Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu

Kết quả hàn thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc với quy trình hàn VR-1G-SMAW-W1 .... Kết quả hàn thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

- -

NGUYỄN ĐỖ PHƯƠNG DŨNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI

MỐI HÀN ĐẾN BIẾN DẠNG GÓC KHI HÀN NỐI TẤM TÔN BAO VỎ TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY

NHA TRANG, 2013

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

GVHD: THS BÙI VĂN NGHIỆP

NHA TRANG, 2013

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên:NGUYỄN ĐỖ PHƯƠNG DŨNG Lớp:51DT – 1 Ngành: Kỹ thuật tàu thủy Chuyên ngành: Đóng tàu thủy Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu

Số trang: 72 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 10

Hiện vật: - 3 bộ thuyết minh và 3 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, ngày……tháng.… năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

THS BÙI VĂN NGHIỆP

Trang 4

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DATN

Họ và tên Sinh viên:NGUYỄN ĐỖ PHƯƠNG DŨNG Lớp: 51DT – 1

Ngành: Kỹ thuật tàu thủy Chuyên ngành: Đóng tàu thủy

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc

khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu

Số trang: 72 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 10

Hiện vật: - 3 bộ thuyết minh và 3 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày……tháng……năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Nha Trang, ngày……tháng……năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 04 tháng thực tập và nghiên cứu vô cùng vất vả, khó khăn đồng thời cũng gặp không ít trở ngại trong quá trình thực hiện đề tài Nhưng với sự hướng dẫn

tận tâm của thầy giáo Th.s Bùi Văn Nghiệp tôi đã hoàn thành được đề tài tốt nghiệp

với nội dung “Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu” Trong suốt quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành đề tài này, tôi

đã nhâ ̣n được sự hướng dẫn , giúp đỡ quý báu của các t hầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính tro ̣ng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Ban Chủ Nhiệm Khoa Kỹ Thuật Giao Thông – Trường Đại Học Nha Trang, quý Thầy Cô trong Bộ Môn Đóng tàu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện tốt đề tài

Thầy ThS Bùi Văn Nghiệp – ngườ i thầy kính mến đã trực tiếp hướng dẫn tận tình,hết lòng giúp đỡ , dạy bảo, đô ̣ng viên và ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của gia đình, bạn bè, anh em đồng nghiệp, người yêu đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Trang 6

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU………… 1

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ……… 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Tổng quan vấn đề biến dạng hàn tàu thủy 4

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu 4

1.2.2 Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn 6

1.2.3 Các kiểu ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu 9

1.3 Mục tiêu, phương pháp và giới hạn nội dung nghiên cứu 12

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 12

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 12

1.3.3 Giới hạn nội dung nghiên cứu 12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT……… 13

2.1 Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang tay 13

2.2 Vấn đề biến dạng góc 16

2.2.1 Tổng quan về biến dạng góc 16

2.2.2 Nguyên nhân biến dạng góc 17

2.2.3 Sự hình thành biến dạng góc 18

2.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc 20

2.2.5 Biện pháp khắc phục biến dạng góc 22

2.3 Phương pháp tính biến dạng góc 26

2.3.1 Công thức tính biến dạng góc của Sudhakaran.R và một số đồng nghiệp 26

Trang 7

2.3.2 Công thức tính biến dạng góc của Giáo sư Okerblom 27

2.3.3 Kết quả mô phỏng của tiến sĩ Artem Pilipenko 28

2.3.4 Công thức tính biến dạng góc theo đề xuất của Watanabe and Satoh 28

2.3.5 Phương pháp đo biến dạng góc 29

2.4 Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨUẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI MỐI HÀN ĐẾN BIẾN DẠNG GÓC KHI HÀN NỐI TẤM TÔN BAO VỎ TÀU 33

3.1 Quy trình hàn nghiên cứu 33

3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 34

3.3 Mô tả thí nghiệm 34

3.4 Phương pháp đo kết quả biến dạng 37

3.5 Kết quả nghiên cứu 39

3.5.1 Hàn thí nghiệm trên phôi mẫu theo quy trình hàn cho trước 39

3.5.2 Hàn thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc……… ……… 45

3.5.2.1 Kết quả hàn thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc với quy trình hàn VR-1G-SMAW-W1 46

3.5.3.5 So sánh kết quả biến dạng góc giữa các phôi mẫu có chiều dài khác nhau………57

Trang 8

3.5.3.6 So sánh kết quả biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu với một số nhà

nghiên cứu ………59

CHƯƠNG 4 THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Thảo luận kết quả 63

4.3 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO… ………69

PHỤ LỤC……… ………70

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Danh mục các bảng

Trang

Bảng 1.1 Lực do co ngót 9

Bảng 2.1 Kết quả kiểm tra độ chính xác 27

Bảng 3.1 Kết quả biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu 39

Bản 3.2 Kết quả biến dạng góc trên mẫu theo nghiên cứu của Ths Bùi Văn Nghiệp……… 42

Bảng 3.3.Kết quả biến dạng góc trên mẫu theo nghiên cứu của Ks Hoàng Văn Tráng……… 44

Bảng 3.4 Trị số l theo quy trình hàn VR-1G-SMAW 45

Bảng 3.5 Biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu theo quy trình VR-1G-SMAW-W1……… 47

Bảng 3.9 Tổng hợp kết quả biến dạng góc hàn thí nghiệm trên mẫu 57

Bảng 3.10 Các biến số và cấp độ của quá trình hàn 60

Bảng 3.11 Kết quả biến dạng góc theo nghiên cứu của một số nhà khoa học 61

Trang 10

2 Danh mục các chữ viết tắt

eGđh : Khe hở e, đo tại vị trí giữa đường hàn của phôi mẫu sau khi hàn

eMCN: Khe hở e, đo tại vị trí mặt cắt ngang của phôi mẫu sau khi hàn

e Mép: Khe hở e, đo tại vị trí mép của phôi mẫu sau khi hàn

VR: Vietnam Register – Cục Đăng kiểm Việt Nam

SAW: Submerged Arc Welding– Hàn hồ quang dưới lớp thuốc

GMAW: Gas Metal Arc Welding – Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảytrong môi

trường khí bảo vệ hoặc tên thông dụng là hàn dây, hàn CO2

MIG:Metal Inert Gaskhí "trơ" sử dụng khi hàn thép hợp kim và kim loại màu

MAG: Metal Active Gas khí "hoạt hóa" khi hàn thép thường, thép hợp kim thấp SMAW: Shielded Metal Arc Welding– Hàn hồ quang tay

GTAW (TIG) : Gas Tungsten Arc Welding( Tungsten Inert Gas) Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ

Trang 11

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình1.1 Biến dạng của thép tấm trong và sau quá trình hàn 7

Hình 1.2 Biến dạng góc mối hàn vát mép chữ V do ứng suất co ngót 9

Hình 1.3 Các kiểu biến dạng hàn 10

Hình 1.4 Biến dạng dọc hàn chữ T 10

Hình1.5 Biến dạng dọc hàn tấm giáp mối 11

Hình1.6 Biến dạng khi hàn đắp mép tấm 11

Hình1.7 Ứng suất và biến dạng ngang 11

Hình 2.1 Nguyên lý hàn hồ quang tay 13

Hình 2.2 Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn nhiều lớp 15

Hình 2.3 Các dạng biến dạng góc 17

Hình 2.4 Chống biến dạng góc bằng nêm 18

Hình 2.5 Sự phát triển của biến dạng góc 19

Hình 2.6 Hàn cân đối 22

Hình 2.7 Giảm khối lượng kim loại mối hàn 22

Hình 2.8 Vát mép hai tấm có độ dày chênh lệch lớn hơn 3mm 23

Hình 2.9 Trình tự hàn các mối hàn kết cấu tấm 23

Hình 2.10 Hàn theo phương pháp phân đoạn nghịch 24

Hình 2.11 Uốn sơ bộ với các tấm đáy cứng và nêm 24

Hình 2.12 Tạo các gân dọc 24

Hình 2.13 Tạo biến dạng ngược 25

Hình 2.14 Nung cục bộ để nắn biến dạng 25

Hình 2.15 Nung theo hình nêm để nắn phẳng tấm 25

Hình 2.16 Tạo biến dạng ngược khi hàn 26

Hình 2.17 Mô hình mô phỏng biến dạng của Artem Pilipenko dưới dạng 3D 28

Trang 12

Hình 2.18 Phương pháp đo khe hở biến dạng e 29

Hình 2.19 Phương pháp xác định độ biến dạng góc 30

Hình 2.20 Phương pháp đo biến dạng góc 30

Hình 2.21 Ảnh hưởng của chiều dài tấm đến biến dạng góc 31

Hình 3.1 Quy cách mối hàn nghiên cứu 33

Hình 3.2: Các bước tiến hành hàn thực nghiệm trên phôi mẫu 35

Hình 3.3 Khung lưới trên mẫu hàn 1000x300x10 mm 36

Hình 3.4 Kích thước mẫu hàn thực nghiệm 37

Hình 3.5 Đo khe hở biến dạng e tại mặt cắt ngang của mẫu 37

Hình 3.6 Phương pháp đo khe hở biến dạng e 38

Hình 3.7 Phương pháp xác định độ biến dạng góc 38

Hình 3.8 Quy cách mối hàn 42

Hình 3.9 Quy cách mối hàn nghiên cứu 43

Hình 3.10 Đo khe hở e ở vị trí mép và giữa đường hàn trên mẫu sau khi hàn 46

Hình 3.11 Đồ thị thể hiện góc biến dạng của mẫu sau khi hàn 48

Hình 3.12 Hình dạng phôi mẫu biến dạng sau khi hàn 48

Hình 3.18 Hình dạng biến dạng của phôi mẫu sau khi hàn 56

Hình 3.19: Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc 57

Hình 3.20 Ảnh hưởng của chiều dài tấm đến biến dạng góc khi hàn trên thép không gỉ 62

Trang 13

LỜI MỞ ĐẦU

Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi đặc biệt, có kết cấu bao gồm: tôn bao là các tấm mỏng bằng kim loại hay phi kim loại liên kết với khung giàn bằng các mối hàn Tàu thủy hoạt động trong môi trường với nhiều tải trọng tác động phức tạp Vì vậy ngoài việc thiết kế tàu để đảm bảo các thông số hình dáng ra thì việc chế tạo, lắp ghép các phân, tổng đoạn để đảm bảo độ kín khít, bền chung của con tàu là vấn đề vô cùng quan trọng

Thực tế khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu sẽ xuất hiện rất nhiều biến dạng, trong

đó thể hiện rõ nhất là biến dạng góc, nhưng không phải vị trí nào biến dạng góc cũng như nhau Đã có nhiều chuyên gia sau khi làm việc và nghiên cứu trên thực tế đã khuyến cáo rằng: “ Khi chiều dài mối hàn càng tăng thì biến dạng góc càng tăng”

Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu nhằm góp một phần nghiên cứu của mình vào thực

tế sản xuất đồng thời cũng muốn kiểm chứng độ chính xác lời khuyến cáo của các

chuyên gia đưa ra Nên tôi đã thực hiện đề tài với nội dung: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu”

Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế, chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế Nên trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiết sót Đề tài rất mong được sự góp ý của quý Thầy, các bạn đồng nghiệp

Nha trang, ngày 12 tháng 07 năm 2013

Sinh viên thực hiện Nguyễn Đỗ Phương Dũng

Trang 14

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Đặt vấn đề

Có thể nói sự phát triển của công nghệ hàn gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp nặng nói chung trong đó có ngành công nghiệp đóng tàu Hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại, đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu

Đặc biệt, đối với kết cấu thân tàu, công nghệ hàn được quy định rất chặt chẽ và kiểm tra rất khắt khe, điều này được thể hiện qua các tiêu chuẩn, quy định, quy phạm

và quy trình hàn

Vấn đề biến dạng hàn là một trong những vấn đề không chỉ được rất nhiều nhà khoa học quan tâm mà các nhà máy đóng tàu cũng vô cùng chú trọng, vấn đề biến dạng gây rất nhiều khó khăn trong công tác hàn kết cấu thân tàu và gây ra nhiều hậu quả rất nghiêm trọng Thực tế đã cho thấy điều đó với các con tàu của Mỹ

Trong lịch sử nghiên cứu, cũng đã có rất nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu về ứng suất và biến dạng hàn tàu thủy như: Slavianov, Rosenthal Daniel, Giáo sư Okerblom , Giáo sư Ola Westby, Artem Pilipenko, Koichi, Masubuchi…

Trang 15

Một số nghiên cứu gần đây nhất tại Việt nam về vấn đề biến dạng nhiệt khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu đó là:

Kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Bùi Văn Nghiệp [3] cho thấy: Hai yếu tố Nguồn nhiệt hàn và Góc vát mép ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao

vỏ tàu và kết quả nghiên cứu với phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ (SAW), thép dày 20 mm, I(1700÷2000)A thì biến dạng góc nằm trong khoảng (3.53÷5.080), kết quả này cao hơn rất nhiều so với kết quả nghiên cứu của GS Okerblom (2.03÷2.380)

Kế tiếp đó là đề tài của Kỹ sư Hoàng Văn Tráng [4] với kết quả nghiên cứu hàn thí nghiệm trên mẫu với phương pháp hàn hồ quang tay, thép dày 8 mm, góc biến dạng nằm trong khoảng (3.3 ÷ 3.70) được hàn bởi thợ hàn có tay nghề cao Và hướng khắc phục biến dạng góc là tạo ra biến dạng ngược với góc biến dạng ngược nằm trong khoảng (-2.5  -2.30

)

Có thể nói từ những kết quả nghiên cứu trên đã góp phần đưa ngành công nghiệp đóng tàu phát triển hơn rất nhiều và góp một phần vào công trình nghiên cứu về vấn đề ứng suất và biến dạng hàn.Tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn không thể khái quát hết các vấn đề phức tạp của biến dạng hàn tàu thủy Vì kết cấu tàu thủy rất phức tạp và có những đặc điểm khác biệt với kết cấu cơ khí khác

Từ vấn đề thực tế trên, vấn đề biến dạng hàn kết cấu thân tàu vẫn đang tồn tại và chưa có nghiên cứu nào giải quyết cụ thể Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu xem thử kết quả biến dạng góc như thế nào Nhằm cảnh báo nguy sơ xảy ra ứng suất và biến dạng khi hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu trong điều kiện thực tế Đồng thời xác định chính xác giá trị của một số thông số trong quy trình hàn

Trang 16

Từ vấn đề thực tế trên, với mong muốn được nghiên cứu những vấn đề mới và

thực tiễn nhất về vấn đề hàn tàu thủy nên việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu” là thật sự

ý nghĩa và cần thiết

1.2 Tổng quan vấn đề biến dạng hàn tàu thủy

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu

Năm 1802, viện sĩ V.V Petrốt phát hiện ra hồ quang điện Sau đó đến năm 1810, nhà vật lý người Anh là Đêvi đã tiếp tục nghiên cứu về hồ quang và chứng minh khả năng dùng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại Đến năm 1882 N.N Bennađôxơ đã

sử dụng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại và sử dụng hàn hồ quang bằng cực than Tiếp sau đó, N.G Slavianốp lại sử dụng hồ quang để hàn bằng que hàn thép và biết bảo vệ vùng hàn chống lại các khí có hại: nitơ, ôxy

Năm 1907, Kenbbécgơ (Thụy Điển) đã tìm ra phương pháp ổn định hồ quang và bảo vệ vũng hàn bằng cách bọc que hàn bằng lớp thuốc bọc

Trong một phần tư đầu thế kỷ XX, Liên Xô đã chế tạo nồi hơi bằng phương pháp hàn, sau đó đến chế tạo tàu thủy và các kết cấu khác Nhưng trong thời kỳ này, hàn hồ quang tay là chủ yếu Hàn hồ quang tay phát triển, người ta đã chế tạo que hàn bằng nhiều loại thép và hợp kim có tính chất khác nhau để hàn các kết cấu kim loại và hợp kim khác nhau Năm 1928, Alecxanđerơ (Mỹ) tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ

Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu được mở ra khi viện sĩ Paton (Người Nga) ứng dụng thành công công nghệ hàn dưới lớp thuốc vào năm 1939 [9]

Trong thế chiến thứ 2, có một câu chuyện xảy ra đối với con tàu của Mỹ

“Schenecady” [10] Vào một ngày đẹp trời, tại một bến tàu, một buổi sáng rất sớm, Biển hoàn toàn yên tĩnh Một sự yên lặng sâu lắng, bỗng nhiên vang lên một âm thanh lớn bất ngờ giống như một tiếng nổ Con tàu “Schenecady” bị gãy ra làm đôi, mặc dù

Trang 17

nó đã được thử nghiệm thành công và bắt đầu cuộc sống trên biển Vậy nguyên nhân xảy ra tai họa là gì? Có thể con tàu bị tấn công bởi thủy lôi của tàu ngầm đối phương hoặc bị nổ bom của kẻ thù được bí mật gài vào hoặc cuối cùng là nó bị quá tải? Không phải điều thứ nhất, thứ hai, cũng chẳng phải thứ ba Sự phá vỡ con tàu tự xảy ra và không có nguyên nhân nào rõ rệt

Từ tháng 2/1942 đến hết tháng 4/1946 ở Mỹ đã chế tạo 4694 các con tàu vận tải

bằng kim loại mang tên “Liberty” rất nổi tiếng, được đóng thành công đã chứng minh

điều này Thật không may cho những con tàu này, có rất nhiều trong số đó, có 970 con tàu có 1442 vết nứt Trong số đó có 127 con tàu bị gẫy làm đôi giống như tàu

“Schenecady” trong khi vận hành, nhấn chìm toàn bộ hàng hóa và thủy thủ Theo như

ý kiến của các nhà khoa học cho biết nguyên nhân chính xảy ra tai họa thảm khóc này

là do sự tập trung ứng suất và lỗi kỹ thuật trong quá trình chế tạo, lắp ráp và hàn các chi tiết kết cấu lại với nhau Từ sau thảm họa này, các nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm hơn rất nhiều và có những công trình nghiên cứu về vấn đề ứng suất và biến dạng hàn

Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, cùng với hàn tự động dưới lớp thuốc, phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG: Metal Inert Gas; MAG: Metal Active Gas) cũng phát triển và nó được sử dụng để hàn một số kim loại có tính hàn kém

Năm 1949 đã ra đời phương pháp hàn nóng chảy đặc biệt – hàn điện xỉ Hàn điện xỉ ra đời có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghệ chế tạo nồi hơi, thiết bị cán, trục tuốc bin thủy lực cỡ lớn và các sản phẩm cỡ lớn khác Sau đó hàng loạt các phương pháp hàn khác ra đời: hàn bằng tia laser, hàn bằng siêu âm,…

Hiện nay, công nghệ hàn càng ngày càng phát triển, rất nhiều các phương pháp hàn tàu được áp dụng, chất lượng mối hàn ngày càng được nâng cao, giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế… Tuy nhiên, trong quá trình đóng tàu mặc dù đã có rất nhiều các phương pháp hàn được ứng dụng nhưng không thể tránh khỏi được ứng suất

dư và biến dạng dư

Trang 18

1.2.2 Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn

Một trong những nguyên nhân sâu xa nhất gây ra ứng suất và biến dạng trong khi hàn đó là sự truyền nhiệt hay trạng thái nhiệt Thật vậy trong khi hàn, chúng ta tiến hành nung nóng cục bộ tại vị trí cần hàn và trong một thời gian rất ngắn vị trí này đạt đến nhiệt độ rất cao Do nguồn nhiệt hàn luôn di động lên phía trước nên những khối kim loại mới được nung nóng còn những phần kim loại đằng sau dần dần đồng đều về nhiệt độ Còn sự phân bố nhiệt độ theo phương vuông góc với hướng hàn rất khác nhau, do đó sự thay đổi thể tích ở các vùng lân cận mối hàn cũng khác nhau, dẫn đến

sự tạo thành nội lực và ứng suất trong vật hàn Ứng suất và biến dạng sinh ra trong quá trình hàn là do các nguyên nhân sau:

a) Do nung nóng và làm nguội không đều kim loại vật hàn [5]

Sự phân bố nhiệt độ trên vật hàn không đều làm vật hàn dãn nở không đều, do vậy làm cho mối hàn và vùng lân cận mối hàn tồn tại ứng suất Ứng suất này làm cho vật hàn bị biến dạng hoặc có thể bị nứt Mô tả cách khác khi hàn giáp mối, các vùng ở

xa nguồn nhiệt (vũng hàn) sẽ không hoặc ít bị biến dạng nhiệt Vì thế trong suốt quá trình đốt nóng chúng sẽ cản trở lại sự giản nở của kim loại ở vùng lân cận mối hàn.Do vậy ứng suất vùng này là ứng suất nén làm cho tấm biến dạng Khi mối hàn kết thúc, vật liệu tấm bắt đầu nguội dần và co lại làm cho tấm biến dạng theo chiều ngược lại Trường ứng suất vẫn tồn tại kể cả sau khi kết thúc quá trình hàn và vật hàn trở về nhiệt

độ ban đầu

b) Do sự co ngót của kim loại lỏng trong vũng hàn sau khi kết tinh [5]

Khi đông đặc kim loại lỏng bị giảm thể tích, do vậy sinh ra ứng suất trong liên kết hàn Sự giảm thể tích của kim loại lỏng khi đông đặc gọi là độ co ngót

Độ co ngót phụ thuộc vào:

- Tính chất của kim loại vật hàn

Các kim loại khác nhau có độ co ngót khác nhau [10]

Trang 19

Hình.1.1.Biến dạng của thép tấm trong và sau quá trình hàn [5]

Nhưng thực tế thì không phải vậy, đối với kim loại đặc biệt là thép biến dạng sẽ xảy ra Trong quá trình hàn đến khi nguội vùng kim loại hàn trong tấm sẽ thay đổi từ pha rắn-lỏng-đông đặc-rắn Vì thế trong quá trình nguội, hình dạng của tấm được trả

về nhưng không dừng lại ở vị trí hình dạng ban đầu mà nó tiếp tục co lại, vượt qua hình dạng ban đầu và gây ra biến dạng dư Quá trình diễn ra biến dạng hàn này được thể hiện trên hình 1.1

Khi hàn giáp mối, vùng gần tâm mối hàn bị nung nóng nhiều nhất nên có xu hướng giãn nở lớn gây ra bị nén, còn các phần khác nung nóng ít hơn và nguội thì bị kéo Sau khi hàn, nhiệt độ theo tiết diện ngang của tấm dần dần cân bằng, khi nguội các phần của tấm sẽ co lại Biến dạng dọc co rút ở phần giữa phải lớn hơn vì ở đó nhiệt độ

l

l0

Trang 20

cao hơn Vì vậy, phần giữa của tấm khi nung nóng thì bị nén dọc, sau khi nguội nó hoàn toàn trở nên bị kéo, những phần tiếp đó không có sự co như phần giữa thì lại bị nén Trạng thái ứng suất đó gọi là ứng suất dư trong vật hàn

c) Do sự biến đổi tổ chức của kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn [10]

Do ảnh hưởng của nhiệt nên kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn thay đổi

tổ chức, do vậy tạo nên ứng suất trong vật hàn Đặc biệt khi hàn thép hợp kim và thép cacbon cao là các thép dễ bị tôi thì ứng suất này có thể đạt đến trị số rất lớn.Ví dụ như một số kim loại: Thép hợp kim thấp, hợp kim Titan…Có sự thay đổi cấu trúc pha tại vùng ảnh hưởng nhiệt khi nhiệt độ thay đổi, kèm theo sự thay đổi thể tích do xuất hiện pha Martensite tạo nên ứng suất bên trong kim loại

Ứng suất dư trong kết cấu hàn kết hợp với ứng suất sinh ra do ngoại lực tác dụng trong quá trình làm việc, tổng ứng suất này là nguy cơ làm giảm khả năng làm việc của kết cấu và tạo khả năng xuất hiện những vết nứt, gãy trong chúng Biến dạng hàn làm sai lệch hình dáng và kích thước của các kết cấu, do đó sau khi hàn phải tiến hành các công tác sửa, nắn, gia nhiệt…

Trị số và sự phân bố ứng suất phụ thuộc vào:

Khi hàn giáp mối có vát mép (chữ V, U) do kim loại nóng chảy tập trung nhiều

ở vát mép, nên khi kết tinh sinh ra biến dạng góc

Trang 21

Hình 1.2 Biến dạng góc mối hàn vát mép chữ V do ứng suất co ngót

Sự co ngót góc hoặc sự biến dạng góc phụ thuộc vào dạng mối hàn, phương pháp công nghệ, chiều dày vật hàn

Ứng suất tồn tại trong liên kết hàn kết hợp với ứng suất do ngoại lực tác dụng sẽ tạo ra khả năng xuất hiện vết nứt và làm phá hủy liên kết hàn khi làm việc

1.2.3 Các kiểu ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu

TheoKoichi và Masubuchi [8], biến dạng hàn được chia ra thành các dạng sau:

 Biến dạng trong mặt phẳng tấm, có 3 dạng:

1) Biến dạng do co ngang (Transverse Shrinkage)

2) Biến dạng do co dọc (Longitudinal Shrinkage)

3) Biến dạng do xoay (Rotational Distortion)

Trang 22

 Biến dạng ngoài mặt phẳng tấm, có 4 dạng:

1) Biến dạng góc (Angular Distortion)

2) Biến dạng xoắn (Buckling Distortion)

3) Biến dạng dọc (Longitudinal Bending Distortion)

4) Biến dạng cục bộ (Features of Buckling Distortion)

Hình 1.3 Các kiểu biến dạng hàn

1 Biến dạng dọc

Là biến dạng dọc theo trục sản phẩm hàn nó xuất hiện do sự co dọc của mối hàn Trong kết cấu thân tàu đó chính là biến dạng theo chiều dọc khi hàn các chi tiết chữ T, các chi tiết dọc tàu, hàn các tấm vỏ với nhau,…

Hình 1.4 Biến dạng dọc

hàn chữ T

Trang 23

Hình.1.5 Biến dạng dọc hàn tấm giáp mối

Hình.1.6 Biến dạng khi hàn đắp mép tấm

2 Biến dạng ngang

Là hiện tượng co rút kim loại mối hàn và lân cận theo hướng vuông góc với trục

mối hàn, xuất hiện do sự co ngang của mối hàn và do sự kẹp chặt của chi tiết hàn

Hình.1.7 Ứng suất và biến

dạng ngang

a)Liên kết hàn giáp mối b)Sự cong vênh khi cắt rời dọc mối hàn

c)Phân bố ứng suất ngang theo chiều dài mối hàn

Trang 24

1.3 Mục tiêu, phương pháp và giới hạn nội dung nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu với phương pháp hàn hồ quang tay, thép tấm dày 10 mm theo quy trình hàn cho trước

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở lý thuyết về vấn đề ứng suất biến dạng hàn và kết hợp với thực nghiệm trên phôi mẫu

1.3.3 Giới hạn nội dung nghiên cứu

Từ ý nghĩa thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đề tài thực hiện trong phạm vi như sau:

1 Tổng quan các vấn đề liên quan đến biến dạng góc và các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc

2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu với phương pháp hàn hồ quang tay, thép dày 10 mm

3 Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến

Với những nội dung nghiên cứu như vậy sẽ được thể hiện trong 4 chương

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 4: Thảo luận kết quả

Trang 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang tay

Hàn hồ quang tay (hình 2.1) là quá trình hàn điện nóng chảy sử dụng điện cực dưới dạng que hàn (thường là có vỏ bọc) và không sử dụng khí bảo vệ, trong đó tất cả các thao tác (gây hồ quang, dịch chuyển que hàn, thay que hàn…v.v.) đều do người thợ

hàn thực hiện bằng tay [2]

Hình 2.1 Nguyên lý hàn hồ quang tay

2.1.2HìnhỨng dụng

Hình 2.1 Nguyên lý hàn hồ quang tay

Phương pháp hàn hồ quang tay là phương pháp đơn giản để hàn ở các tư thế không gian khác nhau Đây là một trong những phương pháp hàn được ưa chuộng nhất

Nó có tối đa tính linh hoạt và có thể hàn với nhiều loại kim loại trong tất cả các vị trí hàn từ chiều dày nhỏ nhất cho tới những chiều dày lớn nhất Sự đầu tư về thiết bị tương đối rẻ tiền Phương pháp này được sử dụng trong chế tạo và trong công việc khai thác cho xây dựng và bảo dưỡng Vì thế phương pháp hàn này được sử dụng để hàn ghép các mẫu thí nghiệm

hµn

M¹chs¬ cÊp

Hå quang

Kim lo¹i

Kim lo¹ic¬ b¶n

D©y c¸p m¸t

D©y c¸p hµn

M¹chthø cÊpK×m hµnQue hµn vá bäc

Trang 26

 Cường độ dòng điện hàn

Cường độ dòng điện hàn ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước và chất lượng mối hàn, cũng như năng suất hàn Tăng quá mức dòng điện hàn sẽ làm que hàn bị nung nóng quá mức và giảm chất lượng vỏ bọc mối hàn Có thể chọn cường độ dòng điện hàn I cho hàn sấp theo một số công thức sau:

Khi s < 1.5d hoặc khi hàn đứng, I giảm 10 ÷ 15%

Khi s < 3d hoặc khi hàn liên kết chữ T, I tăng 10 ÷15%

Khi hàn ngang và hàn trần, I giảm 15÷20%

Trang 27

Để xác định số lớp cần hàn, ta phải biết diện tích tiết diện ngang của toàn

bộ kim loại đắp Trường hợp hàn giáp mối, diện tích tiết diện ngang của lớp hàn thứ nhất F1 là: F1= (6 ÷ 8)d (mm2)

- Fd là tổng diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp của mối hàn nhiều lớp

Hình 2.2 Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn nhiều lớp

Khi hàn vát mép chữ V với góc rãnh hàn α, khe đáy a

Trang 28

Fd= a.s+0,75b.c (mm2)

Tốc độ hàn

Trên thực tế, tốc độ hàn phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp

và nằm trong một khoảng xác định, được tính theo công thức sau:

vỏ tàu lại với nhau sẽ có rất nhiều kiểu biến dạng xảy ra như biến dạng do co ngang, biến dạng do co dọc, biến dạng góc, biến dạng do xoay Trong đó biến dạng góc thể hiện rõ rệt hơn nhất so với các biến dạng khác vì khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu chủ yếu dùng mối hàn giáp mối vát mép kiểu chữ V và khi hàn mối hàn góc Vì thế biến dạng góc rất được quan tâm trong quá trình hàn các mối hàn giáp mối

Vậy nguyên nhân gây ra biến dạng góc là gì? Các yếu tố nào ảnh hưởng đến biến dạng góc? Nó được hình thành như thế nào? Và hướng khắc phục biến dạng ra sao? Thật sự, lúc đầu đây lại là những câu hỏi gây ra nhiều khó khăn cho các

Trang 29

nhà khoa học và nhiều nhà nghiên cứu Theo dòng thời gian các nhà khoa học trên thế giới đã trả lời giúp chúng ta điều đó Đã có rất nhiều tài liệu, đề tài nghiên cứu phân tích và mô phỏng về vấn đề này Mặc dù vậy, do kết cấu tàu thủy rất phức tạo nó không đơn giản như các kết cấu cơ khí khác nên việc nghiên cứu về vấn đề biến dạng góc vẫn cần nhiều thời gian

2.2.2 Nguyên nhân biến dạng góc

Nguyên nhân xuất hiện biến dạng góc là do độ co ngót của kim loại không đều theo tiết diện mối hàn khi hàn các mối hàn giáp mối vát mép chữ V và khi hàn mối hàn góc

Hình 2.3 Các dạng biến dạng góc

a Liên kết giáp mối b Liên kết chữ T

Ngoài ra, trong quá trình hàn ngoài biến dạng góc còn có ứng suất dư Ứng suất

và biến dạng hoàn toàn đối lập nhau, nghĩa là có biến dạng thì sẽ không có ứng suất dư Thực tế cho thấy khi hàn giáp mối tấm tôn bao sẽ có biến dạng góc và góc biến dạng lớn hay nhỏ còn phụ thuộc và nhiều yếu tố, nhưng một khi đã có biến dạng góc thì ứng suất dư sẽ không có hoặc rất nhỏ Nếu chúng ta cố gắng giảm biến dạng góc bằng cách hạn chế sẽ dẫn tới làm cho ứng suất dư tăng lên như hình 2.2 Mà ứng suất dư sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của kết cấu, là nguyên nhân gây nứt, gãy trong

Trang 30

chúng Vì thế chúng ta phải biết cách làm thế nào để dung hòa 2 yếu tố này lại với nhau

Hình 2.4 Chống biến dạng góc bằng nêm

2.2.3 Sự hình thành biến dạng góc

Để mô tả một cách rõ ràng và hiểu rõ hơn về nguyên nhân gây ra biến dạng hàn Chúng ta xem hình 2.3 mô tả định tính sự hình thành biến dạng góc khi hàn giáp mối Trên hình này thể hiện 3 vùng đặc tính, các đường đẳng nhiệt với nhiệt độ kim loại mềm trên bề mặt tấm T*0 (đường liền đậm) và dưới đáy tấm T*h (đường nét đứt) Dùng một mặt cắt ngang dx, chúng ta thấy mặt cắt ngang này có ba vùng đặc tính

Vùng 1: là vùng kim loại mềm nằm bên trong đường đẳng nhiệt T*

Vùng 2: là vùng gữa T* và T0 đây là vùng nhiệt độ nguội dần từ nhiệt độ mềm xuống nhiệt độ ban đầu T0

Vùng 3: là vùng nguội, không có sự thay đổi nhiệt độ rõ ràng, vùng này bao quanh vùng ảnh hưởng nhiệt và không cho phép vùng ảnh hưởng nhiệt giãn nở

Trang 31

Hình 2.5 Sự phát triển của biến dạng góc

Giai đoạn 1 – ngay sau khi nguồn hàn đi qua

Giai đoạn 2 –sau khi giảm gradient nhiệt độ trên chiều dày tấm

Giai đoạn 3 – nguội hoàn toàn

Mặt cắt ngang dx đi qua cả ba vùng, hình 2.3 Vùng nguội (vùng 3) bao quanh những vùng khác, nó không cho phép mặt cắt ngang giãn nở Vì vậy, kim loại bị đốt nóng ở vùng 1 và vùng 2 có xu hướng giãn nở về phía gần tâm mối hàn hơn Đây là nguyên nhân gây ra nén ở vùng 1 kể cả sự biến dạng dẻo dư

Vì kim loại liền kề trên bề mặt tấm bị đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn nên những điểm thuộc vùng này có xu hướng dịch chuyển về gần tâm mối hàn hơn những điểm thuộc bề mặt đáy của tấm Trên hình 2.3 bên phải, thể hiện các giai đoạn hình thành biến dạng góc, mặt cắt ngang được chia thành các hình chữ nhật nhỏ

Trong giai đoạn 1, thể hiện sự dịch chuyển không đồng nhất trên cả hai hướng: hướng chiều dày và hướng chiều ngang Những điểm liền kề bề mặt trên của tấm bị dịch chuyển nhiều hơn về phía tâm mối hàn so với những điểm trên bề mặt đáy của tấm, đây là nguyên nhân làm thay đổi hình chữ nhật ban đầu thành hình thang

Trang 32

Trong giai đoạn 2, các hình thang này một lần nữa quay trở lại thành hình chữ nhật nhưng với độ rộng khác nhau (trừ vị trí gần tâm mối hàn) Khi điều này xảy ra,

các mặt của tấm bị uốn cong tại vị trí nối với nhau, hình thành nên một góc β

Giai đoạn 3 là giai đoạn nhiệt độ cân bằng nhau theo phương ngang, khi đó cũng theo phương ngang toàn bộ tấm đồng nhất co lại một đoạn Δtr Lúc này các hình chữ nhật đã trở lại đúng hình dạng ban đầu của nó ngoại trừ vùng bị biến dạng dẻo cũng là vùng kim loại mềm

2.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc

Từ những nghiên cứu trong lịch sử cũng và một số nghiên cứu mới nhất hiện nay, từ thực tế sản xuất của các Công ty đóng tàu, kiến thức về hàn tàu thủy, vật liệu, kết cấu thân tàu cũng như công nghệ đóng tàu…Chúng ta có thể dự đoán được có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu, những yếu

tố này có thể do khách quan hoặc chủ quan gây nên

Theo một nghiên cứu mới nhất của Th.s Bùi Văn Nghiệp, chia các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc thành bốn nhóm chính: Nhóm các yếu tố kết cấu, nhóm các yếu tố công nghệ, nhóm các yếu tố do nguồn nhiệt hàn và nhóm các yếu tố do con người tác động Các yếu tố này không ảnh hưởng độc lập mà có tác động phụ thuộc lẫn nhau

1 Nhóm các yếu tố kết cấu

Các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến vấn đề biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ

tàu, chúng ta có thể kể đến là:

- Loại vật liệu cơ bản (loại thép đóng tàu)

- Chiều dày vật liệu cơ bản

- Vật liệu hàn (dây hàn, que hàn, thuốc hàn, khí bảo vệ,…)

- Kiểu vát mép: kiểu chữ V, X, Y, K,…

- Số lượng và kích thước mã răng lược

- Phương pháp cố định tấm xuống bệ lắp ráp

Trang 33

- Hướng hàn: hàn từ một đầu mối hàn, hàn từ hai đầu mối hàn vào, hàn

từ giữa mối hàn ra hai đầu, hà theo phân đoạn nghịch…

- Các biện pháp công nghệ giảm biến dạng: Phương pháp phản biến dạng, phương pháp hàn đối xứng 2 mặt…

3 Nhóm các yếu tố do nguồn nhiệt

Các yếu tố này tập trung vào loại quá trình hàn và chế độ hàn Đồng thời nó kết hợp với các yếu tố kết cấu và các yếu tố công nghệ gây nên biến dạng góc Các yếu tố gây biến dạng có thể kể đến là:

- Loại quá trình hàn: Quá trình hàn hồ quang tay, quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc trợ dung, quá trình hàn bán tự động MIG/MAG…

- Công suất nguồn hàn

- Loại nguồn hàn: nguồn một chiều, nguồn xoay chiều

4 Nhóm các yếu tố do con người tác động

Có thể kể đến hai yếu tố do con người tác động, thứ nhất là do người hàn trực tiếp gây nên như là trình độ, bằng cấp, khả năng, sức khỏe, tính cách…

Thứ hai là do công tác quản lý gồm có các công việc như là kiểm tra trước khi hàn, kiểm tra trong khi hàn, kiểm tra sau khi hàn

Trang 34

2.2.5 Biện pháp khắc phục biến dạng góc

Có rất nhiều biện pháp để khắc phục biến dạng góc, mỗi biện pháp có những ưu, nhược điểm riêng Tuy nhiên, có rất nhiều biện pháp khắc phục rất phức tạp, tốn kém, đôi khi có thể làm cho ứng suất dư tăng lên Do vậy, khi tiến hành khắc phục biến dạng góc cần phải lựa chọn biện pháp tối ưu nhất, giảm biến dạng góc, không làm cho ứng suất dư tăng lên mà vẫn đảm bảo yếu tố kinh tế, kỹ thuật

Cũng từ những nghiên cứu trong lịch sử, từ thực tế sản xuất của các Công ty đóng tàu, kiến thức về hàn tàu thủy, vật liệu, kết cấu thân tàu cũng như công nghệ đóng tàu…Đã tìm ra rất nhiều biện pháp khắc phục biến dạng góc gồm có các biện pháp sau:

- Hàn cân đối làm giảm mức độ biến dạng góc (Hình 2.4)

hàn

- Giảm khối lượng kim loại mối hàn, hàn một lượt(Hình 2.5)

- Khi hàn các mối hàn giáp mối nếu chiều dày của hai tấm không bằng nhau cần phải vát mép tấm có chiều dày hơn Và điều này quy định kích thước vát mép của Đăng kiểm rất rõ ràng

Trang 35

Hình 2.8 Vát mép hai tấm có độ dày chênh lệch lớn hơn 3mm

2 Biện pháp công nghệ khi hàn

Dựa vào đặc tính của mối hàn, dạng kết cấu, phương pháp hàn, chế độ hàn, cơ tính và hóa tính của kim loại, người ta thường dùng những biện pháp công nghệ sau để giảm biến dạng góc

- Khi hàn các tấm dày, các loại thép dễ bị tôi thì phải gia nhiệt trước khi hàn

- Khi hàn các chi tiết bị kẹp chặt, dễ sinh ứng suất lớn, trình tự hàn trước sau phải đảm bảo cho vật hàn luôn ở trạng thái tự do, nhất là đối với mối hàn giáp mối Khi hàn phải hàn một chiều, không hàn từ hai đầu vào

- Các đồ gá kẹp phải đặt cách xa và không đặt trên mặt cắt ngang mối hàn

Hình 2.9 Trình tự hàn các mối hàn kết cấu tấm

a) Đúng, b) Sai, 1,2,3,4,5,6 thứ tự hàn, AB: vị trí ứng suất lớn nhất

Trang 36

- Hàn theo phương pháp phân đoạn nghịch sẽ giảm được biến dạng vì nội lực sinh ra chỉ ở từng khu vực nhỏ và nó hướng về vùng lân cận đối diện

Hình 2.10.Hàn theo phương pháp phân đoạn nghịch

- Uốn sơ bộ với các tấm đáy cứng và nêm để điều tiết biến dạng góc tấm mỏng

Hình 2.11.Uốn sơ bộ với các tấm đáy cứng và nêm

- Tạo các gân dọc ngăn uốn cong trong các liên kết tấm mỏng giáp mối

Hình 2.12.Tạo các gân dọc

- Tạo trước các biến dạng ngược để chúng có vị trí đúng sau khi hàn

Trang 37

Hình 2.13.Tạo biến dạng ngược

3 Biện pháp công nghệ sau khi hàn

Sau khi hàn, chi tiết kết cấu hoặc kết cấu hàn bị biến dạng quá mức cho phép thì phải có biện pháp sử lý

a) Nắn cơ khí: Được tiến hành trên các loại máy ép, máy búa, trục cán, ở trạng

thái nguội hoặc nóng Hiện nay, đã có máy nắn phẳng thép hình với kết cấu và lực cán rất lớn có thể khắc phục được biến dạng góc khi thép góc Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa được phổ biến, mới chỉ có ở những nước phát triển

b)Nắn nhiệt: Dựa trên nguyên tắc cân bằng biến dạng nhiệt Đây là phương

pháp được áp dụng rộng rãi vì nó đơn giản và kinh tế nhất Tuy nhiên, vấn đề này theo

lý thuyết thì rất dễ nhưng thực tế để làm được điều này thì đòi hỏi người thực hiện phải

có rất nhiều kinh nghiệm

Hình 2.14 Nung cục bộ để nắn biến

dạng

Hình 2.15 Nung theo hình nêm để nắn

phẳng tấm

Trang 38

Mặc dù đã có rất nhiều biện pháp khắc phục biến dạng góc, nhưng theo nghiên cứu của Kỹ sư Hoàng Văn Tráng cho rằng giải pháp hữu hiệu nhất để khắc phục biến dạng góc đó là tạo ra góc biến dạng ngược với biến dạng ban đầu (nghĩa dùng biến dạng chống lại biến dạng) và tiến hành hàn Sau khi hàn, thép sẽ biến dạng trở về vị trí đúng Theo phương pháp này, trong quá trình hàn không tạo ra ứng suất dư

vì thép biến dạng một cách tự nhiên, không chịu một tác động nào Biện pháp này được hàn thí nghiệm trên phôi mẫu với thép chiều dày 8 mm, phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW), khi tiến hành khắc phục biến dạng góc, góc biến dạng ngược ban đầu cần tạo

ra nằm trong khoảng (-2.5 ÷ -2.30), với những người có trình độ tay nghề cao

Hình 2.16 Tạo biến dạng ngược khi hàn

2.3 Phương pháp tính biến dạng góc

2.3.1 Công thức tính biến dạng góc của Sudhakaran.R và một số đồng nghiệp

Theo Sudhakaran R, VEL MURUGAN V, SIVA SAKTHIVEL P S [7] nghiên cứu góc biến dạng bằng phương án hồi qui, sử dụng phương pháp hàn TIG (MTAW), thép không gỉ S202

Trang 39

Trong đó:  là góc nghiêng súng hàn hay mỏ hàn (độ)

V - Tốc độ hàn (mm/s)

I - Cường độ dòng điện (ampe)

L - Chiều dài tấm (mm)

Q - Lưu lượng khí (lít/phút) Việc kiểm tra độ chính xác của công thức trên so với kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 2.1

BẢNG 2.1 KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC

L

mm

I ampe

Q lít/phút

Giá trị

thực nghiệm

Giá trị

tính toán

Sai lệch

%

Qua bảng số liệu cho thấy độ chính xác của công thức trên so với kết quả thực nghiệm là hơn 95%, kết là sai lệch rất nhỏ, độ chính xác tương đối cao Từ đó chúng ta

có thể dựa vào công thức trên để dự đoán được kết quả biến dạng góc

2.3.2 Công thức tính biến dạng góc của Giáo sư Okerblom

Giáo sư Okerblom đề nghị công thức tính biến dạng góc (2.3) như sau:

Trang 40

h: là chiều dày tấm [mm]

2.3.3 Kết quả mô phỏng của tiến sĩ Artem Pilipenko

Tiến sĩ Artem Pilipenko đã mô phỏng biến dạng nhiệt do hàn tấm gây ra dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng phần mềm ABAQUS [6]

Mô hình tính của Artem Pilipenko là mô hình 3D có các thông số kích thước là 500x500x20mm

Hình 2.17.Mô hình mô phỏng biến dạng của Artem Pilipenko dưới dạng 3D

Tiến sĩ Artem Pilipenko đã so sánh kết quả nghiên cứu của mình với giáo sư Okerblom và Ông kết luận, kết quả mô phỏng của ông nghiên cứu có độ biến dạng góc thấp hơn của giáo sư Okerblom là 8%

2.3.4 Công thức tính biến dạng góc theo đề xuất của Watanabe and Satoh

𝛽 = 𝐶1 𝐼

ℎ 𝑆ℎ

𝑚+1 𝑒𝑥𝑝 −𝐶2 𝐼

ℎ 𝑆ℎ (2.4)

Trong đó: h : là chiều dày tấm [mm]

S: là tốc độ hàn [mm.s-1]

C 1 , C 2 , m: là hằng số

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	2,99 MB