Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kế

15 1.2.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T .... ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG LIÊN KẾT HÀN CHỮ T

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào đang

sử dụng và các công trình đã đƣợc công bố (ngoại trừ các bảng số liệu tham khảo và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập nghiên cứu đƣợc phép sử dụng) Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình

Hà Nội, tháng 9 năm 2013 Tác giả

Nguyễn Ngọc Cảnh

2

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin cảmPGS.TS Nguyễn Tiến Dương, người đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả trân cảm ơn lãnh đạo khoa cơ khí trường Cao Đẳng Nghề Dịch Vụ Hàng Không –AIRSERCO, Doanh nghiệp sản xuất cơ khí Tiến Tú đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành phần thực nghiệm của luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học và các đồng nghiệp

Hà Nội, tháng 9 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Ngọc Cảnh

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 6

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

2.1 Mục đích nghiên cứu 11

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

3 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả 11

4 Phương pháp nghiên cứu 12

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13

1.1 Tổng quan về các liên kết hàn chữ T và ứng dụng của chúng 13

1.1.1 Tổng quan về các liên kết hàn chữ T 13

1.1.2 Ứng dụng của liên kết hàn chữ T 15

1.2.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T 16

1.2.1.Tính kinh tế 16

1.2.2 Tính công nghệ 17

Kết luận chương I 18

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN 19

2.1 Phân tích lựa chọn phương pháp hàn 19

2.1.1.Phương pháp hàn hồ quang tay 19

2.1.2.Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc 19

2.1.3.Phương pháp hàn khí (hàn hơi) 20

2.1.4.Phương pháp hàn TIG 20

2.2 Nguyên lý đặc điểm và ứng dụng của hàn MAG/MIG 21

4

2.2.1 Nguyên lý quá trình hàn 21

2.2.2 Đặc điểm của quá trình hàn 22

2.2.3 Phạm vi ứng dụng 22

2.3 Vật liệu và thiết bị hàn MAG/MIG 23

2.3.1 Dây hàn (điện cực nóng chảy) 23

2.3.2 Khí bảo vệ 24

2.3.3 Thiết bị hàn MAG/MIG 26

2.4 Chế độ và kỹ thuật hàn 29

2.4.1 Chế độ hàn 29

2.4.2 Kỹ Thuật hàn MAG /MIG 38

2.5 Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T 39

2.5.1 Cơ sở tính toán chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T 39

2.5.2 Xác định chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T 40

Kết luận chương 2 47

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN LIÊN KẾT CHỮ T 47

3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T 47

3.1.1 Ứng suất và biến dạng do co dọc trong liên kết hàn chữ T 47

3.1.2 Ứng suất và biến dạng do co ngang trong liên kết hàn chữ T 54

3.2 Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T 59

3.2.1 Tính toán ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra 60

3.2.2 Ứng suất và biến dạng do co ngang 62

Kết luận chương III 63

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG LIÊN KẾT HÀN CHỮ T 64

4.1 Chế độ hàn 1 64

4.2 Chế độ hàn 2 64

4.3 Chế độ hàn 3 67

5

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG KHI

HÀN LIÊN KẾT CHỮ T 72

5.1 Mẫu hàn thực nghiệm 72

5.2.1 Thiết bị hàn 72

5.2.2 Vật liệu hàn 74

5.3 Chế độ hàn các mẫu thử bảng 4-1 75

5.4 Sơ đồ nguyên lý và trình tự tiến hành thực nghiệm đo biến dạng 75

5.4.1 Các thiết bị sử dụng để đo biến dạng 75

5.4.2 Sơ đồ đo biến dạng 75

5.4.3 Tiến hành thực nghiệm 76

5.5 Kết quả thực nghiệm 82

5.5.1 Kết quả đo độ võng, đo độ co dọc 82

5.5.2 Kết quả đo biến dạng góc 84

5.6 So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán 84

Kết luận 85

CHƯƠNG VI CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN LIÊN KẾT CHỮ T 86

6.1 Các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 86

6.1.1 Các biện pháp kết cấu để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 86

6.1.2 Các biện pháp công nghệ để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 86

6.2 Các biện pháp xử lý ứng suất và biến dạng sau khi hàn 89

6.2.1 Biện pháp xử lý cơ 89

6.2.2 Biện pháp xử lý nhiệt 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

1 Kết luận 91

2 Kiến nghị 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

6

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

7

8

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Các loại liên kết hàn 13

Hình 1-2 Các dạng liên kết hàn chữ T 14

Hình 1-3 Các thế hàn liên kết chữ T trong không gian 14

Hình 1- 4 Các dạng vát mép mối hàn góc trong liên kết chữ T 14

Hình 1- 5 Các mối hàn góc trong liên kết chữ T 15

Hình 1-6 Hình minh hoạ ứng dụng hàn vách ngăn khoang Tàu 15

Hình 1-7 Hình ảnh chế tạo dầm hàn chữ I được bắt đầu từ liên kết hàn chữ T hàn đồng thời hai phía 16

Hình 1-8 Ứng dụng liên kết hàn chữ T, hàn gân tăng cứng cột nhà công nghiệp 16

Hình2-1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 21

Hình 2-2 Thiết bị bán tự động hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 26

Hình2-3 Súng hàn 27

Hình 2-4 Mỏ hàn cổ cong, làm nguội bằng khí 27

Hình 2-5 Bộ cấp dây hàn 28

Hình 2-6 Van chỉnh áp khí bảo vệ 29

Hình 2-7 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn 30

Hình 2-8 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn 32

Hình 2-9 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp hàn 33

Hình 2-10 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn 35

Hình 2 -11 Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và quan hệ dòng điện – phần nhô điện cực (b) 36

Hình 2-12 Ký hiệu liên kết hàn chữ T 40

Hình 3-2 Đồ thị tra hệ số k 49

Hình 3-3 Biểu đồ xác định nội lực 50

Hình 3-4 Biểu đồ ứng suất 51

9

Hình 3-5 Biểu đồ nội lực và ứng suất 52

Hình 3-6 Biểu đồ biến dạng 54

Hình 3-7 Biến dạng góc khi hàn một phía 55

Hình 3-8 Biến dạng góc khi hàn hai bên 56

Hình 3 -9 Biến dạng do co ngang và uốn biên 57

Hình 3-10 Các trường hợp biến dạng do uốn biên gây ra 58

Hình 3-11 Ký hiệu liên kết hàn chữ T 59

Hình 3-12 Biến dạng sau khi hàn 62

Hình 4-1 Đồ thị ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất 70

Hình 4-2 Đồ thị ảnh hưởng của chế độ hàn đến biến dạng 70

Hình 5-1 Liên kết hàn chữ T 72

Hình 5-2 Thiết bị hàn thực nghiệm 73

Hình 5-3 Sơ đồ đo độ võng, độ co dọc 75

Hình 5-4 Sơ đồ đo độ võng 76

Hình 5-5 Chế độ hàn chưa hợp lý 77

Hình 5-6 Chế độ hàn hợp lý 77

Hình 5-7 Chuẩn bị phôi 78

Hình 5-8 Gá đính chi tiết 78

Hình 5-9 Đo độ võng và co dọc trước khi hàn 79

Hình 5-10 Đo biến dạng góc trước khi hàn 80

Hình 5-11 Chỉnh máy trước khi hàn 80

Hình 5-12 Hàn đồng thời hai mối hàn 1 2 81

Hình 5-13 Chi tiết sau khi hàn xong 81

Hình 5-14 Đo độ võng và co dọc sau khi hàn xong mối han 1 2 82

Hình 5-15 Đo biến dạng góc sau khi hàn 82

Hình 6-1 Các phương án hàn liên kết chữ T 88

Hình 6-2 Biểu đồ xử lý nhiệt sau khi hàn 90

Để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hàn, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm như :thành phần hoá học của chi tiết hàn, củavật liệu hàn,

phương pháp hàn, vị trí hàn…chúng ta còn phải quan tâm đặc biệt đến Ứng suất và

biến dạng Hànvì nó là nhân tố quyết định đến chất lượng sản phẩm

Hàn.Việcnghiêncứutínhtoántrạngtháiứngsuấtvàbiếndạngkhihàncómộtýnghĩahếtsứcquantrọng.Biếtđượcứngsuấtvàbiếndạngcủakếtcấusaukhihànchophépđánhgiákhảnănglàmviệccủakếtcấu.Khichếtạovàlắpghépdocóứngsuấtvàbiếndạngnêncónhữngsaisốnhấtđịnh,nhờviệcnghiêncứuvềchúngmàtacóthểđảmbảođượcđộchínhxáccủakết cấuhàn.Tacầntínhtoánứngsuấtvàbiếndạngsẽxuấthiệndohàngâyrathìmớicóđượcquy trìnhcôngnghệhànphùhợpđểgiảmứngsuấtvàbiếndạng

Nhân tố ảnh hưởng tới ứng suất và biến dạng hàn chính là chế độ hàn, với mỗi chế độ hàn khác nhau sẽ được một giá trị ứng suất và biến dạng hàn khác nhau.Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng là rất quan trọng

Trong các loại liên kết hàn như: liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn góc,

11

liên kết hàn chồng, liên kết hàn chữ I, thì liên kết Hàn chữ T được sử dụng rất nhiều trong việc chế tạo kết cấu đặc biệt là các kết nhà xưởng, các công trình giao thông vận tải, đóng tàu…, nơi mà khối lượng hàn chiếm tỷ trọng rất lớn Chính vì tính cấp thiết của việc nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn tác giả

- Xác định ứng suất và biến dạng liên kết chữ T;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn chữ T ;

- Đưa ra được chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ

T

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

- Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết chữ T;

- Tính toán ứng suất và biến dạng liên kết hànchữ T;

- Ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn chữ T ;

- Xác định chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng liên kết hànchữ T Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dựa vào quá trình nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn liên kết chữ T, thực nghiệm nghiên cứu ứng suất biến dạng khi hàn liên kết chữ T, từ đó đưa ra chế độ hàn hợp lý để làm giảm ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T

3 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả

Toàn bộ nội dung nghiên cứu được thể hiện trong các phần sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan về liên kết hàn chữ T

- Tính toán và xác định chế độ hàn liên kết chữ T

12

- Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T

- Thực nghiệm xác định biến dạng khi hàn liên kết chữ T

- Đưa ra các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ

có những đóng góp đáng kể cho các doanh nghiệp và nhà sản xuất kết cấu thép

Ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với quá trình thực nghiệm

tại các cơ sở sản xuất, luận văn đưa ra được ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào

việc nâng cao chất lượng của sản phẩm khi hàn liên kết chữ T tại các doanh nghiệp, rút ngắn đáng kể về thời gian và các công đoạn trong quá trình sản xuất

Làm cơ sở cho việc nghiên cứu, tính toán ứng suất và biến dạng hàn cho các sản phẩm cơ khí khác như liên kết chữ I, liên kết hộp

Đạt được năng suất cao nhất khi sản xuất các liên kết hàn chữ T nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thực nghiệm Doanh nghiệp sản xuất cơ khí Tiến Tú, Xưởng thực hành trường Cao Đẳng Nghề Dịch Vụ Hàng Không - AIRSERCO

có thể nói công nghệ hàn là không thể thiếu vì nó chiếm khối lượng rất lớn Điển hình là các ngành công nghiệp như: Đóng tàu, Ôtô, Xây dựng, giao thông v.v cácsản phẩm hàn rất đa dạng với nhiều kiểu dáng, kích thước và khối lượng khác nhau, được liên kết với nhau bởi các dạng liên kết cơ bảnnhư sau:

-Liên kết hàn chữ T được cấu tạo từ hai tấm ghép lại với nhau bởi hai mối hàn góc tùy vào vị trí hàn trong không gian ta có các hình dạng như hình vẽ sau:

14

Hình 1-2 Các dạng liên kết hàn chữ T

-Ký hiệu tư thế mối hàn góc chữ T theo tiêu chuẩn quốc tế

Tiêu chuẩn ISO 6947 cũng như tiêu chuẩn ASME của Mỹ quy định ký hiệu

tư thế hàn

PAASME 1FPBASME 2FPGASME 3FdPFASME 3FuPDASME 4F

Hình 1-3 Các thế hàn liên kết chữ T trong không gian

PA (1F)hàn sấp; PB (2F) hàn ngang; PG (3Fd) hàn từ trên xuống;

PF (3Fu) hàn đứng từ dưới lên; PD (4F) hàn trần;

-Theo tiết diện ngang và tính liên tục của mối hàn theo chiều dài, có các loại mối hàn góc sau:

+Theo tiết diện ngang

a ) b ) c )

Hình 1-4 Các dạng vát mép mối hàn góc trong liên kết chữ T

a) Mối hàn không vát mép;b) Vát mép từ một phía ;c) Vát mép từ hai phía

+Theo chiều dài, mối hàn góc có thể là hàn liên tục (hình 1-5a), hàn gián đoạn (hình 1-5 b)

15

a ) b )

c ) d ) e )

Hình 1- 5 Các mối hàn góc trong liên kết chữ T

+Theo bước hàn, có phân bố các mối hàn kiểu gián đoạn so le (hình 1-5c), và gián đoạn song song (hình 1-5 d)

1.1.2 Ứng dụng của liên kết hàn chữ T

Liên kết hàn chữ T là một loại liên kết rất quan trọng được ứng dụng rộng rãi trọng các ngành công nghiệp như: chế tạo máy, xây lắp công trình công nghiệp và dân dụng, giao thông vận tải, hóa chất…Liên kết hàn chữ T có độ bền cao, đặc biệt đối với các kết cấu chịu tải trọng tĩnh

-Một số hìnhảnh minh hoạ của liên kết hàn chữ T

Hình 1-6 Hình minh hoạứng dụng hànvách ngăn khoang Tàu

-Các liên kết hàn chữ I được bắt đầu từ liên kết hàn chữ T khi được hàn thêm bản cánh

16

Hình 1-7 Hình ảnh chế tạo dầm hàn chữ I được bắt đầu từ liên kết hàn chữ T hàn

đồng thời hai phía

Hình 1-8 Ứng dụng liên kết hàn chữ T, hàn gân tăng cứng cột nhà công nghiệp

1.2.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T

1.2.1.Tính kinh tế

Trong quá trình chế tạo liên kết hàn chữ T, ứng suất và biến dạng hàn có vai trò quyết định khả năng làm việc của kết cấu

17

Những nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng của quá trình sản xuất như nguồn hàn,

đồ gá hàn,… chúng ta có thể khắc phục được một cách triệt để còn riêng ứng suất

và biến dạng trong quá trình hàn rất khó khống chế được triệt để

Vì vậy muốn đạt được năng suất và hiệu quả sản xuất cao ta phải hạn chế tốt được ứng suất và biến dạng hàn

Từ đó ta thấy được giá trị của việc tính toán ứng suất và biến dạng hàn để tìm ra biện pháp khắc phục chúng Làm tăng khả năng làm việc của kết cấu và hạ giá thành của sản phẩm

1.2.2 Tính công nghệ

Các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ hàn là một phương pháp gia công có độ biến dạng rất lớn và ứng suất tồn tại bên trong kết cấu có thể làm phá hủy chi tiết trong quá trình làm việc.Vì vậy trong và sau khi gia công, các chi tiết hoặc kết cấu thường bị thay đổi về hình dáng cũng như kích thước.Vấn đề này sẽ được giải quyết khi ta tính toán ứng suất và biến dạng hàn để từ đó đưa ra biện pháp khắc phục

Ví dụ: Khi hàn các chi tiết thường bị co mộtđoạn Δl, nếu không tính toán độ biến dạngđó thì khi lắp ráp các chi tiết sẽ bị hụt mộtđoạn Δl do đó không thể lắp ráp được Nhờ tính được độ biến dạng trước khi hàn ta sẽ bù thêm phần chiều dài Δl giúp cho việc lắp ráp chính xác hơn

Bên cạnh đó, trong thực tế sản xuất, có nhiều dạng chi tiết hay kết cấu có những đường hàn phức tạp, có biên dạng đặc biệt nếu không tính toánứng suất và biến dạng tì chúng ta sẽ không biết nên hàn đường nào trước, đường nào sau để làm giảm đượcứng suất và biến dạng

Ví dụ: trong kết cấu hàn có đường hàn góc, đường hàn giáp mối thìưu tiên hàn mối hàn giáp mốitrước , mối hàn góc sau Vì mối hàn giáp mối có độ co ngang lớn

Sử dụng đồ gá hàn đểđưa chi tiết về vị trí thuận lợi để hàn khi đó vừa giảm đượcứng suất, vừa giảm được biến dạng hàn ví dụ: Khi hàn Tự Động dưới lớp thuốc người ta luôn đưa chi tiết về vị trí hàn bằng

18

Như vậy, đểđảm bảo tính kinh tế và tính công nghệ khi hàn lien kết chữ T thì chúng ta phải nghiên cứuảnh hưởng của chế độ hàn đếnứng suất và biến dạng trong liên kết hàn chữ T

Kết luận chương I

Trong chương 1, tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:

- Tổng quan về các liên kết hàn chữ T và ứng dụng của chúng

-Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến

dạng liên kết hàn chữ T

Từ những phân tích đó tác giả đi đến kết luận về tính cấp thiết của công việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T là phù hợp với khuôn khổ luận văn của mình

19

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN 2.1 Phân tích lựa chọn phương pháp hàn

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật các phương pháp hàn ngày càng được áp dụng rộng rãi, ứng với mỗi loại vật liệu khác nhau, có tính hàn khác nhau.Tính chất của liên kết, vị trí hàn mà người ta lựa chọn phương pháp hàn cho phù hợp

Trong phần đề tài này, tác giả sử dụng vật liệu hàn là thép CT3 đây là loại thép được sử dụng rộng rãi và có tính hàn tốt có thể áp dụng được nhiều phương pháp hàn khác nhau như: hàn điện hồ quang tay, hàn khí, hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ v.v mỗi phương pháp hàn đều có nhữngưu nhượcđiểm riêng như:

2.1.1.Phương pháp hàn hồ quang tay

Ưu điểm:

- Hàn được ở mọi tư thế không gian khác nhau

- Không yêu cầu khắt khe về gá lắp kết cấu

Nhượcđiểm:

- Năng suất thấp do cường độ dòng điện hàn bị hạn chế

- Hình dạng, kích thước và thành phần hóa học của mối hàn không đồng đều do tốc

độ hàn bị dao động, làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn bị thay đổi

- Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn do tốc độ hàn nhỏ

- Điều kiện làm việc của người thợ hàn độc hại do bức xạ, hơi, khí độc

- Chất lượng mối hàn phụ thuộc vàotay nghề người thợ

2.1.2.Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Ưu điểm:

- Không phát sinh khói; hồ quang kín, do đó làm giảm thiểu nhu cầu đối với trang phục bảo hộ của thợ hàn Không đòi hỏi kỹ năng cao của thợ hàn; điều kiện lao động thuận lợi

20

- Chất lượng kim loại mối hàn cao Bề mặt mối hàn trơn và đều, không có bắn tóe kim loại Chất lương mối hàn cao hơn so với hàn hồ quang tay do hình dạng và bề mặt mối hàn tốt Tiết kiệm kim loại do sở dụng dây hàn liên tục

- Tốc độ đắp và tốc độ hàn cao Có năng suất cao hơn từ 5÷10 lần so với hàn hồ quang tay (dòng điện hàn và tốc độ hàn cao hơn, hệ số đắp lớn) Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, ít biến dạng sau khi hàn, dễ tự động hóa

- Áp dụng cho các chi tiết có chiều dày lơn

- Thiết bị hàn có giá thành cao

CO2, Hàn MIG sử dụng khí trơ (Ar, He) do khí trơ có giá thành đắt nên người ta

21

sửdụng hànkim loại màu và thép hợp kim Đối với thép các bon người ta sử dụng phương pháp hàn MAGVìđây là phương pháp hàn đượcáp dụng rộng rãi, chất lượng mối hàn cao, có thể hàn được mội vị trí trong không gian

2.2.Nguyên lý đặc điểm và ứng dụng của hàn MAG/MIG

2.2.1 Nguyên lý quá trình hàn

*Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy, hồ quang giữa đầu điện cực (dưới dạng dây hàn ) và vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc

độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình của hồ quang không đổi) Phần điện cực được nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo một trong các loại cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn điện hàn, và loại khí bảo vệ

Hình2-1.Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường

khí bảo vệ

Vì thiết bị hàn có khả năng tự độngđiều chỉnh các đặc trưng của hồ quang (chiều dài

hồ quang và cường độ dòngđiện hàn) và tốc độ chảy củađiện cực, với phương pháp hàn bán tự động người thợ hàn chỉ làm thao tác bằng tay việc đặt vị trí, hướng và tốc độ dịch chuyển của sung hàn

2.2.2.Đặc điểm của quá trình hàn

Khí bảo vệ có thể là khí trơ ( Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính ( CO2 ; CO2 + O2 ; CO2+

Ar, …) có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không khí ra khỏi vũng hàn để hạn chế tác dụng xấu của nó

Ưu điểm của quá trình hàn:

- Mật độ dòng điện hàn cao, bảo đảm vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

- Có thể điều chỉnh thành phần hóa học của mối hàn thông qua thay đổi thành phần hóa học của dây hàn và khí bảo vệ

- Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

- Năng suất hàn cao

2.2.3 Phạm vi ứng dụng

Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo

vệ chiếm một vị trí rất quan trọng Nó không chỉ hàn những loại thép kết cấu thông thường, mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các loại thép hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim

có ái lực hoá học mạnh với oxi

Phương pháp hàn này có thể sử dụng được ở mọi vị trí trong không gian Chiều dày vật liệu từ 0,4 ÷ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép, từ 1,6 ÷ 10

mm hàn một có vát mép, còn từ 3,2 ÷ 25 mm thì hàn nhiều lớp

23

2.3 Vật liệu và thiết bị hàn MAG/MIG

2.3.1 Dây hàn (điện cực nóng chảy)

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng như các tính chất yêu cầu của mối hàn được thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn Do vậy, những đặc tính của qúa trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng

và chất lượng dây hàn Khi hàn MAG, đường kính dây hàn từ 0,8 ÷ 2,4 mm

Sự ổn định của qúa trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn.Cần chú ý đến phương pháp bảo quản, cất giữ và biện pháp làm sạch dây hàn nếu dây bị gỉ hoặc bẩn.Một trong những cách để giải quyết

là sử dụng dây có bọc lớp mạ đồng.Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của qúa trình hàn

Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dùng cho dây hàn thép C như sau:

vệ

Độ bền kéo của liên kết (min-psi)

Giới hạn chảy của mối hàn (min-psi)

E70S-5 0,07÷0,19 0,30÷0,60 Al: 0,50 ÷ 0,90 E70S-6 0,07÷0,15 1,40÷1,85 0,80÷1,15

E70S-7 0,07÷0,15 1,50÷2,00 0,50÷80

2.3.2 Khí bảo vệ

Khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí xung quanh tiếp xúc với vùng hàn và tác động đến: các đặc trƣng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại điện

25

cực vào vũng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu hướng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt

Khí Ar tinh khiết (~ 100%) thường dùng để hàn các vật liệu kim loại màu Khí He

tinh khiết (~ 100%) thường được dùng để hàn các liên kết có kích thước lớn, các vật liệu có tính giãn nở nhiệt cao như Al, Mg Cu Argon là khí trơ thường chứa trong bình thép với áp suất 150 at, dung tích 40 lít argon không cháy, không nổ và khi làm việc phải được giảm áp suất từ 150 đến 0,5at và duy trì không đổi nhờ van giảm

Nhược điểm của hàn trong khí bào vệ CO2 là gây bắn toé kim loại lỏng

Một số loại khí bảo vệ tương ứng với kim loại cơ bản

He Khí trơ Hợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt

lớn và ít rỗ khí

Ar + 2080% He Khí trơ Hợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt

lớn và ít rỗ khí(tốt hơn 100% He)

Ar + 2530% N2 Công suất nhiệt lớn, cho Cu(tốt hơn

100% N2)

Ar + 12% O2 Oxi hóa

nhẹ

Thép hợp kim, một số hợp kim Cu đã khử Oxi

Ar + 35% O2 Oxi hóa Thép cacbon và một số thép hợp kim

thấp

Ar + 10% CO2 +5%O2 Oxi hóa Các loại thép

CO2 +20%O2 Oxi hóa Các loại thép

90%He + 7,5%Ar + 2,5%

CO2

Oxi hóa nhẹ

Thép hợp kim cao, dạng dịch chuyển ngắn mạch

6070%He +25 30%Ar

Thép hợp kim thấp, dạng dịch chuyển ngắn mạch

28

Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn thông thường là đặc tính cứng (điện áp

không đổi) Điều này được dùng với tốc độ cấp dây hàn không đổi, cho phép điều chỉnh tự động chiều dài hồ quang

Hình 2-5 Bộ cấp dây hàn

Motor cấp dây thường là loại có tốc độ điều chỉnh vô cấp Bộ cấp dây tốc

độ không đổi có trang bị mạch điện tử để điều khiển quá trình mồi hồ quang, tự động hiệu chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn, tự hiệu chỉnh khi xảy ra sự trượt dây.Kết quả là hồ quang mồi và cháy ổn định hơn, hạn chế đáng kể lượng văng tóe.Thiết bị được bố trí trong hộp kín để hạn chế bụi, tăng tuổi thọ và giảm nhu cầu bảo trì

Tốc độ cấp dây biến thiên từ 1,9 – 25 m/min ( 75 – 980 in/min) Bộ cấp dây

có trang bị hệ thống hãm động lực cho phép dừng cấp dây tức thời mỗi khi nhả contact điều khiển

29

4)Bộ điều khiển hàn và bộ cấp dây

Thường được liên kết khối với nhau.Nó có chức năng điều khiển tốc độ cấp dây Tốc độ motor được xác lập trước theo khoảng giá trị dòng hàn Mạch điều khiển sẽ hiệu chỉnh quá trình khởi động và dừng cấp dây

5)Van chỉnh áp khí bảo vệ

Van chỉnh áp khí bảo vệ, thiết bị hàn cần cung cấp khí bảo vệ với áp suất và lưu lượng không đổi.Van chỉnh áp đảm nhiệm vai trò đó.Có các loại van một cấp hoặc hai cấp, có hay không trang bị lưu lượng kế.Loại hai cấp cho áp suất và lưu lượng khí cung cấp đều hơnloại một cấp

số đặt trước Các thông số quan trọng của chế độ hàn là: cường độ dòng điện hàn; điện áp hàn và tốc độ hàn Thông qua các thông số này, có thể tính mức năng lượng đường Ngoài ra, còn có các thông số và điều kiện hàn khác cũng có ảnh hưởng lên hình dạng và kích thước mối hàn như: mật độ dòng điện hàn, đường kính dây hàn, cực hàn, tầm với điện cực, tư thế hàn và góc nghiêng điện cực(dây hàn), thành phần

n nhỏ, thường là 1 đến 1,2 Với hàn đắp, đại lượng này có thể lớn hơn).Sau đây là ảnh hưởng của các thông số vừa nêu lên các thông số hình học của mối hàn

1) Dòng điện hàn

Trong trường hợp hàn cũng như hàn đắp, cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn Dòng điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng, hệ số chảy, và tốc độ chảy

Hình 2-7 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn

Khi tăng cường độ dòng điện hàn, chiều sâu chảy tăng mạnh, chiều cao đắp mối hàn tăng không nhiều, chiều rộng mối hàn tăng ít ( chiều rộng mối hàn chịu ảnh hưởng của điện áp hàn và tốc độ hàn là chính) Khi cường độ dòng điện hàn tăng quá mức,

31

sẽ xảy ra bắn tóe và có nguy cơ cháy thủng tấm Khi chọn cường độ dòng hàn người

ta thường tăng dần cường độ dòng điện hàn với chiều dày nhất định của tấm, với điều kiện có xét tới tốc độ cấp dây (nếu thiết bị có tốc độ cấp dây cố định) Khi hàn đắp không lên chọn cường độ dòng điện hàn ở giá trị lớn (tránh tăng lượng kim loại

cơ bản tham gia vào mối hàn), đặc biệt với lớp đáp đầu tiên Thông qua thay đổi cường độ dòng điện hàn, ta có thể tác động lên đặc trưng dịch chuyển kim loại vào vũng hàn Cường độ dòng điện hàn tăng sẽ làm :

-Tần suất dịch chuyển các giọt kim loại tăng (đặc biệt dây cỡ nhỏ)

-Thay đổi các lực tác động lên các giọt kim loại, tùy theo thành phần khí bảo vệ -Giảm thể tích các giọt kim loại (dây cỡ lớn)

Tuy nhiên không thể tăng vô tận giá trị cường độ dòng điện hàn Thông thường giá trị tối đa là 800A đến 900 A

2) Mật độ dòng điện hàn

Mật độ dòng điện hàn tăng khi giảm đường kính điện cực (dây hàn) Mật độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lên hình dạng mối hàn tương tự như cường độ dòng điện hàn Mật độ dòng điện tăng làm tăng tốc độ chảy điện cực và chiều sâu chảy của mối hàn Mật độ dòng điện giảm sẽ làm tăng chiều rộng mối hàn, giảm chiều sâu chảy và chiều cao đắp mối hàn Có thể dùng mật độ dòng điện hàn gây ảnh hưởng lên phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn Các dây hàn nhỏ (đường kính 0,81,2 mm) có ưu thế về mặt dải mật độ dòng lớn hơn so với các dây đường kính lớn; điều này cho phép giảm góc rãnh hàn, và hàn thuận lợi ở nhiều tư thế hàn khác nhau

3) Tốc độ cấp dây hàn

Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu cho mối hàn, bước tiếp theo là xác định tốc độ cấp dây và cường độ dòng điện hàn (là hai đại lượng liên quan với nhau, khi sử dụng các máy hàn có đặc tuyến thoải và tốc độ cấp dây không đổi) tại tầm với điện cực nhất định để đạt được tốc độ đắp đó Trên thực tế, người ta không sử dụng cường độ dòng điện hàn mà sử dụng tốc độ cấp dây để đặt, duy trì và đo tốc độ đắp (vì như vậy sẽ chính xác hơn so với sử dụng cường độ dòng điện hàn) Dòng điện

32

hàn trong dải thích hợp được chọn theo đường kinh dây hàn, dạng dịch chuyển kim loại và chiều dày kim loại cơ bản Dòng điện hàn quá thấp sẽ dẫn đến hàn không ngấu.Dòng điện hàn quá cao sẽ gây lên bắn tóe, rỗ khí, hình dạng mối hàn kém.Với nguồn hàn có đặc tính thoải, cường độ dòng hàn tỷ lện thuận với tốc độ cấp dây (tốc

độ cấp dây chọn trước, khi các thông số khác giữ nguyên).Với đường kính dây hàn cho trước, khi tăng cường độ dòng điện hàn trong dải cho phép, chiều sâu chảy và chiều rộng mối hàn tăng; tốc độ chảy tăng; kích thước mối hàn tăng.Trên hình vẽ(2-8)là dải tốc độ cấp dây (và cường độ dòng điện hàn tương ứng) tiêu biểu cho hàn trong môi trường khí CO2:

Hình 2-8 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn

4) Điện áp hàn

Điện áp hồ quang thay đổi theo chiều dài cột hồ quang Điện áp hồ quang không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ chảy, nhưng ảnh hưởng chủ yếu đến chiều rộng mối hàn.Khi cường độ dòng điện hàn không thay đổi, chiều sâu chảy có su hướng giảm

Vì theo đặc tuyến của máy hàn, cường độ dòng điện hàn thay đổi theo sự thay đổi điện áp hồ quang, chiều sâu chảy cũng thay đổi theo tỷ lệ thuận với sự thay đổi điện

áp hồ quang, tuy không mạnh bằng sự thay đổi chiều rộng mối hàn

33

Hình 2-9 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp hàn

Tại máy hàn, có khả năng điều chỉnh theo các nấc các giá trị của điện áp không tải (lớn hơn điện áp thực tế của hồ quang Khi đặt giá trị cho điện áp không tải cho hàn

CO2, cần chọn giá tri khoảng 2 3V cao hơn so với chọn hỗn hợp khí của argon).Điện áp hồ quang có ảnh hưởng quan trong đến việc đạt được các giá trị tối

ưu trong khả năng tự điều chỉnh của hồ quang.Tuy nhiên, chỉ có thể thay đổi giá trị

điện áp hồ quang hàn một cách hạn chế

Trong thực tế, khi chọn giá trị điện áp hàn, cần chọn theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thiết bị, sau đó điều chỉnh thêm cho chính xác vì các giá trị hướng dẫn đó chỉ mang tính định tính Việc chọn điện áp quá lớn sẽ làm tăng xác suất cháy các nguyên tố hợp kim, rỗ khí và bắn tóe Ngoài ra làm tăng kích thước vũng hàn cũng làm khả năng hàn ở các tư thế trở nên khó khăn Chọn điện áp quá thấp lại làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn Khi hàn trong môi trường CO2, có thể coi U = 15 + 0,04.I với chế độ chuyển ngắn mạch

Để có giá trị chính xác của điện áp khi hàn cụ thể, cần hàn thử vì không có giá trị cụ thể nào thích hợp với mọi ứng dụng hàn.Trong dải giá trị ở chế độ hàn tiêu biểu (bảng đã nêu), khi điện áp hàn tăng sễ làm tăng chiều rộng mối hàn.Khi giảm điện

áp hàn, chiều cao đắp và chiều sâu chảy của mối hàn đều tăng.Khi điện áp hàn cao hơn dải giá trị trên, sẽ xảy ra hiện tượng rỗ khí, bắn tóe và không ngấu mép rãnh hàn

Điện áp hàn 16  22V thích hợp với mội tư thế hàn trong trường hợp hàn tấm tương đối mỏng, ở chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ.Chiều sâu chảy là tối thiểu Điện áp hàn từ 30 45 V được sử dụng chủ yếu cho hàn tự động theo dạng dịch chuyển tia, khi liên kết các tấm dày, tư thế hàn sấp, dây hàn lớn và dòng điện hàn cao để có chiều sâu chảy lớn và tốc độn đắp lớn Dải điện áp hàn 24 30 V : có đặc điểm của cả hai loại trên, dùng cho hàn bán tự động

và tự động, với chiều dày tấm trung bình

5) Tốc độ hàn

Đây là đại lượng quan trọng thứ ba có ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường được dùng để tăng năng suất hàn Việc chọn tốc độ hàn phụ thược vào hình dạng mối hàn cũng như điều kiện nung và nguội vật hàn.Tốc độ hàn tăng làm tăng lượng nhiệt đưa vào vật hàn phía trước hồ quang, do đố cần ít nhiệt hơn để nung nóng trước cạnh hàn.Ngoài ra, cùng với tốc độ hàn, tốc độ nguội sau khi hàn cũng tăng,

có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có tính thấm tôi cao Với thép kết câu thông dụng, tốc độ hàn thường nằm trong khoảng 10 60 cm/min; với hàn

35

tự động ; tốc độ hàn có thể lên đến 120 cm/min Trên hình vẽ (2-10)A, C là ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn, trong đó, c là chiều cao đắp của mối hàn, h là chiều sâu chảy của mối hàn

Hình 2-10 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn

Tốc độ đắp là lượng kim loại đắp vào mối hàn trong một đơn vị thời gian (kg/h) Tốc độ đắp cần được cân đối với tốc độ hàn (tốc độ dịch chuyển của hồ quang ) Sự cân đối đó phụ thuộc vào:

6) Đường kính dây hàn

Đường kính dây hàn càng lớn thì cường độ dòng hàn càng lớn.Khi cường độ dòng điện hàn như nhau, dây hàn nhỏ hơn có tốc độ chảy lớn hơn.Việc chọn đường kính dây hàn xuất phát từ chiều dày tấm cần hàn, loại liên kết và tư thế hàn Các đường kính được sử dụng nhiều nhất là 1,0 mm và 1,2 mm Lý do là chúng có tốc độ chảy

Giá trị tầm với điện cực phụ thuộc vào đường kính dây hàn và loại khí bảo vệ Khi hàn trong CO2, có thể dùng công thức thực nghiệm lv = 5 + 5.d (mm), Trong đó lv là tầm với điện cực, d là đường kính điện cực (mm) Khi hàn trong hỗn hợp khí trơ, do chiều dài hồ quang lớn hơn, cần tăng tầm với điện cực thêm 23 mm

Hình2-11.Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và quan hệ dòng điện – phần

nhô điện cực (b) Bảng 3-5.Chếđộ hàn tự động và bán tự động liên kết hàn góc trong môi trường khí bảo vệ CO 2

Số lớp hàn(mm)

Dòng điện hàn I h (A)

Điện áp hàn

U h (V)

Tốc độ hàn (m/h)

Tầm với điện cực

Tiêu hao khí (l/ph)

(Sách Giáo trình công nghệ hàn – sách dùng cho các trường đào tạo hệ trung học

chuyên nghiệp – Nhà xuất bản Giáo dục)

38

2.4.2 Kỹ Thuật hàn MAG /MIG

1)Phương pháp chuyển động mỏ hàn, que hàn

2) Cách dao động mỏ hàn

+) Đi thẳng +) Bán nguyệt

+) Zích zắc +) Đường tròn lệch

- Đi thẳng:

+) Ưu điểm : Dễ thao tác, hồ quang cháy ổn định hơn

+) Nhược điểm: chỉ áp dụng với chi tiết mỏng, bề rộng mối hàn nhỏ

+) Nhược điểm : Khó thao tác

- Đường tròn lệch:

+) Ưu điểm: Độ ngấu mối hàn lớn

+) Nhược điểm : Khó thao tác, khó quan sát vũng hàn

2.5 Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T

2.5.1 Cơ sở tính toán chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T

Khi sử dụng phương phát hàn MAG cho liên kết hàn chữ T, cơ sở tính toán chủ yếulàtra bảng hoặc tínhtheo công thức

Căn cứ vào chiều dày tấm, đường kính dây hàn để chọn chế độ hàn hợp lý

-Tính toán cạnh mối hàn góc:

+Kích thước tính toán liên kết hàn góc tối thiểu (min a)

Theo tiêu chuẩn DIN 18 800 -1 kết cấuthép min a = 2 (mm), có thểáp dụng theo công thức:

Mina ≥ √maxt -0,5 = √5 -0,5 = 1,74 chọn min a = 2 (mm)

(Áp dụng cho tấm thép có chiều dày tốiđa 30 mm)

+Kích thước tính toán liên kết hàn góc tối đa (max a)

Số lớp hàn(mm)

Dòng điện hàn

I h (A)

Điện áp hàn

U h (V)

Tốc độ hàn (m/h)

Tầm với điện cực

Tiêu hao khí (l/ph)