I Mở đầu Hàn phương pháp nối chi tiết máy thành khối tháo rời cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay chảy dẻo, sau khơng dùng áp lực dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với Có trường hợp khơng cần nung nóng mà dùng áp lực hàn kim loại đạt đến trạng thái dẻo dính lại với Trong cơng nghệ hàn nói chung hàn thép bon thấp không hợp kim sử dụng rộng rãi Do thép bon thấp không hợp kim vật liệu sử dụng rộng rãi, có mặt gần tất lĩnh vực kỹ thuật, nhu cầu chế tạo, phục hồi, sửa chữa chi tiết làm từ thép CT3 lớn Bên cạnh thép bon thấp không hợp kim vật liệu có tính hàn tốt , hàn khơng cần yêu cầu đặc biệt, kết cấu hàn thép CT3 có tính tốt Độ bền kéo thơng thường khoảng 42 kgf/mm2 (60,000psi) với giới hạn chảy khoảng 28 kgf/mm2 (40,000psi) Trong cơng nghệ hàn hàn giáp mối kiểu hàn phổ biến Mối hàn giáp mối mối hàn thực hai phôi hàn nằm mặt phẳng, hai phôi hàn nằm đối đầu với nhau, mối hàn hình thành liên kết chúng lại thành chi tiết tháo rời Trong hàn giáp mối tùy theo chiều dày phơi hàn, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn vát tương ứng: Đối với chi tiết mỏng (có chiều dày nhỏ 5mm) hàn giáp mối khơng cần vát mép Với chi tiết có chiều dày trung bình (dày từ 5mm đến 20mm ) hàn vát mép phía (nửa chữ V), vát mép hai phía (chữ V), hàn phía Với chi tiết có chiều dày ( chiều dày 20mm) hàn thực vát mép kiểu chữ X tiến hành hàn hai phía Trong hàn giáp mối chi tiết có độ dày trung bình phổ biến nhất, hàn vỏ hộp, thân máy, xi lanh, kết cấu vỏ tàu thủy, kết cấu khung giàn thép xây dựng …Do chiều dày chi tiết hàn nhỏ hàn truyền nhiệt mối hàn xảy nhanh, vật liệu bị nung nóng nguội cục thời gian ngắn mối hàn dễ bị cong vênh đặc biệt chế độ hàn không hợp lý Trong thực tế thông số công nghệ hàn thường chọn theo kinh nghiệm cơng nhân hàn Điều dẫn đến mối hàn thường bị biến dạng, cong vênh, hình dáng kích thước chi tiết không đảm bảo Trường hợp nguy hiểm hơn, chế độ hàn chưa hợp lý gây nên hàng loạt vấn đề chẳng hạn Ứng suất dư lớn, làm giảm khả chịu lực kết cấu đặc biệt làm việc tác động tải trọng động, tải trọng thay đổi theo chu kỳ Việc xác định chế độ hàn hợp lý, để hồn thiện cơng nghệ hàn thép bon thấp không hợp kim cần thiết Đề tài tập trung tìm giải pháp cơng nghệ nhằm hạn chế biến dạng mối hàn giáp mối có độ dày ghép nhỏ 5mm Đến có nhiều cơng trình nghiên cứu biến dạng hàn giáp mối ứng suất biến dạng hàn nhiều nhà khoa học nước quan tâm Với hướng chủ yếu nghiên cứu ứng dụng tính tốn ứng suất biến dạng hàn q trình hàn qua đưa chế độ công nghệ hàn hợp lý nhằm đạt suất cao, chất lượng sản phẩm hàn tốt Các nghiên cứu tiếp cận phương pháp lý thuyết với tính tốn phức tạp, địi hỏi người nghiên cứu phải hiểu biết chuyên sâu phương pháp tính tốn địi hỏi sử dụng máy tính công nghệ tiên tiến khác, thiết bị đại mà điều kiện Việt Nam chưa có Trong trường hợp hàn thép bon thấp không hợp kim với lý thuyết trường nhiệt độ, ứng suất biến dạng hàn nghiên cứu công bố, kết hợp nhiều kiến thức từ học, sức bền vật liệu, nhiệt học, điện… ta hoàn tồn có sở lý thuyết để tính tốn ảnh hưởng chế độ hàn tới ứng suất biến dạng Từ tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định chế độ hàn hợp lý Xuất phát từ mà đề tài thực nhằm nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn cụ thể qua thông số: Điện hàn U, cường độ dòng điện I, vận tốc hàn v ứng với quy trình hàn hàn hồ quang tay (111/E/SMAW), hàn khí bảo vệ điện cực nóng chảy (135/MAG/GMAW) q trình hàn khí bảo vệ điện cực khơng nóng chảy (141/TIG/GTAW) Chế độ hàn hợp lý xác định lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đề tài ứng dụng giảng dạy, sản xuất…… Đề tài nhằm thực số mục tiêu cụ thể sau: - Xác định quan hệ chế độ hàn ( I, U, V) đến mức độ biến dạng co dọc độ võng mối hàn Mức độ biến dạng đánh giá qua thông số: Lượng co dọc mối hàn, độ võng biến dạng góc co ngang - So sánh kết thực nghiệm với tính tốn lý thuyết để nhận xét tính đắn lý thuyết phương pháp thực nghiệm - Phân tích so sánh đánh giá ảnh hưởng qui trình hàn (WPS) mức độ biến dạng, ứng suất dư liên kết hàn giáp mối - Lựa chọn quy trình hàn chế độ hàn hợp lý để biến dạng mối hàn - Phân tích sở lý thuyết ảnh hưởng chế độ hàn đến biến dạng mối hàn - Xây dựng triển khai nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá quan hệ chế độ hàn mức độ biến dạng - Thông kê xử lý số liệu để xác định mối quan hệ nói - Đánh giá kết quả, để chế độ hàn hợp lý cho độ biến dạng nhất, từ so sánh với kết tìm lý thuyết II Tính tốn mối hàn giáp mối II.1 Các kiểu hàn giáp mối Trong hàn giáp mối tùy theo chiều dày phôi hàn, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn vát tương ứng: - Chi tiết mỏng: không cần vát mép - Với chi tiết có chiều dày trung bình: Vát mép phía (nửa chữ V) hàn phía vát mép hai phía (chữ V), hàn phía - Với chi tiết có chiều dày lớn 20mm: Vát mép kiểu chữ X, chữ k, hàn phía II.2 Ứng suất biến dạng hàn * Nung nóng, làm nguội biến dạng dẻo không Khi chi tiết bị nung nóng giãn nở ra, q trình giãn nở lại bị giới hạn khơng gian làm cho chi tiết khơng thể giãn nở chi tiết sản sinh ứng suất, biến dạng Quá trình co lại làm nguội bị giới hạn hoàn toàn tương tự sinh ứng suất biến dạng * Thay đổi tổ chức kim loại mối hàn vùng lân cận nhiệt Một số kim loại: thép hợp kim thấp, hợp kim titan v.v có thay đổi cấu trúc pha nhiệt độ thay đổi (ví dụ vùng ảnh hưởng nhiệt), kèm theo thay đổi thể tích , tạo nên ứng suất kim loại Trong vấn đề nghiên cứu luận văn ứng suất biến dạng sinh nguyên nhân: Do co dọc co ngang Trong ngun nhân gây ứng suất mối hàn giáp mối co dọc, tượng co ngang xét nguyên nhân gây biến dạng mối hàn Do chương trước hết ta xây dựng công thức tính tốn ứng suất biến dạng gây co dọc co ngang trường hợp cụ thể II.3 Tính tốn ứng suất biến dạng gây co dọc hàn giáp mối Úng suất biến dạng co dọc gây hàn giáp mối có nhiều phương pháp tính tốn như: Tính tốn theo nội lực tác dụng (theo lực co), theo biến dạng thực Trong nội dung luận văn tác giả sử dụng phương pháp tính tốn theo nội lực tác dụng Xác định vùng ứng suất tác động nội lực tác động Cơ sở tính tốn: Coi nội lực tác động (cịn gọi lực co) lực tập trung tác động lên vật hàn vị trí mối hàn Các cơng thức tính dựa lý thuyết đàn hồi sức bền vật liệu Ứng suất nội lực dọc trục (lực co, nội lực tác động) sinh tạo hình 2.5 Trong vùng ứng suất tác động, ứng suất dư tối đa σT bn ≤ 0,5h - Nội lực tác động dư là: P = σT.bn δ - Vì vật, nội lực tác động cân bằng, ta có nội lực tác động nội lực phản kháng (nhưng khác dấu): P = δT.bn σ = σ2.(h-bn) δ - Vì ứng suất nén phản kháng σ2 là: σ2 = σ T bn h − bn - Momen uốn cặp lực nội lực tác động – nội lực phản kháng gây là: M= P.h - Nếu bỏ qua hạn chế giả tạo đi, độ võng dư momen gây uốn là: f = J= Với M l 8EJ P.h δ h3 M = 12 P = σ T bn δ ; ; suy f = 3σ T bn l 3.σ ( h − hb ).l = 4.E.h 4.E.h - Ứng suất uốn : σu = M Ph 3σ T bn = = W 2δ h h Trong W=1/6 δ.h2 Xác định kích thước vùng ứng suất tác động (giá trị bn) Vùng ứng suất tác động vùng bao gồm kim loại mối hàn kim loại lân cận, chịu biến dạng dẻo – nén bị nung nóng nguồn nhiệt hàn Có hai phương pháp xác định bn phương pháp đồ thị phương pháp xấp xỉ Ở tác giả dùng phương pháp đồ thị để xác định giá trị bn Phương pháp đồ thị để tính bn Xét liên kết hàn giáp mối trạng thái tự Vùng ứng suất tác động có chiều rộng b0 = 2bn Hình 2.6 Liên kết hàn giáp mối trạng thái tự Ta chia bn thành hai vùng b1 b2 - Vùng b1 : Nằm gần nguồn nhiệt hàn bao gồm kim loại mối hàn phần kim loại trải qua trạng thái biến dạng dẻo hàn (với thép cacbon nhiệt độ tối đa chúng hàn vượt 550600oC) - Vùng b2 : Là vùng kim loại trải qua trạng thái đàn hồi dẻo hàn Nhiệt độ tối đa thớ vùng hàn không vượt 550-600oC, bị nung không đồng đều, chúng bị biến dạng dẻo nén Xác định chiều rộng tính tốn h : Kim loại khơng phải vật đàn hồi tuyệt đối nên với có chiều rộng lớn, lực cục bộ, biến dạng bị tắt dần xa trục mối hàn Tức biến dạng thực tế không phù hợp với giả thiết tiết diện phẳng Vì tính tốn, ta khơng phải lấy tồn giá trị chiều rộng mà lấy giá trị tính tốn sau (nếu chiều rộng thực lớn chiều rộng tính tốn): h=300-350 mm – hàn tự động lớp thuốc h= 250 mm – hàn hồ quang tay Tóm lại: b0 = 2bn; bn=b1+b2; b1 = f (qo , c ρ ) = f (q, v, c ρ ) → b1 = 0.484.q ∑ δ v.cρ.550 b2 = f (k2 , b1 , h) → b2 = k2 (h − b1 ) Như vậy: bn= b1+b2; bn = 0.484.q + k (h − b ) = ∑ δ v.cρ 550 bn = 0.484.q 0.484.q + k (h − ) ∑ δ v.cρ 550 ∑ δ v.cρ 550 0.484.q (1 − k2 ) + k2 h ∑ δ v.cρ.550 Nhận thấy: k2 phụ thuộc vào q0 σT, k2 0, Suy bn tăng tăng giá trị lượng đường hàn q, chiều rộng tính tốn h bn giảm tăng giá trị vận tốc hàn v Chiều rộng tính tốn h lượng đường hàn phụ thuộc vào quy trình hàn cụ thể Hàn hai có chiều rộng Hình 2.10 Hàn giáp mối hai rộng Vấn đề biến dạng Hình 2.11 Chuyển vị theo phương y yk = M 1.l 12.E.J1 Vấn đề ứng suất Biểu diễn σk ứng suất ngang điểm cuối tấm, tức điểm có chuyển vị yk nắn thẳng sau cắt σk = 32.P.h 16.σ T bn h = 2.δ l l2 Nhận xét: - Ứng suất ngang σx tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài Do hẹp, ứng suất ngang tương đối nhỏ Điều đồng nghĩa với độ cứng vững nhỏ, lực ngang tạo co ngang ứng suất ngang khơng lớn Theo (2.22) ứng suất nén đầu cuối rộng phải tăng lên Tuy nhiên, chiều rộng (h) tăng, biến dạng uốn giảm momen quán tính tăng, làm cho ứng suất ngang giảm theo độ cong - Từ công thức ta thấy: Nội lực phản kháng p, Mô men uốn M, ứng suất phản kháng , độ võng lớn co dọc , biến dạng co dọc gây , tỷ lệ thuận với giá trị vùng tác động hàn bn Do ảnh hưởng thơng số quy trình hàn tới biến dạng ngang co dọc gây hoàn toàn ảnh hưởng tới kích thước vùng ứng suất tác động bn - Ứng suất ngang co dọc gây điểm theo chiều dài vùng ứng suất tác động tỷ lệ thuận với giá trị vùng ứng suất tác động hàn bn chiều rộng tính tốn h - Ứng suất ngang σx co dọc gây tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài Do hẹp, ứng suất ngang tương đối nhỏ Điều đồng nghĩa với độ cứng vững nhỏ, lực ngang tạo co ngang ứng suất ngang không lớn II.4 Ứng suất biến dạng co ngang hàn giáp mối Co ngang tượng co rút kim loại mối hàn lân cận theo hướng vng góc với trục mối hàn Nếu giá trị co ngang tất thớ tiết diện mối hàn trình nguội biến dạng giảm kích thước theo chiều ngang liên kết hàn, cịn hình dạng phẳng (khơng đổi) Nếu co ngang thớ theo chiều dày mối hàn khơng ngồi biến dạng ngang cịn có biến dạng góc (thường xảy mối hàn giáp mối vát mép chữ V hàn từ phía) Hình 2.12 Biến dạng co ngang hàn giáp mối II.4.1 Ứng suất Biến dạng co ngang hàn giáp mối tự Vấn đề biến dạng Hình 2.13 Xác định tiết diện ngang mối hàn vị trí bắt đầu có lực tác động co ngang ∆y0 = 2.α q 4πλ x1 α q = c ρ v.δ δ 4πλ c ρ v.x1 c ρ v Nhận xét Theo công thức Biến dạng co ngang Δy0 - Biến dạng co ngang Δy0 liên kết hàn tỷ lệ thuận với lượng đường q/v - Tỷ lệ nghịch với chiều dày δ - Công thức gần với hàn lớp thuốc, coi hiệu suất hồ quang η = 0,8 ∆y0 = 15500 α Fd cρ δ đ = 13 g/A.h điện áp hàn U = 35 V : - Công thức gần với hàn hồ quang tay η = 0,7; đ = 9g/Ah ; U = 20 V: ∆y0 = 11000 α Fd cρ δ Ta thấy với với trường hợp hàn lớp thuốc biến dạng co ngang Δy0 có giá trị lớn II.4.2 Biến dạng góc co ngang liên kết hàn giáp mối Biến dạng góc liên kết hàn giáp mối thường xảy hàn từ phía, lực co ngang, quay so với góc β – (Hình 2.15-a) - Nguyên nhân nung kim loại không theo chiều dày - Biến dạng góc thể rõ liên kết chữ V - Vì lớp kim loại đắp nung tới nhiệt độ cao (hình 2.15b) có chiều rộng y khác (phụ thuộc vào toạ độ z theo chiều dày), nguội, chúng có giá trị co ngang Δy khác Dưới tác dụng co ngang Δy, vượt khỏi mặt phẳng ban đầu chúng, tạo nên góc β Hình 2.15 Hàn giáp mối có vát mép - Có thể coi tổng biến dạng co ngang lớp kim loại ( theo chiều dày z) mối hàn giáp mối gồm phần: Δbo Δyo * Góc quay β Nếu góc quay β co ngang (Hình 2.15-b) biểu diễn theo giá trị ymax, ta viết: ϕ β ∆ymax 2.α Ttb δ tg ϕ tg = = = α Ttb tg 2.δ 2.δ Do góc β nhỏ ( vài độ ) nên coi β β = 2 tg ( tính theo radian) β = 2.α Ttb tg β Khi β = 0,0144.tg β với thép cacbon kết cấu II.5 Kết luận Từ kết tính tốn cụ thể trường hợp, rút nhận xét kết luận phụ thuộc ứng suất biến dạng vào thông số quy trình hàn cường độ dịng điện hàn I, điện áp hàn V, tốc độ hàn v Ảnh hưởng thông số đánh giá qua ảnh hưởng lượng đường hàn q đ, giá trị qđ phụ thuộc vào quy trình hàn cụ thể, ta so sánh ảnh hưởng quy trình hàn tới ứng suất biến dạng hàn III Thực nghiệm, phân tích kết III.1 Trang thiết bị dùng thực nghiệm Thiết bị dùng thí nghiệm máy hàn WP300 – Panasonic Hình 3.1 Máy hàn WP300 III.2 Cách tiến hành thí nghiệm Xác định độ biến dạng co dọc độ võng liên kết hàn giáp mối Để xác định biến dạng co dọc độ võng liên kết hàn giáp mối ta tiến hành thí nghiệm với bước sau: - Bước 1: Chế tạo hai thép sẵn sang kích thước 20x20x10mm cho hàn giáp mối (vát mép, đánh gỉ, làm sạch…) - Bước 2: Xác định kích thước thực hai thép trước hàn ghi vào biên thí nghiệm - Bước 3: Ghép hai thép, hàn đính, làm sạch, lấy dấu trọng tâm chi tiết diện vị trí đo (Trên hình 3.2 biểu diễn mũi tên có chữ số kèm theo 0,1,2,3,4,5,6) Số bề mặt chuẩn đo Hình 3.2 Vị trí lấy dấu vị trí đặt thiết bị đo - Bước 4: Đặt chi tiết lên bàn đo cho đầu tựa lên cữ dụng cụ đo, đầu chạm vào trục đồng hồ so vào trọng tâm tiết diện hàn Đọc giá trị theo đồng hồ so (tại điểm 1) ghi kết đo vào bảng mẫu báo cáo thí nghiệm Tiến hành lần đo (Đo biến dạng chiều dài) Hình 3.3 Bàn gá dụng cụ đo độ co dọc liên kết hàn - Bước 5: Dùng dụng cụ đo hình 3.3 xác định vị trí điểm 1, 2, 3,4,5,6 theo hàng AA’ BB; (hình 3.4) ghi kết đo vào bảng mẫu báo cáo thí nghiệm Tiến hành lần đo - Bước 6: Tính giá trị trung bình lần đo - Bước 7: Thực mối hàn đo thời gian hàn – 10 giây đo cường độ dịng hàn điện áp hồ quang Vị trí tiếp xúc phôi hàn gối tựa bàn gá không cần hàn, bề mặt cần đo phải bảo vệ khỏi bắn tóe kim loại lỏng Tính giá trị trung bình ghi vào bảng kết thí nghiệm Hình 3.4 Bàn gá dụng cụ đo để đo độ võng dầm - Bước 8: Sau nguội hoàn toàn làm lại bước 3, 4, Các bước để áp dụng chung cho tất quy trình hàn Xác định độ biến dạng co ngang biến dạng góc liên kết hàn giáp mối Để xác định biến dạng góc liên kết hàn giáp mối ta tiến hành thí nghiệm với bước sau: - Bước 1: Chế tạo hai thép sẵn sàng cho hàn giáp mối (vát mép, đánh gỉ, làm sạch…) - Bước 2: Xác định kích thước thực hai thép trước hàn ghi vào biên thí nghiệm - Bước 3: Ghép hai thép, hàn đính, làm sạch, lấy dấu trọng tâm chi tiết diện vị trí đo (trên hình 3.9 biểu diễn mũi tên có chữ số kèm theo 1,2,3,4,5,6,7) Lấy dấu tu lên ba vị trí I, II III để chuẩn bị cho vị trí bulong định vị đỡ phơi hàn - Bước 4: Đặt phôi hàn lên bàn cho lỗ tu sẵn mặt nằm vào bulong định vị - Bước 5: Dùng đồng hồ so xác định vị trí điểm từ tới (hình 3.9), vị trí số coi chuẩn đo Kết đo ghi vào bảng Mỗi điểm tiến hành lần đo - Bước 6: Xác định giá trị trung bình lần đo Từ giá trị trung bình lần đo điểm từ đến Xây dựng đồ thị, tuyến tính hóa, góc biến dạng góc - Bước 7: Thực mối hàn, sau mối hàn nguội hồn toàn - Bước 8: Tiến hành đo lần thứ theo điểm ghi ghi kết III.3 Phân tích kết thực nghiệm Giới thiệu Nội dung phần đánh giá ảnh hưởng thông số quy trình hàn tới ứng suất biến dạng mối hàn giáp mối hàn mỏng Chỉ thay đổi thông số I, U, v: Tăng I, tăng U, giảm v Và tiến hành với quy trình hàn: SMAW, GMAW, GTAW Phân tích thay đổi cường độ dịng điện I, giữ nguyên U, V .Phân tích giữ nguyên cường độ dòng điện I, thay đổi U, V, thực với quy trình hàn SMAW Khi thay đổi I, giữ nguyên U,V Đối với quy trình hàn SMAW thay đổi I = 160A đến 250A , giữ nguyên U=25V, v = 0.5cm/s biến dạng co dọc tăng từ 0.08mm đến 0.125mm Độ võng đo vị trí lớn (vị trí 5) tăng từ 0.09mm đến 0.141mm Biến dạng góc co ngang tăng từ đến 1,250 Đối với quy trình hàn GMAW thay đổi I từ 160A đến 250A, giữ nguyên U = 25V, v =0.8 cm/s biến dạng co dọc tăng từ 0.07mm đến 0.109mm Độ võng đo vị trí lớn (vị trí 5) tăng từ 0.08 đến 0.125mm Biến dạng góc co ngang tăng từ 0.82 đến 1,0250 Đối với quy trình hàn GTAW thay đổi I từ 70A đến 160A, giữ nguyên U = 25V, v =0.4 cm/s biến dạng co dọc tăng từ 0.05mm đến 0.078mm Độ võng đo vị trí lớn (vị trí 5) tăng từ 0.06 đến 0.094mm Biến dạng góc co ngang tăng từ 0.73 đến 0.9120 Như thay đổi cường độ dịng điện I biến dạng co dọc, độ võng, biến dạng góc co ngang tăng lên Giá trị biến dạng nhỏ khi: Đối với quy trình hàn SMAW: I =160A, U=25V, v= 0.5cm/s Đối với quy trình hàn GMAW: I =160A, U=25V, v =0.8cm/s Đối với quy trình hàn GTAW: I =70A, U =25V, v=0.4cm/s Khi thay đổi cường độ dòng điện hàn I biến dạng SMAW – hàn hồ quang tay lớn so với GMAW (hàn điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ) GTAW (Hàn điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ trơ) Điều hồn tồn phù hợp với kết lý thuyết quy trình SMAW có hệ số nhiệt hữu ích thấp sau đến GMAW GTAW đồng nghĩa với việc nhiệt tỏa vào chi tiết mơi trường ngồi nhiều hơn, biến dạng SMAW lớn so với GMAW GTAW Biến dạng góc dễ dàng nhận dù mắt thường, biến dạng góc thực tế lớn nhiều so với biến dạng lý thuyết, vấn đề tính tốn lý thuyết hệ số ảnh hưởng đặt vào chưa hợp lý Khi giữ nguyên I, thay đổi U, V thực với quy trình hàn SMAW Khi giữ nguyên cường độ dòng điện I =160A,tốc độ hàn v =0.5cm/s, thay đồi hiệu điện U từ 25V đến 34V biến dạng co dọc mối hàn tăng từ 0.08mm đến 0.110mm Độ võng lớn (đo vị trí 5) tăng từ 0.09mm đến 0.131mm Khi giữ nguyên cường độ dòng điện I =160A, hiệu điện U=25V tốc độ hàn thay đổi từ 0.6 cm/s đến 0.2cm/s biến dạng co dọc mối hàn tăng từ 0.075mm đến 0.330mm Độ võng lớn (đo vị trí 5) tăng từ 0.082mm đến 0.330 mm Tất thông số U, I, v ảnh hưởng đến kết cuối lượng đường q, lượng đường q định đến ứng suất biến dạng thông qua ứng xử vật liệu tương ứng Khi tăng lượng đường q (tăng U, I, giảm v…) nhiệt tăng, ứng suất biến dạng tăng lên, nhiên khơng tuyến tính khơng tương đương Khi tăng I biến dạng tăng nhanh tăng U, giảm v biến dạng tăng lên rõ nét, khơng ảnh hưởng tới hình dạng mối hàn mà cịn ảnh hưởng tới tồn liên kết biến dạng ứng suất Nhưng điều khơng có nghĩa tăng vận tốc hàn v biến dạng giảm, tăng v lớn thời gian hàn nhanh, nhiệt phân bố mối hàn không dẫn đến ứng suất biến dạng, chất lượng mối hàn không đạt yêu cầu Đây kết luận rút từ thực nghiệm, từ kết lý thuyết ta chưa kết luận mức độ ảnh hưởng thông số I,U,v đến ứng suất biến dạng mối hàn Như chế độ hàn cho biến dạng nhỏ là: Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s Chất lượng mặt cắt mối hàn trường hợp sau: Mẫu 01: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s Biên giới kim loại vật liệu mối hàn vật liệu hàn, độ kín độ bền tốt,biến dạng mối hàn khơng đáng kể Hình 4.6 Mặt cắt mối hàn mẫu 01 Mẫu 02 Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 190A, V = 25V, v=0.5cm/s Tăng I =190A, biên giới hạt vật liệu mối hàn vật liệu hàn không tốt mẫu 01, biến dạng mối hàn tăng lên khơng đáng kể Hình 4.7 Mặt cắt mối hàn mẫu 02 Mẫu 03: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 28V, v=0.5cm/s Tăng U =28A, biên giới hạt, độ kín, độ bền biến dạng mối hàn đảm bảo tốt so với mẫu 03 Hình 4.8 Mặt cắt mối hàn mẫu 03 Mẫu 04: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.3cm/s Giảm v =0,3 cm/s chất lượng mối hàn giảm rõ rệt, biến dạng mối hàn tăng mạnh Hình 4.9 Mặt cắt mối hàn mẫu 04 Mẫu 05: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8 cm/s Biên giới kim loại vật liệu mối hàn vật liệu hàn tốt, đảm bảo độ kín độ bền tốt, biến dạng mối hàn khơng đáng kể Hình 4.10 Mặt cắt mối hàn mẫu 05 Mẫu 06: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 190A, V = 25V, v=0.8 cm/s Tăng I = 190A, biên giới hạt vật liệu mối hàn vật liệu hàn đảm bảo tốt, biến dạng mối hàn có tăng lên so với mẫu 05 Hình 4.11 Mặt cắt mối hàn mẫu 06 Mẫu 07: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 28V, v=0.8 cm/s Tăng U=28V, chất lượng mối hàn tương đương mẫu 02 nhiên biến dạng mối hàn giảm so với mẫu 06 Hình 4.12 Mặt cắt mối hàn mẫu 07 Mẫu 08: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.4 cm/s Giảm v = 0.4cm/s, chất lượng mối hàn giảm rõ rệt, biên giới hạt thấy xuất khuyết tật Hình 4.13 Mặt cắt mối hàn mẫu 08 Nhận xét: Ta thấy mặt cắt mối hàn mẫu 05 tốt nhất, Biên giới kim loại vật liệu mối hàn vật liệu hàn tốt, đảm bảo độ kín độ bền tốt, biến dạng mối hàn không đáng kể Kết luận Nội dung chương nêu máy móc để tiến hành thí nghiệm đo biến dạng, bước gá đặt cách đo biến dạng mẫu hàn Với mục đích đánh giá ảnh hưởng thơng số quy trình hàn tới ứng suất biến dạng mối hàn giáp mối hàn mỏng Tiến hành thay đổi thông số là: Cường độ dòng điện hàn I, điện áp hàn U, tốc độ hàn v Kết đo biến dạng thí nghiệm thay đổi thơng số ghi dạng bảng Sau vào bảng kết ta xây dựng đồ thị, từ rút nhận xét đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số: I, U, v tới biến dạng mối hàn giáp mối Các kết thực nghiệm thu phù hợp với tính tốn lý thuyết Do khẳng định phương pháp kết tính tốn lý thuyết hồn tồn xác, cách tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm đảm bảo tin cậy Từ kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm ta thấy hàn mỏng với vật liệu thép CT3 để kết cấu mối hàn thu có ứng suất biến dạng nhỏ ta nên sử dụng quy trình hàn GTAW – hàn điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ trơ Các chế độ hàn cho biến dạng nhỏ là: Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s Quy trình hàn SMAW- hàn hồ quang tay ứng suất biến dạng lớn so với GMAW, GTAW thực lại dễ dàng đơn giản hơn, hàn nên vào tính chất, yêu cầu mối hàn để lựa chọn quy trình hàn phù hợp vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế Khi tăng I, tăng U, giảm v khơng biến dạng mối hàn tăng lên mà chất lượng mặt cắt mối hàn giảm , đặc biệt giảm tốc độ v mối hàn cịn xuất khuyết tật KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu, khảo sát tiến hành thực nghiệm, luận văn tập trung giải số vấn đề sau: - Tất thông số U, I, v ảnh hưởng đến kết cuối lượng đường q, lượng đường q định đến ứng suất biến dạng thông qua ứng xử vật liệu tương ứng - Khi tăng lượng đường q (tăng U, I, giảm v…) nhiệt tăng, ứng suất biến dạng tăng lên, nhiên khơng tuyến tính khơng tương đương Khi tăng I biến dạng tăng nhanh tăng U, giảm v biến dạng tăng lên rõ nét, khơng ảnh hưởng tới hình dạng mối hàn mà cịn ảnh hưởng tới tồn liên kết biến dạng ứng suất Nhưng điều khơng có nghĩa tăng vận tốc hàn v biến dạng giảm, tăng v lớn thời gian hàn nhanh, nhiệt phân bố mối hàn không dẫn đến ứng suất biến dạng, chất lượng mối hàn không đạt yêu cầu Hàn giáp mối với thép CT3, có chiều dày từ 5mm đến 20mm chế độ hàn nên là: Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s Đối với quy trình hàn SMAW tăng cường độ dòng điện từ I = 160A lên I = 190A biến dạng tăng lên khơng đáng kể Quan sát ảnh mặt cắt mối hàn ta thấy chất lượng mặt cắt mối hàn đảm bảo tốt Do mức độ biến dạng chấp nhận tăng cường độ dịng điện I đến 190A, để tăng suất lao động Tương tự với quy trình hàn khác ta thấy với quy trình hàn GMAW tăng I = 190A, mà biến dạng tăng không đáng kể, chất lượng mối hàn đảm bảo Với quy trình hàn GTAW tăng I đến 90A KIẾN NGHỊ Do thời gian lực thân hạn chế, mặt khác vấn đề nghiên cứu ứng suất biến dạng hàn phức tạp, với sở vật chất khơng có trang thiết bị đo ứng suất, vấn đề ứng suất dư sau hàn cịn nghiên cứu tính tốn lý thuyết, chưa có kiểm chứng thực tế Bên cạnh kết thực nghiệm cịn có số sai khác so với lý thuyết, nguyên nhân chưa loại yếu tố nhiễu mơi trường đến q trình thực nghiệm, số liệu thực nghiệm phụ thuộc nhiều vào người đo Mặt khác nghiên cứu hết tất thông số phụ ảnh hưởng đến ứng suất biến dạng số lượng nghiên cứu lớn dẫn đến kinh phí làm thực nghiệm cao Về phương diện xin đưa hướng khắc phục sử dụng phần mềm mô trình hàn ABAQUS, ANSYS, SYSWELD…, để tính tốn tự động tương đối xác thơng số ứng suất biến dạng theo lý thuyết trước thực nghiệm kiểm chứng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] GS TS Trần Văn Địch, PGS TS Ngơ Trí Phúc Sổ tay thép giới NXB Khoa học kỹ thuật [2] PGS.TS Hoàng Tùng, PGS.TS Nguyễn Thúc Hà, TS Ngô Lê Thông, KS Chu Văn Khang, Sổ tay hàn – Công nghệ, thiết bị định mức lượng, vật liệu hàn NXB Khoa học kỹ thuật [3] GS TS Nguyễn Đăng Bình, Vũ Đình Trung – Kỹ thuật hàn cắt kim loại NXB Khoa học kỹ thuật [4] GS TS Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS tích hợp CIM Nhà xuất khoa học kỹ thuật – Hà nội 2007 [5] Bộ Xây dựng – Giáo trình Cơng nghệ kỹ thuật hàn Nhà xuất xây dựng - 2005 [6] Trần Văn Niên, Trần San (2007) – Thực hành hàn Nhà xuất Đá Nẵng [7] Nguyễn Bá An (2003) - Sổ tay thợ hàn Nhà xuất Xây dựng [8] GS TS Hoàng Tùng tập thể giảng viên Bộ môn Hàn công nghệ kim loại Khoa Cơ khí – Sổ tay cơng nghệ Hàn.Trường ĐHBK Hà Nội - 1997 [9] TS Nguyễn Tiến Đào – Công nghệ chế tạo phôi Nhà xuất khoa học kỹ thuật [10] Ngô Lê Thông (2007) – Cơng nghệ hàn điện nóng chảy tập + Nhà xuất khoa học kỹ thuật [11] Nguyễn Văn Thông (1998) – Vật liệu Công nghệ hàn Nhà xuất khoa học kỹ thuật [12] Dipl Ing Nguyễn Duy Ninh/2004 - Cơ Sở lý thuyết tính tốn kết cấu Trung tâm chuyển giao công nghệ Viêt - Đức HWC [13] Nguyễn Tiến Dương - Ứng suất biến dạng hàn NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội - 2009 [1]John E Bringas, Editor Handbook of Comparatives World Steel Standards Third Edition ASTM DS67B ASTM [2] Wang Rui, Rashed, Serizawa Hiashi, JnaXun Zhang - “ Study on Weding Inherent Deformations in Welded Structural Material Transaction of JWRI, vol.37 (2008), No.1 [3] M HIROHATA Y ITOH1 - NUMERICAL SIMULATION OF WELDING DEFORMATION AND RESIDUAL STRESS BY FEM WITH SHELL ELEMENTS Graduate School of Engineering, Nagoya University, Japan [4] Asifa Khurram, Li Hong, Li Li and Khurram Shehzad Prediction of Welding Deformation and Residual Stresses in Fillet Welds Using Indirect Couple Field FE Method Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 5(10): 2934-2940, 2013  ... qua thông số: Điện hàn U, cường độ dòng điện I, v? ??n tốc hàn v ứng v? ??i quy trình hàn hàn hồ quang tay (111/E/SMAW), hàn khí bảo v? ?? điện cực nóng chảy (135/MAG/GMAW) q trình hàn khí bảo v? ?? điện cực... nên là: V? ??i quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 2 5V, v= 0.5cm/s V? ??i quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 2 5V, v= 0.8cm/s V? ??i quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 2 5V, v= 0.4 cm/s Đối v? ??i quy trình hàn SMAW... mức độ ảnh hưởng thông số I,U ,v đến ứng suất biến dạng mối hàn Như chế độ hàn cho biến dạng nhỏ là: V? ??i quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 2 5V, v= 0.5cm/s V? ??i quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 2 5V,