐ LỚP HÀN
3 mm
3 mm
Lớp Phương pháp hàn Dây hàn Ih (A) Uh (V) Vh (m/h) Cực tính
1 SAW 4.0 mm 1200 35 27 DCRP
2 SAW 4.0 mm 1200 35 27 DCRP
1.Dây hàn: Eh-14
2.Thuốc hàn: AH-348-A
3.Lưu lượng thuốc hàn: 11kg/m 4.Nhiệt độ giữa hai mặt hàn: 170o Max 5.Nhiệt độ sấy thuốc: 930 oC
6.Kiểm tra ngoại quan mối hàn 7.Kiểm tra độ bền uốn, kéo. 8.Kiểm tra biến dạng hàn.