BÀI 3: TÍNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN I MỤC TIÊU CỦA BÀI: - Tính toán ứng suất biến dạng hàn đắp vào mép tấm, hàn liên kết giáp mối hàn liên kết chữ ’’T’’ - Thực tốt công tác an toàn vệ sinh công nghiệp II Nội dung h bn Tính ứng suất biến dạng hàn đắp vào mép Ứng suất nung nóng hay hàn đắp vào cạnh kim loại phụ thuộc vào chiều dài tấm; tốc độ hàn; có bị kẹp chặt hay không Nói chung sau nguội để chi tiết tự cong lõm phía hàn (Hình vẽ) S Sơ đồ biến dạng ứng suất hàn vào mép - Khi cạnh bị giới hạn tượng cong ứng suất dư nội lực tác dụng dọc trục gây phân bố theo tiết diện ngang hình vẽ vùng ứng suất tác dụng bn đạt đến giới hạn chảy nếu: bn ≤ 0,5h Nếu để tự bị uốn cong mô men độ võng dư xác định theo công thức sức bền thông thường: ML2 f= 8EJ Trong đó: - M mômen gây nội lực tác dụng - L chiều dài hàn - E Mô đun đàn hồi - J mô men quán tính hàn a, Mô men gây nội lực tác dụng là: M= P.h (kN/cm) Trong đó: - M mômen gây nội lực tác dụng - P nội lực tác dụng - h chiều cao hàn Ta có nội lực tác dụng dọc trục là: P = F0 σT = bn S σT (kN) Trong đó: - P nội lực tác dụng - F0 diện tích tiết diện ngang phần bị nung nóng - σT Giới hạn chảy vật liệu Ở F0 = bn S bn chiều rộng vùng nung nóng S chiều dày kim loại bn = b1 + b2 - Chiều rộng vùng b1 phụ thuộc vào công suất nguồn nhiệt, tốc độ hàn, khối lượng kim loại nóng chảy tính chất lý hoá Trong mức độ đủ xác áp dụng công thức gần RưkaLin Khi ta đặt b1 = y lấy Tmax = 5500C Khi hàn đắp vào mép nhiệt từ nguồn đốt truyền phía nên: b1 = 0,484 q v S0 C γ 550 (cm) Trong đó: q – công suất hữu ích nguồn nhiệt (Calo/s) v – tốc độ hàn (cm/s) S - chiều dày hàn (cm) C – nhiệt dung kim loại (Calo/g.0C) γ - khối lượng riêng kim loại (g/cm3) q tính sau: q = η 0,24 U I η - hệ số phụ thuộc vào phương pháp hàn η = 0,7 hàn tay η = 0,8 hàn bán tự động η = 1,0 hàn tự động U điện áp hàn I cường độ dòng điện hàn C γ = 1,25 g/cm3.0C (đối với thép) Chiều rộng vùng đàn hồi dẻo b2 khó xác định, không phụ thuộc vào phân bố nhiệt theo tiết diện ngang hàn (mức độ không đồng đều), mà phụ thuộc vào độ cứng vững hàn Độ cứng vững hàn xác định mômen quán tính tiết diện ngang độ bền học kim loại, biểu thị chiều rộng h giới hạn chảy σT Chuẩn số để xác định đặc tính nung nóng hàn phân bố nhiệt theo tiết diện ngang chi tiết lượng riêng q0 xác định theo công thức sau: q0 = q v.S0 S0 – chiều dày tính toán kết cấu (cm) Khi hàn vào mộp S0 = S Như vung biến dạng dẻo b2 hàm nhiều biến số: b2 = f (q0 , h, σT) Khi tăng q0 h làm tăng vùng b2 làm tăng phần kim loại đốt nóng tăng trở lực cho dãn dài tự thớ bị nung, tăng ϬT vùng b2 giảm làm tăng trở kháng kim loại, làm cho kim loại khó tiến đến trạng thái dẻo - đàn hồi Người ta tính b2 theo công thức sau: b2 = K2’ (h – b1) Bài tập thực hành: Cho liên kết giáp mối hình vẽ: hc S L Biết hc = 150mm; = 180mm; L = 2500mm; S = 12mm; Vật liệu thép cacbon có σT = 22 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C γ = 1,25calo/cm3 0C Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 650A; U = 35V; V = 40 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn co dọc sau hàn? Bài tập nhà: Cho liên kết giáp mối hình vẽ: hc S L Biết hc = 100mm; = 150mm; L = 2000mm; S = 12mm; Vật liệu thép cacbon có σT = 24 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3 0C Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 650A; U = 35V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn co dọc sau hàn? Bài tập : Cho liên kết giáp mối hình vẽ: hc S L Biết hc = 160mm; = 160mm; L = 2500mm; S = 12mm; Vật liệu thép cacbon có σT = 24 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ= 1,25calo/cm3 0C Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 630A; U = 32V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong co dọc ứng suất dư ? Tính ứng suất biến dạng hàn liên kết “chữ T” S1 k h2 Kết cấu hàn “chữ T” dùng rộng rãi công nghiệp chế tạo dạng dầm “chữ T” “chữ I” Hàn kết cấu “chữ T” gồm hai hàn lại với hai mối hàn góc S2 h1 h1 Sơ đồ kết cấu“chữ T” * Nội lực tác dụng dọc trục P ứng suất phản kháng σ2 xác định theo công thức có: P = σT F0 σ2 = P F – F0 Vùng ứng suất tác dụng tính toán trường hợp trên, cụ thể F0 = (b11 + b12) S1 + S2 S1 + (b21 + b22 ) S2 + K2 S1 k b21 b22 h2 S2 b12 h1 b11 b11 b12 h1 Sơ đồ vùng ứng suất tác dụng hàn “Chữ T” σ1 y2 P2 y0 h2 k S2 σ1 S1 y1 k σ2 P1 P P1 Vùng ứng suất tác dụng biểu đồ nội lực Sơ đồ tác dụng nội lực P nội lực phản kháng P1 P2 biểu đồ ứng suất gây nội lực biểu diễn hình vẽ Giả thiết liên kết “chữ T” giới hạn cạnh biên đáy biến dạng uốn ngang, từ điều kiện cân nội lực ta có: P = P1 + P2 Trong đó: P1 nội lực phản kháng tác dụng phần lại đầu đế ta có: S2 ) S1 P1 = σ2 (h1 – bn1 – P2 nội lực phản kháng tác dụng phần lại vách: P2 = σ2 ( h2 – bn2 ) S2 * Mô men uốn M nội lực tác dụng lên kết cấu “chữ T” là: M = P2y2 – 2P1y1 Trong y1 y2 khoảng cách từ điểm đặt lực phản kháng P1 P2 đến trọng tâm vùng ứng suất tác dụng (đó điểm đặt nội lực tác dụng P) Nếu kết cấu “chữ T” để tự không bị giới hạn tác dụng mô men M bị uốn ứng suất uốn là: σu = M.y J y – khoảng cách từ thớ ta xét đến trọng tâm kết cấu “chữ T” J – mô men quán tính tiết diện ngang “chữ T” lấy trọng tâm Do tác dụng ứng suất uốn mà kết cấu “chữ T” bị cong (theo chiều dọc) hình vẽ, độ cong f tính theo công thức: f= M l2 8EJ f Độ cong liên kết “chữ T” sau hàn Sa b1c k b2c hc Bài tập thực hành: Cho liên kết “chữ T” hình vẽ: Biết : = 150mm; hc = 180mm; L = 3000mm; Sa = Sc = 12mm; Sc k=1,2cm Vật liệu thép cacbon có σT = 24kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1.104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3 0C Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 650A; U = 35V; V = 40 m/h; Hệ số nhiệt b2a b1a b1a b2a hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn ha co dọc sau hàn? Bài tập thực hành: Cho liên kết “chữ T” hình vẽ: Biết : = 100mm; hc = 120mm; L = 3000mm; Sa = Sc = 12mm; k=1,2cm; Vật liệu thép cacbon có σT = 24kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1.104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3 0C Sa k b1c b2c hc Sc b2a b1a b1a b2a Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 600A; U = 35V; V = 40 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn co dọc sau hàn? Bài tập thực hành: Cho liên kết “chữ T” hình vẽ : Biết : = 120mm; hc = 180mm; L = 2500mm; Sa = Sc = 10mm; k=1,0cm; Vật liệu thép cacbon có σT = 22kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1.104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3 0C Sa k b1c b2c hc Sc b2a b1a b1a b2a Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 620A; U = 35V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn co dọc sau hàn? 1.5 An toàn lao động – vệ sinh phân xưởng + An toàn lao động: Đảm bảo an toàn cho người thiết bị suốt trình học tập + Vệ sinh phân xưởng: - Thu dọn thiết bị, dụng cụ - Vệ sinh phân xưởng - Nhắc nhở nhiệm vụ cho học sau [...]... Ih = 650A; U = 35 V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn nhất do co dọc sau khi hàn? Bài tập : Cho liên kết giáp mối như hình vẽ: ha hc S L Biết hc = 160mm; ha = 160mm; L = 2500mm; S = 12mm; Vật liệu là thép cacbon có σT = 24 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ= 1,25calo/cm3 0C Hàn dưới lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 630 A; U = 32 V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt... thực hành : Cho chi tiết có kích thước như hình vẽ: h= 120 S = 12 L = 1500 Biết: Vật liệu cơ bản là thép cacbon có giới hạn chảy σT = 23kN/cm2; Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3.0C; Hàn dưới thuốc với chế độ hàn: I = 600A; U = 32 V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η = 0,85; k’2 = 0,2 Tính độ võng dư lớn nhất sau khi hàn đắp vào mép tấm theo chiều dài? Bài tập thực hành... 600A; Uh = 32 V; vận tốc hàn v = 40m/h k’2 = 0,2 C.γ = 1,25calo/cm3.0C, Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2 h-bn 180 bn 12 1500 Bài tập thực hành : Cho chi tiết có kích thước như hình vẽ: h= 150 S = 12 L = 1000 Biết: Vật liệu cơ bản là thép cacbon có giới hạn chảy σT = 22kN/cm2; Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3.0C; Hàn dưới thuốc với chế độ hàn: I = 600A; U = 32 V; V = 40m/h;... C γ = 1,25calo/cm3 0C Hàn dưới lớp thuốc với chế độ hàn: Ih = 650A; U = 35 V; V = 40 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn nhất do co dọc sau khi hàn? Bài tập về nhà: Cho liên kết giáp mối như hình vẽ: ha hc S L Biết hc = 100mm; ha = 150mm; L = 2000mm; S = 12mm; Vật liệu là thép cacbon có σT = 24 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3 0C Hàn dưới lớp... ha = 180mm; L = 2000mm; S = 12mm; Vật liệu là thép cacbon có σT = 24 kN/cm2; Môdul đàn hồi E = 2,1 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối Cγ= 1,25calo/cm3 0C Hàn dưới lớp thuốc với chế độ hàn: Cường độ dòng điện hàn Ih = 620A; Điện áp hồ quang U = 32 V; Tốc độ hàn V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ cong lớn nhất do co dọc sau khi hàn? Bài tập thực hành: Cho liên kết giáp mối như hình vẽ: ha hc S L... định Môdul đàn hồi (E) Mô đun dàn hồi được xác định sẵn: E = 2,1 104KN/cm2 d Xác định mômen quán tính của chi tiết hàn (J) Jx = S h3 12 Ta cũng có thể tính ngay được ứng suất gây ra do uốn là: σu = M Wx = 6P.h 2 S h2 Wx – mô men chống uốn của tấm hàn: Wx= S h2 6 = 3 σ T bn h + Ứng suất dư tổng Một cách gần đúng ta xác định ứng suất tổng bằng cách cộng đại số các ứng suất ở cùng thớ Ta tính một... như hình vẽ: h= 150 S = 12 L = 1800 Biết: Vật liệu cơ bản là thép cacbon có giới hạn chảy σT = 20kN/cm2; Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3.0C; Hàn dưới thuốc với chế độ hàn: I = 650A; U = 40V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η = 0,85; k’2 = 0,4 Tính độ võng dư lớn nhất sau khi hàn đắp vào mép tấm theo chiều dài 2 Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối: * Trường... Như vậy độ võng cực đại khi x = 0,5l Khi đó: fmax = Ml2 8EJ Thay giá trị của M vào ta có: f(x) = P h0 l2 (a – c) 8 E J 2 (h0 – b0) = 3 σT b0 l2 ( a – c) 4.E.h20 (h0 – b0) Từ công thức trên ta thấy khi hàn vào mép tấm (khi hc = 0) thỡ: h0 – b0 = a Có độ võng cực đại là: 3 σT b0 l2 fmax = 4 E h20 Còn khi hàn giáp mối hai tấm thép có chiều rộng bằng nhau ( hc = ha) thì độ vòng f = 0 Bài tập thực hành:... chảy σT Biểu đồ ứng suất được biểu diễn trên hình vẽ Hiện tượng trên chỉ đúng khi tấm hàn là nhỏ hay trung bình, nghĩa là phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng (theo thực nghiệm thì thông thường h0 ≤ 30 0mm) σ=0 +σ -σ P/2 P/2 −σΤ +σ P P/2 P P/2 a b Biểu đồ ứng suất khi hàn giáp mối hai tấm thép có chiều rộng bằng nhau Đối với những tấm lớn thì ứng suất phản kháng σ2 ở những vùng càng xa trục hàn sẽ... nghĩa là hàn giáp mối hai tấm thép có chiều rộng bằng nhau và khi đó mô men uốn bằng không Từ trị số mô men uốn trên ta xác định được ứng suất gây ra khi uốn σu = M W = 6 P h0 (a – c) 2 (h0 – b0) S h20 = 3 σT b0 ( a – c) h0 (h0 – b0) Do mô men uốn làm vật hàn bị cong theo chiều dọc Theo lý thuyết sức bền thỡ độ võng tại một điểm bất kỳ nào đó có toạ độ x được xác định theo công thức: F(x) = M.x(l–x) 2EJ ... thép cacbon có giới hạn chảy σT = 23kN/cm2; Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3.0C; Hàn thuốc với chế độ hàn: I = 600A; U = 32 V; V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η =... 104 kN/cm2; Nhiệt dung khối Cγ= 1,25calo/cm3 0C Hàn lớp thuốc với chế độ hàn: Cường độ dòng điện hàn Ih = 620A; Điện áp hồ quang U = 32 V; Tốc độ hàn V = 35 m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η=0,85 Tính: Độ... 22kN/cm2; Môdul đàn hồi E =2,1.104kN/cm2; Nhiệt dung khối C.γ = 1,25calo/cm3.0C; Hàn thuốc với chế độ hàn: I = 600A; U = 32 V; V = 40m/h; Hệ số nhiệt hữu ích η = 0,85; k’2 = 0,2 Tính độ võng dư lớn