• Dưới tác dụng của dòng điện, xuất hiện hồ quang điện lμm nóng chảy thép que hμn vμ thép cần hμn.. Cường độ dòng điện ảnh hưởng đến chất lượng đường hμn: cường độ giảm hμn sẽ không ngấu
Trang 1Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Hình 2.15: Các dạng thép khác
Đ2.7 liên kết mối hμn trong kết cấu thép
7.1-Các phương pháp hμn:
7.1.1-Hμn điện:
7.1.1.1-Hμn hồ quang điện bằng tay:
Nguyên lý:
Que hμn
hồ quang
tay cầm
thép cơ bản
dây dẫn nguồn điện
Hình 2.16: Nguyên lý hμn
• Dùng que hμn vμ thép cơ bản (thép cần hμn) nối với nguồn điện để tạo ra 2 điện cực
• Dưới tác dụng của dòng điện, xuất hiện hồ quang điện lμm nóng chảy thép que hμn vμ thép cần hμn Que hμn chảy từng giọt rơi xuống rãnh hμn do lực hút điện trường (do lực hút nμy mμ có thể hμn trần phía trên tuy nhiên chất lượng không cao) Hai kim loại hòa lẫn với nhau nguội lại tạo thμnh đường hμn Vì vậy bản chất của mối hμn lμ sự liên kết giữa các phần tử của các kim loại bị nóng chảy Nguồn điện hμn dùng điện 1 chiều có hiệu điện thế thấp Cường độ dòng điện ảnh hưởng đến chất lượng đường hμn: cường độ giảm hμn sẽ không ngấu, chất lượng kém; cường độ dòng điện tăng thì chiều sâu đường hμn lớn, ngấu vμ nhanh nhưng nếu lớn quá
sẽ cháy thép lμm thép giμ vμ dòn hơn Cường độ dòng điện I=150ữ500A, nhiệt độ ngọn lửa hồ quang 6000ữ7000oC, nhiệt độ nóng chảy ở katod 2400oC, ở anod 2650oC
Dưới tác dụng của dòng điện cực mạnh, tia lửa hồ quang phóng từ katod sang anod kéo theo luồng áp suất, kim loại bị nóng chảy vμ bị hút vμo rãnh đường hμn Khi hμn trần vμ hμn đứng cần dòng điện cao hơn để tránh thép nóng chảy rơi xuống
Khi hμn thép nóng chảy sẽ tiếp xúc với không khí lẫn ôxy, nitơ lμm thép giμ vμ dòn Vì vậy phải hạn chế ngọn lửa hμn (ngọn lửa hồ quang cμng dμi cμng hại) khống chế khoảng cách giữa que hμn vμ thép từ 2ữ3mm (nếu nhỏ hơn sẽ tắt) Đồng thời phải dùng que hμn có thuốc, thμnh phần của nó gồm 1 số quặng, xỉ, 1 số chất cháy để khi nóng chảy nó phủ lên thép ngăn cản tiếp xúc với không khí vμ lμm nguội từ từ
Người ta cấm dùng que hμn trần (không có thuốc) Ta có thể thấy ở các chỉ tiêu sau:
Trang 2Chương II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu 37
-Que hμn Э42 bình thường
Que hμn trần
ưu, nhược điểm:
• Dùng tiện lợi, có thể hμn mọi đường hμn vμ thích ứng ở công trường
• Chất lượng phụ thuộc trình độ công nhân vμ thông thường chất lượng, tốc độ kém hơn so với hμn tự động
7.1.1.2-Hμn hồ quang điện tự động:
thép cơ bản
thuốc hμn rãnh
dây hμn
Hình 2.16: Nguyên lý hμn hồ quang tự động
Về nguyên tắc giống như hμn bằng tay nhưng ở đây que hμn được thay bằng cuộn dây hμn trần vμ dùng máy hμn tự động chạy dọc theo đường hμn Nó có đặc điểm lμ lớp phủ bố trí ở trong rãnh, hμn dưới lớp phủ tức lμ hồ quang điện cháy chìm dưới lớp thuốc; cường độ dòng điện I=800ữ1000A
ưu, nhược điểm:
• ưu điểm:
Năng suất vμ chất lượng cao
Tập trung nhiệt nên mối hμn ngấu, chất lượng đảm bảo
Kim loại lỏng được phủ lớp thuốc nên nguội từ từ tạo điều kiện cho bọt khí
ra ngoμi lμm đường hμn đặc hơn
Hồ quang điện cháy chìm nên không ảnh hưởng đến sức khỏe thợ hμn Tránh được hiện tượng cháy thép vμ đỡ tốn que hμn
• Nhược điểm:
Phải dùng máy móc cồng kềnh, không dùng trên công trường
Không dùng để hμn đường hμn trần, hμn đứng, hμn ngóc ngách vμ chiều dμi
đường hμn ngắn
7.1.1.3-Hμn tiếp xúc:
Đây cũng lμ phương pháp hμn tự động được thực hiện trên các máy hμn chuyên dụng nên có năng suất vμ chất lượng cao Khi có dòng điện lớn chạy qua, tại vị trí tiếp xúc xuất hiện điện trở, khi tiếp xúc lớn sinh ra nhiệt lμm thép dẻo hoặc chảy lỏng Nếu hμn dẻo thì dùng áp suất ép cho thép hμn nối liền, còn hμn chảy thì không cần ép
Trang 3Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
7.1.2-Hμn hơi (hμn xì):
Khi không có điện vμ khi hμn các tấm mỏng, ta dùng hμn hơi Hổn hợp của chúng gồm ôxy O2vμ acetylen C2H2 Hai loại nμy đựng ở 2 bình riêng dẫn vμo 1 mỏ hμn nhờ 1 dây mềm, khi cháy nhiệt độ lên 3200oC lμm nóng chảy kim loại Thông thường người ta dùng thiết bị nμy để cắt thép lμ chính, còn hμn kết cấu nên dùng hμn điện
7.2-ứng suất vμ biến dạng khi hμn:
ứng suất co ngót ngang ứng suất co ngót dọc Hình 2.18: Phân loại ứng suất hμn
Đoạn ứng suất
bị chảydẻo
t
a
b
c
ε
Δl
Hình 2.19: ứng suất vμ biến dạng khi hμn cạnh
Trang 4Chương II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu 39
-Khi hμn dưới tác dụng của nhiệt độ gây ứng suất vμ biến dạng -Khi hμn do thép nóng không đều gây ra ứng suất vμ khi nguội thì biến dạng bị cản trở ứng suất nμy gọi
lμ ứng suất hμn, còn gọi lμ ứng suất nhiệt, ứng suất co ngót Tùy theo phương của ứng
suất hμn so với đường hμn mμ phân ra ứng suất co ngót ngang vμ dọc (hình 2.18)
Xét 1 bản thép được hμn ở cạnh:
• Khi đốt nóng từ nhiệt độ t1 đến t2, thanh sẽ dμi thêm 1 đoạn: Δl=αl.[t2 ưt1] Nếu biến dạng tự do thì theo quy luật biến thiên nhiệt độ lμ đường cong nhưng biến dạng của thép bản vẫn theo quy luật tiết diện phẳng dẫn đến sự chênh lệch biến dạng gây ra ứng suất trong thanh thép Do đó trong thanh xuất hiện ứng suất
E l
l
=
=ε
• Trong miền Δl khi nhiệt độ >600oC sẽ không có ứng suất vì thép bị chảy dẻo
(hình 2.19d) Khi nguội thép chảy co lại nhưng thép cơ bản cản trở sự co đó nên
trong thép hμn xuất hiện ứng suất kéo vμ thép cơ bản xuất hiện ứng suất nén
(hình 2.19e) ngược với (hình 2.19d)
Xét 1 mối hμn góc:
3 2 1
phần tiếp giáp với thép chính sự
co bị cản trở nên có ƯS kéovμ phần mép mối hμn có ƯS nén
Nếu hμn lμm nhiều lớp khi nguội lớp sau triệt tiêu bớt ƯS của lớp trứơc do
đó ƯS du trong mối hμn giảm nhiều
Hình 2.20: ứng suất vμ biến dạng khi hμn góc
• Phần tiếp giáp với thép chính sự co bị cản trở nên có ứng suất kéo vμ phần mép ngoμi mối hμn chịu ứng suất nén Như vậy trong mối hμn có ứng suất dư
• Nếu hμn nhiều lớp khi nguội lớp sau triệt tiêu bớt ứng suất dư của lớp trước do đó ứng suất dư trong mối hμn giảm nhiều
Một số biện pháp lμm giảm ứng suất hμn vμ biến dạng hμn:
• ứng suất hμn tự cân bằng vμ trong giai đoạn lμm việc dẻo của vật liệu chúng sẽ bị san bằng vì vậy không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của liên kết Tuy nhiên ứng suất hμn lμm tăng khả năng phá hoại dòn của kết cấu; mặt khác biến dạng hμn lμm mất công sửa chữa cấu kiện nên cần tìm cách giảm chúng
• Biện pháp cấu tạo:
Giảm số lượng đường hμn đến mức tối đa
Trang 5Không nên dùng đường hμn quá dμy vì biến dạng hμn tỷ lệ thuận với khối lượng thép nóng chảy
Tránh tập trung đường hμn vμo 1 chỗ, tránh đường hμn kín hoặc cắt nhau cản trở biến dạng tự do của vật liệu khi hμn
• Biện pháp thi công:
Chọn trình tự hμn thích hợp Ví dụ nếu đường hμn đối đầu quá dμi nên chia thμnh nhiều đoạn rồi hμn tuần tự, khi đó ứng suất hμn sẽ bị chia nhỏ vμ giá trị giảm đi
Tạo biến dạng ngược trước khi hμn
Dùng khuôn cố định không cho kết cấu biến dạng khi hμn
7.3-Các loại mối hμn:
7.3.1-Mối hμn đối đầu:
Hμn thẳng góc
Hμn xiên góc δ
0,3δ
δ
Khi δ ≤ 8mm
70 0 2δ
2mm δ
δ
2-2.5mm δ≥ 25mm
70 0
δ Khi δ = 10ư25mm
δ
2mm Khi hμn 2 mặt khó
Hình 2.21: Cấu tạo mối hμn đối đầu