Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Kết cấu giàn gồm các thanh quy tụ và liên kết với nhau tại nút. So với các kết cấu kim loại khác thì kết cấu dạng giàn có những ưu điểm nổi trội như khả năng chịu lực tốt hơn, tiết kiệm vật liệu hơn, chịu được tác động của tải trọng sóng, gió tốt hơn, kết cấu gọn nhẹ hơn,... nên kết cấu giàn thường được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp như: Giàn khoan dầu khí, cột điện cao áp, cần trục, các loại tháp (tháp truyền hình, tháp thông tin vô tuyến điện,...), các công trình công cộng (sân vận động, nhà thi đấu, nhà xưởng,...). Trong các kết cấu dạng giàn, kết cấu giàn dạng ống mà ở đó các thanh giàn chế tạo từ thép dạng ống có ưu điểm hơn bởi kết cấu gọn nhẹ, khả năng chịu tải (đặc biệt là tải trọng xoắn) tốt hơn. Nguyên nhân bởi tiết diện ống có bán kính quán tính lớn nên chúng có độ cứng vững và có độ ổn định cao, chịu nén tốt hơn so với các dạng tiết diện khác. Do vậy mà kết cấu giàn dạng ống đang ngày càng được nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng nhiều hơn so với kết cấu giàn tiết diện khác. Trước đây, khi công nghệ hàn chưa phát triển thì các kết cấu giàn thường được chế tạo bằng ghép bu lông hoặc đinh tán thông qua các thanh giằng và bản mã. Việc chế tạo các kết cấu giàn kiểu này tốn rất nhiều vật liệu và thời gian thi công, kết cấu nặng nề, tốn nhiều chi phí duy tu bảo dưỡng thường xuyên, hay bị gỉ sét,... Vì thế mà ngày nay hai phương pháp chế tạo này ít được sử dụng. Vài chục năm trở lại đây, do công nghệ hàn phát triển và đạt được những thành tựu quan trọng như: chế tạo được các kết cấu có tính thẩm mỹ và đạt độ bền cao, tiết kiệm vật liệu, giảm thời gian và chi phí thi công,... Nên công nghệ hàn đã và sẽ trở thành công nghệ chủ lực để chế tạo các kết cấu kim loại. Nằm trong xu thế đó, công nghệ hàn cũng được ứng dụng để chế tạo các kết cấu giàn kim loại nói chung và kết cấu giàn dạng ống nói riêng. Nhược điểm cơ bản của công nghệ Hàn là gây ra hiện tượng biến dạng và luôn tồn tại ứng suất dư trong kết cấu. Ứng suất dư lớn có thể gây ra nứt trong liên kết, dẫn đến kết cấu bị phá hủy khi chịu tải trọng (đặc biệt là tải trọng động). Thực tế cho thấy nếu không kiểm soát tốt ứng suất dư trong liên kết/ kết cấu hàn thì khả năng làm việc và tuổi thọ của kết cấu bị suy giảm nghiêm trọng. Do vậy, việc đầu tư nghiên cứu xác định ứng suất dư trong liên kết/ kết cấu hàn là cực kỳ quan trọng. Thông qua đó làm cơ sở để xác định chế độ hàn hợp lý và quy trình hàn tối ưu. Một trong những yêu cầu quan trọng khi chế tạo kết cấu giàn là các phần tử liên kết với nhau tại nút giàn phải đảm bảo đúng tâm để các thanh giàn không chịu uốn mà chỉ chịu kéo - nén. Khi áp dụng công nghệ hàn để chế tạo giàn, nếu không có trình tự hàn hợp lý và không hạn chế được ứng suất dư trong kết cấu thì kết cấu sẽ bị biến dạng lớn, các thanh giàn không còn đúng tâm và dẫn đến khả năng chịu tải của kết cấu bị suy giảm nghiêm trọng. Vì tầm quan trọng như thế nên hiện nay nhiều công ty chế tạo kết cấu giàn của Việt Nam (công ty CP Chế tạo Giàn Khoan Dầu Khí, công ty CP Thi công Cơ giới và Lắp máy Dầu khí, công ty CP Kết cấu Kim loại và Lắp máy Dầu khí,…) cũng đang triển khai nghiên cứu biện pháp làm giảm ứng suất dư khi hàn các kết cấu có tiết diện dạng ống rỗng [1, 2]. Diễn biến hình thành ứng suất nói chung, ứng suất dư nói riêng trong kết cấu hàn là rất phức tạp, đặc biệt là đối với các kết cấu lớn với số lượng đường hàn nhiều. Việc xác định trường ứng suất bằng các phương pháp đo đạc truyền thống gặp rất nhiều khó khăn, đôi khi không thực hiện được. Do vậy, việc nghiên cứu tìm ra giải pháp mới để xác định ứng suất trong kết cấu hàn là hết sức cần thiết. Ngay nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử và các thuật toán mô phỏng thông qua các phần mềm chuyên dụng, có thể giải quyết các bài toán đa trường và tính toán chuỗi sự kiện nên việc xác định ứng suất trong kết cấu hàn trở nên thuận lợi và đạt độ chính xác cao. Từ những yếu tố nêu trên, đề tài “Nghiên cứu trạng thái ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ống” là rất cần thiết và cấp bách. Nghiên cứu thành công sẽ là cơ sở khoa học quan trọng để tìm ra chế độ công nghệ và kỹ thuật hàn hợp lý áp dụng trong chế tạo các kết cấu giàn kim loại. Ở Việt Nam, đã có công trình khoa học nghiên cứu về vấn đề này [1, 2] và đạt được một số kết quả nhất định nhưng chưa có nghiên cứu cụ thể đi sâu vào xác định trạng thái, sự phân bố ứng suất dư trong hàn nút giàn dạng ống. Chính vì vậy, hiện nay ngành công nghiệp chế tạo kết cấu thép rất cần có được những nghiên cứu mang chiều sâu nhằm nâng cao chất lượng thành phẩm thông qua chất lượng các liên kết chế tạo. Mục đích nghiên cứu - Xác định chế độ hàn GMAW và trình tự hàn hợp lý cho liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K. - Xây dựng phương pháp nghiên cứu xác định trường nhiệt độ và ứng suất trong liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K. - Đề ra các biện pháp kỹ thuật, công nghệ để giảm ứng suất dư trong liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K. Đối tượng nghiên cứu - Nút giàn dạng ống chữ K với đường kính ống chính là 219mm, chiều dài 900mm, chiều dày 10mm; đường kính ống nhánh là 102mm, chiều dài 350mm, chiều dày 6mm. - Vật liệu thép A572 Grade50. Phạm vi nghiên cứu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG THANH NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Các đóng góp luận án Kết cấu luận án Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Kết luận chương Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Giàn hàn giàn hàn dạng ống 10 2.1.1 Kết cấu giàn 10 2.1.2 Giàn có tiết diện dạng rỗng 11 2.1.3 Ứng dụng kết cấu giàn dạng rỗng 18 2.2 Các phương pháp hàn sử dụng để chế tạo kết cấu giàn hàn 20 2.3 Hàn kết cấu giàn dạng ống q trình hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ 21 2.3.1 Nguyên lý đặc điểm trình hàn 21 2.3.2 Các thông số ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn 22 2.4 Cơ sở tính tốn xác định trường nhiệt độ ứng suất dư hàn 29 2.4.1 Tính tốn trường nhiệt độ liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 30 2.4.2 Sự hình thành ứng suất dư hàn 33 2.5 Các phương pháp xác định ứng suất dư liên kết hàn 40 2.5.1 Giới thiệu chung 40 2.5.2 Các phương pháp xác định ứng suất dư 41 Kết luận chương 45 Chương MÔ PHỎNG SỐ XÁC ĐỊNH TRƯỜNG ỨNG SUẤT DƯ TRONG LIÊN KẾT HÀN NÚT GIÀN DẠNG ỐNG CHỮ K 47 3.1 Đặt vấn đề 47 iii 3.1.1 Mơ tính tốn tốn - nhiệt liên kết hàn 47 3.1.2 Mơ tính tốn q trình chuyển biến pha liên kết hàn 48 3.2 Tính tốn, mô trường ứng suất liên kết hàn phương pháp phần tử hữu hạn 53 3.2.1 Tính tốn mơ tốn nhiệt - đàn hồi - dẻo phương pháp phần tử hữu hạn 53 3.2.2 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn mơ tính tốn liên kết hàn 57 3.3 Mô hình hóa mơ số liên kết nút giàn dạng ống chữ K 59 3.3.1 Mơ hình hóa liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 62 3.3.2 Mơ hình nguồn nhiệt hàn GMAW 70 3.3.3 Các thông số vật liệu 71 3.3.4 Các điều kiện biên điều kiện đầu 74 3.4 Xác định chế độ hàn phù hợp cho liên kết nút giàn dạng ống chữ K 75 3.4.1 Tính tốn xác định chế độ hàn sơ 75 3.4.2 Thông số chế độ hàn mô 79 3.4.3 Hiệu chỉnh mơ hình nguồn nhiệt 79 3.5 Thiết lập trình tự hàn nút giàn dạng ống chữ K 79 3.5.1 Các trình tự hàn nút giàn dạng ống chữ K 79 3.5.2 Thời gian hàn thời gian làm nguội hàn đường 80 3.6 Kết tính tốn mơ 81 3.6.1 Trường nhiệt độ phân bố liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 81 3.6.2 Trường ứng suất liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 86 3.6.3 Chuyển biến pha kim loại mối hàn 96 Kết luận chương 98 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 99 4.1 Mục đích 99 4.2 Thực nghiệm hàn liên kết nút giàn dạng ống chữ K 99 4.2.1 Thiết bị hàn 99 4.2.2 Vật liệu hàn 100 4.2.3 Chuẩn bị mẫu hàn 100 4.2.4 Quy trình thực nghiệm 101 4.2.5 Kiểm tra ngoại dạng liên kết hàn 104 4.3 Xác định ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K kỹ thuật khoan lỗ 105 4.3.1 Thiết bị đo 105 4.3.2 Các bước tiến hành 106 Kết luận chương 110 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 111 iv 5.1 Kích thước vũng hàn 111 5.2 Ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K số vị trí khảo sát 111 5.2.1 Tại vị trí 111 5.2.2 Tại vị trí 113 5.2.3 Tại vị trí 114 5.2.4 Tại vị trí 115 5.3 Kiểm chứng kết tính tốn mô ứng suất dư liên kết nút giàn dạng ống chữ K 117 5.3.1 Tại vị trí 117 5.3.2 Tại vị trí 117 5.3.3 Tại vị trí 118 5.3.4 Tại vị trí 118 5.4 Đề xuất biện pháp làm giảm ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 119 5.4.1 Các biện pháp kết cấu 119 5.4.2 Các biện pháp công nghệ 120 Kết luận chương 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 Kết luận 122 Kiến nghị 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 128 v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Viết tắt AWS SAW Đơn vị GMAW GTAW SMAW FCAW HAZ KLCB KLMH PP-PTHH CHS CJP PJP CP DT S, d vh Uh Ih B ddh x Von misses stress Stress XX Stress YY Stress ZZ T TCXDVN LKH FZ A Ltt a c C.R mm mm/s V A mm mm MPa MPa MPa MPa MPa o C mm2 mm W/m độ J/kg.K o Cs-1 Ý nghĩa Hiệp hội hàn Mỹ Hàn hồ quang tự động lớp thuốc Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang que hàn thuốc bọc Hàn hồ quang day hàn lõi thuốc Vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat affected zone) Kim loại Kim loại mối hàn Phương pháp phần tử hữu hạn Tiết diện rỗng dạng ống Hàn ngấu hoàn toàn Hàn ngấu phần Cổ phần Phá hủy Chiều dày vật hàn Vận tốc hàn Điện áp hồ quang Dòng điện hàn Tầm với điện cực Đường kính điện cực Ứng suất dư Ứng suất tương đương Ứng suất pháp theo phương X Ứng suất pháp theo phương Y Ứng suất pháp theo phương Z Sự chênh lệch nhiệt độ Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Liên kết hàn Vùng nóng chảy Diện tích làm việc mối hàn Chiều dài tính tốn đường hàn Độ dẫn nhiệt Nhiệt dung riêng Tốc độ nguội Hiệu suất hồ quang vi Hm-Hc k Pr Q q0 c Re T t T0 Tc Δt8/5 m J/mm3 W/mmoC W J/mm J/mm3oC o C s o C o C s l/phút Gia số Enthalpy Hệ số dẫn nhiệt Hệ số Prandtl Nhiệt lượng tỏa Năng lượng đường Nhiệt dung khối Hệ số Reynolds Nhiệt độ thời điểm khảo sát Thời gian Nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ nóng chảy vật liệu Thời gian nguội từ 800oC ÷ 500oC Lưu lượng khí bảo vệ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng So sánh giới hạn bền xoắn số tiết diện đặc trưng 14 Bảng 2 Tốc độ cấp dây cường độ dòng điện hàn khí bảo vệ CO2 24 Bảng Ảnh hưởng tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn 27 Bảng Ảnh hưởng góc nghiêng điện cực đến hình dạng mối hàn 28 Bảng Một số thông số hàn tiêu biểu dùng cho hàn thép 28 Bảng Nhiệt độ chuyển biến pha thép S355J2G3 51 Bảng Thông số mối ghép chữ K 65 Bảng 3 Mơ hình nguồn nhiệt hàn thực nghiệm theo Goldak 71 Bảng Chế độ hàn sơ 77 Bảng Chế độ hàn sơ 77 Bảng Chế độ hàn sơ 78 Bảng Chế độ hàn thực nghiệm liên kết nút giàn dạng ống chữ K 79 Bảng Chế độ hàn mô liên kết nút giàn dạng ống chữ K 79 Bảng Thời gian hàn thời gian làm nguội 80 Bảng 10 Kí hiệu quy ước tổ chức kim loại hàn 96 Bảng Bảng thông số kỹ thuật máy hàn series KR 99 Bảng Thành phần hóa học dây hàn 100 Bảng Cơ tính dây hàn ER 70S 100 Bảng 4 Thành phần hóa học kim loại 101 Bảng Cơ tính thép A572 Grade 50 101 Bảng Chế độ hàn liên kết hàn chữ K tiết diện ống 101 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 111 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 113 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 114 Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí 116 Bảng 5 Kết so sánh ứng suất dư vị trí 117 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí 119 Bảng Bảng so sánh kết mô đo ứng suất khoan lỗ 119 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình Kết cấu thép: a) Liên kết đinh tán; b) Liên kết hàn bán bu lơng 10 Hình 2 Liên kết giàn hàn a) Tiết diện hình hộp; b) Tiết diện thép góc 10 Hình Các loại giàn 11 Hình Các loại nút giàn 12 Hình Các thơng số hình học mối ghép chữ K 12 Hình Kiểu tiết diện ống rỗng tự nhiên 13 Hình Ứng dụng kết cấu dạng ống 13 Hình Sơn bảo vệ bề mặt thép (a); Cây cầu Fifth of Forth (b) 14 Hình Ảnh hưởng áp lực gió (chất lỏng) đến loại tiết diện ngang 14 Hình 10 Một số ví dụ giàn 15 Hình 11 Liên kết hàn bán bu lơng – đai ốc 16 Hình 12 Liên kết hàn thơng qua mã 16 Hình 13 Một số kiểu ghép liên kết hàn dạng ống 17 Hình 14 Liên kết hàn ống chữ K phẳng 17 Hình 15 Một số loại mối ghép kết cấu rỗng đa phương 18 Hình 16 Liên kết hàn ống đa phương 18 Hình 17 Một số kết cấu sử dụng vật liệu ống 19 Hình 18 Kết cấu rỗng xây dựng 20 Hình 19 Sơ đồ nguyên lý hàn GMAW 21 Hình 20 Ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn đến hình dạng mối hàn 23 Hình 21 Ảnh hưởng mật độ dòng điện hàn đến hình dạng mối hàn 24 Hình 22 Ảnh hưởng điện áp hàn đến hình dạng mối hàn 25 Hình 23 Ảnh hưởng tốc độ hàn đến hình dạng mối hàn 26 Hình 24 Tầm với điện cực (a) Quan hệ dòng điện – Tầm với điện cực (b) 26 Hình 25 Tầm với điện cực dịch chuyển ngắn mạch (a); Tầm với điện cực dịch chuyển tia dọc trục (b) 27 Hình 26 Ảnh hưởng tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn 27 Hình 27 Ảnh hưởng góc nghiêng điện cực đến hình dạng mối hàn 27 Hình 28 Lưu lượng khí phụ thuộc đường kính chụp khí dòng điện hàn 28 Hình 29 Tương quan vị trí nhiệt độ 31 Hình 30 Ba trạng thái hàn hồ quang 32 Hình 31 Mơ hình nguồn nhiệt di động 33 Hình 32 Biến dạng đàn hồi dẻo đơn trục vật liệu 35 Hình 33 Lý tưởng hóa đường cong ứng suất – biến dạng 36 Hình 34 Quá trình hình thành ứng suất dư hàn 38 Hình 35 Sự phân bố ứng suất dư liên kết hàn giáp mối (a) Hàn liên tục; (b) Hàn phân đoạn 39 Hình 36 Sự phân bố ứng suất liên kết hàn góc 39 Hình 37 Phân bố ứng suất dư dọc ngang liên kết hàn góc 40 Hình 38 Cảm biến để xác định biến dạng dư 42 Hình 39 Sự phân bố ứng suất dư a) Ứng suất phân bố ; b) Ứng suất phân bố không 42 Hình 40 Nguyên lý nhiễu xạ tia X 43 Hình 41 Thiết bị siêu âm 45 ix Hình Sơ đồ học tính tốn hàn 47 Hình Các vấn đề thiết kế kiểm tra mối hàn (QA/QC – đảm bảo chất lượng, kiểm soát chất lượng) 48 Hình 3 Quan hệ phương pháp tính thực nghiệm 48 Hình Đồ thị chuyển biến pha 49 Hình Giản đồ pha sắt – bon 50 Hình Cấu trúc kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt 51 Hình Cấu trúc tế vi hàn lớp (a); nhiều lớp (b) 52 Hình Mối quan hệ trường khác phân tích hàn 53 Hình Các bước xây dựng dạng hình học tính tốn 58 Hình 10 Một số mơ hình vật thể lý tưởng 58 Hình 11 Trình tự lựa chọn q trình mơ 59 Hình 12 Các chương trình mơ hàn 60 Hình 13 Khả tính tốn SYSWELD 61 Hình 14 Trình tự thực hiên mơ hàn 63 Hình 15 Quy cách thiết kế mối ghép chữ K tiết diện rỗng 64 Hình 16 Mơ hình 3D liên kết hàn chữ K 64 Hình 17 Bố trí đường hàn, lớp hàn 65 Hình 18 Kiểu lưới phần tử a) Phần tử 1-D; (b, c) Phần tử 2-D; d) Phần tử 3-D 66 Hình 19 Định đoạn chia lưới ống 66 Hình 20 Kích thước lưới vùng mối hàn vùng HAZ 67 Hình 21 Chia lưới hồn chỉnh ống 67 Hình 22 Chia lưới ống nhánh 68 Hình 23 Chia lưới mối hàn 68 Hình 24 Nút thuộc phần tiếp xúc 68 Hình 25 Mơ hình hố liên kết hàn chữ K 69 Hình 26 Điểm bắt đầu kết thúc đường hàn 70 Hình 27 Mơ hình nguồn nhiệt hàn GMAW 70 Hình 28 Khối lượng riêng thép S355J2G3 71 Hình 29 Hệ số dẫn nhiệt thép S355J2G3 72 Hình 30 Nhiệt dung riêng thép S355J2G3 72 Hình 31 Giới hạn chảy thép S355J2G3 73 Hình 32 Đồ thị CCT thép S355J2G3 73 Hình 33 Đường cong hóa bền – biến dạng 74 Hình 34 Mơ hình vỏ trao đổi nhiệt 74 Hình 35 Quỹ đạo đường hàn đường dẫn 75 Hình 36 Vị trí kẹp chặt liên kết hàn ống chữ K mô 75 Hình 37 Thiết kế mối ghép 76 Hình 38 Hình ảnh mối hàn chế độ hàn 77 Hình 39 Hình ảnh mối hàn chế độ hàn 78 Hình 40 Hình ảnh mối hàn chế độ hàn 78 Hình 41 Hiệu chỉnh mơ hình nguồn nhiệt 79 Hình 42 Trình tự thực đường hàn 80 Hình 43 Kỹ thuật Contour Display of Activated Elements Sysweld 2015 81 Hình 44 Trường nhiệt độ mô trường hợp hàn thứ a) Đường hàn 1; b) Đường hàn 2; c) Đường hàn 82 x Hình 45 Hình dạng vũng hàn đường đẳng nhiệt hàn đường 82 Hình 46 Trường hợp nút khơng trùng 83 Hình 47 Chu trình nhiệt nút 22526 thuộc đường hàn lót trường hợp hàn 84 Hình 48 Chu trình nhiệt hàn vùng HAZ trường hợp hàn 84 Hình 49 Chu trình nhiệt nút theo chiều dày thành ống 85 Hình 50 Đồ thị nhiệt độ nút 66879 85 Hình 51 Ứng suất tương đương 86 Hình 52 Ứng suất pháp theo phương X 87 Hình 53 Ứng suất pháp theo phương Y 89 Hình 54 Ứng suất dư tập trung điểm đầu cuối đường hàn 89 Hình 55 Phân bố ứng suất hàn đường ống nhánh 90 Hình 56 Phân bố ứng suất hàn đường thứ ống nhánh 90 Hình 57 Phân bố ứng suất hàn đường thứ ống nhánh 90 Hình 58 Phân bố ứng suất hàn đường thứ ống nhánh 91 Hình 59 Phân bố ứng suất hàn đường thứ ống nhánh 91 Hình 60 Phân bố ứng suất hàn đường thứ 92 Hình 61 Sự phân bố ứng suất dư sau hàn 2400s 92 Hình 62 Sự phân bố ứng suất dư sau hàn 4000s 93 Hình 63 Phân bố ứng suất Von mises bề mặt ống 93 Hình 64 Phân bố ứng suất dư bề mặt ống theo phương X trường hợp hàn 93 Hình 65 Phân bố ứng suất dư Von mises theo chiều dài ống 94 Hình 66 Sự phân bố ứng suất dư vùng HAZ theo chiều dày thành ống 94 Hình 67 Đường lấy kết ứng suất dư theo chiều dày thành ống 95 Hình 68 Phân bố ứng suất dư theo đường Đ2 Đ5 95 Hình 69 Phân bố ứng suất dư theo đường Đ3 Đ6 96 Hình 70 Phân bố ứng suất dư theo đường Đ1 Đ3 96 Hình 71 Chuyển biến pha hàn a) Pha Mactensit; b) Pha Bainite; c) Pha Mactensit ram; d) Pha Ostenite dư 97 Hình Thiết bị hàn GMAW 99 Hình Quy cách mối ghép chữ K tiết diện ống 100 Hình Thiết kế mối hàn 100 Hình 4 Chuẩn bị mối ghép hàn thực nghiệm 101 Hình Gá đính phơi hàn liên kết ống chữ K 102 Hình Điều chỉnh chế độ hàn 102 Hình Hàn lớp lót, đường hàn thứ 102 Hình Hàn lớp phủ, đường hàn thứ 103 Hình Hàn lớp phủ, đường hàn thứ 103 Hình 10 Liên kết hàn chữ K hoàn thiện 104 Hình 11 Đường hàn thứ 104 Hình 12 Đường hàn thứ 104 Hình 13 Đường hàn thứ 105 Hình 14 Thiết bị đo ứng suất biến dạng - P3 105 Hình 15 Lá đo điện trở 106 Hình 16 Các loại mũi khoan 106 Hình 17 Vị trí đặt đo điện trở mẫu 107 xi Hình Phân bố ứng suất theo phương X Y vị trí Hình 5.7 cho ta biết phân bố ứng suất dọc trục theo phương X Y (vị trí khoan lỗ thứ 2), ứng suất dư kéo lớn theo phương X Y biến thiên theo chiều sâu lỗ khoan đạt giá trị cực đại 220 MPa độ sâu 0,83 mm ứng suất dư nén đạt 560 MPa độ sâu 1,0 mm Vị trí khoan lỗ thứ cách chân mối hàn phía sườn khoảng 15 mm Tại vị trí liên kết hàn đảm bảo điều kiện bền 5.2.3 Tại vị trí Hình Vị trí lỗ khoan Hình 5.8 thể vị trí lỗ khoan thứ liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K, vị trí lỗ khoan ống chính, thuộc vùng HAZ cách chân mối hàn khoảng 20 mm cách ống nhánh khoảng 47 mm Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí Chiều sâu Ứng suất dư (MPa) lỗ khoan Smax Smin Tmax SX SY TXY (o) x 0,04 30 14 -64 25 11 15,7 0,2 -10 -63 37 -73 -38 10 -7 42,15 0,5 -43 -138 48 -89 -138 -43 123,04 0,8 671 327 172 -74 350 89 470,39 Trung bình 162,82 Hình 5.9 mơ tả phân bố ứng suất vị trí cho thấy ứng suất dư thay đổi theo chiều sâu lỗ khoan Ứng suất dư kéo đạt giá trị đỉnh chiều sâu 0,8 mm ứng suất dư nén đạt giá trị đỉnh chiều sâu 0,76 mm Tại độ sâu mm, ứng suất dư theo phương X Y đạt giá trị đỉnh 100 MPa 420 MPa 114 Hình Phân bố ứng suất vị trí Hình 10 Phân bố ứng suất theo phương X Y vị trí Hình 5.10 mơ tả phân bố ứng suất dư theo chiều sâu lỗ khoan vị trí theo phương X (đường màu xanh) theo phương Y (đường màu đỏ) Trên hình ảnh cho ta thấy ứng suất theo phương Y có giá trị lớn theo phương X, ứng suất kéo theo phương Y đạt giá trị đỉnh 600 MPa (vượt qua giới hạn chảy vật liệu bản), ứng suất nén theo phương X đạt giá trị đỉnh 600 MPa độ sâu 0,75 mm Tuy nhiên, ứng suất dư theo phương X Y lại giảm xuống độ sâu mm 5.2.4 Tại vị trí Hình 11 Vị trí lỗ khoan Hình 5.11 thể vị trí lỗ khoan thứ liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K, vị trí lỗ khoan thuộc vùng HAZ cách chân mối hàn 10mm, nằm ống nhánh 115 cách ống nhánh khoảng 100mm Bảng Kết đo ứng suất dư khoan lỗ vị trí Chiều sâu Ứng suất dư (MPa) lỗ khoan Smax Smin Tmax SX SY (o) 0,04 24 -52 38 -22 13 -41 0,2 70 -118 94 -16 56 -105 0,5 81 -195 138 -18 54 -168 0,76 89 58 16 20 85 61 Trung bình TXY 27 48 82 -10 x 62,19 157,15 237,24 85,56 135,54 Hình 12 Phân bố ứng suất vị trí Hình 5.12 mơ tả phân bố ứng suất vị trí lỗ khoan thứ ta thấy ứng suất dư biến thiên theo chiều sâu lỗ khoan Ta thấy ứng suất dư kéo nằm khoảng 200 MPa 60% so với giới hạn chảy vật liệu Ứng suất dư nén có giá trị lớn giới hạn chảy vật liệu, vị trí chiều sâu ≈ 0,8 mm giá trị đỉnh 580 MPa lớn nhiều so với giới hạn chảy Tuy nhiên, theo nghiên cứu nhà khoa học nước ứng suất dư nén liên kết hàn khơng gây nguy hiểm tới khả chịu tải Hình 13 Phân bố ứng suất theo phương X Y vị trí Tương tự với hình 5.13 mơ tả phân bố ứng suất dư theo phương X Y, chiều sâu lỗ khoan 0,6 mm ứng suất dư kéo đạt giá trị cực đại tương ứng 210 MPa 195 MPa Ứng suất dư nén lớn chiều sâu lỗ khoan ≈ 0,8 mm theo phương X đạt giá trị ≈ 600 MPa, theo phương Y đạt giá trị 300 MPa 116 5.3 Kiểm chứng kết tính tốn mơ ứng suất dư liên kết nút giàn dạng ống chữ K 5.3.1 Tại vị trí Hình 14 Vị trí đo ứng suất dư: (a) mơ hình (b) mẫu (VT 1) Bảng 5 Kết so sánh ứng suất dư vị trí Kết đo ứng suất dư Khoan lỗ Mô Sai lệch (MPa) 101,24 106,23 4,98MPa Trên hình 5.14a kết ứng suất dư nút 71479 có giá trị 106,23 MPa Nút tương ứng với vị trí khoan lỗ số vật hàn, cách tâm ống 32 mm So sánh với kết đo phương pháp khoan lỗ thấy ứng suất dư xác định phương pháp khoan lỗ có giá trị nhỏ mô 4,98 MPa Như vậy, khẳng định kết mô thực nghiệm vị trí chấp nhận 5.3.2 Tại vị trí Hình 15 Vị trí đo ứng suất dư mẫu mơ hình mơ (VT 2) 117 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí Kết đo ứng suất dư Khoan lỗ Mô Sai lệch (MPa) 100,00 105,62 5,62MPa Trên hình 5.15a kết ứng suất dư nút 36943 có giá trị 105,62 MPa Nút tương ứng với vị trí khoan lỗ số vật hàn, cách tâm ống 126mm So sánh với kết đo phương pháp khoan lỗ thấy ứng suất dư xác định phương pháp khoan lỗ có giá trị nhỏ mô 5,62MPa 5.3.3 Tại vị trí Hình 16 Vị trí đo ứng suất dư mẫu mơ hình mơ (VT 3) Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí Kết đo ứng suất dư Khoan lỗ Mô Sai lệch (MPa) 162,82 158,90 3,9MPa Trên hình 5.16a kết ứng suất dư nút 28731 có giá trị 158,90 MPa Nút tương ứng với vị trí khoan lỗ số vật hàn, cách tâm ống 47mm So sánh với kết đo phương pháp khoan lỗ thấy ứng suất dư xác định phương pháp khoan lỗ có giá trị lớn mơ 3,9MPa 5.3.4 Tại vị trí Hình 17 Vị trí đo ứng suất dư mẫu mơ hình mơ (VT 4) 118 Bảng Kết so sánh ứng suất dư vị trí Kết đo ứng suất dư Khoan lỗ Mô Sai lệch (MPa) 135,54 134,80 1MPa Trên hình 5.17a kết ứng suất dư nút 14617 có giá trị 113,48 MPa Nút tương ứng với vị trí khoan lỗ số vật hàn, cách tâm ống 100mm So sánh với kết đo phương pháp khoan lỗ thấy ứng suất dư xác định phương pháp khoan lỗ có giá trị lớn mơ 1MPa Tổng hợp kết mô thực nghiệm Bảng Bảng so sánh kết mô đo ứng suất khoan lỗ Kết ứng Vị trí Vị trí Vị trí Vị trí suất dư (MPa) Mơ 106,23 105,62 158,90 134,80 Khoan lỗ 101,24 100,00 162,82 135,54 Sai lệch 4,98MPa 5,62MPa 3,92MPa 1MPa Bảng 5.9 thể ứng suất dư vị trí đo mẫu thực nghiệm liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K ta thấy vị trí sai lệch ứng suất dư đo phương pháp khoan lỗ tính tốn mơ số phần mềm SYSWELD có giá trị lớn 5,62MPa (tương đương 5%) Còn vị trí khác sai lệch ứng suất dư 5%, vị trí khoan lỗ ống nhánh sai lệch ứng suất dư nhỏ 1% Như với kết thu nhận đo đạc mô lần khẳng định mơ hình mơ mơ hình thực nghiệm có tương đồng cao 5.4 Đề xuất biện pháp làm giảm ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Các mối hàn liên kết nút giàn dạng ống chữ K mối hàn khép kín nên thường có ứng suất dư lớn, cần phải có biện pháp kết cấu cơng nghệ hợp lý nhằm giảm ứng suất dư hàn gây để tăng khả làm việc kết cấu giảm chi phi cho việc khắc phục ứng suất dư hàn gây liên kết 5.4.1 Các biện pháp kết cấu - Khi lựa chọn vật liệu hàn cần đảm bảo cho kim loại mối hàn có độ dẻo khơng thấp tính dẻo kim loại - Đây dạng mối hàn khép kín chu vi ống nhánh nhỏ ứng suất dư hàn nút giàn chữ K cao Tuy nhiên lựa chọn ống nhánh to làm tăng chi phí Vì phạm vi cho phép nên ưu tiên lựa chọn ống nhánh có đường kính lớn chiều dày mỏng - Thông thường nút giàn chữ K sử dụng kết cấu lớn, phức tạp ví dụ kết cấu giàn khoan dầu khí, chế tạo kết cấu nên chí thành mơ đun, hàn thành khối riêng rẽ sau hàn khối lại với để tạo thành kết cấu hồn chỉnh làm giảm co ngang mối hàn giảm ứng suất dư - Cần sử dụng đồ gá để đảm bảo xác lắp ghép Việc gá lắp ống nhánh hàn cần đảm bảo cho đường tâm ống nhánh phải qua đường tâm ống Trong trường hợp nút giàn dạng chữ K ghi gá lắp cần đảm bảo đường tâm ba ống phải nằm mặt phẳng 119 5.4.2 Các biện pháp công nghệ 5.4.2.1 Các biện pháp công nghệ thực trình hàn - Hàn với lượng đường phù hợp cho ứng suất dư hàn nhỏ Hàn với lượng đường phù hợp cho chiều rộng vùng ứng suất tác động nhỏ so với hàn với lượng đường lớn - Khi cần thiết cần tăng số lớp hàn để giảm lượng đường cho lớp Đồng thời nhiệt độ đường hàn sau có tác dụng trường hợp ram khử ứng suất đường hàn trước sinh - Khi hàn nhiều lớp cần đảm bảo cho kim loại mối hàn phải có tính dẻo cao để giảm ứng suất co ngang - Khi chiều dày ống nhánh lớn, đặc biệt với loại thép dễ bị tơi cần nung nóng sơ đồng thời giảm bớt cường độ dòng điện hàn để tránh ứng suất dư lớn làm nứt mối hàn - Điểm bắt đầu điểm kết thúc đường hàn sau không trùng với điểm bắt đầu hay điểm kết thúc đường hàn trước - Đặc biệt cần lưu ý thực trình tự hàn Khi hàn mối hàn nút giàn dạng ống chữ K mà có nhiều đường hàn nên hàn đường hàn chiều cho ứng suất dư nhỏ hàn đường hàn ngược chiều Khi hàn đường hàn cần sử dụng trình tự hàn từ góc hẹp góc lớn để làm giảm giá trị ứng suất dư khu vực mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Với trình tự hàn làm thay đổi phân bố ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 5.4.2.2 Các biện pháp công nghệ thực sau hàn Trên sở kỹ thuật mô số trình hàn liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K, ta biết vị trí tập trung ứng suất dư lớn từ áp dụng số biện pháp làm giảm ứng suất dư sau: - Bắn bi vị trí tập trung ứng suất dư cao (điểm kết thúc đường hàn) nhằm làm phân bố lại ứng suất dư - Nung cục vị trí tập trung ứng suất dư cao làm phân bố lại ứng suất dư Đối với kết cấu thép cần ý khơng nung nóng q 650oC để tránh làm thay đổi tổ chức kim loại - Sử dụng phương pháp ram để khử ứng suất dư cách gia nhiệt kết cấu hàn đến nhiệt độ 6000C÷6500C với tốc độ tăng nhiệt 80oC÷900C giờ, thời gian giữ nhiệt nhiệt độ khoảng phút/1mm chiều dày ống (tính theo chiều dày ống dày nhất); sau để kết cấu nguội chậm với tốc độ nguội 800C/giờ - Rung khử ứng suất dư vị trí gần vị trí tập trung ứng suất dư cao (mối hàn phía trong) lòng ống nhánh Kết luận chương Trong chương này, tác giả đã: Kiểm chứng kích thước vũng hàn thu mô tương đồng với kết đo Với chế độ hàn sử dụng bảng 3.7 kết đo chiều dài vũng hàn 16,5mm tương đồng với kết mơ 17,85mm Điều chứng minh mơ hình mơ với điều kiện tính tốn thiết lập phù hợp với thực tiễn Đã xác định giá trị ứng suất dư vị trí khảo sát liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K kỹ thuật khoan lỗ Trong đó, ứng suất vị trí đạt giá trị 120 lớn 162,82 MPa nhỏ vị trí đạt giá trị 100 MPa hàn với chế độ hàn cho bảng 3.8 Qua so sánh kết đo đạc ứng suất dư kỹ thuật khoan lỗ với mô số, ta nhận thấy giá trị ứng suất dư chênh lệch lớn 5,62 MPa (vị trí 2) Điều chứng minh mơ hình mơ xây dựng phản ánh thực tế Từ đó, khuyến cáo sử dụng phương pháp mô số phần mềm SYSWELD để tính tốn, xác định trường ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Nhằm mục đích tiết kiệm chi phí, giảm thời gian nghiên cứu; thu nhận hình ảnh trực quan kết nghiên cứu toàn liên kết mà phương pháp thực nghiệm khó thực Qua nghiên cứu trạng thái ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K, tác giả đề xuất biện pháp để giảm ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận án này, tác giả xác định thơng số chế độ hàn trình tự hàn hợp lý liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K với mối hàn nhiều đường, nhiều lớp Đã xây dựng phương pháp nghiên cứu mô tính tốn trường nhiệt độ ứng suất liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Cụ thể kết nghiên cứu mà luận án đạt bao gồm: Đã mơ hình hóa liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K cách kết hợp phần mềm thiết kế Inventor Catia để xây dựng mơ hình 3D Đã nhúng thành cơng mơ hình 3D vào phần mềm VISUALMESH để chia lưới cho nút giàn dạng ống chữ K Đã ứng dụng thành cơng phần mềm SYSWELD để tính tốn, mô xác định trường nhiệt độ, trường ứng suất tác động ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Để trình mơ đạt độ xác phản ánh thực tế, mơ hình nút giàn dạng ống tác giả khuyến cáo sử dụng loại phần tử Linear Hex 8, kích thước lưới nằm khoảng 1÷ mm Kết tính tốn, mơ ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K phản ánh với thực nghiệm đo ứng suất dư phương pháp khoan lỗ Từ chứng minh tính đắn phương pháp mơ Do vậy, sử dụng phương pháp mơ để dự đoán trước ứng suất dư liên kết nút giàn dạng ống chữ K Từ đó, làm sở xác định chế độ hàn trình tự hàn hợp lý nhằm giảm ứng suất dư liên kết Thông qua nghiên cứu mô thực nghiệm, liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K luận án khuyến cáo hàn từ góc hẹp góc lớn ứng suất dư ln nhỏ hàn theo hướng ngược lại Ứng suất dư điểm bắt đầu mồi hồ quang nhỏ ứng suất dư điểm kết thúc hồ quang Trong liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K hàn nhiều đường, nhiều lớp ứng suất dư phân bố theo chiều dày thành ống vùng ảnh hưởng nhiệt có xu hướng giảm dần từ bề mặt vào độ sâu khoảng 1/3 chiều dày thành ống, sau lại tăng lên xuống phía thành ống Trong đó, vị trí xa nguồn nhiệt ứng suất dư lại có xu hướng giảm chủ yếu xét từ bề mặt xuống thành ống Khi hàn nhiều đường, nhiều lớp ứng suất dư tập trung đường hàn phía (đường hàn lót), chân mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt có ứng suất cao Kiến nghị Bản luận án bỏ ngỏ số vấn đề chưa triển khai nghiên cứu, kiến nghị tác giả sau nghiên cứu tiếp vấn đề đây: Nghiên cứu ứng suất dư kết cấu giàn dạng ống chiều để ứng dụng kết cấu giàn không gian Nghiên cứu tác động ứng suất nút giàn với 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt [1] Huỳnh Minh Sơn (2008), Bài báo: Nghiên cứu làm việc tính tốn liên kết hàn giàn thép ống tiết diện rỗng, chịu tải trọng tĩnh [2] Nguyễn Văn Đức cộng (2011), Nghiên cứu thiết kế chi tiết công nghệ chế tạo chân giàn khoan tự nâng 90 m nước, Công ty CP Chế tạo Giàn khoan Dầu khí [3] Nguyễn Đình Đức (2011), Sức bền vật liệu kết cấu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Lê Đình Tâm (2003), Cầu thép, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [5] Ngô Lê Thông (2007), CNHNC, Tập 1, NXB KHKT, Hà Nội [6] Vũ Huy Lân, (2013), Giáo trình Vật liệu hàn, NXB Bách khoa – Hà Nội [7] Nguyễn Văn Thông (2004), Vật liệu công nghệ hàn, NXB KHKT, Hà Nội [8] Nghiêm Hùng (2004), Vật liệu học, NXB KHKT - Hà Nội [9] Ngô Lê Thông (2007), CNHNC, Tập 2, NXB KHKT, Hà Nội [10] Đinh Quang Tuế, Nguyễn Tiến Dương, Xác định thông số điều khiển q trình hàn hồ MIG/MAG ảo, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số năm 2014, Trang 88-93 [11] Nguyễn Tất Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo, NXB Giáo dục Việt Nam [12] Nguyễn Thế Ninh (2008), Truyền nhiệt hàn ứng dụng, NXB Bách khoa, Hà Nội [13] Nguyễn Tiến Dương (2008), Tập giảng Truyền nhiệt vật hàn, Đại học Bách Khoa Hà Nội [14] Nguyễn Tiến Dương (2014), Tập giảng Mô tính tốn hàn, Đại học Bách Khoa Hà Nội [15] Hồng Tùng (2002), Sổ tay Cơng nghệ Hàn - NXB Giáo dục - Hà Nội [16] Trần Ích Thịnh (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB KHKT, Hà Nội [17] Tập giảng Kết cấu hàn, Đại học Bách Khoa Hà Nội [18] Đỗ Thành Trung (2013), Ansys – Phân tích ứng suất biến dạng, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh [19] Phạm Quang Huy, Trịnh Vũ Khuyên (2016), Giáo trình thực hành thiết kế khí với Solidworks, NXB Thanh niên [20] Phan Nguyên Di (2001), Cơ học môi trường liên tục, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội [21] Vũ Đình Toại (2014), Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhơm – thép q trình hàn TIG, Đại học Bách Khoa Hà Nội Tài liệu tham khảo tiếng Anh [22] Jeffrey Paker (2012), Hollow Structural Section Connections, American Institute of Steel Construction [23] J Wardenier (2001), Hollow sections in structural application, Delft University of Technology The Netherlands [24] Zhao, X.L., Herion, S., Packer, J.A., Puthli, R.S., Sedlacek, G., Wardenier, J., Weynand, K., van Wingerde, A.M and Yeomans, N.F (2001), Design Guide for Circular and Rectangular Hollow Section Welded Joints under Fatigue 123 [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] Loading,CIDECT Design Guide No 8, CIDECT (Ed.) and Verlag TÜV Rheinland, Köln, Germany International Institute of Welding (1984), Welding of Tubular Structures, Pergamon Press Office Corus Tubes, Structural and Conveyance Business (2005), Design of SHS welded joints, pp 12 I Ryan (1987), Welded Tubular Joint, Printed in France, ISBN 2-7108-05308 Gang Zhao (2006), Finite Element Analysis and Design of Welded CHS Connections (Thesis), Raleigh, NC AWS - D1.1 M: 2010, An American National Standard Börjesson, L & Lindgren, L.-E (2001) Thermal, metallurgical and mechanical models for simulation of multipass welding ASME Journal of Engineering Materials and Technology, 123, 106–111 C Heinze, C Schwenk, M Rethmeier (2011) Numerical calculation of residual stress development of multi-pass gas metal arc welding, Journal of Construcional Steel Research 72, pp 12-19 Argyris, J.H.; Szimmat, J.; Willam, K.I (1985): Finite element analysis of arc welding processes In: Numerical methods in heat transfer, Vol (Ed R.W Lewis), pp 1-34 London: J Wiley C Acevedo, A Nussbaumer, Residual Stress Estimation of Welded Tubular K-joints under Fatigue Loads Cynthia L Jenney and Annette O'Brien (Editor), Welding Handbook, Vol 1: Welding Science and Technology, American Welding Society; 9th edition (January 19, 2001) Dieter Radaj (1992), Heat effects of welding: Temperature field, residual stresses, Distortion, Springer – Verlag Editor Leonard P Connor (1987), Welding Handbook Volume 1: Welding Technology, American Welding Society Owner’s Manual for Digital Inverter Series DP400/ DM350, Daihen Comporation, page 21, page 22 and page 25 ESI Group, 99 Rue Des, Solets Silic 112 94513 Rungis Cedex FRANCE EN ISO 5817: 2003 European Standard Farid Vakili-Tahami, Finite Element Analysis of the In-service-Welding of T Joint Pipe Connections Farong, Y.; Huadong, S.: Transient temperature fields and residual stress fields of metallic materials under welding In [18], pp 504-509 G Totten, M Howes, T Inoue (2002), Handbook of Residual stress and Deformation of Steel, Materials Park, Ohio Nguyen, N.T., Ohta, A., Matsuoka, K., Suzuki, N., and Maeda, Y (1999) Analytical solutions for transient temperature of semi-infinite body subjected to 3-D moving heat sources Welding Journal Research Supplement, August, 265-274 Gary S Schajer (2013), Practical residual stress measurement methods, University of Bristish Columbia, Vancouver, Canada 124 [45] Ueda, Y.; Yamakawa, T (1972): Thermal stress analysis of metals with temperature dependent mechanical properties In: Mechanical behavior of materials, Vo!' III, pp 10-20 Soc Mat Science, Jap [46] Gunaraj and Murugan, Prediction and control of weld bead geometry and shape relationships in submerged arc welding of pipes, J of Materials Processing Tech, Vol 168 2005, 478-487 [47] Zamiri Akhlaghi (2014), Welding Simulation and Fatigue Assessment of Tubular K-Joint in high Strength Steel (thesis No 6158) [48] M.Sc Bradáě J PhD Calibration of heat source model in numberical simulations of fusion welding [49] Andrzej Służalec, Theory of Thermomechanical Processes in Welding, 2005 [50] International Welding Engineer (2005), Welding processes and equipment, SLV Duisburg – Branch of GSI mbH [51] Ha Xuan Hung (2003), A study on the texture evolution and residual stress distribution during gas metal arc welding process, Seoul National University [52] Goldak, J., Chakravarti, A., and Bibby, M (1984) A new finite element model for welding heat source Metallurgical Transactions B, 15B, 299-305 [53] Guth, W.; Szimmat, J.: Numerical and experimental determination of residual stresses in multi-layer welds In [16], pp 1025-1031 [54] John A.Goldak, Mehdi Akhlaghi (2005), Computational welding mechanics, Springer [55] Buchmayr, B.; Kirkaldy, 1.S (1990): Modeling of the temperature field, transformation behavior, hardness and mechanical response of low alloy steels during cooling from the austenite region J Heat Treat no 2, pp 127-136 [56] Josefson, L.; et a!.: Transient and residual stresses in a single-pass butt welded pipe In [18], pp 497-503 [57] Karlsson, R.I and Josefson, B.L (1990) Three Dimensional Finite Element Analysis of Temperature and Stresses in a Single-Pass Butt-Welded Pipe, ASME Journal of Pressure Vessel Technology, Vol 112, pp 76-84 [58] Karlsson, L (1986): Thermal stresses in welding In: Thermal stresses, Vol (Ed.: R.B Hetnarski), pp 299-389 Amsterdam: North-Holland [59] Karlsson, R.I.; Josefson, B.L (1990): Three dimensional finite element analysis of temperatures and tresses in a single pass butt-welded pipe J Pressure Vessel Techno! (ASME) 112 no 1, pp 76-84 [60] Klas Weman (2003), Welding Processes Handbook, Woodhead Publishing Limited [61] Koi Masubuchi (1980), Analysis of Welded Structures: Residual stress, Distortion, and their consequences, Pergamon Press [62] Kosistinen DP, Marburger RE A general equation prescribing extent of austenite–martensite transformation in pure Fe–C alloys and plain carbon steel Acta Metall 1959;7:50–60 [63] Kussmaul, K.; Guth, W.: Evaluation of residual stresses in multilayer welds In [18], pp 612-618 [64] Larry Jeffus (2002), Welding: Principles and Applications, Fifth Edition 125 [65] Lewis RW, Nithiarasu P, Seetharamu KN (2004), Fundamental of the finite element for heat and fluid flow England: John Wiley & Son Ltd Lidam RN, Manurung YH, Sulaiman MS, Redza MR [66] M Siddique, M Abid, H F Junejo and R A Mufti, 3-D Finite Element Simulation of Welding Residual Stresses in PipeFlange Joints: Effect of Welding Parameters [67] Sindo Kou (2003), Welding Metallurgy, Second Edition [68] Measurement of residual stresses by the hole-drilling strain-gage method Raleigh, N.C.: Measurement Groups 1986 [69] Myers, P.S.; Uyehara, O.A.; Borman, G.L (1967): Fundamentals of heat flow in welding Weld Res Counc Bull., no 123 [70] N.S Rossini et al, Method of measuring Residual stress in Components [71] ASTM-Standard E 837-85: Standard test method for determining residual stresses by the hole driling strain-gage method [72] Yuriy KUDRYAVTSEV, Ultrasonic Measurement of Residual stresses in Welded Elements and structure [73] Oddy, A.S.; Goldak, J.A.; McDill, J.MJ.: Transformation effects in the 3d finite element analysis of welds In [19], pp 97-101 [74] Dean Deng, FEM prediction of welding residual stress and distortion in carbon steel considering phase transformation effects No 30, Elsevier, pp 359–366 [75] P.W Marshall (1992), Design of Welded Tubular Connection, Basic and use of AWS Code Provision - Elsevier Science Ltd [76] Pan Michaleris (2011), Minimization of welding distortion and buckling, Woodhead Publishing Limited, page – page 10 [77] O Vöhringer (1987), Relaxation of residual stresses by annealing or mechanical treatment, in: A Niku-Lari (ed.), Advances in Surface Treatments, vol International Guidebook on Residual Stresses, Pergamon Press, Oxford, 367÷396 [78] Hyeong Yeon Lee (2006) Treatment of residual stress in failure assessment procedure, Engineering Fracture Mechanics 73 (2006) 1755–1771 [79] P Tekriwal, J Mazumder, (1991) ‘Transient and residual strain-stress analysis of GMAW’ J Mater Thecnol, 113, p.337-343 [80] L Tall (1964) ‘Residual stresses in Welded Plates –A theoretical study’ Welding Research Supplement, p 10-23s [81] S Kodama (1972), The behaviour of residual stress during fatigue stress cycles, in: Proc Int Conf Mech Beh of Metals 2, Vol 2, Soc of Mat Sci., Kyoto, 111÷118 [82] Satoh, K.; Terai, K.; Yamada, S.; Matsui, S.; Ohkuma, Y.; Kinoshita, T (1975): Theoretical study on transient restraint stress in multi-pass welding Trans Jap Weld Soc no 1, pp 42-52 [83] Schajer, G.S 110 (1988): Measurement of non-uniform residual stresses using the hole-drilling method, part I and II Engng Mat Techno!' (ASME), pp 338343 and 344-349 [84] Arai, Y.; Kobayashi, H.; Suzuki, M (1988): Measurement of welding residual stresses by acoustoelastic technique-evaluation of principal direction of 126 material anisotropy Proc VI Int Congo Exp Mech., Vo! I., pp 624-629 Portland, Soc Exper Mech [85] Systein Grong (1997), Metallurgical modeling of welding, The Institute of Materials [86] Toyooka, T.; Terai, K 52 (1973): On the effects of post weld heat treatment Weld J., Res Suppl no 6, pp 247s-254s [87] Watt DF, Coon L, Bibby M, Goldak J, Henwood C (1988) An algorithm for modeling microstructural development in weld heat-affected zones, (part A) reaction kinetics Acta Metall;36(11):3029–35 [88] Veda, Y.; Fukuda, K.; Nakacho, K.: Basic procedures in analysis and measurement of welding residual stresses by the finite element method In [12], pp 27-37 [89] Veda, Y.; Nakacho, K.: Simplifying methods for analysis of transient and residual stresses and deformations due to multipass welding Trans Jap Weld Res Inst 11 (1982) pp 95-103 [90] Veda, Y.; Takahashi, E; Fukuda, K.; Nakacho, K.: Transient and residual stresses in multipass welds IIW-Doc X':'698-73 [91] Veda, Y.; Yamakawa, T.: Analysis of thermal elastic plastic behaviour of metals during welding by finite element method (Japanese) J Jap Weld Soc 42 (1973) no 6, pp 61-71 [92] Zhili Feng (2005), Processes and mechanisms of welding residual stress and distortion, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England [93] Watson, S.I (1957): Stress relief of mild-steel welded structures Brit Weld J pp 422-423 Tài liệu tham khảo tiếng Bulgaria [94] Дао Куанг Ке (1988), Намаляване и преразпределяне на остатъчните напрежения в заваръчния шев на тръбата чрез местно взривяване, Pyce Tài liệu tham khảo tiếng Pháp [95] [Leroy07] Simulation numérique du soudage (2007): proposition d’un modèle de comportement mécanique et son analyse de sensibilité - Diplôme d’Etudes Approfondies, Génie Mécanique et Génie Civil Tài liệu tham khảo từ Internet [96] https://nguyen-duy-ninh.blogspot.com/ [97] https://www.dillinger.de/d/en/e-service/tools/welding/help/index.shtml [98] http://www-it.jwes.or.jp/weld_simulator/en/cal4.jsp 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Hồng Thanh*, Hà Xuân Hùng, Nguyễn Tiến Dương (2014), Mô số trường nhiệt độ hàn liên kết chữ T thép A36 phương pháp hàn GMAW, Tạp chí khí Việt Nam, Trang 40 – 45, ISBN: 0866 - 7056 Nguyễn Hồng Thanh*, Hoàng Trọng Ánh, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2016), Dự đoán ứng suất dư biến dạng liên kết hàn góc chữ T phương pháp phần tử hữu hạn Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật T.P Hồ Chí Minh, Trang 63 – 71, ISBN: 1859 - 1272 Nguyễn Hồng Thanh*, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2016) Ảnh hưởng trình tự hàn đến phân bố ứng suất dư liên kết hàn ống chữ K, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Tồn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật tự động hóa, NXB Bách Khoa Hà Nội, Trang 454 – 460, ISBN: 978-604-95-0221-7 Nguyễn Hồng Thanh*, Hoàng Trọng Ánh, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng trình tự hàn đến ứng suất dư biến dạng liên kết hàn giáp mối Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tồn quốc Cơ khí - Động lực 2016, Tập 1, NXB Bách Khoa Hà Nội, Trang 276 – 281, ISBN: 978-604-95-0040-4 Lê Văn Phi, Hà Xuân Hùng, Nguyễn Hồng Thanh (2017), Ảnh hưởng gá kẹp đến ứng suất dư biến dạng liên kết hàn giáp mối hai thép không gỉ AISI 304, Tạp chí khí Việt Nam, Trang 43 – 48, ISBN: 0866 - 7056 Hoàng Trọng Ánh, Nguyễn Hồng Thanh*, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2018) Phân bố ứng suất dư biến dạng hàn giáp mối hai thép khơng gỉ AISI 304, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật T.P Hồ Chí Minh, Trang 51 – 58, ISBN: 1859 - 1272 Nguyễn Hồng Thanh*, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2018) Numerical simulation of temperature field during welding of K type pipe joint, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Bách Khoa Hà Nội, số 127B, Trang – 10, ISBN: 2354 - 1083 Nguyễn Hồng Thanh*, Hoàng Trọng Ánh, Nguyễn Tiến Dương, Hà Xuân Hùng (2018) Dự đoán ứng suất dư biến dạng hàn ống thép không gỉ 316L phần mềm Sysweld Hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc khí lần thứ V – VCME2018, Đại học công nghiệp Hà Nội, trang 61-69 ISBN: 978-604-671103-2 128 ... bố liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K phần mềm SYSWELD - Kiểm chứng kết tính tốn mơ ứng suất dư liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K phương pháp khoan lỗ Phương pháp nghiên cứu Do liên kết hàn. .. độ ứng suất kết cấu hàn nút giàn dạng ống, hàn nhiều lớp Làm sở phát triển ứng dụng nghiên cứu cho kết cấu nút giàn khác - Bổ sung sở lý thuyết trình hình thành ứng suất kết cấu nút giàn dạng ống. .. thiên thành phần ứng suất quy luật phân bố ứng suất dư, liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K Xác định thông số chế độ hàn hợp lý liên kết hàn nút giàn dạng ống chữ K, hàn nhiều lớp Áp dụng thành