Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn mag đến độ bền mối hàn khi hàn kết cấu thép tầm ở tư thế 2g

DANH SÁCH CÁC CH VIẾT T T xiii API American Petrolium Institute – Viê ̣n xăng dâu Hoa ky AWS American Welding Society - Hiê ̣p hô ̣i han Hoa Ky ASME American Society of Mechanical Engine

M C L C viii

M C L C

LÝ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

L I CẢM N iii

TÓM T T iv

M C L C viii

DANH SÁCH CH VIẾT T T xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv

Chương 1: T NG QUAN 1

1.1 Đ̣t v́n đ̀ 1

1.2 T̀nh h̀nh nghiên ću 2

1.2.1 Mô ̣t sô công tr̀nh nghiên ću trong nức 2

1.2.2 Mô ̣t sô công trốnh nghiên ću nức ngoài 4

1.3 Ṃc tiêu v̀ đối tựng nghiên ću 6

1.3.1 Ṃc tiêu c̉a đ̀ t̀i 6

1.3.2 Đối tựng nghiên ću 6

1.4 Nhiê ̣m vụ của đê tai va pha ̣m vi nghiên ću 7

1.4.1 Nhiê ̣m vụ của đê tai 7

1.4.2 Pḥm vi nghiên ću 7

1.5 Phương phap nghiên cưu 7

1.6 Gí tṛ tḥc tiễn c̉a đ̀ t̀i 7

M C L C ix

Chương 2: C S LÝ THUYẾT 8

2.1 Tổng quan vê công nghê ̣ han 8

2.1.1 Đ̣c đỉm qú tr̀nh h̀n 8

2.1.2 Phân loa ̣i h̀n 8

2.1.3 Ḷch sử ph́t trỉn c̉a l̃nh ṿc h̀n điện 10

2.1.4 Sự hốnh thanh môi han trong không gian 11

2.1.4.1 Sự hốnh thanh môi han 11

2.1.4.1.1 Kh́i niệm v̀ liên ḱt h̀n, môi han 11

2.1.4.1.2 Sự ta ̣o thanh bể han 12

2.1.4.1.3 Sự di ̣ch chuyển của kim loa ̣i lỏng tư điê ̣n cực vao bể han 13

2.1.4.2 Câu truc của kim loa ̣i môi han 15

2.1.4.2.1 V̀ng mối h̀n 15

2.1.4.2.2 Vùng ̉nh hưởng nhiệt và các ýu tố ̉nh hưởng đ́n kích thức c̉a khu ṿc ̉nh hưởng nhiệt 16

2.1.4.2.2.1 V̀ng ̉nh hưởng nhiệt 16

2.1.4.2.2.2 Các ýu tố ̉nh hưởng đ́n kích thức c̉a khu ṿc ̉nh hưởng nhiệt 18 2.1.4.3 Phân lọi ṿ trí mối hàn trong không gian 19

2.1.4.3.1 Ṿ trí hàn theo tiêu chủn ASME 20

2.1.4.3.1.1 Ṿ trí hàn góc 20

2.1.4.3.1.2 Ṿ trí h̀n t́m gíp mối 20

2.1.4.3.1.3 Ṿ trí h̀n ống gíp mối 21

2.1.4.3.2 Ṿ trí mối hàn theo tiêu chủn Việt Nam 22

2.2 Hàn hồ quang bằng điện c̣c nóng ch̉y trong môi trư ng khí b̉o vệ 23

M C L C x

2.2.1 Kh́i niệm 23

2.2.2 Pḥm vi ́ng ḍng v̀ ưu đỉm 25

2.2.3 Những ha ̣n chê của phương phap 26

2.3 Kh́i niệm cơ b̉n v̀ qú tr̀nh công nghệ h̀n MAG 27

2.3.1 Nguyên ly han MAG 27

2.3.2 Hô quang han trong QTH MAG 30

2.3.2.1 Khái niệm hồ quang hàn (HQH) 30

2.3.2.2 Ṣ phân bố điện áp hồ quang hàn 30

2.3.2.3 Vùng anốt 33

2.3.2.4 Các hiện tựng diễn ra trong c̣t HQH 34

2.3.2.5 V̀ng ka tốt 35

2.3.2.6 Ṣ ổn đ̣nh c̉a HQH và tốc đ̣ nóng ch̉y điện c̣c 36

2.3.2.7 Đ̣c tính c̉a nguồn h̀n v̀ ý ngh̃a 37

2.3.2.8 QTCD GKLL vào b̉ hàn trong QTH MAG 38

2.4 Qú tr̀nh luyện kim mối h̀n trong CO2 40

2.4.1 Cơ chê hốnh thanh môi han 40

2.4.2 Qú tr̀nh lý h́a 41

2.4.3 Khí v̀ r khí 43

2.4.4 Ḥp kim hóa KLMH trong QTH MAG 45

2.5 Vâ ̣t liê ̣u han (VLH) 46

2.5.1 Khái niệm VLH đối v́i QTH MAG 46

2.5.2 Dây h̀n đ̣c 46

2.5.3 Dây hàn lõi ḅt 46

M C L C xi

2.5.4 Khí CO2 46

2.6 Công nghê ̣ han MAG 47

2.6.1 Mô ̣t sô điêu kiê ̣n chung 47

2.6.2 Cḥn đìu kiện h̀n 48

2.6.3 Điê ̣n ap HQH 48

2.6.4 Đ̣c tính c̉a ṃng điện h̀n 49

2.6.5 Thông sô công nghê ̣ han 49

2.6.6 Công nghê ̣ han ban tự đô ̣ng CO2 49

Chương 3: NGHIểN C ́ U TH C NGHI M VÀ KẾT QU 51

3.1 Đ̣t v́n đ̀ 51

3.2 Ṇi dung nghiên ću 51

3.3 Thiêt bi ̣, ḍng c̣ đo kỉm và ṿt liệu hàn 52

3.3.1 Ṿt liệu mẫu 52

3.3.2 Thít ḅ, ṿt liệu hàn, khí b̉o vệ và ḍng c̣ đo kỉm 53

3.3.2.1 Thít ḅ hàn 53

3.3.2.2 Ṿt liệu hàn và khí b̉o vệ 54

3.3.2.3 Thiêt bi ̣, ḍng c̣ đo kỉm 55

3.3.2.3.1 Thít ḅ thí nghiệm kéo nén 55

3.3 2.3.2 Ḍng c̣, thiêt bi ̣ đo 56

3.3.2.4 Cḥn ch́ đ̣ hàn 57

3.3.2.4.1 Cḥn ch́ đ̣ h̀n đối v́i dây ć đư ng kính ø1.2 mm 58

3.3.2.4.2 Tính thông số mối hàn 58

3.3.2.4.3 Tiên hanh han 59

M C L C xii

3.3.2.4.4 Căt mẫu va thử mẫu 59

3.3.3 X́c đ̣nh các ýu tố ̉nh hưởng (các bín số) 60

3.4 Xử ly đ́nh gí kêt quả nghiên cưu 61

3.4.1 Cḥn các ýu tố ̉nh hưởng 61

3.4.2 Ćc bức tḥc hiện bài toán qui họch 62

3.4.2.1 Cḥn phương ́n quy họch 62

3.4.2.2 X́c đ̣nh mô t̉ toán ḥc cho hàm ṃc tiêu đ̣ b̀n kéo 64

3.4.2.2.1 Cḥn phương tr̀nh hồi qui 64

3.4.2.2.2 Kỉm đ̣nh tính đồng nh́t c̉a phương sai theo tiêu chủn Cochran 64

3.4.2.2.3 Tính hệ số b 65

3.4.2.2.4 Kỉm đ̣nh ḿc ý ngh̃a c̉a các hệ số hồi qui b 66

3.4.2.2.5 Kỉm đ̣nh ṣ ph̀ ḥp c̉a phương tr̀nh hồi qui (*) v́i tḥc nghiệm 68

3.4.3 Tối ưu h́a đ̉ thu đực đ̣ bên keo cao nh́t 69

3.4.3.1 Tính ćc bức chuỷn đ̣ng 69

3.4.3.2 Tổ ch́c thí nghiệm leo dốc 70

3.4.4 Đồ tḥ v̀ nḥn x́t 71

Chương 4: KẾT LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 74

4.1 Ḱt lụn 74

4.2 Hứng phát trỉn c̉a đ̀ tài 75

TÀI LI U THAM KH O 76

PH L C 78

DANH SÁCH CÁC CH VIẾT T T xiii

API (American Petrolium Institute) – Viê ̣n xăng dâu Hoa ky

AWS (American Welding Society) - Hiê ̣p hô ̣i han Hoa Ky

ASME (American Society of Mechanical Engineers ) – Hiê ̣p hô ̣i kỹ sư cơ

khí Hoa Kỳ

CD GKLL Chuyển di ̣ch gio ̣t kim loa ̣i lỏng

CĐCNH Ch́ đ̣ công nghệ hàn

GMAW (Gas Metal Arc Welding) - Hàn hồ quang bằng điện c̣c nóng

ch̉y trong môi trư ng khí b̉o vệ GKLL Gịt kim lọi lỏng

Ih Cương đô ̣ dong điê ̣n han

Uh Điê ̣n ap hô quang han

Vh Tôc đô ̣ han (vâ ̣n tôc han)

MAG (Metal Active Gas) - H̀n hồ quang điện cực nong chảy trong môi

trương khố hoa ̣t tốnh bảo vê ̣ MIG (Metal Inert Gas) - H̀n hồ quang điện c̣c ńng ch̉y trong môi

trương khố trơ bảo vê ̣ NTHK Nguyên tô hợp kim

TIG (Tungsten Inert Gas) - H̀n hồ quang điện c̣c không ńng ch̉ y

trong môi trương khố trơ bảo vê ̣ KLMH Kim loa ̣i môi han

QTCNH Quá trình công nghệ hàn

QTLKMH Qú tr̀nh luyện kim mối h̀n

QTCD GKLL Qú tr̀nh chuỷn ḍch gịt kim lọi lỏng

TSCNH Thông số công nghệ hàn

DANH SÁCH CÁC HỊNH xiv

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1:Phân loa ̣i han

Hình 2.2: Nguyên ly han hô quang tay SMAW (nguôn: www.substech.com)

Hình 2.3: Mối nối h̀n

Hình 2.4 :B̉ h̀n

Hình 2.5: H̀nh ḍng v̀ kích thức c̉a b̉ h̀n

Hình 2.6:T́c ḍng c̉a ḷc từ trư ng ́p lên đầu mút điện c̣c

Hình 2.7:Tổ ch́c kim lọi c̉a mối h̀n

Hình 2.8: Tổ ch́c kim lọi c̉a khu ṿc ̉nh hưởng nhiệt

Hình 2.9: Sơ đồ minh ḥa đ̣ dốc mối h̀n

Hình 2.10: Sơ đồ minh ho ̣a chìu quay mối h̀n

Hình 2.11: Ṿ trí mối h̀n trong không gian theo tiêu chủn AWS

Hình 2.12: Sơ đồ ṿ trí mối h̀n trong không gian (theo TCVN)

Hình 2.13: Sơ đô nguyên ly han GMAW

H̀nh 2.14: H̀n điện c̣c lõi thuốc

Hình 2.15: Nguyên lý hàn MAG

H̀nh 2.16: H̀n ṭ đ̣ng trong môi trư ng khí b̉o vệ

H̀nh 2.17: Sự phân bô điê ̣n ap trong HQH

H̀nh 2.18: Đ̣c tính t̃nh c̉a d̀ng điện v̀ điện ́p

Hình 2.19: Qú tr̀nh chuỷn ḍch GKLL theo phương thưc châ ̣p ma ̣ch

H̀nh 2.20: Sơ đồ qú tr̀nh h́a lý x̉y ra khi h̀n CO2

H̀nh 2.21: Ćc nh́m thông số đầu v̀o – ra của QTH CO2

Hình 3.1: Sơ đồ kh́i qút ṇi dung nghiên ću

Hình 3.2: Phôi h̀n sau khi đư đực l̀m vệ sinh ṣch s̃

Hình 3.3: Máy hàn MAG PANA 350

Hình 3.4: Dây h̀n MAG nhưn hiệu Kim Tín Việt Nam

Hình 3.5: Máy kéo WB1000

Hình 3.6: Mẫu h̀n gíp mối

DANH SÁCH CÁC HỊNH xv

Hình 3.7: Thức đo mối h̀n đa năng, thươc că ̣p

Hình 3.8 Thông số h̀nh ḥc c̉a phôi h̀n

Hình 3.9: Ǵ phôi h̀n ở ṿ trí h̀n 2G

H̀nh 3.10: Mẫu thử keo

H̀nh 3.11: Ḱo thử mẫu

H̀nh 3.12: Ảnh hưởng c̉a điện ́p h̀n v̀ ṿn tốc h̀n t́i đ̣ b̀n ḱo

H̀nh 3.13: Ảnh hưởng c̉a cư ng đ̣ d̀ng điện h̀n v̀ ṿn tốc h̀n t́i đ̣ b̀n ḱo H̀nh 3.14: Ảnh hưởng c̉a cư ng đ̣ d̀ng điện h̀n v̀ điện ́p h̀n t́i đ̣ b̀n ḱo

DANH SÁCH CÁC HỊNH xvi

DANH SÁCH CÁC B NG Bảng 2.1: Ṣ pḥ thục c̉a kích thức ćc v̀ng v̀ chìu d̀i khu ṿc ̉nh hưởng

nhiệt v̀o ćc phương ph́p h̀n kh́c nhau

Bảng 2.2: Hệ số  xac̉a ṃt số nguyên tô hợp kim

Bảng 3.1: B̉ng ch́ đ̣ h̀n ngang đối v́i dây h̀n 1.2mm

Bảng3.2: Đìu kiện thí nghiệm đực cḥn

Bảng 3.3 : Ma tṛn tḥc nghiệm tṛc giao ćp I, k = 3 v̀ ḱt qủ

Bảng 3.4: Hệ số cochran thí nghiệm đ̣ b̀n uốn mẫu thí nghiệm

Bảng 3.5: Ḱt qủ thí nghiệm đ̣ bên keo ṭi tâm

Bảng 3.6: B̉ng kỉm đ̣nh đ̣ ćng theo tiêu chủn Fisher

Bảng 3.7: Thít ḱ thí nghiệm leo dốc v̀ đ̣ ćng

Bảng 3.8: Ḱt qủ thí nghiệm theo hứng leo dốc

T ÀI LI U THAM KH O

Tài liệu trong nước

1 Hòng T̀ng , Nguyễn Thuc Ha , Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang Han, Nh̀ xút b̉n Khoa ḥc v̀ k̃ thụt, H̀ Ṇi 1998

2 Trân Văn Niên , Trân Thê San , Thư ̣c hanh han hô quang – MIG – TIG – PLASMA, Nh̀ xút b̉n Đ̀ Ñng

3 Ngô Lê Thông, Công nghê ̣ han nong chảy tập 1, 2, Nh̀ xút b̉n Khoa

ḥc v̀ k̃ thụt, H̀ Ṇi 2009

4 Nguyễn Thúc H̀, B̀i Văn Ḥnh, Võ Văn Phong: Công Nghệ Hàn lý thuy ết và ứng dụng, tái b̉n lần 2, nhà xút b̉n giáo ḍc, Hà Ṇi, 2003, trang

16

5 Ngô Lê Thông: Hàn điện nóng chảy, nhà xút b̉n ĐHBK Hà Ṇi

6 TS Nguyễn Thuc Ha, TS B̀i Văn Ḥnh, Th.S Võ Văn Phong; Giáo tr̀nh

côn g nghê ̣ han, NXB Giao Dục, 2005

7 Khoa han – Trương LILAMA 1, Giáo tr̀nh hàn tập 1, 2, 3, NXB Lao

Đ̣ng, 2009

8 TS Phan Miêng ; nh hưởng của gió đối với dòng khí bảo vệ trong quá trình hàn CO 2 – Tuỷn ṭp ćc công tr̀nh nghiêng ću khoa ḥc 40 năm ĐHBK H̀ Ṇi – 1996

9 TS Phan Miêng ; Xác định trường nhiệt hàn trong môi trường CO 2 - tuỷn ṭp 50 năm Viện KHCN GTVT

10 TS Phan Miêng ; Nghiên cứu công nghệ hàn trong môi trường CO 2 để hàn thép hợp kim thấp Ḅ GD v̀ ĐT , H̀ Ṇi 1996

11 TS Phan Miêng; Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường

CO 2 B́o ćo KH tổng ḱt đ̀ t̀i đ̀ t̀i n/c Khoa ḥc ćp ḅ Ḅ GTVT 6.1994

12 TS Phan Miêng; Ứng ḍng CNH ṭ đ̣ng pḥc hồi tṛc v̀ b́nh xe t̀u hỏ GTVT 9.2000

13 PGS.TS Ph̀ng Rân , Quy hoạch thực nghiệm ứng dụng , Trương ĐH

SPKT Tp.HCM, 2006

Tài liệu ngoại văn

14 American Welding Society (AWS D1.1) Structural welding code steel,

20th edition, Approved by American National standards Institute, November,29, 2005

15 Jian Lu: Handbook of Measurment of Residual stresses, Published by

The Fairmont Press, INC

16 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 2007 edition, Section – IX welding and Brazing, published by The American Society of Mechanical Engineers, in July 2007

17 Jeff Nadzam, Senior Application Engineer, Gas Metal Arc Welding Guidelines, Lincoln electric, 2009

18 Smith M Welding of Revoling objects in CO2 Atmosphere using a two headed automatic welder Stroi Wyrob August 1996

Tốc đ̣

ćp dây (m/ph)

Cư ng đ̣

dòng hàn (A)

Điện ́p

hồ quang (V)

Tốc đ̣

hàn (cm/ph)

Số ĺp hàn

Lọi liên ḱt hàn

Khe hở ghép mối (mm)

1.5 0.8

1.2 3.50-3.70 1.80-2.00 80-90 19-20 18-19 60-70 60-65 1 NU 1-1.5 2.0 0.8

1.2

3.75-4.20 2.00-2.45

90-100 100-120

19-20 19-21

50-55 55-60

1.6

2.45-3.00 1.10-1.70

120-140 130-160

21-23 23-25

30-32 30-35

100-120 180-220

19-21 26-28

10 3 V-500 2.0-2.5

12.0 1.2

2.0

2.00-2.45 1.50-1.70

100-120 180-220

19-21 26-28

100-120 200-320

19-21 26-32

100-120 200-350

19-29 26-35

1.5-2 7 X-500 3.0

Tốc độ cấp dây (m/ph)

Cường độ dòng hàn (A)

Điện áp hồ quang (V)

Tốc độ hàn (cm/

ph)

Số lớp hàn

Loại liên kết hàn

Khe hở ghép mối(m m)

2.0 1.2 1.80-2.0 90-110 19-21 30-35 1 NU 1.5 2.5 1.2 2.00-2.45 100-120 21-23 25-30 1 NU 1.5 3.0 1.2 2.00-2.45 100-120 21-23 22-15 2 V-500 1.5-2.0 5.0 1.2 2.00-2.45 100-120 21-23 14-16 2 V-500 1.5-2.0 6.0 1.2 2.00-2.45 100-120 20-21 12-14 3 V-500 1.5-2.0 10.0 1.2 2.2-2.70 110-130 20-22 6-8 5 V-500 2.0-2.5 12.0 1.2 2.2-2.70 110-130 20-22 2-3 7 V-500 2.0-2.5

B.23 TSCNH BTĐ CO2 chế tạo LKH góc thép các bon thấp tư thế trần ngang

Tốc độ cấp dây hàn [m/ph]

Cường độ dòng hàn [A]

Điện áp hồ quang hàn [V]

Tốc độ hàn [cm/ph]

Số lớp hàn

Tốc độ cấp dây hàn [m/ph]

Cường độ dòng hàn [A]

Điện áp hồ quang hàn [V]

Tốc độ hàn [cm/ph]

Số lớp hàn

Tốc độ cấp dây hàn

Cường độ dòng hàn [A]

Điện áp hồ quang hàn [V]

Tốc độ hàn [cm/ph]

Số lớp hàn

2.0 1.2

1.2

3.60-4.30 5.10-6.10

160-180 200-220

24-26 26-28

Tốc độ cấp dây hàn [m/ph]

Cường độ dòng hàn [A]

Điện áp hồ quang hàn [V]

Tốc độ hàn [cm/ph]

Số lớp hàn

PH L C 2

Code matlab dùng trong lu n văn

Code matlab hinh 3.12

Code matlab h ̀nh 3.13

%% ================= ham y khi z2=22 volt ============

[X,Y]=meshgrid(z1min:(z1max-z1min)/n:z1max,z3min:(z3max-z3min)/n:z3max); z1=X;

title('DO BEN KEO Y KHI GIA TRI Z2=22 A')

Code matlab hinh 3.14

[X,Y]=meshgrid(z1min:(z1max-z1min)/n:z1max,z2min:(z2max-z2min)/n:z2max); z1=X;

Chương 1

T NG QUAN 1.1 Đặt vấn đ

Trong những năm gân đây , dươi sự đi ̣nh hương phat triển kinh tê thơi ky hội nhâ ̣p của Đảng va Nh̀ nức, c̀ng v́i ṣ ph́t trỉn ṃnh m̃ c̉a Khoa ḥc k̃ thụt ng̀nh công nghiệp nức ta đư ć nh̃ng bức ph́t trỉn ŕt đ́ng ṭ h̀o Trong đo l̃nh ṿc H̀n c̉a nức ta đư ć nh̃ng bức ph́t trỉn ṃnh m̃ , đap ưng đực yêu câu ngay cang cao vê công nghê ̣ va vâ ̣t liê ̣u Đ̣c biệt ́ng ḍng trong l̃nh ṿc công nghiê ̣p đong tau, chê ta ̣o may moc, khai thac lo ̣c dâu, xây dựng hê ̣ thông đương ông bể chưa dâu khố… Vơi đă ̣c thu của nganh Han la ng̀nh công nghệ ph́c ṭp , phôi hợp nhiêu nganh khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t tư vâ ̣t ly , h́a ḥc, luyê ̣n kim, cơ khố, tự động h́a đ́n k̃ thụt điện , điê ̣n tử Do đo ng̀nh H̀n ph̉i đ̉y ṃnh việc nghiên ću v̀

́ng dụng những công nghê ̣ mơi

Hiê ̣n nay nganh Han thê giơi đang phat triển rât ma ̣nh mẽ vơi sự ra đơi của cac phương phap han mơi, ćc thít ḅ hiện đ̣i nhăm giảm bơt sưc lao động va nâng cao chât lượng Mô ̣t trong những công nghê ̣ han mơi đan g được ưng dụng rộng rãi ở nươc ta đo la công nghê ̣ han trong môi trương khố bảo vê ̣ Phương phap han mơi ǹy ć nhìu ưu đỉm , đă ̣c biê ̣t la năng suât h̀n, chât lượng môi han v̀ kh̉ năng ṭ

đô ̣ng hoa cao, rât phu hợp vơi s̉n xút ĺn v̀ ćc ́ng ḍng ṭ đ̣ng khi h̀n t́m kim loa ̣i, đương ông, bể chưa…

Tuy nhiên khi ap dụng công nghê ̣ han mơi nay trong sản xuât cũng gă ̣p một sô kh́ khăn, đă ̣c biê ̣t la han ở cac vi ̣ trố kho han trong không gi an như 2G, 3G, 5G, 6G… Để nâng cao chât lượng môi han thố ta phải tiên hanh nghiên cưu , điêu chố̉nh ćc thông số c̉a qú tr̀nh h̀n , t̀m ra ćc thống số tối ưu Do đo tac giả đã chọn đê t̀i: “NGHIÊN CỨU ẢNH H NG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGH HÀN MAG ĐẾN ĐỘ BỀN M I HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM T THẾ 2G”

1.2 T̀nh h̀nh nghiên cứu

1.2.1 Mô ̣t số công trinh nghiên cứu trong nước

Công nghệ hàn MAG ở nức ta đư tr̉i qua ṃt quá trình nghiên ću ́ng ḍng

v́i nh̃ng đ̣c đỉm riêng liên quan đ́n đ̣c thù nên kinh t́, tr̀nh đ̣ s̉n xút công nghiệp và quá trình xút nḥp kh̉u các ṃt h̀ng cơ khí c̉a Việt Nam Tḥc t́ quá trình nghiên ću và ́ng ḍng công nghệ h̀n MAG chưa đ́p ́ng đực nhu cầu c̉a

s̉n xút công nghiệp Nḥn th́y tầm quan tṛng v̀ ý ngh̃a c̉a phương ph́p công nghệ này trong ǹn s̉n xút công nghiệp, từ nh̃ng năm 70, ćc cơ quan nghiên ću

và các ngành s̉n xút công nghiệp đư quan tâm đ́n l̃nh ṿc công nghệ hàn MAG

Công trình nghiên ću đầu tiên v̀ l̃nh ṿc hàn MAG ở nức ta đực trỉn khai ṭi Viện Khoa ḥc K̃ thụt Xây ḍng Việc nghiên ću đực tín h̀nh trên cơ

sở các thít ḅ và ṿt liệu c̉a Tḥy Đỉn B́o ćo gím đ̣nh đ̀ t̀i ǹy đư khẳng đ̣nh rõ nh̃ng ưu đỉm, tính hiệu qủ kinh t́ cao và trỉn ṿng to ĺn c̉a việc ́ng

ḍng công nghệ hàn MAG vào s̉n xút cơ khí ở nức ta

Ṭi Bô ̣ môn Công ngh ệ cơ khí thục khoa Cơ điện Trư ng Đ̣i ḥc Nông nghiệp Hà Ṇi, năm 1974 đư nghiên ću v̀ hàn CO2 và ́ng ḍng hiệu qủ ṭi Tổng

c̣c đ̣a ch́t Năm 1980, trong lụn văn P.TS c̉a tác gỉ Nguyễn Bình ṭi Trư ng Đ̣i ḥc Nông nghiệp Hà Ṇi đư ć đ̀ c̣p t́i công nghệ hồi pḥc các chi tít máy

bằng hàn hồ quang trong đ́ ć h̀n CO2

Năm 1992, ṃt đ̀ tài ćp Nh̀ nức nghiên ću công nghệ h̀n, đây l̀ đ̀ tài tṛng đỉm thục chương tr̀nh KC-04 ( l̀ chương tr̀nh nghiên ću cơ khí do GS.TS H̀n Đ́c Kim ch̉ tr̀ ) đư trỉn khai ṭi Viện nghiên ću ḿy Đ̀ tài công nghệ hàn do P.TS Nguyễn Văn Thông l̀m ch̉ nhiệm Trong đ̀ t̀i ǹy ć đ̀ ṃc nghiên ću ́ng ḍng công nghệ h̀n MAG Đây l̀ ṃt đ̀ tài ĺn nghiên ću nhìu phương ph́p công nghệ hàn

Năm 1993, 1994 chương tr̀nh nghiên ću KHKT KC-10 do GS TS La Ng̣c Khuê ch̉ nhiệm ć đ̀ tài KC-10-17 v̀ đ̀ tài ćp ḅ 26B – Ḅ GTVT do P.TS Phan Miêng ch̉ nhiệm đ̀u nghiên ću v̀ ́ng ḍng CNH CO2 trong đìu kiện Việt Nam Đ̣c biệt đ̀ t̀i 26B đư đ̣t đực ṃt số thành qủ: dùng khí CO2 c̉a Việt Nam đ̉

hàn thép ḥp kim th́p trong đìu kiện có ̉nh hưởng c̉a khí ḥu gió mùa (ṿn tốc gí đ́n 0,5m/s) h̀n đắp hàn ngàn tṛc bánh xe tàu hỏa c̉a nức ta

Trong nh̃ng năm gần đây Trư ng Đ̣i ḥc Bách Khoa Hà Ṇi cũng đư típ

ṭc nghiên ću công nghệ h̀n MAG đ̉ hàn thép ḥp kim các lọi Các tác gỉ đư sử

ḍng công c̣ toán ḥc : “ tối ưu h́a “ Quy tr̀nh công nghệ hàn CO2 đ̉ x́c đ̣nh

ch́ đ̣ ngụi tối ưu trong khỏng 80º-500º cho ṃt số thép ḥp kim th́p Crom- Mangan, Mangan – Silic, ḱt qủ nghiên ću ŕt ć ý ngh̃a Khoa ḥc – Công nghệ

và tḥc tiễn

Từ đầu nh̃ng năm 2000 c̀ng v́i ṣ mở cửa kêu g̣i đầu tư c̉a nức ngoài vào Việt Nam và ṣ yêu cầu khắt khe v̀ ch́t lựng hàn, cho các s̉n ph̉m trong nức cũng như s̉n ph̉m nḥp kh̉u, bắt bục các Công ty, nhà máy, khu công nghiệp ph̉i đầu tư thít ḅ v̀ đưa công nghệ hàn MAG vào s̉n xút Cùng v́i ṣ phát trỉn và ́ng ḍng hiệu qủ c̉a công nghệ hàn MAG thì công việc nghiên ću phát trỉn tìm tòi v̀ công nghệ hàn MAG ḷi đực đực các Viện nghiên ću, các Trư ng Đ̣i ḥc quan tâm Tuy nhiên cac trung tâm nghiên cưu vê han la ̣i tâ ̣p trung ch̉ ýu ở khu ṿc mìn Bắc (c̣ th̉ l̀ H̀ Ṇi), c̀n ở khu ṿc phía Nam c̣ th̉ như

Th̀nh phố Hồ Chí Minh v̀ ćc v̀ng lân c̣n như Đồng Nai , B̀nh Dương, B̀ Ṛa – Vũng T̀u, nơi co nganh công nghiê ̣p phat triển nhât cả nươc thố vê cơ bản chưa co

mô ̣t trung tâm nghiên cưu vê han

Ćc đ̀ tài v̀ l̃nh ṿc hàn ở nức ta đư v̀ đang đực nghiên ću:

- Mô ph ỏng, tính toán và thiết kế các kết cấu hàn

- Mô ph ỏng, tính toán ứng suất và biến dạng của các liên kết trong các loại kết

c ấu thép

- Nghiên c ứu các biện pháp hữu hiệu để hạn chế ứng suất và biến dạng hàn

- Nghiên c ứu cơ chế hình thành và phát triển vết nứt trong liên kết hàn từ đó đánh giá tuổi thọ của liên kết hàn

- Nghiên c ứu các biện pháp để kiểm tra khuyết tật trong hàn và các biện pháp

x ử lý khuyết tật hàn

- Nghiên c ứu ứng dụng các công nghệ hàn có chất lượng và năng suất cao vào

ch ế tạo kết cấu vỏ tàu, thiết bị năng lượng, nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, nhà máy l ọc dầu, …

- Nghiên c ứu quy trình công nghệ hàn trong chế tạo giàn khoan phục vụ công nghi ệp dầu khí

- Nghiên c ứu áp dụng công nghệ lai ghép các quá trình hàn truyền thống (MIG/MAG/TIG/SAW…) để hình thành quá trình hàn mới có năng suất và

ch ất lượng cao hơn, đặc biệt là khả năng ứng dụng vào điều kiện sản xuất của

Vi ệt Nam

1.2.2 Mô ̣t số công trinh nghiên cứu ở nước ngoai

Nh̃ng tồn ṭi c̉a công nghệ h̀n MAG đư thu hút ṣ quan tâm nghiên ću c̉a các nhà Khoa ḥc công nghệ trên th́ gíi Các tác gỉ đư ć ṃt quá trình nghiên ću từng v́n đ̀ tồn ṭi theo phương ph́p chung l̀ : Đi từ tḥc nghiệm, đ́n nghiên

ću b̉n ch́t và gỉi quýt v́n đ̀ trong mối quan hệ v́i ýu tố công nghệ v̀ đìu

kiện tḥc tiễn Ḱt qủ cuối c̀ng thư ng đi đ́n gỉi quýt ( công th́c ḿi học hiệu chỉnh công th́c ) cho ṃt thông số hàn c̣ th̉, cũng ć th̉ đ̀ ra đực gỉi ph́p đổi ḿi thít ḅ, hiện đ̣i hóa công nghệ, tḥm chí ch́ ṭo hoàn toàn ṃt ḅ pḥn ǹo đ́ c̉a tổ ḥp dây chuỳn công nghệ T́t c̉ đ̀u đi đ́n ṃc đích chung l̀

ṭo ra s̉n ph̉m hàn có ch́t lựng tốt hơn, gí th̀nh ḥp lí, c̉i thiện đìu kiện làm

việc c̉a công nhân, b̉o vệ môi trư ng và cuối cùng là hiệu qủ kinh t́ cao

Đ̉ kh̉o sát ṃt cách tổng quát nh̃ng thành ṭu khoa ḥc – công nghệ trong l̃nh ṿc công nghê ̣ h̀n MAG , ta có th̉ chia ra ṃt ćch tương đối các m̉ng đ̀ tài

mà th́ gíi đư quan tâm nghiên ću :

* Năng lựng và quá trình chuỷn ḍch gịt kim lọi lỏng c̉a điện c̣c

* Quá trình luyện kim mối hàn, ṿt liệu v̀ môi trư ng b̉o vệ hồ quang

* Công nghệ hàn c̣ th̉ các lọi thép, các lọi ḱt ću đ̣c ch̉ng

* Các lọi khí b̉o vệ mối hàn và ̉nh hưởng c̉a chúng t́i ch́t lựng

mối hàn

Hiê ̣n nay trên thê giơi công nghê ̣ han được nghiên cưu va phat triển ma ̣nh mẽ

ở ćc nức ć ǹn công nghiệp ph́t trỉn M̃ tiêu bỉu v̀ ĺn ṃnh nh́t l̀ hiệp

hô ̣i han AWS – American Welding Society, AWS đã xây dựng bộ tiêu chuẩn vê han được sử dụng rộng rãi trong ćc l̃nh ṿc công nghiệp trên khắp th́ gíi Bộ tiêu chuẩn nay được sử dụng chủ yêu trong han kêt câu Ćc tiêu chủn đ̀ ra trong AWS ch̉ ýu ṭp trung v̀o việc tính tón thít ḱ v̀ kỉm tra mối h̀n bao gồm kỉm tra

ngọi ḍng, kiểm tra hủy thể va không hủy thể

Ngòi ra ở M̃ c̀n tồn ṭi ćc ḅ tiêu chủn h̀n đang đực sử ḍng trong ćc l̃nh ṿc riêng biệt như:

1 ASME (American Society of Mechanical Engineers ) – Hiê ̣p hô ̣i cac kỹ sư

cơ khố Hoa Ky, bao gôm cac tiêu chuẩn sau:

ASME Boiler & Pressure Vessel Code – Quy pha ̣m ASME vê nôi hơi va bôn bể ap lực

ASME Code for Pressure Piping , B31 – Quy pha ̣m ASME vê cac đương ống ́p ḷc

2 API (American Petrolium Institute ) – Viê ̣n xăng dâu Hoa ky , gôm mô ̣t sô tiêu chuẩn sau:

API 650, Welding Storage Tanks for Oil storage – Tiêu chuẩn han bôn chưa dâu

API 1104, Welding of Pipeline and Related Facilities – Tiêu chuẩn han đương ông va cac phụ kiê ̣n đương ông

Ngòi ra con co cac tiêu chuẩn khac như : Tiêu chuẩn quôc tê - ISO ( International Standardization Organization ); Tiêu chuẩn Châu Âu - EN (European Nations); Hê ̣ thông tiêu chuẩn cho cac nganh công nghiê ̣p của hội liên hiê ̣p tiêu chuẩn quôc gia Nhâ ̣t Bản – JIS (Japanese Industrial Standards)

Mô ̣t sô đê tai nghiên cưu vê han đã được công bô

- N B Mostafa and R S Parmar “Mathematical models to predict weld bead dimensions in FCAW’’ Dec 16- 19, 1993

- K.Y Benyounis, et al “ Effect of welding parameters on heat input and weld

bead profile ’’ 15 May 2005

- K.Y Benyounis, et al.“ Optimizing the laser-welded butt joints of medium carbon steel using RSM ”, 15 May 2005

- I.S Kim., et al “ An investigation into an intelligent system for predicting bead geometry in GMA welding process” , 10 Jan.2005

- S.C Juang., et al “ Process parameter selection for optimizing the weld pool geometry in the tungsten inert gas welding of stainless steel ”, 5 March 2002

- G Lothongkum., et al “ Study on the effects of pulsed TIG welding parameters

on delta-ferrite content , shape factor and bead quality in orbital welding of AISI 316L stainless steel plate”, 19 March 2001

- S.C.A Alfaro., et al “ The use of statistical modeling in welding ”, Feb 1993

- N Murugan., et al “ Effect of submerged arc process variables on dilution and bead geometry in single wire surfacing ”Feb 1993

1.3 M c tiêu và đối tư ng nghiên cứu

1.3.1 M c tiêu của đ tài

Trên cơ sở nghiên ću lý thuýt và kh̉o sát tḥc nghiệm, x́c đ̣nh đực ḿc đ̣ ̉nh hưởng c̉a ch́ đ̣ công nghệ h̀n đ́n ch́t lựng mối hàn, thông qua chố̉ tiêu

vê đô ̣ bên keo đ ối v́i trư ng ḥp hàn ḱt ću thép ở tư th́ 2G Từ đ́, đ̀ xút ra

mối quan hệ gĩa các TSCNH cơ b̉n trong quá trình gây ̉nh hưởng đ́n ch́t lựng

mối hàn trong QTCNH MAG ở tư th́ 2G

1.3 2 Đối tư ng nghiên cứu:

- Nghiên ću tổng quan công nghệ hàn MAG, ṣ hình thành mối hàn, ću trúc kim lọi c̉a mối hàn

- Đ̣c biệt đi sâu nghiên cưu c̣ th̉ ṣ ̉nh hưởng c̉a các thông số v̀ năng lựng hàn, khi hàn ở tư th́ 2G đ̉ ch́ ṭo ḱt ću thép thông ḍng (như: bồn

ch́a, b̉, thùng, ống ĺn…) ć chìu dày thông ḍng nh́t (10 -12 mm); Nh̃ng thông số có ̉nh hưởng quýt đ̣nh đ́n ṣ h̀nh th̀nh cũng như đ́n CLMH bao gồm: Cư ng đ̣ d̀ng điện hàn Ih , Điện áp hô quang han Uhq ,

Ṿn tốc hàn Vh

1.4 Nhiê ̣m vu ̣ của đê tai va pha ̣m vi nghiên cứu

1.4.1 Nhiê ̣m vu ̣ của đê tai

Tư cac chố̉ sô của độ bên keo xac đi ̣nh được chê độ công nghê ̣ han MAG sử ḍng cho ch́ ṭo ḱt ću th́p ở tư th́ 2G

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Đê tai được nghiên cưu đôi vơi han hô quang điê ̣n vơi phương phap han

MAG, ́ng ḍng TCVN trong kỉm đ̣nh đ̣ b̀n ḱo mối h̀n

- K̃ thụt xây ḍng mô h̀nh tón nhằm x́c đ̣nh ch́ đ̣ h̀n thông qua ćc gí tṛ v̀ đ̣ b̀n ḱo c̉a mối h̀n đực kh̉o śt

- Vâ ̣t liê ̣u nghiên cưu : Thông qua khảo sat thực tê ta ̣i Công ty Cổ phân

LILAMA 18, t́c gỉ cḥn t h́p cacbon SS400 kích thức phôi 250 x 200 x 10 mm; dây han (điê ̣n cực) đă ̣c E 70S-G theo tiêu chuẩn AWS – hưng s̉n xút Kim Tốn Viê ̣t Nam , đương kốnh dây han 1.2mm; Khí b̉o vệ CO 2 ć đ̣ tinh khiêt tôi thiểu 99,5% theo tiêu chuẩn AWS A5.18ER 70S-6

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Ḍa vào b̉n ch́t công nghệ hàn nóng ch̉y trong môi trư ng khí b̉o vệ, trên

cơ sơ sở lý thuýt công nghệ đ́nh gí ch́t lựng mối hàn, thông qua chỉ số đô ̣ bên ḱo bằng tḥc nghiệm x́c đ̣nh pḥm vi ̉nh hưởng c̉a các thông số công nghệ đ́n ch́t lựng mối hàn Từ đ́ đ̀ xút ra ḅ thông số công nghệ hàn phù ḥp v́i đìu

kiện tḥc t́ Việt Nam, cho phép ch́ ṭo ḱt ću thép, có chìu d̀y 10 đ́n 12 mm, bằng CNH MAG ở tư th́ 2G đ̣t ch́t lựng cao

1.6 Giá tṛ th c tiễn của đ tài

- Kêt quả nghiên cưu của luâ ̣n văn có th̉ giúp cho ngươi kỹ sư hoă ̣c ngươi thợ hàn tham kh̉o đ̉ x́c đ̣nh CĐCNH ph̀ ḥp khi thít ḱ , thi công quy trốnh han ở ṿ trí 2G

- Ć th̉ d̀ng l̀m t̀i liệu tham kh̉o cho ćc sinh viên ng̀nh cơ khí , đă ̣c biê ̣t sinh viên chuyên nganh han, ćc ḥc viên tḥc hiện đ̀ t̀i liên quan

Chương 2

C S LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan vê công nghê ̣ han

2.1.1 Đặc đi m quá tr̀nh hàn

Về thực chất hàn là phương pháp công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử thành

ṃt liên kết vững không tháo rời Việc nối này được thực hiện bằng nguồn nhiệt (hoặc nhiệt và áp lực) để nung nóng chỗ nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng hoặc

dẻo) Sau đó kim loại kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng áp lực ép (ứng

với trạng thái dẻo) để các phần tử liên kết với nhau cho ta mối hàn

Công nghê ̣ han co những ưu điểm sau:

- Tiết kiệm kim loại: Với cùng loại kết cấu kim loại, nếu so sánh với các phương pháp ghép nối khác, hàn tiết kiệm 10 ÷ β0% khối lượng kim loại

- Có thể hàn các kim loại khác nhau để tiết kiệm kim loại quí hoặc tạo các kết cấu đặc biệt

- Mối hàn có đ̣ bền cao và bảo đảm đ̣ kín khít Thông thường mối hàn kim loại được hợp kim hóa tốt hơn kim loại vật hàn

- Hàn có năng suất cao, vì có thể giảm được số lượng nguyên công, giảm cường đ̣ lao đ̣ng, ngoài ra công nghệ hàn còn dễ tự đ̣ng hóa, cơ khí hóa.Tuy nhiên hàn còn có nhược điểm Do nguồn nhiệt nung nóng cục ḅ, dễ tạo ứng suất dư lớn Tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều hướng

xấu đi làm giảm khả năng chịu tải trọng đ̣ng của mối hàn; mặt khác cũng dễ gây

biến dạng các kết cấu hàn Trong mối hàn cũng dễ bị khuyết tật rỗ khí, nứt, ngậm xỉ,…

2.1.2 Phân lo ại hàn

Ngày nay hàn đã có hàng trăm phương pháp khác nhau Theo trạng thái hàn có

thể chia làm 2 nhóm:

H̀nh 2.1: Phân loại hàn

3 Hàn chùm tia điện tử 4.Hàn h ồ quang điện

13 Hàn trong môi trường khí argon 14 Hàn trong môi trường khí hêli

15 Hàn trong môi trường khí nitơ 16 Hàn trong môi trường khí CO2

21 Hàn ma sát 22 Hàn khu ếch tán trong chân không

27 Hàn đường 28 Hàn b ằng điện cực giả

29 Hàn điểm bằng tụ

Trong ngành công nghiệp đóng tàu chỉ sử dụng phương pháp hàn nóng chảy

Đối với phương pháp hàn nóng chảy yêu cầu nguồn nhiệt có công suất đủ lớn

(ngọn lửa oxy – axetylen, hồ quang điện, ngọn lửa plasma, …) đảm bảo nung nóng

cục ḅ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật kiệu hàn) tới

nhiệt đ̣ chảy

Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến

quá trình luyện kim và hình thành mối hàn Do đó để điều chỉnh quá trình hàn theo

chiều hướng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định: dùng thuốc bảo

vệ, khí bảo vệ, hàn trong chân không,…

Trong nhóm hàn này, ta thường gặp các phương pháp hàn khí, hàn hồ quang

tay, hàn tự đ̣ng và bán tự đ̣ng dưới lớp thuốc, hàn hồ quang trong môi trường khí

bảo vệ, hàn điện xỉ, hàn plasma,…

2.1.3 Ḷch s̉ phát tri n của lĩnh vực han điê ̣n

Hàn điện được kỹ sư người Nga Bernardo phát minh từ những năm 1886 Buổi

ban đầu dùng que thép nối vào cực âm, còn vật hàn nối cực dương của nguồn điện

(H.1) Năng lượng hồ quang làm nóng chảy que thép và nóng chảy vật hàn bằng thép,

sau khi kết tinh tạo thành mối hàn Do không có vật chất bảo vệ quá trình luyện kim

mối hàn (QTLKMH) nên kim loại mối hàn (KLMH) bị oxy hóa, vì vậy chất lượng

liên kết hàn (LKH) rất kém Để tạo được vùng vật chất bảo vệ mối hàn các nhà

khoa học đã phát minh ra thuốc hàn bao bọc que hàn Từ đấy ra đời cụm từ: “Que

hàn bọc thuốc”

H̀nh 2.2: Nguyên ly han hô quang tay SMAW (nguôn: www.substech.com)

Vai trò cơ bản của thuốc bọc là tạo được lớp vật chất bảo vệ QTLKMH Dưới tác dụng của nhiệt hồ quang hàn, lớp thuốc cháy tạo khí CO2 và các ion kim loại Chính khí CO2 ngăn oxy và các tạp khí khác ngoài môi trường xung quanh xâm

nhập vào vùng hàn Ngày nay đã có nhiều phương pháp hàn điện được áp dụng vào

sản xuất công nghiệp, cho phép tạo được chất lượng cao hơn và tăng năng suất lao đ̣ng của quá trình hàn Trong đó CNH CO2 là ṃt trong những PP CNH có tốc đ̣ phát triển mạnh nhất và có phạm vi ứng dụng ṛng rãi nhất

2.1.4 S h̀nh thành mối hàn trong không gian

2.1.4.1 S hình thành m ối hàn

2.1.4.1.1 Khái ni ệm v liên k t hàn, mối hàn

Mối nối được thực hiện bằng phương pháp hàn gọi là liên kết hàn Liên kết hàn là mối nối liền không tháo được

Vị trí nối các chi tiết rời để tạo liên kết hàn gọi là mối hàn

Hình 2.3: Mối nối hàn Trong hàn nóng chảy mối nối hàn gồm:

+ Kim loại cơ bản

Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong quá trình hàn

2.1.4.1.2 S t ạo thành b hàn

Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại

phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt dịch chuyển theo bể hàn, đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đuôi

Hình 2.4: Bể hàn + Phần đầu bể hàn

phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại điện cực Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ở phía trước bị nóng

chảy

+ Phần đuôi bể hàn

phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng trong bể hàn để tạo nên

mối hàn.Trong quá trình hàn, kim loại lỏng trong bể hàn luôn chuyển đ̣ng và xáo tṛn không ngừng Sự chuyển đ̣ng của kim loại lỏng trong bể hàn là do tác dụng

của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn bị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn

Hình dạng và kích thước của bể hàn phụ thục vào:

 Công suất của nguồn nhiệt

 Chế đ̣ hàn

 Tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn

Hình dạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng:

b- chiều ṛng bể hàn

h- Chiều sâu nóng chảy

l- Chiều dài bể hàn

Tỷ số giữa chiều ṛng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình dạng của bể hàn:

 = b/ l

Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn Nếu b/l lớn (bể hàn ṛng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn có chất lượng cao Ngược lai, nếu b/l nhỏ thì sau khi kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn

Hình 2.5: Hình dạng và kích thước của bể hàn

2.1.4.1.3 S d ̣ch chuy n của kim loại lỏng từ điện c c vào b hàn

Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không những ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng

mối hàn

Khi hàn hồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí nào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác nhau Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào

bể hàn là do các yếu tố sau:

+ Trọng lực của giọt kim loại lỏng

Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng của

trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng vào bể hàn

Lực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng vào

bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố này hoàn toàn không thuận lợi + Sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử Lực phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có ṃt năng lượng nhỏ nhất, tức là làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có

dạng hình cầu Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung của nó

+ Lực từ trường

Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra ṃt từ trường Lực của từ trường này

ép lên dây hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng của dây hàn bị thắt lại

Hình 2.6: Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực

Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật đ̣ và cường đ̣ của lực từ trường mạnh lên Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi và tạo ra áp lực

lớn đẩy các giọt kim loại lỏng vào bể hàn

Lực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí

+ Áp lực khí

Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và sinh ra khí nhiệt đ̣ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực lớn đủ để đẩy các giọt kim loại

2.1.4.2 C ấu trúc của kim loại mối hàn

Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn kết tinh để tạo thành mối hàn Vùng kim loại xung quanh mối hàn do bị ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ

chức và tính chất Vùng đó gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt

Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng có các phần riêng với tổ chức khác nhau

2.1.4.2.1 Vùng m ối hàn

Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi kết tinh có tổ chức tương tự như tổ chức thỏi đúc Thành phần và tổ chức kim loại mối hàn khác với kim loại cơ bản và kim loại điện cực

Hình 2.7 Tổ chức kim loại của mối hàn + Vùng ngoài cùng

vùng này do tản nhiệt nhanh nên kim loại lỏng trong vũng hàn kết tinh với

tốc đ̣ ngụi lớn Do vậy, sau kết tinh nhận được tổ chức kim loại với những

hạt tinh thể nhỏ mịn

+ Vùng trung gian

Kim loại lỏng ở vùng trung gian không thể kết tinh với tốc đ̣ ngụi lớn như vùng ngoài cùng Các tinh thể kết tinh theo phương tản nhiệt nhưng có chiều ngược lại Do tốc đ̣ ngụi tương đối chậm nên sau khi kết tinh nhận được các

hạt tinh thể dài có trục vuông góc với mặt tản nhiệt…

+ Vùng trung tâm

Kim loại lỏng ở vùng trung tâm kết tinh với tốc đ̣ ngụi chậm và trong vùng này kim loại lỏng có nhiệt đ̣ hầu như giống nhau, do vậy chúng kết tinh gần như đồng thời và hướng tỏa nhiệt theo các phương đều như nhau Sau khi kết

tinh nhận được các tổ chức kim loại gồm cac hạt đều trục Trong vùng trung tâm có thể có các tạp chất phi kim loại – xỉ…

Tùy thục vào tốc đ̣ ngụi mà trong tổ chức của kim loại mối hàn có thể có

hoặc không có vùng trung gian hoặc vùng trung tâm

Nếu tốc đ̣ ngụi lớn thì các tinh thể hạt dài có thể phát triển sâu vào trung tâm bể hàn, khi đó kim loại mối hàn chỉ có 2 vùng: vùng ngoài cùng với các hạt nhỏ

mịn và vùng trung gian với các hạt tinh thể dài

Nếu tốc đ̣ ngụi rất chậm thì vùng tinh thể hạt dài (vùng trung gian) có thể không có

2.1.4.2.2 Vùng ảnh hưởng nhiệt và các y u tố ảnh hưởng đ n kích thước

c ủa khu v c ảnh hưởng nhiệt

hạt tinh thể lớn có đ̣ dẻo, đ̣ dai thấp Chiều ṛng của vùng quá nhiệt có thể đạt (3

 Vùng k t tinh l ại không hoàn toàn

Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt đ̣ khoảng (727 ÷ 900)0C Trong khoảng nhiệt đ̣ này tổ chức của kim loại là autennit + ferit Sau khi ngụi

nhận được tổ chức peclic và ferit hạt lớn Tổ chức này có cơ tính tương đối thấp Chiều ṛng của vùng kết tinh lại khoảng (0,1 ÷ 5) mm

 Vùng k t tinh l ại

Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt đ̣ (500 ÷ 700)0C Trong vùng này xảy

ra quá trình sáp nhập của các hạt tinh thể nhỏ lại với nhau để tạo ra các hạt tinh thể mới Quá trình này chỉ xảy ra với những kim loại và hợp kim có biến dạng dẻo, còn

những kim loại và hợp kim không có biến dạng dẻo thì không xảy ra quá trình này Kim loại ở vùng kết tinh lại có đ̣ cứng thấp, đ̣ dẻo cao Chiều ṛng của vùng kết tinh lại khoảng (0,1 ÷ 5) mm

 Vùng giòn xanh

Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt đ̣ (200 ÷ 400)0C, trong vùng này kim loại không thay đổi về tổ chức nhưng do ảnh hưởng của nhiệt nên tồn tại ứng suất

dư

2.1.4.2.2.2 Các y u t ố ảnh hưởng đ n kích thước của khu v c ảnh hưởng nhiệt

Kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt được xác định trên đường cong thay đổi tổ chức của vùng ảnh hưởng nhiệt

Khu vực ảnh hưởng nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính và chất lượng của

mối hàn

Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ thì ṇi ứng suất sinh ra khi hàn lớn và dễ

có khả năng phát sinh vết nứt Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng lớn thì khả năng biến

dạng lớn

Cơ tính kim loại của khu vực ảnh hưởng nhiệt (trừ vùng thường hóa) thấp hơn kim loại cơ bản Do vậy, khi hàn phải hạn chế kích thước của vùng ảnh hưởng nhiệt

Kích thước của khu v c ảnh hưởng nhiệt ph thuộc vào:

B ảng 2.1: Sự phụ thục của kích thước các vùng và chiều dài khu vực ảnh

hưởng nhiệt vào các phương pháp hàn khác nhau

Phương pháp

hàn

Kích thước trung bình của các vùng Chiều dài

của khu vực ảnh hưởng nhiệt (mm)

Quá nhiệt Thườhóa ng Kkhông hoàn ết tinh lại

 Thành phần kim loại vật hàn: Tính dẫn nhiệt của kim loại vật hàn càng lớn thì kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ

 Chế đ̣ hàn: Chế đ̣ hàn có ảnh hưởng lớn đến kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt

Hàn với cường đ̣ dòng điện hàn lớn hoặc hàn với ngọn lửa công suất lớn thì kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt lớn

Tốc đ̣ hàn lớn thì kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt nhỏ

2.1.4.3 Phân loại ṿ trí mối hàn trong không gian

Vị trí cụ thể trong không gian của các mối liên kết quyết định đ̣ phức tạp của quá trình thao tác thực hiện mối liên kết hàn Vị trí mối hàn bao gồm tốc đ̣ hàn và chiều quay mối hàn Đ̣ dốc mối hàn được coi là góc giữa đường đáy mối hàn và đường nằm ngang

Hình 2.9: Sơ đồ minh họa đ̣ dốc mối hàn Chiều quay mối hàn được định nghĩa là góc giữa phần trên của mặt phẳng đứng quy chiếu đi qua đường đáy mối hàn và đường được vẽ qua đáy đó cắt bề mặt

mối hàn ở điểm cân bằng từ chân mối hàn

Hình 2.10: Sơ đồ minh họa chiều quay mối hàn

Để đánh giá chất lượng quy trình công nghệ hàn hoặc trình đ̣ người thợ hàn, tiêu chuẩn AWS (American Welding Society) đã đưa ra các vị trí hàn kiểm tra chủ yếu do các liên kết giáp mối, liên kết góc trên chi tiết dạng tấm và ống

2.1.4.3.1 Ṿ trí hàn theo tiêu chuẩn ASME

Hình 2.11: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn ASME

2.1.4.3.2 Ṿ trí mối hàn theo tiêu chuẩn Việt Nam

Hình 2.12: Sơ đồ vị trí mối hàn trong không gian (theo TCVN)

I Vị trí hàn băng; II Vị trí hàn đứng; III Vị trí hàn trần

2.2 Hàn h quang b ằng điện c c nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

2.2.1 Khái niệm

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

(GMAW: Gas Metal Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn

nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy ( dây hàn) và kim loại cơ bản, hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác đ̣ng xấu của môi trường xung quanh như oxy, nitơ băng khi bảo vê ̣ Khí bảo vệ có thể là ṃt loại đơn thuần như CO2, He, Ar… hoặc hỗn hợp khí như CO2+Ar, Ar+He,…

Khái niệm cơ bản về hàn hồ quang trong khí bảo vệ đã được giới thiệu từ năm 19β0, nhưng đến tận năm 1948 nó mới được sử dụng rỗng rãi trên thị trường Đầu tiên, người ta xem nó là ṃt phương pháp hàn với cường đ̣ dòng điện cao, sử dụng điện cực làm kim loại trần với đường kính điện cực nhỏ và khí trơ là khí bảo vệ

ng dụng ban đầu của phương pháp là để hàn nhôm Chính vì vậy, thuật ngữ MIG ( Metal Inert Gas) hay hàn với điện cực kim loại trần có khí trơ bảo vệ đã được sử dụng và vẫn là sự ám chỉ phổ biến về phương pháp hàn này Sự phát triển tuần tự điện ṃt chiều mạch đập, ứng dụng được hàn ṃt khoảng ṛng hơn các vật liệu và

sử dụng các loại khí có hoạt tính cao (đặt biệt là CO2) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) và hỗn hợp khí làm môi trường bảo vệ Sự phát triển sau này đã dẫn đến sự chấp nhận chính thức về thuật ngữ GMAW do sử dụng khí trơ và khí hoạt tính để bảo vệ mối hàn