Xây dựng mô hình toán học tính ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn tàu thủy tại hiện trường

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC TÍNH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN TÀU THỦY TẠI HIỆN TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC; MÃ SỐ: 605

Trang 1

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC TÍNH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN TÀU THỦY TẠI

HIỆN TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC; MÃ SỐ: 60520116 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY

Người thực hiện: KS Nguyễn Văn Bách

Người hướng dẫn khoa học: PGS Ts.Trương Sỹ Cáp

Trang 2

Học viên: Nguyễn Văn Bách Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Lý do lựa chọn đề tài

 Công nghệ hàn có rất nhiều ưu điểm vượt trội

- Độ bền cao, độ kín khí tốt

- Sản phẩm đa dạng, có thể hàn nhiều kim loại khác nhau

- Có thể gia công nhiều chi tiết có hình dạng và kết cấu phức tạp

- Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ cơ khí hóa, tự động hóa

 Được áp dụng rộng rãi trong sản xuất kết cấu kim loại cỡ lớn và công nghiệp đóng tàu

Trang 4

Mục đích của đề tài

 Nghiên cứu cụ thể các yếu tố bất lợi kể trên

 Xây dựng mô hình toán học để tính toán định lượng những sự ảnh hưởng bất lợi đó đến quá trình hàn

 Làm cơ sở cho các giải pháp khắc phục phù hợp

Trang 5

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

1 Bài toán ảnh hưởng của nhiệt độ khi hàn ngoài trời

2 Bài toán khuếch tán chất khi hàn ngoài trời

3 Bài toán ảnh hưởng của gió khi hàn ngoài trời

4 Xây dựng mô hình toán học tính ảnh hưởng của các yếu tố môi trường

kể trên đến chất lượng mối hàn

Trang 6

Phương pháp nghiên cứu của đề tại

 Phương pháp lý thuyết kết hợp với thống kê các công thức và hệ số thực nghiệm

Trang 7

Kết cấu của đề tài

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Xây dựng mô hình toán học tính ảnh hưởng

có các yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn khi hàn ngoài trời

Phụ lục

Trang 8

Tầm quan trọng của hàn ngoài trời

 Hàn ngoài trời chiếm tỉ lệ khoảng 25 – 35% tổng khối lượng hàn tàu

 Áp dụng trong quá trình đấu nối các phân tổng đoạn trên triền đà

 Có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng con tàu: - Thẩm mỹ

- Độ bền

Trang 9

– Tính toán định lượng sự ảnh hưởng của một

số điều kiện bất lợi

– Xây dựng quy trình, vật liệu hàn ngoài trời

Trang 10

 Trong nước: Các công trình và tài liệu đã công

bố chủ yếu áp dụng cho hàn trong phân xưởng, chưa có các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố bất lợi khi hàn ngoài trời cũng như cách tính toán các yếu tố bất lợi đó

Trang 11

Đặc điểm của hàn ngoài trời

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Ảnh hưởng của các nguyên tố trong không khí

 Ảnh hưởng của gió

Trang 12

Trang 14

Ta thu được công thức tính nhiệt độ nung vật liệu điện cực khi hàn như sau

𝑇 = 𝑘 𝑖2𝑑𝑡 = 𝑘 𝑖2𝑡 + 𝐶 (2.10)

Trang 15

vệ, (m/s)

I – mật độ dòng điện hàn, (A/mm2)

t – thời gian nung các đoạn lõi hàn lớn , (s)

T0 – nhiệt độ không khí xung quanh, (0c)

Trang 16

Trang 18

Trang 19

 2.3.1 Ảnh hưởng của gió cùng với các luồng khí

và hơi nước đối với vùng hồ quang

 2.3.2 Ảnh hưởng của gió đến lớp khí bảo vệ

Trang 20

 Ảnh hưởng của gió đến luồng hồ quang

Hình 2.7 Họ đường đẳng nhiệt khi hàn hồ quang có gió

vB = 2,2 M/C

T=600°C

T 0

Trang 21

A B C D

a) Khi không có gió

b) Khi có gió

Trang 22

khi có gió v b – hướng

gió; v ct – hướng chuyển động của phân tử khí trong dòng khí;

Trang 23

𝑑𝑐 = 0,857(𝑑𝑛 + 0,3) (0.6 ≤ 𝑑𝑛 ≤ 2) (2.47)

 Trong đó dc – đường kính miệng phun

d n – đường kính vết bảo vệ (cm)

Trang 24

dc vào đường kính vết bảo vệ cần thiết dn 10 12 14 16 dn, mm

10 12 14 16

dc, mm

tính toán

Trang 25

3.1 Giải bài toán nhiệt

 3.1.1 Tính toán quá trình nung khi hàn

 3.1.2 Xác định trường nhiệt độ khi hàn

Trang 26

3.1.1 Tính toán nhiệt độ nung khi hàn

 Sử dụng phương pháp giải tích theo các công thức (2.1) - (2.11)

Trang 27

3.1.2 Xác định trường nhiệt độ khi hàn

 Sử dụng phương pháp số giải gần đúng phương trình Fourier

𝐶𝛾 𝜕𝑇𝜕𝑡 = 𝜕𝑥𝜕 𝜆 𝜕𝑥𝜕 + 𝜕𝑦𝜕 𝜆 𝜕𝑦𝜕 − 𝐶2𝛼

𝛾 𝛿 𝑇 (3.1)

* Lưu đồ giải bài toán nhiệt

* Phụ lục 1:

Trang 28

Kết quả bài toán nhiệt

 Xác định được nhiệt độ nung từ đó tính toán thông số công nghệ khi hàn: I, U, n, v, t… đảm bảo mối hàn ngấu hoàn toàn

 Xác định được vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn (>5000C), từ đó đánh giá tổ chức kim loại mối hàn và cơ tính mối hàn

Trang 29

3.2 Giải bài toán khuếch tán chất

 Việc giải bài toán khuếch tán chất dựa trên cơ sở phương pháp số giải gần đứng phương trình vi phân định luật Fick II

𝜕𝐶

𝜕𝑡 = 𝜕𝑥𝜕 𝐷 𝜕𝐶𝜕𝑥 + 𝜕𝑦𝜕 (𝐷 𝜕𝐶𝜕𝑦) Trong đó: D _ Hệ số khuếch tán của các nhân tố cần tính (O2, H2, N2, C)

* Lưu đồ giải bài toán khuếch tán chất

Trang 30

Trang 31

3.3 Giải bài toán gió

 Sử dụng phương pháp giải tích áp dụng giải các phương trình từ (2.24) - (2.47)

* Lưu đồ giải bài toán gió

Trang 32

 Xác định được độ cong cột hồ quang khi có gió,

từ đó điều chỉnh các thông số công nghệ

 Tính toán kích thước miệng phun phù hợp để đảm bảo sự bảo vệ của khí bảo vệ

Trang 33

3.4 Giải bài toán tổng quát

* Lưu đồ giải bài toán tổng quát

Trang 34

Trang 35

Kết quả

 Đề tài đã tập trung phân tích một số các yếu tố bất lợi khi hàn tàu

thủy tại hiện trường bao gồm: Thứ nhất là ảnh hưởng của nhiệt độ

môi trường đến quá trình hàn Sự thay đổi nhiệt độ môi trường làm thay đổi trường nhiệt độ của vật hàn quanh vùng hàn, làm thay đổi cấu trúc và tổ chức kim loại mối hàn đặc biệt là làm thay đổi vùng

ảnh hưởng nhiệt của mối hàn Đồng thời, sự thay đổi nhiệt độ của môi trường cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nung chảy cũng như

điện cực và kim loại mối hàn như: nhiệt độ nung, tốc độ nung…

Trang 36

Kết quả

 Thứ hai là sự ảnh hưởng do độ ẩm không khí và sự xâm nhập của một

số thành phần khí trong không khí như O2, N2, H2, CO2… vào kim loại đường hàn làm biến đổi quá trình luyện kim khi hàn

Trang 37

Kết quả

 Thứ ba là ảnh hưởng của gió đến quá trình hàn Gió làm biến dạng

vùng hồ quang hàn dẫn đến thay đổi vị trí nung nóng trên vật hàn, đồng thời gây ra sự sai lệch cho lớp sỉ hàn, kết quả là vũng kim loại nóng chảy không được bảo vệ một cách tốt nhất Mặt khác gió cũng làm biến đổi lớp khí bảo vệ dẫn đến sự xâm nhập của các nguyên tố bất lợi trong không khí vào mối hàn, làm giảm cơ tính của mối hàn

Trang 38

Trang 39

Hướng phát triển của đề tài:

 Xây dựng các phần mềm tính toán cụ thể sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quá trình hàn

Trang 40

Kiến nghị

 Bổ xung các thông số môi trường chính xác

 Có sự điều chỉnh phù hợp các hệ số thực nghiệm theo điều kiện thực

tế

Trang 41

CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	721,38 KB