NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ hàn tự ĐỘNG dưới lớp THUỐC KHI hàn GIÁP mối một PHÍA ỨNG DỤNG TRONG CHẾ tạo vỏ tàu THỦY

Hình nh gây h quang b ng phoi thép .... Dây hàn Spoolarc ..... ây là quá trình... Nguyên lý hàn GTAW Hình 1.1.. Nguyên lý hàn h quang tay... Ví d 10XX ch thép cacbon.. Thép th ng dùng tr

L I CAM OAN

Tôi xin cam đoan ngo i tr các s li u đ c trích d n t tài li u tham kh o thì

n i dung còn l i là công trình nghiên c u và tính toán c a riêng tôi, các s li u tính toán

là trung th c và ch a t ng đ c ai công b N u sai tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m

Nam nh, ngày 15 tháng 6 n m 2022

Ng i cam đoan

Nguy n V n Thái

L I CAM OAN……… i

M C L C……… ii

DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T………… ……… v

DANH M C CÁC HÌNH NH, TH ……… vi

DANH M C B NG ……… ………….……… vii

PH N M U ……… 1

1 Tính c p thi t c a đ tài………….……….… 1

2 M c tiêu, đ i t ng, ph m vi nghiên c u……… 2

2.1 M c tiêu ……… 2

2.2 i t ng ……….……… 2

2.3 Ph m vi nghiên c u ……… ……… 2

CH NG 1 T NG QUAN CHUNG ……… 3

1.1 Công ngh hàn v tàu thép ……… 3

1.1.1 S l c l ch s phát tri n ……… 3

1.1.2 Các ph ng pháp hàn đ c áp d ng cho hàn tàu v thép hi n nay ……… 4

1.2 Tình hình nghiên c u trong n c và qu c t ……… ……… 9

1.2.1 Tình hình nghiên c u trong n c ……… ……… ……… 9

1.2.2 Tình hình nghiên c u ngoài n c ……… ……… ……… 10

1.3 T ng quan v công ngh đóng tàu ……….……… 11

1.3.1 Công ngh đóng tàu hi n nay ……… ……… 11

1.3.2 Thép ch t o v tàu th y ……… …… ……… 15

1.3.3 ng d ng công ngh hàn m t phía trong ch t o v tàu th y ……… 19

K t lu n ch ng 1 … ……….……… …… ……… 20

CH NG 2 CÔNG NGH HÀN GIÁP M I M T PHÍA B NG PH NG PHÁP HÀN T NG D I L P THU C ……… 21

2.1 t v n đ … …….………….……… …… ……… 21

2.2 Công ngh hàn t đ ng d i l p thu c ….……… …… ……… 21

2.2.1 Nguyên lý hàn t đ ng d i l p thu c ….……… …… …….……… 21

2.2.2 c đi m và ng d ng c a ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c …… 23

2.3 nh h ng c a các y u t công ngh ……….… 26

2.3.1 Góc nghiêng dây hàn ……… ……….… 26

2.3.2 nh h ng c a thông s công ngh ……… 27

2.3.3 nh h ng c a c ng đ dòng đi n hàn ……… 28

2.3.4 nh h ng c a đi n áp h quang ……… ……… 29

2.3.5 nh h ng c a t c đ hàn ……… …… ……… 29

2.3.6 nh h ng c a đ ng kính đi n c c ……… ……… 30

2.4 Công ngh hàn giáp m i khi hàn t đ ng d i l p thu c ……… … 31

2.4.1 Các thông s ch đ hàn giáp m i……… 31

2.4.2 Các d ng liên k t hàn giáp m i ……….……… … 34

2.4.3 K thu t hàn ……… ……… … 37

2.4.4 K thu t hàn t đ ng t m ph ng ……….… ……… … 38

2.4.5 Khuy t t t m i hàn ……….….… ……… … 40

K t lu n ch ng 2 ……… ………….….… ……… … 41

CH NG 3 NGHIÊN C U TH C NGHI M HÀN GIÁP M I M T PHÍA B NG QUÁ TRÌNH HÀN SAW ……… 42

3.1 Mô hình th c nghi m ……… …….… ……… …… 42

3.2 V t li u ……….……….….… ……… … 42

3.2.1 V t li u c b n ……….….……….….… ……… … 42

3.2.2 V t li u hàn ………….…….….……….….… ……… … 43

3.3 i u ki n thí nghi m ……… …… …….… ……… …… 48

3.3.1 Thi t b th c nghi m ……… …… …….… ……… …… 49

3.3.2 Các trang thi t b ph tr ……… ……….… ……… …… 52

3.3.3 M u th c nghi m ……… ……….… ……… …… 54

3.4 Ph ng pháp quy ho ch th c nghi m ……….…… 57

3.5 Quy trình hàn th c nghiêm ……….………….…… 59

3.5.1 Quy trình chung ……… ……….…… 59

3.5.2 Hàn m u th c nghi m ……….……….…… 60

3.6 L y m u ki m tra ch t l ng m i hàn ……… ……….… 60

3.7 o k t qu và l p b ng th ng kê s li u th c nghi m ……… … 61

K t lu n ch ng 3 ……… …… ……… ……….… 70

K T LU N VÀ KI N NGH ……… …… ……… ……….… 71

1 K t lu n ……… … ……… ……….… 71

2 Ki n ngh ……… … ……… ……….… 71

TÀI LI U THAM KH O ……… …….……… ……….… 72

7 MIG (GMAW) Hàn h quang trong môi tr ng khí b o v v i đi n

c c nóng ch y (Metal Inert Gas)

8 TIG (GTAW) Hàn h quang trong môi tr ng khí b o v v i đi n

c c không nóng ch y (Tungsten Inert Gas)

9 SMAW(MMA) Hàn h quang que hàn thu c b c (Submerged Metal

Hình 1.1 Nguyên lý hàn h quang tay……… 5

Hình 1.2 Nguyên lý hàn GTAW………….……… 5

Hình 1.3 Nguyên lý hàn h quang trong môi tr ng khí b o v … ………… 6

Hình 1.4 Nguyên lý hàn FCAW a) Có khí b o v ; b) T b o v … ………… 8

Hình 1.5 Nguyên lý hàn t đ ng d i l p thu c b o v ……… 9

Hình 2.1 Nguyên lý máy hàn t đ ng d i l p thu c ……….… …… 22

Hình 2.2 nh h ng c a góc nghiêng dây hàn, v t hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn ………… ……… 27

Hình 2.3 nh h ng c a c ng đ dòng đi n hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn ……… 28

Hình 2.4 nh h ng c a đi n áp hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn 29

Hình 2.5 nh h ng c a t c đ hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn 30

Hình 2.6 nh h ng c a đ ng kính đi n c c đ n hình d ng kích th c m i hàn ……… 30

Hình 2.7 Hình nh gây h quang b ng phoi thép 37

Hình 2.8 Hình nh gây h quang b ng ph ng pháp c t vát nh n đi n c c hàn 37 Hình 2.9 Các d ng liên k t hàn giáp m i 39

Hình 3.1 Mô hình th c nghi m 42

Hình 3.2 Thu c hàn 46

Hình 3.3 Dây hàn Spoolarc 48

Hình 3.4 Máy hàn t đ ng d i l p thu c Miller Dimemsion 1250 49

Hình 3.5 B ng đi u khi n 50

Hình 3.6 H th ng c p và thu h i thu c hàn 51

Hình 3.7 B ng đi u khi n t xa 51

Hình 3.8 M i ghép hàn 54

Hình 3.9 Thông s k thu t c a m i ghép hàn 54

Hình 3.10 M u th c nghi m 55

Hình 3.11 M u th kéo ngang m i hàn giáp m i 61

DANH M C B NG

B ng 1.1 S n l ng đóng tàu c a th gi i ……… 13

B ng 1.2 Th c tr ng phát tri n công nghi p đóng tàu Vi t Nam ……….……… 14

B ng 1.3 Thành ph n hóa h c và c tính đ i v i thép đóng tàu, đ b n bình th ng……… 16

B ng 1.4 Yêu c u chung v c tính c a 4 c p thép theo TCVN 6259-7:2003…… 16

B ng 1.5 Thành ph n hóa h c thép đ b n cao ……… 17

B ng 1.6 Tính ch t c h c thép đ b n cao ……… ……… 18

B ng 1.7 Hàm l ng các bon t ng đ ng ……… ……… 18

B ng 1.8 Th ng kê chi u dài đ ng hàn trong thân tàu ……… 19

B ng 2.1 M t đ dòng đi n hàn ……… 31

B ng 2.2 Quy ph m liên k t hàn giáp m i không vát mép, hàn hai phía …….… 34

B ng 2.3 Quy ph m liên k t hàn giáp m i vát mép ch “V”, hàn m t phía …… 35

B ng 2.4 Quy ph m liên k t hàn giáp m i vát mép ch “X” ……… 36

B ng 3.1 Thành ph n hóc h c c a thép A36 ……….… 43

B ng 3.2 C tính c a thép A36 ……….……….… 43

B ng 3.3 Ký hi u thu c hàn theo Vi n Hàn Qu c t IIW ………….……… 47

B ng 3.4 Thành ph n hóc h c c a dây hàn HJ431 ……… 47

B ng 3.5 Các trang thi t b ph tr và m c đích s d ng ……….… 52

B ng 3.6 Giá tr bi n thiên c a các thông s công ngh trong hàn th c nghi m … 56 B ng 3.7 Ph ng án th c nghi m theo giá tr mã hóa ……… 58

B ng 3.8 Ch đ hàn c a các thí nghi m theo giá tr th c……… … 58

B ng 3.9 K ho ch th c nghi m và k t qu thí nghi m ……… 61

B ng 3.10 K t qu th kéo và đ th ki m tra đ b n kéo m i hàn c a các m u th ……… ……… 63

B ng 3.11 S li u thí nghi m thông s công ngh hàn và đ b n kéo ……… 67

PH N M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

Vi t Nam là qu c gia ven bi n n m bên b Thái Bình D ng và li n tr c giao thông đ ng bi n qu c t t Thái Bình D ng sang i Tây D ng V i chi u dài trên 3.260 km ch y d c t B c t i Nam theo chi u dài đ t n c, có nhi u c ng,

vnh… r t nhi u thu n ti n cho giao thông đ ng th y, đánh b t h i s n Vì v y phát tri n kinh t bi n là góp ph n th c hi n th ng l i s nghi p Công nghi p hóa - Hi n

đ i hóa đ t n c đ m b o yêu c u này thì ngành công nghi p đóng t u bi n tr thành m t ngành công nghi p m i nh n đ phát tri n kinh t bi n và t o th tr ng cho các ngành công nghi p khác phát tri n Có th nói s phát tri n c a công nghi p đóng tàu g n li n v i s phát tri n c a công ngh hàn

- Hàn t o ra s c b n cao cho thân tàu: Do s d ng tri t đ m t c t làm vi c

c a chi ti t hàn nên đ b n m i hàn cao, t ng đ b n ch c c a k t c u b n c a các m i hàn s tham gia đ m b o đ kín khít, đ b n chung và kh n ng làm vi c lâu dài, n đ nh, c a con tàu Hàn có th n i đ c nh ng kim lo i có tính ch t khác nhau, không h n ch chi u dày c a các chi ti t, v i đ b n m i hàn cao, m i hàn kín,

ch u t i tr ng t t và ch u đ c áp su t cao Ngoài ra, công ngh hàn cho phép gi m

đ c ti ng n trong s n xu t

- Tính công ngh : Công ngh hàn là y u t hàng đ u quy t đ nh vi c ch n l a

ph ng án ch t o, l p ghép các phân đo n, t ng đo n Do đó, nó tr c ti p quy t đ nh

đ n đ l n c a con tàu Ngày nay, các lo i tàu ngày càng đòi h i ph i có t i tr ng l n

vì v y kích th c c a nó là r t l n; đ c bi t là các lo i tàu v n t i, t u khu tr c, t u sân bay Vì v y đòi h i v thân t u ph i có chi u dày r t l n đ ch u t i; đ ch t o đ c các lo i v thân tàu nh v y thì các ph ng pháp hàn v n là ph ng án đ c l a ch n

m t c t làm vi c c a chi ti t hàn tri t đ h n, hình dáng chi ti t cân đ i h n, gi m

đ c kh i l ng kim lo i m t mát do đ t l v.v…So v i đúc, hàn ti t ki m đ c t i 50% vì không c n t i h th ng rót Công ngh hàn là m t trong nh ng y u t quan

tr ng góp ph n nâng cao n ng su t trong ngành công nghi p đóng tàu Hàn s gi m

đ c th i gian và giá thành ch t o k t c u Hàn cho n ng su t cao h n so v i các

ph ng pháp khác do gi m đ c s l ng nguyên công và c ng đ lao đ ng.[1]

- Xu h ng phát tri n: Hàn v i nh ng u đi m v t tr i v tính b n, tính công ngh , tính kinh t Do đó, công ngh hàn đã và đang đ c nghiên c u, ng

d ng r ng rãi h n trong công nghi p nói chung và công nghi p đóng tàu nói riêng

- Xây d ng quy trình hàn giáp m i m t phía b ng ph ng pháp hàn t đ ng

- Xây d ng quy trình hàn giáp m i m t phía b ng ph ng pháp hàn t đ ng

d i l p thu c có s d ng đ m thu c, thép A36 có chi u dày 12 mm ng d ng trong ch t o v tàu th y

2.3 Ph m vi nghiên c u

tài này t p trung nghiên c u, phân tích và h th ng hóa công ngh , ch đ hàn (c ng đ dòng đi n hàn, đi n áp hàn, v n t c hàn) cho v t li u là thép A36 có chi u dày 12 mm Làm sáng t ki n th c lý thuy t và các ki n th c th c nghi m v

công ngh hàn t đ ng d i l p thu c có s d ng đ m thu c

m ra th i k hàn h quang tay trong ngành công nghi p đóng tàu.[2]

N m 1889, đ c l p v i nhau N.G Sla-vi-a-n p và Charle coffin đã áp d ng đi n c c nóng ch y (đi n c c đi n kim lo i) vào hàn h quang tay thay cho đi n c c các bon,

đ n n m 1907, k s Thu i n Oscar Kjellberg đã phát hi n ra ph ng pháp n

đ nh quá trình phóng h quang và b o v vùng hàn kh i tác đ ng c a không khí xung quanh b ng cách b c lên đi n c c kim lo i m t l p thu c Vi c ng d ng que hàn

b c thu c b o đ m ch t l ng c a m i hàn trong ngành công nghi p đóng tàu lúc

l ng m i hàn c ng nh nâng cao kh n ng t đ ng hóa

1.1.2 Các ph ng pháp hàn đ c áp d ng cho hàn tàu v thép hi n nay

Hi n nay, có h n 130 ph ng pháp hàn khác nhau Trong đó, ngành công nghi p đóng tàu ch y u ch s d ng ph ng pháp hàn nóng ch y.[3]

Các ph ng pháp hàn nóng ch y đ c ng d ng r ng rãi nh t trong ngành công nghi p đóng tàu là:

Hàn h quang tay;

Hàn h quang t đ ng và bán t đ ng;

Hàn đi n x

Trong các ph ng pháp hàn h quang nóng ch y thì h quang hình thành gi a

đi n c c và v t hàn Kim lo i b sung đ c s d ng trong quá trình hàn nóng ch y

v i m c đích là t ng th tích kim lo i đ p và t ng đ b n c a kim lo i m i hàn B hàn nóng ch y bao g m kim lo i b sung và kim lo i c b n t o nên Vì đi n c c di chuy n d c theo đ ng hàn, kim lo i nóng ch y s đông đ c t o thành m i hàn

D i đây là m t vài ph ng pháp hàn nóng ch y đ c dùng ph bi n hi n nay: hàn

h quang que hàn thu c b c (SMAW), hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GTAW), hàn h quang đi n c c nóng ch y trong môi

tr ng khí b o v (GMAW), hàn h quang dây hàn lõi thu c (FCAW), hàn h quang

d i l p thu c (SAW),…

a) Hàn h quang tay (SMAW)

Hàn h quang tay v i que hàn thu c b c (SMAW), th ng đ c g i là

ph ng pháp hàn b ng que hàn, là m t ph ng pháp c đi n nh t c a các nhóm hàn

h quang hi n nay Tuy nhiên nó l i đ c ng d ng r ng rãi nh t ây là quá trình

hàn đ c th c hi n b ng tay, trong đó nhi t l ng cho quá trình hàn t o ra nh c t

h quang hình thành gi a v t hàn và que hàn (đi n c c t hao), có v b c là l p tr dung (thu c hàn) Ph ng pháp hàn h quang SMAW đ c s d ng r ng rãi do tính

đa d ng c a nó và thi t b t ng đ i đ n gi n, d di chuy n và r h n so v i các thi t

b hàn h quang khác Hình 1.1 mô t nguyên lý hàn h quang tay.[2,4]

u

b) Hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GTAW)

Hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí b o v , đi n

c c wonfram đ c s d ng thay th đi n c c nóng ch y trong hàn h quang que hàn thu c b c Khí b o v là các lo i khí tr nh : argon, helium ho c H2 đ c s d ng

đ b o v kim lo i không b oxy hóa Ngu n nhi t c a h quang hình thành gi a đi n

c c và v ng hàn Ngu n nhi t đ c t o ra do s hình thành h quang gi a đi n c c

và KLCB làm nóng ch y mép hàn

Hình 1.2 Nguyên lý hàn GTAW Hình 1.1 Nguyên lý hàn h quang tay

Dây kim lo i ph đ c đ a vào vùng h quang ho c b hàn Quá trình hàn h quang

v i đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí b o v có th hàn đ c h u h t các kim lo i và cho m i hàn có ch t l ng t t Tuy nhiên t c đ hàn ch m h n các quá trình hàn khác.[2,4]

c) Hàn h quang v i đi n c c nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GMAW)

ây là lo i quá trình hàn có đ tin c y cao khi s d ng đi n c c nóng ch y

d i d ng dây hàn trong môi tr ng khí tr trên c s khí argon Ra đ i trong th p

k 50, quá trình này đ c bi t đ n v i tên g i ban đ u là quá trình hàn MIG và cho

đ n nay v n là m t trong nh ng quá trình hàn đ c s d ng r ng rãi vì có m t lo t

nh ng u đi m n i b t Ta có th s d ng ph ng pháp hàn này ch đ hàn t

đ ng ho c bán t đ ng đ i v i nhi u lo i v t li u, chi u dày và v trí hàn ây là lo i quá trình hàn có n ng su t đ p cao hai ch đ hàn t đ ng và bán t đ ng

M t trong nh ng ng d ng ban đ u c a ph ng pháp hàn h quang b ng đi n

c c nóng ch y trong môi tr ng khí b o v là hàn nhôm trong môi tr ng khí argon

i v i thép, khí b o v đ c s d ng r ng rãi là CO2 và h n h p khí Ar/CO2 Thành ph n khí b o v có nh h ng đáng k đ n đ c tr ng c a quá trình hàn, hình

d ng m i hàn, m c đ b n tóe và c tính c a kim lo i m i hàn (đ c bi t là đ dai va

đ p) Khí b o v CO2 th ng đ c s d ng cho hàn k t c u thông d ng t thép các

Hình 1.3 Nguyên lý hàn h quang trong môi tr ng khí b o v

bon th p đôi khi đòi h i cao v hình d ng b m t m i hàn, ph m vi bi n thiên t ng

đ i r ng ch đ hàn và đ dai va đ p M c dù có giá thành cao, các h n h p khí Ar/CO2 ho c Ar/CO2/O2 cho phép c i thi n đáng k hình d ng b ngoài m i hàn.[2]

* u đi m chính c a hàn đi n c c nóng ch y trong môi tr ng khí b o v là:

- Có th hàn c hai ch đ : t đ ng và bán t đ ng

- M c đ linh ho t cao đ i v i các lo i v t li u và v trí hàn khác nhau

- N ng su t đ p cao (có th dùng dây lõi b t)

- M t đ dòng hàn cao b o đ m vùng nh h ng h p;

- Ch đ hàn xung cho phép ki m soát t t h n so v i hàn không có xung

* Nh c đi m c a quá trình này là:

- D hình thành khuy t t t, b n tóe và r khí

- Giá thành thi t b hàn cao h n so v i ph ng pháp hàn h quang tay Bên

c nh đó n u yêu c u t i u hóa các thông s hàn đ ki m soát quá trình hàn t t h n thì giá thành thi t b s t ng r t cao

- S d ng dây hàn lõi b t t b o v s ít nhi u gây nh h ng t i s c kh e

c a ng i th Do v y ph i yêu c u có s thông thoáng và đi u ki n thông gió t t (đ c bi t trong vùng không gian làm vi c ch t h p)

- Chi phí s d ng cao n u s d ng khí b o v trên c s khí Ar so v i khí CO2

- Khí b o v (CO2) không cho phép đ t t i tr ng thái d ch chuy n tia d c tr c,

ch t l ng b m t m i hàn kém, h quang kém n đ nh và m c đ b n tóe cao h n

d) Hàn h quang dây hàn lõi thu c

Quá trình hàn h quang dây hàn lõi thu c (FCAW) đ c phát tri n t nh ng

n m 1950 c a th k tr c Quá trình hàn này t ng t nh hàn h quang trong môi

tr ng khí b o v đi n c c nóng ch y (GMAW) Quá trình hàn FCAW tr nên ph

bi n do đ c t đ ng hoá cao và cho ch t l ng m i hàn t t Ph ng pháp hàn này

th ng đ c áp d ng đ hàn thép các bon, thép h p kim th p, thép không g và m t

s lo i thép đúc.[2]

Ph ng pháp hàn FCAW đ c chia làm 2 lo i: Lo i th nh t là T b o v (FCAW-S) và lo i th hai là S d ng khí b o v (FCAW-G)

Lo i t b o v đ c s d ng r ng rãi vì dây hàn t ng đ i r ti n và d ki m, khí sinh ra trong quá trình hàn c a lõi thu c t b o v vùng hàn kh i s thâm nh p

c a khí môi tr ng xung quanh FCAW-S th ng s d ng đ hàn các lo i thép có chi u dày trung bình và có th hàn m i v trí hàn trong không gian Hàn có s d ng khí b o v (FCAW-G) c ng là ph ng pháp hàn dây hàn lõi thu c tuy nhiên ng i ta

s d ng thêm khí b o v đ nâng cao ch t l ng m i hàn gi m giá thành so v i hàn

h quang tay Hàn có khí b o v th ng cho chi u sâu ng u cao h n so v i hàn không s d ng khí b o v Tuy nhiên, hàn không có khí b o v kho ng cách gi a

ng ti p đi n và b m t v t hàn th ng l n h n, b m t m i hàn th ng g cao và b

r ng th ng l n h n so v i có khí b o v

e) Hàn h quang d i l p thu c b o v (Submerged Arc Welding - SAW)

Hàn h quang d i l p thu c b o v còn g i là hàn h quang chìm, ti ng Anh

vi t t t là SAW (Submerged Arc Welding), là quá trình hàn nóng ch y mà h quang cháy gi a dây hàn (đi n c c hàn) và v t hàn d i m t l p thu c b o v [2,3]

D i tác d ng nhi t c a h quang, mép hàn, dây hàn và m t ph n c a thu c hàn sát h quang b nóng ch y t o thành v ng hàn Dây hàn đ c đ y vào v ng hàn

b o v và gi nhi t cho m i hàn, và s tách kh i m i hàn sau khi hàn Ph n thu c hàn ch a đ c nóng ch y có th s d ng l i

Hàn h quang d i l p thu c b o v có th đ c t đ ng c hai khâu c p dây vào vùng h quang và di chuy n h quang theo tr c m i hàn Tr ng h p này đ c

v c s n xu t c th nh :

V Huy Lân (2016) - Tr ng i h c bách khoa Hà N i v i đ tài “Nghiên

c u s n xu t thu c hàn thiêu k t b ng nguyên li u trong n c đ hàn t đ ng d i

l p thu c các k t c u thép các bon th p và h p kim th p” tài đã đ a ra thi t k hoàn ch nh cho dây chuy n s n xu t thu c hàn thiêu k t đ hàn t đ ng d i l p thu c v i quy mô s n xu t th nghi m trong phòng thí nghi m Nghiên c u c ng xây

d ng đ c quy trình s n xu t thu c hàn và đã s n xu t th nghi m thu c hàn và

ki m tra m u hàn cho k t qu n đ nh và đáp ng yêu c u v đ h t, kích th c, đ

m thu c hàn.[5]

Hình 1.5 Nguyên lý hàn t đ ng d i l p thu c b o v

Nguy n H u H ng, T ng Ng c Tu n (2016) – H c vi n Nông nghi p Vi t Nam “Nghiên c u ng d ng công ngh hàn t đ ng d i l p thu c đ hàn thép h p kim đ b n cao Q345B” tài đã xây d ng đ c b thông s hàn đ hàn thép h p kim th p đ b n cao Q345B v i chi u dày nh t đ nh.[6]

Ngô Hùng (2013) – Tr ng i Nha Trang “Nghiên c u nh h ng c a ch

đ hàn đ n đ b n m i hàn giáp m i đ n k t c u v t u thép b ng ph ng pháp hàn

t đ ng d i l p thu c” tài đã xác đ nh đ c nh h ng c a ch đ hàn đ n đ

b n m i hàn giáp m i b ng ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c c a k t c u t m

v tàu thép.[7]

Hoàng Ti n t (2019) – Tr ng i h c s ph m k thu t Nam inh

“Nghiên c u nh h ng c a ch đ hàn h quang đi n c c lõi thu c (FCAW) đ n

ng su t và bi n d ng c a m i hàn giáp m i m t phía trong ch t o v tàu th y” tài đã kh o sát công ngh hàn h quang dây hàn lõi thu c và nghiên c u áp d ng cho các liên k t hàn giáp m i m t phía ánh giá đ c nh h ng c a các thông s ch

đ hàn FCAW nh : c ng đ dòng đi n hàn, đi n áp hàn, góc vát và t c đ hàn đ n

ng su t và bi n d ng m i hàn.[8]

1.2.2 Tình hình nghiên c u ngoài n c

Công ngh hàn t đ ng d i l p thu c là công ngh hàn tiên ti n cho n ng

su t hàn cao, ch t l ng liên k t hàn t t ngày càng đ c s d ng nhi u trong ch t o các k t c u thép có kh i l ng l n thu c các l nh v c l p máy, xây d ng, đóng t u, nhi t đi n, d u khí M c dù công ngh SAW đ c đ a vào s d ng r t s m (1938)

c, song v i s phát tri n m nh m c a khoa h c k thu t trên m i l nh v c, s phong phú c a các s n ph m ch t o b ng hàn đã t o đi u ki n thu n l i và thúc đ y

vi c nghiên c u, c i ti n và ng d ng c a công ngh này nh m đ t hi u qu t t nh t trong ch t o các k t c u thép b ng công ngh SAW Các nghiên c u v công ngh SAW r t đa d ng bao g m c các nghiên c u v đ c đi m công ngh , thông s quá trình, thi t b , v t li u

Chandel R S và các c ng s ti n hành nghiên c u đ d báo lý thuy t v nh

h ng c a dòng đi n, c c tính, đ ng kính, t m v i đi n c c v t c đ nóng ch y,

đ cao, đ r ng đ ng hàn và s ng u c a m i hàn trong hàn h quang d i l p thu c Nghiên c u đã cho th y t c đ ch y c a hàn h quang d i l p thu c t ng lên khi t ng dòng đi n hàn, s d ng đi n c c th ng, s d ng đi n c c đ ng kính nh và

t m v i đi n c c l n, k t qu này là c s t t cho vi c thi t k phát tri n quy trình hàn d i l p thu c đ ch t o các k t c u.[9]

P Kanjilal và các c ng s ti n hành nghiên c u v s h p kim hóa và nh

h ng c a thu c hàn trong công ngh SAW Nghiên c u đã ch ra r ng các thành

ph n thu c riêng l và h n h p có nh h ng l n và làm thay đ i hàm l ng oxy, mangan, silic và cacbon trong kim lo i m i hàn, đ ng th i phân tích các đ c đi m và

c ch c a s chuy n đ i các nguyên t trong quá trình hàn.[10]

Copyright James Amanie đã ti n hành nghiên c u, đánh giá nh h ng c a

c ng đ dòng đi n hàn và v n t c hàn đ n c u trúc t vi, vùng nh h ng nhi t và thành ph n hóa h c kim lo i m i hàn khi hàn thép SA516 và A709 Nghiên c u đã

so sánh, đánh giá nh h ng c a dòng đi n và t c đ hàn đ n c u trúc t vi c a kim

lo i m i hàn.[11]

Kahraman Sirin và các c ng s đã nghiên c u đánh giá nh h ng c a t c đ ngu i đ n c u trúc m i hàn thông qua m u hàn n i ng hai phía b ng công ngh SAW Nghiên c u đã ch ra r ng t c đ ngu i là y u t quy t đ nh t i c u trúc vi mô, tính ch t c h c c a kim lo i m i hàn và vùng nh h ng nhi t trong các k t c u hàn ng th i nghiên c u còn đánh giá nh h ng c a nhi t đ gi a các l p hàn

đ n đ dai va đ p m i hàn b ng cách th c hi n các l p hàn bên trong và bên ngoài

ng không liên t c, k t qu cho th y c tính liên k t hàn ph thu c vào đ u vào nhi t

c a quá trình hàn và nhi t đ gi a các l p hàn.[12]

1.3 T ng quan v công ngh đóng tàu

1.3.1 Công ngh đóng tàu hi n nay

a) Tình hình phát tri n công ngh đóng tàu trên th gi i

Ngành công nghi p đóng tàu th gi i th hi n qua m t s giai đo n: Giai

đo n tr c 1956, các n c Tây Âu (EU) đ c xem là cái nôi c a ngành đóng tàu th

gi i và h đã gi v trí quán quân trong nhi u th k Mãi đ n n m 1956 Nh t B n

m i v t lên, m c dù các n c EU v n luôn gi đ c v trí d n đ u v các lo i tàu

có công ngh và giá tr gia t ng cao.[13]

i v i Nh t B n, sau chi n tranh th gi i th hai, n n kinh t g n nh ki t qu ,

nh ng trái l i h có ngu n nhân l c r t d i dào Nh đó mà ch 10 n m sau chi n tranh,

b ng vi c tri n khai ch ng trình "Keikaku Zosen" (k ho ch phát tri n ngành đóng tàu), Nh t B n đã d n đ u th gi i, ch m t 10 n m đ có đ c 20% th ph n và 20 n m

đ chi m l nh g n 40% th ph n đóng tàu th gi i.[14]

Hàn Qu c, đóng tàu đã tr thành m t trong nh ng ngành tr ng đi m trong “K

ho ch phát tri n các ngành công nghi p n ng và hoá ch t” vào nh ng n m đ u th p niên

1970 Tuy nhiên, Hàn Qu c đã ph i m t 10 n m (1974 - 1984) đ thêm đ c 7% th

ph n và 20 n m đ có đ c 21,5% th ph n và h đã tr thành v trí quán quân vào n m

n c còn l i chi m h n 4% Tuy nhiên, xét v giá tr , EU l i là khu v c chi m m t t

l doanh thu l n nh t (g n 30%) do h t p trung vào nh ng lo i tàu cao c p nh : tàu

ch khí l ng và tàu ch khách Trong khi đó, Hàn Qu c chi m l nh các lo i tàu ch container, tàu ch d u Nh t B n t p trung vào tàu ch hàng khô, tàu ch khí l ng Còn Trung Qu c đang c g ng chi m l nh t t c nh ng gì có th M t th tr ng đóng tàu m nh đ c k v ng s ti p t c trong m t t ng lai th y tr c V i m c s n

l ng 40 tri u t n vào cu i n m 2004, d báo đ n n m 2015 s n l ng tàu toàn c u

s vào kho ng 50 tri u t n/n m

S phân chia th ph n đóng tàu th gi i đ c th hi n trong B ng 1.1 d i đây

* N c khác ch là Hoa K , N/A: không có s li u

Hi n nay, Trung Qu c là n c có đ y đ các y u t đ phát tri n ngành này i v i

nh ng n c ch có l i th nhân công mà không có kh n ng phát tri n các ngành ph

tr , không có th tr ng n i đ a l n, r t khó đ t o đ c ch đ ng trong ngành công nghi p này trong vòng 20 n m t i và d ng nh không th c nh tranh v i Trung

Qu c.[17]

b) Công nghi p đóng tàu th y Vi t Nam

Theo Quy t đ nh s : 2290/Q -TTg, ngày 27 tháng 11 n m 2013 v quy ho ch

t ng th phát tri n ngành công nghi p tàu th y Vi t Nam đ n n m 2020, đ nh h ng

đ n n m 2030 s xây d ng hoàn ch nh các nhà máy đóng m i, s a ch a tàu theo quy

ho ch đ đ n n m 2020 hình thành các trung tâm đóng, s a ch a tàu t i 03 khu v c

B c, Trung, Nam đ t m c công ngh và n ng su t t ng đ ng v i các n c trong khu v c; t ng b c nâng d n s n l ng tàu xu t kh u v i các s n ph m có kh n ng

c nh tranh c a Vi t Nam nh các tàu v n t i có yêu c u đ ph c t p cao, bao g m tàu ch ô tô, tàu Container 30.000 t n, tàu ch d u đ n 100.000 t n, m t s gam tàu

ch hóa ch t, tàu t ng h p đ n 70.000 t n; xu t kh u m t s tàu chuyên d ng nh tàu tu n tra cao t c, tàu tìm ki m c u n n, tàu công trình và du thuy n v i s l ng

tàu xu t kh u d tính kho ng 1,67 đ n 2,16 tri u t n/n m.[18]

Th c tr ng ngành công nghi p đóng tàu Vi t Nam qua s phân tích đi m

m nh, đi m y u, c h i và thách th c nh B ng 1.2

B ng 1.2 Th c tr ng phát tri n công nghi p đóng tàu Vi t Nam [19]

Th c tr ng Công nghi p đóng tàu Vi t Nam

- Qu n lý dây chuy n cung c p kém hi u qu

- Chi phí nhân công r

V i m c đ u t h n ch nên ch a xây d ng đ c nhà máy đóng tàu đ l n,

hi n đ i, đ ng b v kh n ng công ngh và đ t chu n công nghi p đóng tàu th gi i

đ đóng đ c các lo i tàu t i tr ng l n t 100.000 t n tr lên; bên c nh đó v i đa

ph n trang thi t b c ng ngh và v t li u đ u nh p ngo i nên chi phí s n su t l n, công nghi p ph tr kém phát tri n d n đ n t l n i đ a hóa th p do đó khó có th

c nh tranh đ c v i các n c nh Trung Qu c, Hàn Qu c,

V i tình hình th c t Vi t Nam hi n nay, vi c xây d ng và phát tri n các ngành công nghi p ph tr , nh t là ngành thép, t đ ng hoá, ch t o máy tàu là r t khó kh n Cách hi u qu h n c là Vi t Nam nên đ u t t p trung vào các c m công nghi p đóng tàu có s n l i th ba vùng mi n; đ ng th i ch ch n nh ng công đo n

phù h p h n là xây d ng t t c các ngành ph tr H n th n a, thay vì h n ch ch cho thành l p các liên doanh và m c a cho n c ngoài (nh t là Hàn Qu c và Nh t

B n) thành l p các doanh nghi p 100% v n c a h và khuy n khích khu v c kinh t

t nhân tham gia vào ngành công nghi p này Nh v y s s m xây d ng đ c m t ngành đóng tàu m nh có kh n ng c nh tranh cao.[19]

1.3.2 Thép ch t o v tàu th y

Thân tàu thép nói chung và v tàu nói riêng làm vi c trong đi u ki n r t kh c nghi t nh : Môi tr ng n c m n, sóng to, gió l n, nhi t đ các vùng n c bi n khác nhau đ c bi t là vùng n c bi n có nhi t đ âm có th đ n -70 0C; thân tàu

ch u t i trong đi u ki n bi n đ i, đ ng th i cùng m t lúc v a ch u xo n, u n, l c,

đ m b o ch t l ng đóng tàu trên th gi i, t n m 1959 các t ch c đ ng ki m trên th gi i (DNV, GL, LR, BV, KR, ABS, RINA, NK, CCS, ) đã đ ng ý tiêu chu n hóa thép đóng tàu nh m gi m thi u các cách phân lo i thép dùng cho đóng các

c p tàu (ch ng lo i tàu) khác nhau

a) Thép có đ b n bình th ng

Thép ch t o v tàu th ng là thép cacbon, ch a t 0,15% đ n 0,23% cacbon cùng l ng mangan cao Hai thành ph n g m l u hu nh và ph t pho trong thép đóng tàu ph i m c th p nh t, d i 0,05%

Thép có đ b n bình th ng đ c phân thành 5 c p thép (t k thu t b ng

ti ng Anh vi t là grade), ch t l ng khác nhau, dùng cho tàu th ng m i đó là c p A,

B, C, D và E Thép c p B dùng t i nh ng vùng nh y c m ch u tác đ ng l c, nh ng

n i đòi h i t m có chi u d y l n ng ki m ABS ghi rõ r ng thép c p B vào danh

m c thép dùng làm thân tàu V sau này nhi u n c không ghi c p C vào danh m c các c p thép đóng tàu Theo cách ghi trong qui ph m do ng ki m Vi t Nam đ a

ra, c p thép ch p nh n t i m c “phân lo i thép” i u 3.1.2 - Qui ph m phân c p và đóng tàu bi n v thép, 2003, g m 4 c p thép A, B, D, E Yêu c u v thành ph n hóa

h c đ i v i các c p thép này đ c quy đ nh c th nh B ng 1.3

M t s h th ng qui t c b t bu c áp d ng khi dùng thép s n xu t t i USA có

th k sau đây H th ng phân lo i quan tr ng nh t c a USA là AISI (American Iron and Steel Institute), theo h th ng này c p thép đ c dùng 4 con s đ ch S th

nh t ch cacbon, con s th hai ch l ng ph n tr m h p ch t chính y u trong đó Ví

d 10XX ch thép cacbon Hai con s cu i ch l ng cacbon, tính b ng ph n tr m, ví

d AISI 1040 ch thép cacbon ch a 0,04% cacbon Các ký hi u theo h th ng ASTM (American Society for Testing Materials) mang đ c tr ng d nh n di n, đ c dùng chính th c trong v n b n c a đ ng ki m ABS Thép th ng dùng trong đóng tàu thu c nhóm A36-78, là thép cacbon, dùng trong xây d ng Hai con s cu i cùng trong ký hi u ASTM ch n m ra đ i c a phiên b n m i nh t Thép t m, thép hình,

ng vv… th ng đ c phân lo i trong h th ng này Thép đ b n cao ghi trong h

th ng này g m A242, A440, A441, và A588, vv… Trong m t s tiêu chu n GOST

đ c công b nh ng n m g n đây, đã s d ng gi i h n d i c a đ b n ch y đ k t

h p v i mác thép tiêu chu n qu c t ISO i v i thép ch t o tàu thuy n, theo GOST 5521-89 có hai lo i đ u có tính hàn M t là lo i thép có đ b n thông th ng,

có 4 mác thép A, B, C, D, gi i h n ch y đ là 235 MPa; m t là lo i thép có đ b n cao, mác thép là A x x, D x x, E x x

Trong đó x x bi u th c p đ b n, ví d A32 bi u th c p 32 kG (t c 315 MPa), D40

bi u th c p 40 kG (t c 395 MPa)

b) Thép đ b n cao

Thép đ b n cao dùng đ ch t o v tàu theo các t ch c đ ng ki m (DNV,

GL, LR, BV, KR, ABS, RINA, NK, ) đ c phân c p thành ba m c, ký hi u 32, 36,

40 M i m c b n đ c chia làm b n c p: AH (ví d AH32, AH36, AH40), DH (ví

d DH32, DH36, DH40), EH (EH32, EH36, EH40) M c b n cao h n, tính t 42,

46, 50, 56, 62 và 69 đ c ghi vào các c p FH Theo tiêu chu n Vi t Nam, thép

c ng đ cao đ c chia làm các c p sau đây: A32, D32, E32, A36, D36, E36, A40, D40, E40, F32, F36, F40 Thành ph n hóa h c và các tính ch t c h c c a thép đ

b n cao đ c quy đ nh nh trong B ng 1.5 và B ng 1.6

0,05

÷ 0,10 0,2

Gi i h n

b n (MPa)

giãn dài (%)

tàu th y D a trên c s đó đ l a ch n c p thép phù h p dùng cho m c đích nghiên

c u c a lu n án, c ng nh c s l a ch n v t li u hàn, thi t k m i ghép, các thông

s công ngh hàn thích h p

1.3.3 ng d ng công ngh hàn m t phía trong ch t o v tàu th y

Hàn là m t trong nh ng công vi c quan tr ng nh t, chi m t i 60% kh i l ng công vi c ch t o m t con tàu Theo th ng kê c a Công ty óng tàu Phà R ng, t ng chi u dài đ ng hàn trong m t con tàu t ng ng [22] nh B ng 1.8

B ng 1.8 Th ng kê chi u dài đ ng hàn trong thân tàu

Lo i tàu Lo i liên k t/V trí th c hi n Chi u dài đ ng hàn

b ng trên ta có th th y t ng chi u dài đ ng hàn khi ch t o tàu ch hàng có t i

tr ng 20.000 t n là 27 km và tàu có t i trong 34.000 t n là g n 37 km i u này có ngh a r t l n v m t n ng su t và ch t l ng n u các m i hàn này đ c th c hi n t

đ ng Theo tài li u [22], khi ch t o tàu ch d u 200.000 t n, t ng chi u dài c a các liên k t hàn là 340.000 m, trong đó liên k t hàn giáp m i chi m 15% (51.000 m) và

có kho ng 22.000 m thích h p cho hàn giáp m i m t phía Nh v y kho ng 45% chi u dài liên k t hàn giáp m i có th th c hi n b ng công ngh hàn m t phía

K t lu n ch ng 1

Trên c s phân tích, đánh giá các k t qu nghiên c u trong và ngoài n c v công ngh hàn SAW ng d ng trong ch t o v tàu th y rút ra m t s k t lu n sau:

- các n c có n n công nghi p đóng tàu tiên ti n trên th gi i đã nghiên c u

áp d ng hi u qu ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c (SAW) vào quá trình hàn giáp m i m t phía n i phân đo n v đáy tàu th y, b ng cách áp d ng công ngh hàn giáp m i m t phía đ m thu c m t đáy m i ghép, đã hàn hoàn thành m i hàn ch sau

m t l n hàn (m t l p hàn) góp ph n nâng cao n ng su t và ch t l ng m i hàn đ ng

th i nâng cao hi u qu kinh t ch t o v tàu th y

- Tuy nhiên Vi t Nam hi n nay khi hàn giáp m i m t phía phân đo n v đáy tàu th y th ng s d ng ph ng pháp hàn GMAW đ hàn l p lót, sau đó s dung

ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c SAW đ hàn các l p ti p theo và hoàn thành m i hàn do đó n ng su t và ch t l ng v tàu không cao

M c tiêu chính c a đ tài này tác gi s t p trung nghiên c u công ngh hàn giáp m i môt phía đ m thu c b ng ph ng pháp hàn SAW ng d ng trong hàn n i

ph n đo n v đáy tàu th y nh m nâng cao n ng su t và ch t l ng ch t o v tàu

th y Vi t Nam

CH NG 2 CÔNG NGH HÀN GIÁP M I M T PHÍA B NG PH NG

PHÁP HÀN T NG D I L P THU C

2.1 t v n đ

Công ngh hàn giáp m i m t phía đ c th c hi n b ng nhi u quá trình hàn khác nhau ph thu c vào t ng tr ng h p c th ; hàn h quang tay (MAW), hàn t

đ ng d i l p thu c (SAW), hàn t đ ng và bán t đ ng trong môi tr ng khí b o

v (GMAW), hàn đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GTAW), hàn h quang v i dây lõi thu c (FCAW), hàn đi n khí (EGW),v.v Trong công nghi p ch t o thân tàu thì các m i hàn đ c th c hi n b ng ph ng pháp hàn t

đ ng d i l p thu c (SAW) th ng chi m t trong l n

H quang cháy ng m d i l p thu c, m t ph n thu c hàn nóng ch y t o thành

x b o v vùng h quang hàn và v ng hàn kh i tác d ng có h i c a khí quy n xung quanh (ôxi, nit , h i n c, )

Nhi t l ng h quang t p trung và nhi t đ cao (so v i các ph ng pháp hàn khác nh hàn h quang tay, hàn TIG, MIG/MAG, ), cho phép hàn v i t c đ l n và

có th hàn nh ng v t hàn có chi u dày l n mà không c n ph i vát mép, ti t ki m kim

lo i c b n và đi n c c, gi m chi phí chu n b mép hàn

Ch t l ng kim lo i m i hàn cao do vùng hàn đ c b o v tin c y kh i tác

d ng c a oxi và nit trong khí quy n xung quanh Kh n ng tinh luy n kim lo i m i hàn t t h n L p thu c và x hàn làm m i hàn ngu i ch m nên gi m đ c khuy t t t hàn nh không ng u, r x , r khí,…và kh n ng thoát hidrô t t h n

Kim lo i l ng không b b n tóe, ít t n th t, nên h s m t mát gi m và h s

đ p nâng cao.N ng su t hàn cao H quang đ c bao b c kín b i thu c hàn nên ít

nh h ng t i s c kh e ng i th hàn, đi u ki n lao đ ng đ c c i thi n L ng khí (khói, b i đ c h i) sinh ra trong quá trình hàn r t ít so v i hàn h quang tay, t t h n

v yêu c u v sinh môi tr ng D c khí hóa và t đ ng hóa quá trình hàn

2.2 Công ngh hàn t đ ng d i l p thu c

2.2.1 Nguyên lý hàn t đ ng d i l p thu c

Hàn h quang d i l p thu c là m t quá trình hàn trong đó h quang hình thành gi a dây hàn và v t hàn d i l p thu c hàn, nhi t h quang sinh ra làm nóng

ch y dây hàn, kim lo i c b n và thu c hàn Quá trình hàn dây hàn đ c đ y vào vùng h quang b ng m t c c u đ c bi t v i t c đ phù h p v i t c đ ch y c a nó Theo đ chuy n d i c a nhi t h quang, kim lo i b hàn ngu i và k t tinh t o thành

m i hàn, phía trên m i hàn hình thành m t l p x có tác d ng tham gia vào quá trình luy n kim khi hàn, b o v và gi nhi t cho m i hàn [2,4] Hình 2.1 mô t nguyên lý hàn t đông d i l p thu c

Quá trình hàn d i l p thu c có th đ c th c hi n theo ph ng pháp t đ ng

ho c bán t đ ng Hàn h quang t đ ng d i l p thu c là quá trình hàn trong đó các

Hình 2.1 Nguyên lý hàn t đ ng d i l p thu c

công đo n c p dây hàn xu ng v ng hàn, c p thu c hàn xu ng vùng phía tr c h quang, đi u ch nh chi u dài h quang và chuy n đ ng h quang theo tr c m i hàn

đ u đ c t đ ng hóa Khi hàn h quang bán t đ ng d i l p thu c vi c c p dây hàn xu ng v ng hàn và đi u ch nh chi u dài h quang đ c t đ ng hóa Ng i th hàn dùng tay đi u ch nh đ u hàn (súng hàn) theo chi u dài m i hàn v i t c đ nh t

đ nh và phù h p tình hình nóng ch y c a b hàn

2.2.2 c đi m và ng d ng c a ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c

a) c đi m

- Nhi t l ng h quang r t t p trung và nhi t đ r t cao cho phép hàn v i t c

đ l n Vì v y ph ng pháp hàn này có th hàn nh ng chi ti t có chi u dày l n mà không c n ph i vát mép;

- Ch t l ng liên k t hàn cao do b o v t t kim lo i m i hàn kh i tác d ng

c a Ôxy và Ni t trong không khí xung quanh;

- Kim lo i đ ng nh t v thành ph n hoá h c;

- L p thu c và x hàn làm liên k t ngu i ch m nên ít b bi n d ng;

- M i hàn có hình d ng t t, đ u đ n, ít b các khuy t t t nh không ng u, r khí, n t và b n toé kim lo i l ng;

- Gi m tiêu hao v t li u hàn (dây hàn);

- D c khí hoá và t đ ng hoá trong quá trình hàn;

- H quang đ c bao b c kín b i thu c hàn nên không làm h i m t và da c a

ng i th hàn i u ki n lao đ ng t t h n, l ng khói (khí đ c) sinh ra trong quá trình hàn là r t nh so v i hàn h quang tay

b) ng d ng

Hàn h quang t đ ng và bán t đ ng d i l p thu c b o v đ c ng d ng

r ng rãi trong nhi u l nh v c c khí ch t o, c ng nh trong s n xu t; Hàn các k t

c u thép d ng t m v kích th c l n, các d m thép có kh u đ và chi u cao, các ng thép có đ ng kính l n, các b n b , các bình ch u áp l c và trong công nghi p đóng tàu v.v… Tuy nhiên ph ng pháp này ch y u đ c ng d ng đ hàn các m i hàn

v trí hàn b ng, các m i hàn có chi u dài l n và qu đ o không ph c t p Ph ng

pháp hàn h quang t đ ng và bán t đ ng d i l p thu c có th hàn đ c các chi

ti t có chi u dày t vài mm đ n hàng tr m mm

2.2.3 V t li u hàn t đ ng d i l p thu c [4, 23]

a) Dây hàn

Trong hàn t đ ng d i l p thu c dây hàn đóng vai trò đi n c c, quá trình hàn dây hàn d n đi n duy trì h quang và nóng ch y b sung kim lo i đ p cho m i hàn ng kính dây hàn đ c ch t o theo tiêu chu n, b m t đ c ph m t l p

đ ng m ng đ b o v và đ c cu n trong các tang có kh i l ng khác nhau 15, 20, 25 kg (đ c quy đ nh theo các tiêu chu n v v t li u hàn) Trong hàn t đ ng SAW

th ng s d ng dây hàn có đ ng kính t 2-5mm vi c l a ch n dây hàn ph i c n c vào kim lo i c b n và yêu c u v ch t l ng c a m i hàn, dây hàn thép các bon và thép h p kim th p th ng có hàm l ng C<0,12% và hàm l ng P, S th p h n kim

lo i c b n

b) Thu c hàn

Thu c hàn là m t lo i v t ch t g m nhi u thành ph n d ng b t có kích

th c xác đ nh t 0,25 - 4 mm Thu c hàn dùng cho hàn t đ ng b ng dây nóng ch y

c n đ m b o các yêu c u chung sau:

- m b o tính n đ nh c a h quang và quá trình hàn

- m b o các tính ch t và thành ph n hóa h c c a m i hàn

- T o dáng m i hàn đ p, m i hàn ch a ít t p ch t

- X d bong sau khi hàn

- Nhi t đ nóng ch y ph i th p h n kim lo i dây hàn đ gi m hao phí nhi t,

gi m hao phí dây hàn vì b cháy và b n tóe

- Thu c hàn đ c phân lo i theo nhi u cách khác nhau + Theo công d ng thu c hàn t đ ng, bán t đ ng có 3 lo i:

- Thu c hàn đ thép các bon và thép h p kim th p

- Thu c hàn đ thép h p kim cao

- Thu c hàn đ hàn kim lo i và h p kim màu

* Theo thành ph n c a x : Thu c hàn có tính axít và thu c hàn có tính baz

đ c đánh giá b ng h s B trên c s lý thuy t c u t o phân t c a nó là t s các thành ph n trong x

B = T ng n ng đ oxit baz trong x /t ng n ng đ oxit axit trong thành ph n x Các

oxit baz g m: CaO, MgO, MnO, FeO ; các oxit axit g m: SiO2, TiO2, ZrO2 các oxit (Al2O3) và (Fe2O3) có tính ch t l ng tính N u B < 1 thu c hàn đ c coi là axit (A); B > 1 thu c hàn đ c coi là baz (B); B = 1 thu c thu c h trung tính

* Theo hàm l ng Mn, Si: Thu c đ c xây d ng ch y u trên n n h x MnO-SiO2, m c dù có thu c trên n n c a các h khác

Thu c silic: không có silic (l ng SiO2 d i d ng t p ch t t i 5%); silic th p (6 - 35%SiO2); silic cao (trên 35%SiO2)

Thu c Mn: Theo hàm l ng Mn có thu c không có Mn (l ng MnO d i d ng t p

ch t t i 1%); mangan th p (t i 10% MnO); mangan trung bình (t 15 -T- 30%MnO)

và mangan cao (trên 30%MnO) dùng hàn thép các bon và thép h p kim th p

* Theo ph ng pháp ch t o có:

- Thu c hàn không nóng ch y (ceramic): là m t h n h p c h c c a các v t

li u t nhiên, các ferô h p kim và các silic nhân t o đ c xay m n và t o h t (v i k t dính th y tinh l ng), sau đó s y khô nhi t đ 600 - 8000C Thu c hàn này có đ

b n h t th p d b v , tuy nhiên kh n ng kh oxy t t và h p kim hóa m i hàn cao,

đ c s d ng nhi u trong hàn đ p

- Thu c hàn nóng ch y: Nh n đ c b ng cách n u ch y li u trong các lò đi n

ho c lò ng n l a, sau đó t o h t b ng ph ng pháp t trong n c, b ng nghi n khô

x ngu i ho c phun x l ng Thành ph n c a thu c không ch a các t p ch t kh oxy

và h p kim hóa d ng ferô h p kim mà d ng oxit các nguyên t đó Thu c hàn nóng ch y đ c dùng nhi u h n vì quá trình ch t o đ n gi n h n, đ b n h t thu c cao h n và thành ph n hóa h c c a thu c đ u h n

* Ch n thu c đ hàn t đ ng c ng nh hàn v i kim lo i b sung ph i c n c vào thành ph n kim lo i c b n Hàn thép các bon th p b ng dây hàn thép ít các bon

ph i dùng thu c hàn axit có hàm l ng Mn cao, hàn thép h p kim b ng dây hàn thép

h p kim trung bình ho c cao t t nh t là dùng thu c hàn có tính baz , trong thành

ph n không có Mn và có hàm l ng Si nh

* Các thành ph n thu c còn nh h ng đ n quá trình luy n kim trong hàn

đ m b o nh n đ c m i hàn ch t l ng khi hàn thép các bon và thép h p kim th p

c n l a ch n đ ng b dây và thu c hàn Thu c hàn mangan silic cao hàn v i dây các bon th p ho c dây Mn, thu c hàn Mn t do Si cao hàn v i dây Mn Khi hàn v i thu c mangan silic cao có kh n ng ch ng n t k t tinh c a kim lo i m i hàn (do m i hàn ch a ít suníit và các bon thoát kh i m i hàn nhi u h n), ít r khi h n so v i thu c Mn t do Si cao Thu c Mn t do Si cao khi hàn x d bong kh i m i hàn, do tác d ng ôxy hóa y u h n c a thu c đ i v i kim lo i m i hàn khi đông đ c Trong thu c hàn ch a l ng hu nh th ch CaF2càng cao thì nguy c r khí càng ít, nh ng

s cháy c a h quang càng kém n đ nh V i thu c hàn không nóng ch y do ch a nhi u íerô nên kh n ng kh ôxy đ hoàn nguyên kim lo i m i hàn t t S kh ôxy

có th th c hi n ngay t i các vùng nhi t đ th p trong giai đo n b kim lo i đã hình thành và ti p xúc v i x nóng ch y ch a các ch t kh ôxy

b n nhi u h n, k t qu chi u r ng m i hàn t ng, chi u sâu ng u m i hàn gi m.[2,4] Hình 2.2.b

- Góc nghiêng v t hàn: Góc nghiêng v t hàn nh h ng t ng t nh góc

nghiêng c a dây hàn đ m b o vi c t o dáng m i hàn t t góc nghiêng v t hàn không đ c quá 80 so v i m t ph ng n m ngang [2,4], Hình 2.2.a

- Lo i dòng đi n hàn: hàn t đ ng d i l p thu c có th hàn b ng dòng xoay

chi u, m t chi u Khi hàn các t m thép dày có th hàn b ng dòng xoay chi u, nh s thay đ i c c tính trong quá trình hàn làm t ng chi u sâu ng u song h quang cháy kém n đ nh Hàn các v t m ng dùng dòng đi n m t chi u đ h quang cháy n đ nh

h n, do trong thu c hàn có hàm l ng florua canxi cao nên đ sâu nóng ch y khi hàn

b ng dòng m t chi u đ u c c thu n nh h n so v i đ u c c ngh ch [2,4]

- C c a h t thu c hàn: C c a h t thu c hàn nh h ng nh t đ nh đ n đ

ng u c a m i hàn Thu c hàn có c h t nh s gi m b t tính linh đ ng c a h quang, cho m i hàn h p h n, v i chi u sâu ng u l n h n và h s hình d ng nh h n so v i các m i hàn th c hi n d i thu c hàn có c h t thô.[4]

2.3.2 nh h ng c a thông s công ngh

Trong quá trình hàn h quang thép, ngoài th t l p ráp và hàn chính xác các

ph n t c a k t c u, các thông s công ngh (g i là thông s hàn) đóng vai trò quan

tr ng S ch n h p lý các thông s hàn m t m t t o đi u ki n nh n đ c m i hàn có hình d ng và kích th c yêu c u, đ m b o đi u ki n ng u hoàn toàn và h n ch các

b

a

Hình 2.2 nh h ng c a góc nghiêng dây hàn, v t hàn đ n hình d ng kích

khuy t t t t n t i trong m i hàn, m t khác cho phép đi u ch nh các chu trình nhi t

nh m đ t đ c c u trúc và các tính ch t c n thi t c a m i hàn Các thông s hàn trong SAW bao g m: c ng đ dòng đi n hàn Ih (A), đi n áp h quang Uh (V), t c

đ hàn (m/h), đ ng kính dây hàn d (mm) Do hàn d i l p thu c các thông s công ngh th ng nh h ng r t m nh đ n quá trình hàn, hình d ng kích th c m i hàn nên c n có s đánh giá m c đ nh h ng làm c s cho vi c xác đ nh các thông s hàn

Khi các thông s hàn khác không đ i, dòng hàn cao s t ng đ ng u, m i hàn

h p và đ ng u quá l n có th d n đ n khuy t t t cháy th ng liên k t hàn S d ng dòng quá cao tiêu hao v t li u ph b sung t ng, đ b n ch c m i hàn cao song làm

t ng chi phí gia công sau khi hàn M t khác t ng c ng đ dòng hàn c ng làm t ng

đ co m i hàn và có th gây bi n d ng trong m i hàn Ng c l i, dòng hàn th p s

d n đ n h quang không n đ nh và gây ra s nóng ch y không đ y đ ho c không

đ đ ng u Hình 2.3 mô t nh h ng c a dòng hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn.[2, 11]

Hình 2.3 nh h ng c a c ng đ dòng đi n đ n hình d ng kích th c m i hàn

2.3.4 nh h ng c a đi n áp h quang

dài h quang t l v i đi n áp hàn và nh h ng đ n đ r ng c a m i hàn

Gi các thông s hàn khác không đ i, n u đi n áp t ng lên, chi u r ng các m i hàn

t ng lên, nh ng đ ng u m i hàn gi m, do áp l c h quang tác d ng lên kim lo i

l ng gi m i n áp cao c ng làm t ng tiêu hao thu c hàn, do s t ng đ r ng m i hàn

Ngoài ra pha l ng c a các kim lo i c b n c ng b nh h ng b i s t ng đi n

áp Do đó đi n áp hàn là m t thông s quan tr ng trong vi c ki m soát thành ph n hóa h c c a kim lo i m i hàn Hình 2.4 mô t nh h ng c a đi n áp hàn đ n hình

d ng kích th c m i hàn.[2, 11]

2.3.5 nh h ng c a t c đ hàn

T c đ di chuy n c a h quang có nh h ng l n đ n ch t l ng và các tính

ch t c a m i hàn T c đ hàn t l ngh ch v i nhi t đ u vào, nó th ng đ c s d ng

đ ki m soát chi u r ng và đ ng u m i hàn Khi các thông s khác không đ i, t ng

t c đ hàn t o ra m i hàn h p h n, chi u sâu ng u gi m và t ng t c đ làm ngu i

m i hàn có th hình thành mactenxit, m t khác l ng r khí trong m i hàn c ng liên quan tr c ti p đ n t c đ hàn T c đ hàn r t ch m d n đ n v ng hàn nóng ch y l n

m i hàn lan r ng gây ra n t k t tinh và t ng tiêu hao thu c, đ ng th i đ u vào nhi t cao t o ra vùng nh h ng nhi t (HAZ) kích th c l n và t ng h t thô Hình 2.5 mô

t nh h ng c a t c đ hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn.[2, 11]

Hình 2.4 nh h ng c a đi n áp hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn

2.3.6 nh h ng c a đ ng kính đi n c c

i n c c d n dòng đi n và cung c p v t li u ph c n thi t đ l p đ y rãnh hàn i n c c trong SAW là kim lo i tr n v i l p ph đ ng m ng đ c i thi n tính

d n đi n c a chúng và kh n ng ch ng n mòn Thành ph n hóa h c c a dây hàn

đ c l a ch n theo các yêu c u ng d ng nh ng chúng luôn có hàm l ng các bon

th p (~ 0,10.%) và n ng đ các t p ch t th p, đ c bi t là nit , l u hu nh và ph t pho Khi dòng hàn không đ i n u t ng đ ng kính đi n c c s làm t ng di n tích v t h quang, m t đ dòng đi n trong c t h quang gi m, k t qu t ng b r ng m i hàn,

gi m chi u sâu ch y và chi u cao m i hàn Các dây hàn có kho ng kích th c đ ng kính t 1,6 mm cho kho ng dòng đi n t (150 ÷ 400) A đ n đ ng kính 6,4mm, cho kho ng dòng đi n t (700 – 1600) A Hình 2.6 mô t nh h ng c a đ ng kính đi n

c c đ n hình d ng kích th c m i hàn.[2, 11]

Hình 2.5 nh h ng c a t c đ hàn đ n hình d ng kích th c m i hàn

Hình 2.6 nh h ng c a đ ng kính đi n c c đ n hình d ng kích th c m i

2.4 Công ngh hàn giáp m i khi hàn t đ ng d i l p thu c

2.4.1 Các thông s ch đ hàn giáp m i

Hàn SAW ch t l ng m i hàn đ c xác đ nh b i lo i tr dung, lo i đi n c c

và các thông s : c ng đ dòng hàn, đi n áp h quang, t c đ hành trình, kích c

đi n c c, t c đ c p nhi t…

a) ng kính dây hàn [2, 24, 25]

ng kính dây hàn ch n theo chi u dày t m kim lo i c b n và kích c m i hàn mong mu n

Khi đ ng kính dây hàn t ng thì m t c t c t h quang t ng (đ ng kính c t

h quang t ng) còn chi u sâu nóng ch y thì gi m t ng ng ng kính dây hàn

gi m thì h quang n sâu vào kim lo i n n do đó m i hàn s h p nh ng sâu

ng kính dây hàn t ng thì đ ng kính c t h quang t ng, làm nhi t truy n đ n kim lo i c b n phân b trên di n tích r ng h n và m t đ dòng đi n gi m, nên chi u sâu nóng ch y gi m, còn chi u r ng m i hàn t ng N u đ ng kính dây hàn nh thì

h quang n sâu vào kim lo i v t hàn làm chi u sâu nóng ch y t ng, nh ng chi u

r ng m i hàn nh

ng kính dây hàn có th xác đ nh theo công th c:

j: M t đ dòng đi n hàn, m t đ dòng đi n hàn khi hàn SAW nh B ng 2.1

t ng nhi t l ng h quang phát sinh t ng, nhi t l ng chuy n đ n v t hàn t ng, làm

t ng đ sâu nóng ch y ng th i dòng đi n hàn t ng nên l ng nóng ch y c a dây hàn t ng, nh ng h quang chìm sâu vào trong kim lo i v t hàn nên chi u r ng c a

m i hàn không t ng rõ r t mà ch t ng chi u cao c a m i hàn Dòng đi n hàn quá cao

có th gây cháy th ng kim lo i m ng, b m t m i hàn không đ u N u dòng đi n hàn quá th p, đ sâu nóng ch y nh làm cho h quang cháy không n đ nh, đ ng u không đ Do đó dòng đi n ph i l a ch n phù h p (thi t b th ng có am pe k đ

đi u ch nh dòng hàn m t cách chính xác)

C ng đ dòng đi n hàn có th xác đ nh theo công th c:

Ih = (80 ÷ 100).h (A) (2.2) Trong đó h: chi u sâu nóng ch y (chi u sâu ng u), khi hàn 2 phía thì chi u sâu ng u

H quang dài, đi n th h quang cao s c th i c a nó đ n kim lo i l ng s gi m b t,

do đó khi hàn đi n th h quang t ng đ i cao thì đ sâu nóng ch y có h i gi m b t

do h quang dài làm cho tính ho t đ ng c a h quang t ng lên, nh v y chi u r ng vùng nóng ch y s t ng lên m t cách rõ r t, mà chi u cao c a m i hàn thì l i gi m

xu ng t ng ng i u ch nh t c đ đ a dây hàn có th làm thayđ i đ c đi n th h quang, t ng t c đ c p dây hàn thì đi n th h quang s th p, ng c l i gi m t c đ

c p dây hàn thì đi n th h quang s cao, đi n áp t ng cao thì s :

d) T c đ hàn [2, 24, 25]

i v i dòng đi n hàn và h quang cho tr c, t ng t c đ h quang ho c t c

đ hành trình h quang s làm gi m đ ng u sâu, gi m đ b n m i hàn, gi m l ng nhi t cung c p cho m t đ n v chi u dài m i hàn T c đ hàn quá cao s làm gi m s nóng ch y gi a kim lo i hàn và kim lo i n n Khi gi m t c đ hàn, đ ng u sâu và

đ b n m i hàn s t ng lên, nh ng n u t c đ quá th p đ ng u sâu s gi m, ch t

Vh= (20÷30)103/Ih (m/h) (2.4) Hàn bán t đ ng, t c đ hàn do ng i th hàn quy t đ nh

e) T m v i đi n c c [2, 24, 25]

Kho ng cách gi a m i hàn và đ u đi n c c, t o thành nhi t tr Kho ng đ u

đi n c c t i v t hàn càng l n, l ng nhi t càng cao, do đó t c đ hàn càng cao Kho ng cách đ u đi n c c t i v t hàn th ng là (10÷15) mm cho các đ ng kính

đi n c c 2,0; 2,4 và 3,2 mm, t (15÷20) mm cho các đ ng kính đi n c c 4,0; 4,8; 5,6 mm

T c đ hàn có th t ng kho ng (25÷50)% b ng cách t ng kho ng đ u đi n

c c, nh ng đi u này ít đ c áp d ng trong công nghi p

T c đ c p nhi t: T c đ c p nhi t đ c tính toán theo công th c

(2.5)Trong đó: HIR: T c đ c p nhi t KJ/mm