Giáo trình Thí nghiệm kim loại và mối hàn (Nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ - Trình độ cao đẳng) được biên soạn trên cơ sở đề cương chương trình mô đun 23 - Thí nghiệm kim loại và mối hàn trong chương trình khung nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ. Trong phạm vi của giáo trình này sẽ trình bày các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của thép và mối hàn thép.
Trang 1GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
THI NGHIEM KIM LOAI VA MOI HAN
TRÌNH ĐỘ CAO ĐĂNG
Hà Nội, 2017
Trang 3BQ GIAO THONG VAN TAI TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I
GIAO TRINH
M6 dun: Thi nghiém kim loai
và môi hàn
NGHE: THI NGHIEM VA KIEM TRA
CHAT LUGNG CAU DUONG BO
TRINH DO: CAO DANG
Hà Nội - 2017
Trang 4TUYEN BO BAN QUYEN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nội bộ nên các nguồn thông tin
có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dẫn dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
Mã tài liệu: MĐ 23
Trang 5LOI GIOI THIEU
Chuong trinh khung quéc gia nghé Thi nghiém va kiểm tra chất lượng cầu đường bộ đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phân tích công việc theo phương pháp DACUM Chương trình đã được ban hành năm 2009, tuy nhiên từ
đó đến nay vẫn chưa có tài liệu chính thức nào ban hành về các tài liệu, giáo
trình cho nghề nay Dé tạo điều kiện thuận lợi cho các giáo viên giảng dạy và
học sinh, sinh viên có tài liệu học tập, tham khảo,việc biên soạn giáo trình kỹ
thuật nghề theo theo các môđun dao tạo nghề là cấp thiết hiện nay Giáo trình
nội bộ “ Thí nghiệm kim loại và mối hàn” được biên soạn trên cơ sở đề cương
chương trình mô đun 23- Thí nghiệm kim loại và mối hàn trong chương trình khung nghề Thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cầu đường bộ
Kim loại là loại vật liệu có các tính chất có lợi cho xây dựng: cường độ lớn, độ dẻo và độ chống mỏi cao Nhờ đó mà kim loại được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và các ngành kĩ thuật khác Các loại cầu và kết cấu công trình
giao thông, chế tạo từ thép các bon và thép hợp kim thấp chuyên dùng, chịu tải
trọng động và rung; kết cầu được liên kết bằng hàn và bu lông
Trong phạm vi của tài liệu này sẽ trình bày các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của thép và mối hàn thép Trong quá trình thực
hiện biên soạn tài liệu, nhóm biên soạn đã cập nhật các tiêu chuẩn hiện hành của
Việt Nam áp dụng trong lĩnh vực thí nghiệm thép và mối hàn, đồng thời đã tham
khảo nhiều tài liệu tiêu chuẩn nước ngoài, kết hợp với kinh nghiệm trong thực tế
sản xuất
Mặc dù đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, tác giả mong nhận được những góp ý cả về nội dung lẫn hình thức của bạn đọc để tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn
Trang 6LOI GIGI THIEU .cccscscesssesssessssessvecssessssesssecssecssessssssssesssecssesssesesseessecssesesseesseess 5
MUC LUC weveccssssesscssesecsssssvecsssssuesssssssessesssecssesssecessssussesssusssesssuvssessusessssssesssssseesecs 6 GIGI THIEU MO DUN eescesseessseesssesssesssessssesssesssecssecssvesssesssecssecssssssvesssscssecsseesase 7
Bài 1: Xác định cường độ chịu kéo của thép xây dựng .-. «‹ 5
1 Khái niệm chung:
2 Dụng cụ - Thiết bị thí nghiệm: 10
3 Trình tự thí nghiệm: 10
4 Tính toán kết quả
Bài 2: Xác định cường độ chịu uốn của thép xây dựng - 13
1 Khái niệm chung: . + 1xx TH TH HH Hư 13
2 Dụng cụ — Thiết bị thí ghÏẾTH:-sccecreseserreroteoniigiEsisi16161010112180182 60120030080 14
3 Trình tự th ng hiGs cassie: 14
8Wyldin nr§x mủ mm cố ốc ca l5
Bài 3: Xác định cường độ chịu kéo của mối hàn -. -c-s-sse 16
1 Khái niệm chung: .- - - <3 x vn HH HH HH 16
2 Dụng cụ — Thiết bị thí nghiệm: . -2 222¿+2222+222EEEEEetrEEEErerrrrrkrcee 17
3, LH: tự thí nghiệ essoaaindeosittignDlR0E01603440008G
Bài 4: Xác định cường độ chịu uốn của mối hàn thép 1 Khái niệm chung:
2 Dung cu — Thiết bị thí nghiệm:
33 "Trinh tự thí H6HIỆ TH sssssoyaeieosbreoitlSDSEII:0140936X9090550A054010100390.8688 20
Trang 7GIOI THIEU MO DUN
MO DUN: THI NGHIEM KIM LOAI VA MOI HAN
Mã mô đun: MĐ23
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
Là mô đun được bố trí cho người học sau khi đã học xong các môn học
chung theo quy định của Bộ LĐTB-XH và học xong các môn học kỹ thuật
cơ sở từ MH 07 đến MH13
Môđun này mô đun chuyên môn nghề, nhằm cung cấp cho người học cách
kiểm tra, xác định các chỉ tiêu cơ lý của kim loại và mối hàn ở trong phòng
thí nghiệm
Mục tiêu của mô đun:
Học xong mô đun này, người học có khả năng:
Trình bày được ý nghĩa các thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của kim
loại và môi hàn
Trình bày được nội dung các bước thí nghiệm theo đúng quy trình thí nghiệm
Sử dụng, vận hành thành thạo các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
Thực hiện được các bước xác định các chỉ tiêu cơ lý của kim loại và mối hàn
Tính toán và báo cáo chính xác các kết quả thí nghiệm
Rèn luyện tính cần thận, kiên trì, chính xác, trung thực
Thực hiện được công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp
Nội dung của mô đun:
Sô Tên các bài =
TT | trongmô đun Tong | Tý tuyết | ThẾC | Kiểm trại so hanh
Trang 9Bài 1: Xác định cường độ chịu kéo của thép xây dựng
1 Mục tiêu
Học xong bài này, người học có khả năng:
Trình bày được các quy định chung về thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của thép
- _ Sử dụng thành thạo các dụng cụ và thiết bị liên quan đến thí nghiệm
-_ Thực hiện được các bước xác định cường độ chịu kéo của thép đúng quy trình thí nghiệm
- Tinh toan, xu ly va bao cao được các số liệu thí nghiệm
- Lam việc nghiêm túc cần thận, báo cáo trung thực
-_ Thực hiện được công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp
II Nội dung bài học:
1 Khái niệm chung:
Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ
có 3 giai đoạn biến đạng: biến đạng đàn hồi,
biến dạng dẻo và phá huỷ Quan hệ giữa biến
đạng (AI) và tải trọng (P) được giới thiệu trên
hình 1 (Biểu đồ kéo của kim loại)
Biến dạng đàn hồi có quan hệ AI và P là
bậc nhất ( vùng ])
Biến dạng dẻo là biến dạng xảy ra khi tải
trọng vượt quá tải trọng đàn hồi, quan hệ AI - P
không còn là bậc nhất (vùng II)
Nguyên nhân gây ra biến dạng dẻo là _
sự trượt mạng tinh thể Giai đoạn phá hoại khi tải trọng đã đạt tới giá trị cực đại (Pmax), vết nứt xuất hiện và mẫu bị phá hoại (vùng III)
Biến dạng dẻo là đặc trưng quan trọng của kim loại nói chung và vật liệu
thép nói riêng, nó làm kim loại có thể gia công cơ nhiệt để tạo ra những sản
phẩm với những tính chất phù hợp với điều kiện sử dụng.
Trang 10Dac trung bién đạng của kim loại chịu kéo là là độ giãn dài tương đối và
độ thắt tương đối
Độ giãn dài tương đối e là tỉ só phần trăm giữa độ giãn dài sau khi kéo AI
và độ dài ban đầu lo của mẫu và được xác định theo công thức:
e=AI/ lo * 100 %
Trong đó : l, - là độ dài ban đầu , mm
1¡ - là độ dài sau khi đứt, mm
Thí nghiệm kéo áp dụng cho việc thử kéo tĩnh các mẫu kim loại ở nhiệt
độ 20+15°C để xác định các đặc trưng cơ học ( trừ các thép tắm có chiều dầy
nhỏ hơn 0,5mm và các thép có đường kinh nhỏ hơn 3mm ) Thử kéo mẫu với tốc
độ phù hợp cho đến khi mẫu bị phá hỏng đề xác định một hay nhiều đặc trưng
cơ học của kim loại một cách chính xác nhất
Các đặc trưng cơ học của kim loại :
- Máy kéo nén vạn năng
- Thước đài có vạch chia chính xác đến mm
-_ Thước kẹp hoặc thước Panmer có đọ chính xác tới 0.lmm
- Dita
Thử kéo được tiên hành trên các máy vạn năng hay chuyên dùng
Máy cần đảm bảo độ đúng tâm tin cậy khi cặp mẫu Lực kéo phải được tăng đều Tốc độ kéo phải ở trong giới hạn cho phép của điều kiện thử, khi giảm tải phải từ từ
3 Trình tự thí nghiệm:
3.1 Chuẩn bị mẫu
- Mẫu thử có thể là là các mẫu có mặt cắt ngang tròn, vuông, chữ nhật
Chiều dài tính toán ban đầu của mẫu có thể là : Lo = 5,65 Fo hoặc Lo = 11,3 Fo (Fo : Diện tích mặt cắt ngang ban đầu, phần làm việc của mẫu )
- Các mẫu được cắt từ tắm kim loại có chiều dầy từ 0,5 đến 3mm, kích
thước của mẫu được quy định trong bảng sau :
10
Trang 11- Xác định chiều dài tối thiểu mẫu thử: LE 14dg+2h
Trong đó : dạ là đường kính danh nghĩa của mẫu.;
h: chiều cao miệng kẹp của máy
Chú ý: Thông thường cắt thép có chiêu dài từ 50-60cm ( không cần tính toán)
- Xác định diện tích mặt cắt ngang danh nghĩa- tra bảng ( không sử dụng
diện tích mặt cắt ngang thực tế)
- Xác định chiều dài tính toán ban đầu của mau : 1, = Sdo
Trong đó : dạ là đường kính danh nghĩa của mẫu
- Đánh dấu chiều dài tính toán „ trên mẫu, đánh dấu bằng vạch đũa hoặc
bút dau theo các khoảng cách I,/⁄4 hoặc I,/5 ( làm như thế để xác định đoạn lạ cho
hợp lí , nếu bị đứt ở vị trí có ke đến vạch giới hạn >1/3 lạ là không hợp lệ >
chuyền vi tri tinh |, theo khoang nho 1/4 hoặc 5mm )
3.2 Tiến hành thử và xử lý kết quả:
- Đưa mẫu vào máy và gá kẹp chắc chắn sao cho trục của mẫu phải song song với trục đứng của mẫu.( lắp : má trên trước, tháo: má dưới trước )
- Vận hành máy và tăng tải đều đặn với tốc độ gia tải trong khoảng 30-50
N/mm”⁄s cho đến khi mẫu bị phá hoại
- Xác định tải trọng kéo ở hai trạng thái : lực chảy (Pch) ứng với trạng thái
chảy và lực bền (Pmax) ứng với trạng thái phá hoại mẫu
- Giới hạn chay vat ly o., duge xac dinh qua kim chi luc trén may trong
quá trình thử hoặc bằng đồ thị kéo nhận được khi thử
- Giới hạn chảy trên ø"¿, và dưới ø".› được xác định bằng đồ thị kéo nhận
được khi thử với điều kiện nếu tỉ lệ của biểu đồ đảm bảo Imm trên trục tung
tương ứng với ứng suất của mẫu không vượt quá 10N/mmể Các giá trị này tương ứng với điểm chảy cao nhất ban đầu và thấp nhất trong giai đoạn chảy mà
lực không tăng hay giảm rõ rệt được thể hiện trên đồ thị
- Nếu không xuất hiện hiện tượng chảy, cần xác định GHC quy ước
+ Giới hạn chảy quy ước ơ'› xác định bằng phương pháp họa đồ theo đồ thị kéo hoặc nhờ ten-sơ-mét trong quá trình tăng tải Khi sử dụng ten-sơ-mét thì
sai số của ten-sơ-mét không được vượt quá 5% giá trị biến dạng dài đo được
11
Trang 12+ Giới hạn chảy quy ước Ø”¿; được xác định bằng phương pháp đặt tải và
bỏ tải liên tiếp, sau khi đặt mẫu vào ngàm máy, tăng lực để mẫu chịu ứng suất 6, không quá 10% giới hạn chảy ø"‹› ( xác định bằng ten-sơ-mét ), sau đó mẫu chịu
tải cho đến khi ø, = 2 Giữ lực từ 5 giây đến 7 giây rồi hạ tải cho đến ứng suất
ø,' Bắt đầu từ giá trị ứng suất tương ứng 70 - 80% của oy, mau lại chịu tải tiếp
theo
+ Trong quá trình tăng tải và bỏ tải, còn phải tiến hành đo để xác định
biến dang đủ cho đến khi hạ tải đến ứng suất Go
+ Thử được dừng lại khi biến dạng dư đã bắt đầu vượt của đại lượng đo
tải trọng tương ứng với giới hạn chảy gây nên
Xác định chiều dài l¡ (khoảng cách đánh dấu ban đầu của lọ )bằng cách lấy
hai nửa mẫu đã bị đứt , chắp khít lại với nhau sao cho trục mẫu là đường thẳng
và đo khoảng cách giữa hai vạch giới hạn của lọ ban đầu
Trong đó: Fo là tiết diện chịu kéo
P; thường xác định bằng ở thời điểm ứng với biến dạng dư không > 0.05 %
- Giới hạn chảy (G.n)
ø = Pch/F¿ ( N/mnẺ hoặc Mpa) Trong đó: P, ứng với trạng thái chảy khi đó độ dãn dài tiếp tục tăng
trong khi lực kéo không đổi (biến dạng dư không > 0.2 %)
- Giới han bén (0)
6p = Pmax / Fo
Trong đó: Pmax ứng với thời điểm mẫu bị đứt
- Gh chảy, bên og, „ øp được tính chính xác đến 1 đơn vi
(néu ứng suat 6 <1000 N/mm?)
va duge tinh chinh xac dén 10 don vi (nếu giá trị ứng suất o >1000 N/mm’)
- Độ giãn dài ồ được tính chính xác đến đơn vị
- Các kết quả phép thử là trung bình cộng của nhóm mẫu
12
Trang 13Bài 2: Xác định cường độ chịu uốn của thép xây dựng
I Muc tiéu
Học xong bài này, người học có khả năng:
- Trinh bay được các quy định chung về thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn của thép
- Su dung thành thạo các dụng cụ và thiết bị liên quan đến thí nghiệm
-_ Thực hiện được các bước xác định cường độ chịu uốn của thép đúng quy trình thí nghiệm
-_ Tính toán, xử lý và báo cáo được các số liệu thí nghiệm
- _ Làm việc nghiêm túc cân thận, báo cáo trung thực
- _ Thực hiện được công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp
Il Nội dung bài học:
1 Khái niệm chung:
Thí nghiệm này xác định khả năng chịu biến dạng dẻo của kim loại và
hợp kim được biểu thị bằng góc uốn ở nhiệt độ 20 +15°C/10°C Phương pháp này không áp dụng đề thử ống, dây kim loại và mối hàn
Mẫu thử có mặt cắt ngang hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, đa giác không đổi, được đem biến dạng dẻo bằng cách uốn xung quanh một gối uốn có
đường kính xác định, đến một góc uốn xác định hoặc đến khi xuất hiện vết nứt
nhờ tác dụng của một ngoại lực có hướng không đổi
Mẫu hình vuông và chữ nhật cần làm lượn tròn mép bán kính lượn không
được vượt quá 1/10 chiều dầy thử
Đối với vật liệu có chiều rộng đến 20mm, chiều rộng mẫu thử lấy bằng chiều rộng ban đầu vật liệu thử Nếu chiều rộng vật liệu thử lớn hơn 20mm cần cắt ra để lây chiều rộng mẫu thử từ 20 - 50mm với độ sai lệch + 5mm sao cho
chiều rộng bằng hai lần chiều dầy mẫu thử Đối với vật liệu thử có chiều dầy
dưới 3mm chiều rộng mẫu thử không vượt quá 20+5mm
Chiều dầy mẫu thử bằng chiều dầy ban đầu vật liệu thử Nếu chiều dầy vật liệu thử vượt quá 25mm thì chiều dầy mẫu thử được giảm đi bằng cách gia
công một mặt đến 25mm, khi uốn mặt không gia công đặt về phan bi kéo
Chiều dài mẫu thử chọn phụ chiều dầy mẫu thử và điều kiện tiến hành
thử
13