- Sửa đổi kết cấu: + Theo yêu cầu của đề bài, bình có đường kính không vượt quá 790mm, gân tăng cứng chitiết số 2 theo đề bài lại ở vị trí khó thực hiện các mối hàn, chiều dày tối thiểu
TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM CHẾ TẠO
Tổng quan sản phẩm
- Sản phẩm chế tạo là kết cấu vỏ thùng chứa khí, làm bằng thép kết cấu hợp kim thấp 16MnSi làm việc trong điều kiện chịu áp suất 5atm, nhiệt độ phòng Thuộc về kết cấu bồn bình áp lực, từ đó áp dụng bộ tiêu chuẩn ASME.
Theo yêu cầu của đề bài, bình có đường kính không vượt quá 790 mm; gân tăng cứng (chi tiết số 2 theo đề bài) lại ở vị trí khó thực hiện các mối hàn; chiều dày tối thiểu của chi tiết là chưa được xác định.
10mm, do đó có thể bỏ chi tiết gân tăng cứng, mà không làm ảnh hưởng đến yêu cầu, chức năng làm việc của sản phẩm.
Để tăng độ cứng vững và an toàn khi làm việc với bình được đặt đứng, tác giả quyết định bổ sung thêm một cụm chi tiết chân đế, giúp chi tiết làm việc tốt hơn trong điều kiện ngoài công trường hoặc ở những vị trí đặt khó khăn Thiết kế của cụm chân đế gồm 3 thanh thép chữ L dài 895 mm được hàn vào thân thùng chứa và cố định ở đáy bằng 3 miếng thép tấm, tạo sự nâng đỡ vững chắc cho bình trong mọi điều kiện làm việc.
Để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đất, thiết kế chân đế được điều chỉnh với kích thước 5 x 50 x 50 mm Mỗi chân đế được bố trí sao cho khoảng cách góc giữa chúng là 120 độ, đảm bảo sự cân bằng và ổn định của kết cấu Các loại thép sử dụng cho toàn bộ bộ phận đều cùng chủng loại và là thép 16MnSi, nhằm đồng nhất đặc tính cơ học và khả năng chịu tải Vì vậy, tác giả quyết định sửa lại kết cấu theo hình 1.1.
1.1.1 Kết cấu tổng quan của sản phẩm
- Tổng quan bản vẽ lắp của sản phẩm: được mô tả trong hình 1.1
Hình 1.1: Tổng quan bản vẽ lắp của sản phẩm
- Danh mục các chi tiết của 1 sản phẩm hoàn chỉnh được liệt kê trong bảng 1.1
Bảng 1.1: Danh mục các chi tiết
T Tên chi tiết Kí hiệu Vật liệu Số lượng
- Bản vẽ bố trí toàn bộ các mối hàn trên sản phẩm:
Hình 1.2: Tổng quan vị trí mối hàn trên sản phẩm
- Danh mục các mối hàn của một sản phẩm hoàn chỉnh được liệt kê trong bảng 1.2
Bảng 1.2: Danh mục các mối hàn
STT Tên mối hàn Loại liên kết hàn
Kí hiệu mối hàn điển hình Ghi chú
2 Liên kết TB2-DB4 No4
5 Liên kết TB2-OD3 No3
6 Liên kết TB2-CD5 Giáp mối No6
7 Liên kết CD5-TD6 Chữ T No7
1.1.2 Ứng dụng và các đặc điểm làm việc của sản phẩm
- Là loại thùng thuộc kết cấu bồn bình chứa khí nén với áp suất lớn nhất khi làm việc là 5atm, chế tạo từ vật liệu thép kết cấu hợp kim thấp 16MnSi Bình chứa được làm bằng phương pháp hàn, yêu cầu khi làm việc chịu áp suất 5atm, do đó các mối hàn phải có độ kín khít và độ bền tốt.
Nguyên tắc làm việc của sản phẩm là khí được dẫn vào bình qua chi tiết số 3 trên nắp bình và thoát ra qua chi tiết số 3 trên thân bình, tạo luồng khí liên tục và ổn định Quá trình này giúp tối ưu hiệu suất vận hành và bảo đảm an toàn trong suốt quá trình sử dụng.
- Phương án sơ bộ chế tạo sản phẩm:
Hình 1.3: Lưu đồ kế hoạch
Kết luận
- Mục tiêu: Thiết kế thùng chứa khí thỏa mãn các yêu cầu sử dụng như chịu được áp suất khoảng 5atm, độ kín cao có cơ tính tốt và làm việc trong điều kiện nhiệt độ thường.
- Nội dung: Áp dụng tiêu chuẩn ASME cho bình áp lực để thiết kế kết cấu sản phẩm.
PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CƠ BẢN, LOẠI QUÁ TRÌNH HÀN VÀ VẬT LIỆU HÀN
Phân tích vật liệu cơ bản của các chi tiết hàn
Theo yêu cầu của đơn hàng vật liệu cơ bản được chọn là thép 16MnSi (TCVN 3104:1979)
2.1.1 Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản
Thành phần hóa học của thép 16MnSi theo tiêu chuẩn TCVN 3104:1979 được cho trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép 16MnSi [1]
C Si Mn Cr Ni Cu P S V
2.1.2 Cơ tính của vật liệu cơ bản
Cơ tính của thép 16MnSi theo tiêu chuẩn TCVN 3104:1979 được cho dưới bảng 2.2
Bảng 2.2: Cơ tính của thép 16MnSi [1]
Chiều dày vật cán, mm
Cơ tính khi kéo Charpy V, J Độ bền kéo, MPa
Giới hạn chảy, MPa Độ dãn dài tương đối, % Ở nhiệt độ thử +20 0 C - 40 0 C - 70 0 C
2.1.3 Ứng xử của vật liệu cơ bản khi hàn nóng chảy
2.1.3.1 Xác định tổ chức và tính chất của KLCB:
Dựa theo giản đồ trạng thái Fe – Fe3C trong hình 2.1 bên dưới: thép 16MnSi có 0,16%C nên có tổ chức Ferit và Peclit.
Vậy trong thép 16MnSi có chứa khoảng 20% Pearlite trên nền Ferrite.
Hình 2.1: Giản đồ trạng thái Fe – Fe 3 C của hệ hợp kim Fe – C [10]
2.1.3.2 Đánh giá khả năng nứt nóng của KLCB khi hàn nóng chảy:
* Tính thông số độ nhạy cảm với nứt nóng HCS (hot cracking susceptiility) [2]:
Vậy: thép 16MnSi có khả năng bị nứt nóng khi hàn, cần có các biện pháp phòng ngừa.
* Để phòng ngừa nứt nóng ta thực hiện một số biện pháp sau:
+ Dùng VLH có chất lượng cao, chứa ít tạp chất có hại (chủ yếu là S).
+ Chọn loại VLH chứa nhiều Mn và chứa ít C.
+ Vát mép hợp lý để đảm bảo hệ số hình dạng bên trong (hệ số ngấu) ψ n hợp lý cho từng loại quá trình hàn Ví dụ : Với quá trình hàn dưới lớp thuốc (SAW) hệ số ngấu không được nhỏ hơn 0,8 vì mối hàn sẽ dễ bị nứt nóng, hệ số ngấu tối ưu của quá trình hàn này là 1,3 ÷ 2; với quá trình hàn hồ quang tay (SMAW) hệ số ngấu ψ n =5÷6,7 tài liệu [1]
+ Tăng tốc độ nguội để giảm ứng suất của kim loại co ngót khi kết tinh.
+ Làm sạch mép liên kết trước khi hàn để loại bỏ các tạp chất, oxit Dùng bàn chải sắt bằng thép không gỉ để tránh gây lẫn oxit vào trong mối hàn.
+ Khống chế năng lượng đường ở mức thấp.
+ Khi hàn nhiều lớp cần chú ý các lớp sau chồng lên các lớp trước với tỷ lệ hợp lý, mặt trên mối hàn phẳng và hơi lồi, không choán hết chiều rộng.
+ Chọn hệ số ngấu thích hợp (chọn 1,3÷2 khi hàn dưới lớp thuốc)
2.1.3.3 Đánh giá khả năng nứt nguội của KLCB khi hàn nóng chảy:
* Tính đương lượng cacbon tương đương C E [2]:
* Tính nhiệt độ nung nóng sơ bộ cần thiết để ngăn ngừa nứt nguội [2]
P CM −h ệsố đặc trưng cho sự giòn vùng AHN do chuyển biến pha:
H D −l àlượng hydro khuếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp:
⟹T40.0,396−3928,2[℃] Vậy: Thép 16MnSi có khả năng bị nứt nguội chân mối hàn.
* Các biện pháp phòng ngừa nứt nguội:
+ Sử dụng que hàn, thuốc hàn thuộc hệ xỉ bazơ được sấy kỹ (ở 300÷350℃) nhằm giảm mạnh lượng hydro trong kim loại mối hàn.
+ Bề mặt vật hàn cần được làm sạch cẩn thận.
+ Đây thường là biện pháp khó thực hiện nhất do khó kiểm soát được độ cứng vững của liên kết hàn.
+ Trong một số trường hợp có thể thực hiện thông qua thay đổi góc rãnh hàn, sử dụng gá hàn bằng tấm đáy cứng, cũng có thể giảm độ cứng vững của liên kết bằng cách không gá kẹp cả hai đầu chi tiết để giảm ứng suất nhưng lúc đó lại tăng mức độ biến dạng của chi tiết.
+ Những mối hàn thực hiện trước có độ cững vững nhỏ hơn những mối hàn thực hiện sau.
+ Giảm tốc độ nguội (trong khoảng 800÷500℃) thông qua sử dụng năng lượng đường và nung nóng sơ bộ.
+ Nung nóng sau khi hàn tới 100÷200℃ nhằm tăng khả năng thoát khí hydro khuếch tán ra ngoài.
+ Tăng nhiệt độ nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giữa các đường hàn nhằm giảm tốc độ nguội trong vùng nhiệt độ phân hủy Austenit.
Nên ưu tiên các quá trình hàn có lượng hydro khuếch tán trong kim loại đắp ở mức thấp để giảm các tác động tiêu cực do hydro gây ra Ví dụ, hàn trong môi trường khí bảo vệ Ar hoặc CO2 với dây hàn sạch, lượng hydro khuếch tán đạt khoảng 2–7 ml/100 g kim loại đắp.
Hàn hồ quang tay với que hàn sấy ở 300÷400 o C (3÷10 ml/100g kim loại đắp)
+ Sử dụng chế độ hàn nhiều lớp bảo đảm cho vùng AHN của lớp trước được nhiệt hàn của lớp sau nhiệt luyện (ram).
+ Nhiệt luyện sau khi hàn.
2.1.3.4 Đánh giá khả năng nứt tầng của KLCB khi hàn nóng chảy:
Do phôi nhập được sản xuất bằng phương pháp cán nên cần kiểm tra khả năng nứt tầng:
* Tính toán thông số nhạy cảm với nứt tầng P L [2]:
Vậy:Thép 16MnSi không nhạy cảm với nứt tầng.
2.1.3.5 Đánh giá khả năng nứt khi ram liên kết hàn [2]:
Do sử dụng biện pháp nung nóng sau khi hàn (Ram) để phòng ngừa nứt nguội nên cần kiểm tra khả năng nứt khi ram liên kết hàn:
* Tính toán thông số nhạy cảm với nứt do ram liên kết hàn ∆ G:
V ậ y:Th é p16MnSi kh ô ng nh ạ y c ả m v ớ i n ứ t khi ramli ê n k ế t h à n
Phân tích lựa chọn các quá trình hàn sẽ sử dụng để chế tạo kết cấu
2.2.1 Phân tích, lựa chọn các loại quá trình hàn sẽ sử dụng
* Phân tích các quá trình hàn:
Kết cấu là vỏ thùng chứa khí làm việc với áp suất 5atm, từ đó yêu cầu liên kết hàn có độ kín khít cao và đảm bảo cơ tính gần với VLCB
- Liên kết hàn No2, No4, No5: VLCB có tính hàn tốt, đường hàn dài, cần hàn nhiều lớp do tấm dày 10mm, có thể đưa về tư thế hàn sấp nhờ các cơ cấu đồ gá Từ đó có các quá trình hàn đáp ứng được như hàn hồ quang tay (SMAW), hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW), hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy (MIG, MAG), hàn TIG, hàn bằng điện cực lõi bột
- Liên kết hàn No1, No3: VLCB có tính hàn tốt, đường hàn ngắn, tư thế hàn có thể đưa về hàn sấp (No3) và hàn đứng (No1) nhờ đồ gá Từ đó có các quá trình hàn đáp ứng được yêu cầu như SMAW, TIG, MIG, MAG, FCAW.
Liên kết hàn No6 cho VLCB có tính hàn tốt, đường hàn ngắn và mối hàn No6 ở tư thế hàn ngang khi bình đạt trên đồ gá con lăn, giúp tăng độ ổn định và chất lượng mối hàn Nhờ đặc tính này, các quá trình hàn như SMAW và TIG có thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật một cách hiệu quả.
Liên kết hàn No7 có tính hàn tốt, đường hàn ngắn và mối hàn No7 có thể đưa về tư thế hàn sấp, từ đó các quá trình hàn như SMAW, TIG, MIG, MAG và FCAW có thể thực hiện hiệu quả, đáp ứng các yêu cầu về chất lượng, độ bền và hiệu suất liên kết.
* Lựa chọn quá trình hàn:
Ngoài các yếu tố kỹ thuật đã nêu, khi chọn quá trình hàn còn xem xét yếu tố kinh tế và mức độ hiệu quả; tác giả quyết định chọn quá trình hàn phù hợp nhất cho việc chế tạo kết cấu này dựa trên cân nhắc chi phí, thời gian thi công và hiệu suất làm việc, nhằm tối ưu chi phí và hiệu quả sản xuất đồng thời đảm bảo chất lượng kết cấu.
- Nhóm mối hàn A01 chọn quá trình “Hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW)”.
- Nhóm mối hàn A02 chọn quá trính “Hàn hồ quang tay (SMAW)”.
- Mối hàn No6, No7 chọn quá trính “Hàn hồ quang tay (SMAW)”
Tuy nhiên trong kết cấu, hai mối hàn No6, No7 này không quá quan trọng nên tác giả chỉ tính toán và lập quy trình hàn cho nhóm A01 và A02.
2.2.2 Các thông số chế độ hàn của các quá trình hàn dã chọn
Các thông số chế độ hàn của quá trình hàn SAW và MMA được thống kê dưới bảng 2.3 và
Bảng 2.3: Các thông số chế độ hàn cần phải xác định của quá trình hàn SAW
Các thông số chế độ hàn chính Các thông số chế độ hàn bổ sung
[Đơn vị] Thông số Ký hiệu
[Đơn vị] Đường kính dây hàn d [mm] Cực tính của điện cực
Ih [A] Loại thuốc hàn, hệ thuốc hàn Điện áp hàn Uh [V] Tầm với điện cực L [mm]
Tốc độ hàn Vh [mm/s] Góc nghiêng của mỏ hàn
Năng lượng đường qd [J/mm] Chế độ sấy thuốc hàn
Số đường hàn/ lớp hàn Quỹ đao động ngang của mỏ hàn
Bảng 2.4: Các thông số chế độ hàn cần phải xác định của quá trình hàn SMAW
Các thông số chế độ hàn chính Các thông số chế độ hàn bổ sung
Ký hiệu [Đơn vị] Đường kính que hàn d [mm] Cực tính dòng điện
Dòng điện hàn Ih [A] Loại thuốc bọc Điện áp hàn Uh [V] Chế độ sấy que hàn
Tốc độ hàn Vh [mm/s] Góc nghiêng của điện cực
Năng lượng đường qd [J/mm] Quỹ đạo động ngang
Số đường hàn/ lớp hàn
Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn sẽ sử dụng trong để chế tạo kết cấu
2.3.1 Quá trình hàn SMAW Áp dụng tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.1-1991 [4] cho việc chọn vật liệu hàn.
* Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn sẽ sử dụng
- Dựa vào chỉ tiêu cơ tính: VLCB là thép 16MnSi có σ b ≥500MPa, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền tương đương kim loại cơ bản, nhóm que hàn thích hợp là: E 70xx
- Để phòng ngừa khả năng nứt nguội, chọn loại que hàn thuộc hệ xỉ bazơ, hydro thấp, loại que hàn thích hợp là: E 7016
⟹Tiêuchuẩn phânloại của vật liệu hàn là:AWS A5.1E7016
Mác thương mại: LB-26 (hãng Kobelco)
* Thành phần hóa học của que hàn:
Thành phần hóa học của que hàn LB-26 được cho dưới bảng sau:
Bảng 2.5: Thành phần hóa học của que hàn LB-26 [5]
C Si Mn P S Ni Cr Mo V Ghi chú* Điển hình 0,08 0,6
5 0 Chú ý: * Tổng lượng giới hạn của: Mn + Ni + Cr + Mo + V
* Cơ tính của que hàn:
Cơ tính của que hàn LB-26 được cho dưới bảng sau:
Bảng 2.6: Cơ tính của que hàn LB-26 [5]
Giới hạn chảy, MPa Độ bền kéo, MPa Độ dãn dài tương đối , % l=4d
Chú ý: * Mức năng lượng thử độ dai va đập Charpy-V ở nhiệt độ -29℃
** Xử lý nhiệt sau khi hàn
* Các chỉ dẫn và khuyến cáo của Nhà sản xuất:
(1) Slag and fumes on tack weld beads absorb moisture; therefore, they must be removed right after tack welding to prevent adverse effects on the subsequent main welding.
Xỉ và khói trên đường hàn đính hút ẩm có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng mối hàn Do đó, xỉ và khói phải được loại bỏ ngay sau khi hàn đính để ngăn ngừa các tác động bất lợi lên đường hàn chính.
(2) When wind velocity is more than
3m/sec in field welding, use a wind screen, or nitrogen in the wind decreases
X-ray soundness and impact value of the
Khi hàn tại công trường, nếu tốc độ gió vượt quá 3 m/s, phải dùng màn chắn gió để bảo vệ quá trình hàn; gió mạnh có thể làm giảm độ bền của tia X và độ dai va đập của mối hàn, ảnh hưởng tới chất lượng và an toàn công trình Trong trường hợp này, việc sử dụng nitơ trong luồng gió được xem như biện pháp bổ sung nhằm giảm tác động của gió lên mối hàn và kết quả kiểm tra bằng tia X, tuy nhiên cần thẩm định kỹ lưỡng và tuân thủ quy trình kỹ thuật để duy trì hiệu quả và độ tin cậy của mối hàn.
(3) In welding medium and heavy thick mild steels by using non-low-hydrogen electrodes, keep the work at appropriate preheat and interpass temperature to remove diffusible hydrogen and thereby prevent cracking in the weld.
Khi hàn các loại thép carbon thấp có độ dày trung bình và dày, nên sử dụng điện cực có hydro thấp hoặc không có hydro, kết hợp với nung nóng sơ bộ và kiểm soát nhiệt độ giữa các lượt hàn ở mức phù hợp Quá trình này giúp loại bỏ hydro khuếch tán và từ đó ngăn ngừa sự nứt trong mối hàn.
(4) In order to get better impact values, it is effective to lay each weld layer as thin as possible.
(4) Để có được độ dai va đập tốt hơn, sẽ hiệu quả khi mỗi lớp hàn càng mỏng càng tốt.
(5) Many stick electrodes can be used with both AC and DC power sources.
Low-hydrogen type electrodes, however, should be tested on mechanical properties beforehand, because DC current causes a little lower strength of the Weld metal.
(5) Nhiều điện cực có thể được sử dụng với cả nguồn điện AC và DC Tuy nhiên, các điện cực loại hydro thấp nên được kiểm tra về cơ tính trước, bởi vì dòng điện
DC khiến độ bền kim loại mối hàn thấp hơn một chút.
(6) Low-hydrogen type electrodes are more suitable for surface finishing and repair welding of gas shielded metal arc
Low-hydrogen electrodes are more suitable for finishing surfaces and repair welding, yielding clean, defect-free deposits Arc welding in gas environments can utilize self-shielded metal arc welding (SMAW) deposits to help prevent pits and blowholes Providing proper protection and shielding during arc welding is essential to prevent depressions and porosity, ensuring stronger, more reliable welds.
Chỉ dẫn và khuyến cáo của Kobelco [5] áp dụng cho que hàn LB-26:
- Sấy ở nhiệt độ 300 350℃ trong 0,5÷1giờ.
- Các tư thế hàn: 1F, 1G, 2F, 2G, 3Gu, 4G.
- Loại dòng hàn: AC, DCEP (DC+).
Bảng 2.7: Thông số hàn (A) với que hàn LB-26 [5]
Bảng 2.8: Quy cách đóng gói que hàn LB-26 [5]
∅, mmChiều dài que hàn, mm Kg/gói Kg/hộp g/que Kích thước hộp
* Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn sẽ sử dụng: Áp dụng tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.17-1980 [8]
- Chọn dây hàn: Chọn loại dây hàn chứa nhiều Mn và ít C Dựa trên số liệu bảng 2.1, từ đó chọn dây hàn có hàm lượng cacbon thấp (0,08%) và hàm lượng mangan trung bình (0,80-1,25%)
- Chọn thuốc hàn: VLCB có độ bền tối thiểu là 500MPa, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền tương đương với VLCB, tác giả chọn thuốc hàn có độ bền kéo tối thiểu của mối hàn là 480÷650 MPa ⟹F7A2
Kết luận: Ti ê u chu ẩ n ph â n loạ i c ủ a v ậ t li ệ u h à n l à:AWS A5.17F7A2−EM12K
Thành phần hóa học của thuốc hàn và dây hàn được cho dưới các bảng sau:
Bảng 2.9: Thành phần của thuốc hàn Lincolnweld ® 760® [9]
Thuốc hàn Thành phần hóa học, %
SiO2 MnO MgO CaF2 Na2O Al2O3 CaO Hợp kim
Bảng 2.10: Thành phần % của dây hàn Lincolnweld® L-61® [9]
Dây hàn Thành phần hóa học, %
* Cơ tính của mối hàn:
Cơ tính của mối hàn được cho dưới bảng 2.11:
Bảng 2.11: Cơ tính của mối hàn Lincolnweld® 760® / ® L-61® [9]
Thuốc hàn - dây hàn Độ bền kéo, MPa
Giới hạn chảy, MPa Độ dãn dài,
* Chỉ dẫn và khuyến cáo của hang Lincoln khi hàn với cặp thuốc hàn dây hàn Lincolnweld®
+ Hàn một lớp với thép có hàm lượng cacbon thấp.
+ Sử dụng nguồn điện hàn một chiều.
CHẾ TẠO PHÔI HÀN
Xác định hình dáng, kích thước của các chi tiết hàn
Theo khả năng lắp ráp kết cấu tác giả lựa chọn cấp độ dung sai m (trung bình) theo bảng 3.1
Bảng 3.1: Dung sai ứng dụng cho kích thước đường thẳng [11]
Các chi tiết chính của sản phẩm:
* Thân bình (TB2) Được làm từ phôi thép tấm,có chiều dày 10 [mm] và chiều dài 1200 [mm].Trên thân bình có một lỗ đường kính ∅100 , là vị trí để hàn hệ thống ống dẫn khí ra Được chế tạo bằng phương pháp uốn lốc. ỉ 72 0±0, 8
Hình 3.1: Chi tiết thân bình
Dạng chỏm cầu, được chế tạo bằng phương pháp vê chỏm cầu từ phôi tấm có chiều dày 10
[mm], sau đó dùng máy cắt chép hình để tạo lỗ đường kính ∅100.
Hình 3.2: Chi tiết nắp bình
Dạng chỏm cầu, được chế tạo bằng phương pháp vê chỏm cầu từ phôi tấm có chiều dày 10
Hình 3.3: Chi tiết đáy bình
* Ống dẫn khí (OD3) Đường kính ngoài ∅80, dài 82 [mm] và dày 10 [mm], phôi là thép tròn có đường kính ngoài
∅85 tiện về ∅80, khoét lỗ ∅54,5 và được taro ren trong M60.
Hình 3.4: Chi tiết ống dẫn khí
Khai triển phôi cho các chi tiết hàn
- Các chi tiết NB1, TB2, DB4 được tạo ra từ các nguyên công vê, lốc, do đó cần phải khai triển.
- Các chi tiết OD3 chỉ cần cắt và tiện từ phôi ống, do đó không cần phải khai triển.
- Phôi được tạo thành từ phương pháp vê chỏm cầu, không làm mỏng thành nên áp dụng phương pháp diện tích khi triển khai phôi.
- NB1 Được hình thành từ chỏm cầu (R t = 800 mm, R n 0mm), bán kính cong (R t = 30 mm) và phần trụ tròn (∅ n 720mm, ∅ t p0mm), do phần bán kính cong rất nhỏ so với chỏm cầu, nên ta quy về tính diện tích của chỏm cầu (R5mm , h 1 0mm) và phần trụ tròn (D 2 q0mm , h 2 Pmm)
Gọi S , S 1 2 lần lượt là diện tích xung quanh của chi tiết số 1 trước và sau khi khai triển,khi đó ta có:
Phôi là tấm tròn ∅960, dày 10 mm, sau khi tạo hình chỏm cầu, tiến hành gia công lỗ ∅100
- Phôi được tạo thành từ phương pháp lốc nên áp dụng phương pháp diện tích khi khai triển phôi.
- Kích thước tấm phôi hình chữ nhật:
Phôi tấm hình chữ nhật có kích thước 2230 x 1200 x 10
Sử dụng phương pháp diện tích khai triển ta được phôi tấm như NB1, hình 3.5.
Lựa chọn phôi, kiểm tra và nắn phôi
- Trên cơ sở lập luận chọn loại phôi như mục 3.1 Và dựa vào hình dáng, kích thước của các miếng phôi đã khai triển ở mục 3.2, ta tiến hành chọn mua hoặc nhập các loại phôi như sau:
(chọn phôi theo tiêu chuẩn TCVN 2058-1977 với thép tấm dầy cán nóng và tiêu chuẩn TCVN
1650-1985 với thép tròn cán nóng)
- Yêu cầu về chất lượng phôi nhập: Phôi nhập phải đảm bảo yêu cầu:
+ Yêu cầu về kích thước: Chiều dài, chiều rộng, chiều dày, đường kính…
+ Yêu cầu về cơ tính: Độ giãn dài, giới hạn bền, giới hạn chảy…
+ Yêu cầu về thành phần hóa học: Có đầy đủ thành phần hóa học như yêu cầu
+ Đảm bảo các sai số: Độ phẳng, độ thẳng, độ song song…phải nằm trong giới hạn cho phép
- Dựa vào các phân tích, đánh giá và khai tiển phôi ở mục 3.1 và mục 3.2, ta chọn:
+ Phôi tấm: Chọn loại phôi tấm cán nóng 9000×2500×10 mm, số lượng là 1.
Bảng 3.2: Dung sai chiều dày của phôi nhập [2]
Bảng 3.3: Sai lệch lớn nhất của chiều rộng của phôi nhập [2]
Bảng 3.4: Sai lệch lớn nhất của chiều dài của phôi nhập [2]
Chiều dày ≤16mm Chiều dày ¿16mm
Chiều dài tới 2 m: + 10 mm Chiều dài tới 3 m: + 15 mm
Chiều dài > 2 m đến 7 m: + 25 mm Chiều dài > 3 m đến 8 m: + 30 mm
Chiều dài > 7m: + 35 mm Chiều dài > 8m: + 40 mm
Dung sai kích thước phôi tấm 9000×2500×10mm được cho dưới hình sau:
Hình 3.7: Dung sai kích thước phôi tấm
Hình 3.8: Phôi nhập dạng tấm (minh họa)
+ Phôi thép tròn: Chọn loại phôi tròn cán nóng ∅85x6000mm
Theo TCVN 1650:1985 [3] ta có dung sai kích thước của phôi nhập như hình bên dưới
Hình 3.9: Dung sai kích thước của phôi thép tròn
Hình 3.10: Phôi nhập dạng ống (minh họa) 3.3.2 Yêu cầu về chất lượng và phương pháp kiểm tra phôi nhập
- Chất lượng phôi nhập phải đảm bảo yêu cầu:
+ Yêu cầu về thành phần hóa học: Có đầy đủ thành phần hóa học như yêu cầu, đồng đều về thành phần hóa học và tổ chức, không bị gỉ sét.
+ Yêu cầu về cơ tính: Độ giãn dài, giới hạn bền, giới hạn chảy…
+ Yêu cầu về kích thước: Chiều dài , chiều rộng, chiều dày, đường kính… Phôi tấm phải vuông phẳng và phôi tròn phải tròn và không bị méo theo phương hướng kính.
+ Đảm bảo các sai số: Độ phẳng, độ thẳng, độ song song…phải nằm trong giới hạn cho phép
- Phôi nhập phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Hình 3.11: Yêu cầu đối với độ thẳng của phôi nhập
Hình 3.12: Yêu cầu về độ phẳng của phôi nhập
Hình 3.13: Yêu cầu về độ song song của phôi nhập
- Phương pháp kiểm tra phôi:
Ta kiểm tra phôi bằng mắt thường với việc sử dụng các dụng cụ như thước thẳng, thước góc, dưỡng hay đồng hồ đo, …vv
3.3.3 Nắn phôi trước khi lấy dấu và cắt
Với những phôi không đạt sai số (độ thẳng, phẳng, song song…) cần phải tiến hành nắn hoặc chỉnh sửa trước khi lấy dấu và cắt.
Độ phẳng của phôi tấm là yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lượng sản phẩm Nếu độ phẳng của phôi không đạt dung sai cho phép, cần tiến hành nắn phẳng phôi bằng các biện pháp như dùng búa, nắn cục bộ bằng ngọn lửa khí cháy, hoặc nắn toàn bộ phôi bằng máy cán Ta chọn máy cán để nắn phôi nhằm đảm bảo độ phẳng cao, tiết kiệm thời gian và cho kết quả đồng nhất.
+ Nguyên lý cán như sau:
Trên máy cán sẽ có nhiều trục cán đặt so le nhau tạo thành hai bề mặt trên và dưới, phôi sẽ được đưa vào giữa các trục cán này, khoảng cách giữa hai bề mặt có thể điều chỉnh được để phù hợp với chiều dày của phôi.
Hình 3.14: Nguyên lý cán thép + Chọn máy nắn phôi:
Máy cắt – nắn tôn Ameco CTL – 1500 – 50 của Công ty cổ phần công nghiệp Ameco
Hình 3.15: Cắt - nắn phôi chuyên dụng Ameco CTL – 1500 – 50
Thông số kỹ thuật của máy được cho dưới bảng sau:
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của Ameco CTL – 1500 – 50
Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
Khổ thép gia công mm 3500x¿)
Số lượng trục cán 9 Đường kính trục cán phẳng mm 280
Phôi ống sau khi nắn thẳng sẽ phân bổ lượng dư đều, giảm lượng dư gia công và đảm bảo phôi đẩy rễ, cho khả năng kẹp chặt tốt trong quy trình gia công Để đạt kết quả tối ưu, nên chọn phương pháp nắn bằng búa tay, giúp tăng độ chính xác và đồng nhất của phôi ống khi thực hiện nắn thẳng.
Lấy dấu và đánh dấu phôi
3.4.1 Lấy dấu và vạch dấu trên phôi tấm để cắt
Từ phôi nhập tác giả đề xuất lấy dấu vạch dấu để cắt lấy hệ số mạch nối a = 5 (mm)
Ta cần sử dụng 1 tấm 9000×2500×10 mm để chế tạo đủ số chi tiết cho 3 sản phẩm cần thiết kế.
Sơ đồ bố trí phôi như hình 3.14:
Hình 3.16: Sơ đồ bố trí và lấy dấu các miếng phôi trên phôi nhập
* Hệ số sử dụng vật liệu: η=F p
F p : Tổng diện tích phôi của các chi tiết
- Dùng thước thẳng đo kích thước trên phôi nhập, rồi dùng mũi đột để vạch dấu Sau khi vạch dấu, tiến hành pha phôi theo đường vạch dấu.
- Đo đạc, lấy dấu cho từng chi tiết đảm bảo trị số mạch nối.
- Để cắt được phôi hàn có kích thước như mong muốn cần chú ý một số điểm sau:
Để cắt trên một tấm phôi một cách hiệu quả, cần lấy dấu và đánh dấu đúng số lượng chi tiết cần gia công trước Sau khi đã xác định vị trí và số lượng, sử dụng máy cắt để thực hiện một lần cắt sẽ cho ra đủ số chi tiết trên một tấm phôi, giúp tối ưu hóa quy trình gia công và giảm thiểu sai lệch.
+ Các thiết bị sử dụng phải có dung sai nhỏ hơn dung sai của chi tiết hàn cần cắt.
+ Khi tiến hành cắt có thể để đầu mỏ cắt đi từ ngoài mép phôi để đi vào theo một hướng nhất định hoặc cũng có thể khoan một lỗ tại một điểm phía trên phôi ở ngoài đường bao của chi tiết cần cắt (gọi là khoan lỗ dẫn) nhưng cần cố gắng bố trí vị trí đặt đầu mỏ cắt hợp lý nhất để tiết kiệm thời gian cắt và giá thành nguyên vật liệu).
3.4.2 Đánh mã số cho các miếng phôi/chi tiết hàn
Các miếng phôi được đánh mã số như dưới bảng 3.5:
Bảng 3.6: Bảng đánh số các chi tiết
T Phôi Mã số Số lượng Ghi chú
1 Nắp bình ĐA.TC.NB 3 Đồ án.Thùng chứa.Nắp bình
2 Thân bình ĐA.TC.TB 3 Đồ án.Thùng chứa.Nắp bình
5 Ống dẫn ĐA.TC.O 6 Đồ án.Thùng chứa.Ống dẫn
6 Đáy bình ĐA.TC.DB 3 Đồ án.Thùng chứa.Đáy bình
- Phương pháp ghi mã số trên chi tiết hàn: Ghi bằng sơn và ghi theo mã số.
Cắt phôi
3.5.1 Phân tích, lựa chọn phương pháp cắt phôi
- Tuy phôi có kích thước không quá lớn nhưng yêu cầu độ chính xác nên ta chọn phương pháp cắt bằng máy để đảm bảo.
Vật liệu chế tạo là thép 16MnSi (thép HSLA) với hàm lượng hợp kim không cao, hình dáng miếng phôi không phức tạp; độ dày phôi 10 mm, kích thước không quá lớn và số lượng chi tiết sản xuất nhỏ (3 chiếc) Để đảm bảo cả mặt kỹ thuật lẫn kinh tế, tác giả quyết định chọn các loại máy đang có sẵn và được sử dụng phổ biến tại Việt Nam Máy có công suất nhỏ, cấu tạo đơn giản và giá thành thấp, vì vậy tác giả chọn máy cắt khí.
Oxy - Gas tự động xách tay.
* Đối với phôi thép tròn: vì phôi có đường kính là 85mm nên ta vẫn cõ thể cắt bằng khí Oxy
– Gas tự động xách tay.
3.5.2 Xác định các thông số chế độ cắt phôi
- Thông số cắt phôi bằng khí Oxy – Gas:
+ Lưu lượng khí khi cắt
3.5.3 Lựa chọn máy (thiết bị) cắt phôi
* Đối với phôi tấm kích thước 9000×2500×10(mm):
Chọn máy cắt khí tự động xách tay model: IK – 12MAX3, là máy cắt nhiệt xách tay dẫn động bằng động cơ chất lượng cao được thiết kế để cắt các đường thẳng, đường tròn và vát mép phẳng, sạch, sắc với tám phiên bản tiêu chuẩn của thiết bị cắt.
Toàn bộ các chức năng điều khiển được thực hiện bằng công tắc tiến/lùi/ tắt, khớp li hợp và núm điều chỉnh tốc độ.
Tính linh hoạt và khả năng chuyển đổi sẵn có trong thiết kế đảm bảo thực hiện đơn giản các quá trình cắt thẳng, tròn và cắt vát.
Sử dụng các bép cắt ôxi-khí cháy kiểu đầu côn nổi tiếng của Koike kết hợp với hệ thống truyền động dẫn hướng chính xác thực hiện vết cắt sạch, sắc nét và phẳng.
Ray dùng cho quá trình cắt thẳng có thể sử dụng trong phần nối của mỗi 1800mm để kéo dài vô hạn.
Tay quay điều chỉnh được để cắt tròn và ray cắt tròn có thể được cấp như tùy chọn.
Chế độ tốc độ cao trong phạm vi 240~2400mm/phút ở tần số 50Hz và/hoặc
300~3000mm/phút ở tần số 60Hz.
Hệ thống hộp giảm tốc hai bánh răng côn tạo nên chuyển động êm, bởi vậy tốc độ được duy trì trong thời gian làm việc dài.
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật máy cắt nhiệt IK-12MAX3
Thông số kỹ thuật Đơn vị IK-12MAX3
Tốc độ cắt mm/ph 80-800/100-1000/160-1600
Chiều dài ray mm 1800 (có thể kéo dài)
Trọng lượng/chiều dài kg/mm 9.5kg/425mm
Loại bép cắt 102 (A) hoặc 106 (LPG)
Các phụ tùng tùy chọn SP100/S200/SP200/SP300/SP400, thiết bị cắt ghép đôi, aray cắt tròn.
Hình 3.17: Máy cắt IK – 12MAX3
Tạo hình phôi
3.6.1 Phân tích, lựa chọn phương pháp tạo hình phôi
- NB1: Nắp thùng chứa có dạng hình chỏm cầu:
Chế tạo chi tiết dạng chỏm cầu có thể miết, dập hoặc vê chỏm cầu tùy thuộc vào kích thước của chi tiết Trong đồ án này, với kích thước khá lớn, phương pháp vê chỏm cầu được chọn để đảm bảo độ bền và độ chính xác Tiếp theo, tiến hành gia công lỗ Ø80 chính giữa tâm chỏm cầu bằng cách lấy dấu và dùng máy cắt chép hình để lỗ có đường kính và vị trí chính xác.
- TB 2: Thân thùng chứa hình trụ
+ Thân bình được uốn từ phôi tấm, phương pháp tạo hình là lốc trên máy lốc tấm.
+ Sau đó tạo một lỗ ∅80trên trụ bằng cách lấy dấu và dùng máy cắt chép hình.
+ Tiến hành tiện đưa đường kính ngoài từ.∅85 về ∅80.
+ Tạo lỗ ∅54,5, sau đó taro tạo ra ren M60.
- DB4: Đáy thùng chứa có dạng hình chỏm cầu:
+ Vê chỏm cầu như chi tiết số 1.
3.6.2.Lựa chọn máy / thiết bị tạo hình phôi phù hợp
* Thiết bị tạo hình cho TB
Chọn máy lốc tôn vạn năng trục lốc trên W11S – 20x3000 của hãng Zhouxiang – Trung Quốc.
Hình 3.18: Máy lốc tôn vạn năng trục lốc trên W11S
Thông số kỹ thuật của W11S – 20x3000 được nêu trong bảng 3.8:
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của máy lốc tôn vạn năng W11S – 20x3000
Model Thông số kỹ thuât Đơn vị Giá trị
Kích thước đóng gói mm 5680x2160x250
Lực ép trục lốc trên tấn 160
Chiều rộng tối đa mm 3000 Đường kính trục lốc trên mm 375 Đường kính trục lốc dưới mm 200
Khoảng cách tới trung tâm mm 330 Động cơ
* Thiết bi cắt các lỗ trên TB2, NB1:
Chọn máy cắt chép hình dùng khí Oxy - Gas của hãng Koike – Nhật Bản.
Hình 3 19: Máy cắt chép hình IK - 12 Model: IK-12 BEETLE, Có các thông số được liệt kê dưới bảng sau:
Bảng 3 9: Thông số kỹ thuật máy cắt chép hình IK-12 BEETLE
THÔNG SỐ KỸ THUẬT IK-12 BEETLE
Tốc độ cắt mm/ph 150~800
Bộ điều khiển tốc độ vô cấp Dạng đĩa côn
Bảo vệ nhiệt kim loại Tấm chắn đơn Động cơ W 100/200V, 9/10W
Bép cắt Sêri 100 dùng cho các loại khí cắt
* Thiết bị tạo hình chỏm cầu cho NB1, DB4:
Chọn máy vê chỏm cầu của hãng BF – Italia (Hình 3.17).
Thông số kỹ thuật của máy Faccin nêu trong bảng 3.8:
Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật chủa máy Faccin
Model Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
Khoảng chiều dày vê mm 5÷20 Đường kính vê lớn nhất mm 2200
Hình 3.20: Máy vê chỏm cầu FACCIN của hãng BF
Tạo mép hàn (vát mép)
3.7.1 Lựa chọn kiểu và kích thước liên kết hàn theo tiêu chuẩn ASME
* Chọn kiểu liên kết và mép hàn cho các mối hàn:
- Nhóm các mối hàn A01: Hàn giáp mối
Hàn bằng phương pháp SAW chiều dày tấm 10 mm nên theo tiêu chuẩn AWS D1.1 có kích thước vát mép và khe hở đáy cũng như khe hở hàn như sau:
Hình 3.21: Chuẩn bị mép hàn cho các mối hàn SAW
- Nhóm các mối hàn A02: Hàn góc
Hàn bằng phương pháp SMAW nên theo tiêu chuẩn ASME Sec VIII – Div 1 có kích thước vát mép và khe hở đáy cũng như khe hở hàn như sau:
Hình 3.22: Chuẩn bị mép hàn cho các mối hàn SMAW
Độ thẳng và độ phẳng của mép hàn phải thỏa mãn tiêu chuẩn ISO 13920 Việc kiểm tra được thực hiện dựa trên quan sát bằng mắt kết hợp với các dụng cụ kiểm tra chuyên dụng cho từng loại đánh giá, ví dụ dùng thiết bị Nivo để kiểm tra độ phẳng và các dụng cụ đo như thước thẳng, thước góc hoặc dụng cụ chuẩn đo để xác định độ thẳng của mép hàn.
Trong trường hợp yêu cầu về độ thẳng, độ phẳng của chi tiết không đạt được như yêu cầu của ISO 13920 thì cần phải có các biện pháp xử lý hoặc loại bỏ.
3.7.2 Lựa chọn phương pháp và thiết bị tạo mép hàn
* Lựa chọn phương pháp và thiết bị
Có thể sử dụng máy cắt IK – 12MAX3 đã sử dụng trong nguyên công tạo hình phôi cho việc vát mép tấm phẳng và vát mép các lỗ có đường kính nhỏ trên thân bình hoặc nắp bình.
Với chi tiết thân bình, do kích thước lớn nên để vát mép tác giả sẽ sử dụng máy vát mép ống chuyên dụng, Model: ISY – 1050 do Trung Quốc sản xuất.
Hình 3.23: Máy vát mép ống chuyên dụng ISY – 1050 Đặc điểm máy: Series máy vát mép ống ISY, SDC thiết kế mô hình T, theo mô hình thiết kế tiên tiến trên thế giới Bộ phận giảm tốc được điều khiển thông qua kết cấu hành tinh Thiết bị đạt tiêu chuẩn Q/WAT01 - 2002 Đĩa dao tròn với 4 loại: 0, 15, 30, 37 độ được sử dụng tùy chỉnh theo yêu cầu Máy vát mép có thiết kế đơn giản dễ vận hành sử dụng nguồn 220V xoay chiều, nhẹ, thích hợp khi làm việc trên cao.Máy vát mép ống bằng điện.
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật máy vát mép ISY -1050
Thông số/ loại máy Máy vát mép ống ISY -1050
Công suất 0.5-2.5 Kw Áp suất khí nén khi làm việc 0.6-1.5 MPa
Lưu lượng khí 650-1500 L/phút Đường kính phôi 820-1020 mm Độ dày tấm vát