Nghiên cứu Thiết kế Quy Trình Công Nghệ Hàn Tự Động Sử Dụng Trong Chế Tạo Tàu Vỏ Thép

GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1 Lựa chọn phương pháp hàn tự động

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN .1 Sự tạo thành mối hàn

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 bộ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật kiệu hàn) tới nhiệt độ 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 động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ, hàn plasma,…. 1) Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng. Khi hàn, vật hàn bị nung nóng cục bộ trong khoảng thời gian rất ngắn và đạt đến nhiệt độ rất cao. Sự phân bố nhiệt theo phương thẳng góc với trục mối hàn rất khác nhau, nên sự thay đổi thể tích ở vùng lân cận mối hàn cũng khác nhau. Kết quả làm cho trong vật hàn sinh ra ứng suất. 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. 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. b) Do sự co ngót của kim loại lỏng trong vũng hàn khi kết tinh. 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. - Chiều dày kim loại vật hàn, trạng thái nung nóng, phương pháp hàn, thời gian hàn,…. c) Do sự biến đổi tổ chức của kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn. Khi hàn mối hàn liên kết chữ T, biến dạng góc làm cong vênh tấm cánh (tấm biên) tạo thành hình “nấm”. Góc di chuyển tấm cánh khi tạo thành hình nấm phụ thuộc vào chiều dày tấm cánh và tiết diện ngang của mối hàn liên kết giữa chúng. Biến dạng góc khi hàn phụ thuộc vào:. - Chiều dày vật hàn. Vật hàn có chiều dày càng lớn thì biến dạng góc khi hàn càng lớn. - Phương pháp hàn và dạng liên kết hàn. Hàn các liên kết hàn khác nhau bằng các phương pháp hàn khác nhau thì biến dạng góc cũng khác nhau. Biến dạng khi hàn. a) Biến dạng dọc của tấm khi hàn trên mép tấm. b) Biến dạng góc khi hàn. Mức độ biến dạng góc khi hàn phụ thuộc vào phương pháp công nghệ và dạng liên kết hàn như bảng 2-3. Độ biến dạng góc khi hàn. 3) Các biến pháp giảm ứng suất và biến dạng khi hàn a) Các biện pháp thiết kế. - Khi thiết kế các kết cấu phải chọn kim loại cơ bản và kim loại điện cực thích hợp. Kim loại cơ bản phải không có khuynh hướng bị tôi khi nguội ngoài không khí, còn kim loại điện cực phải có độ dẻo không nhỏ hơn kim loại cơ bản. - Không nên thiết kế các mối hàn tập trung hay giao nhau, nhất là đối với những kết cấu làm việc trong điều kiện tải trọng động. - Không nên thiết kế các mối hàn khép kín với kích thước nhỏ. - Giảm số lượng mối hàn đến mức tối thiểu và kích thước mối hàn không được lớn hơn kích thước thiết kế. - Các gân tăng cứng phải bố trí đối xứng để khi hàn sẽ nung nóng cùng một chỗ ở hai phía của kim loại vật hàn, như vậy sẽ giảm được sự co ngang và giảm được ứng suất chung cho cả cơ cấu. - Với liên kết giáp mối, nếu kết cấu có chiều dày khác nhau thì phải vát bớt tấm dày để việc nung nóng được đồng đều. - Đối với các kết cấu phức tạp phải thiết kế thành các bộ phận riêng, sau đó mới lắp ghép chúng lại thành kết cấu lớn. b) Các biện pháp công nghệ khi hàn. Để giảm ứng suất và biến dạng cho vật hàn, khi hàn có thể áp dụng các biện pháp sau:. - Hàn các vật dày phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn, đồng thời phải giảm bớt cường độ dòng điện hàn hoặc công suất ngọn lửa. - Hàn các chi tiết kẹp chặt phải chú ý đến thứ tự thực hiện các đường hàn để vật hàn luôn ở trạng thái tự do. - Chọn chế độ hàn để sao cho vùng ứng suất tác dụng là nhỏ nhất. Trường hợp hàn mối thứ hai đối xứng với mối hàn thứ nhất thì nên tăng cường độ dòng điện hàn để tăng vùng ứng suất tác dụng, như vậy sẽ khử được độ uốn do biến dạng hàn gây ra. - Hàn theo phương pháp phân đoạn ngược. - Dùng phương pháp cân bằng biến dạng. Biến dạng do mối hàn trước gây ra sẽ được cân bằng với biến dạng do các mối hàn sau đối xứng với mối hàn trước gây nên. Thứ tự thực hiện các mối hàn khi hàn dầm chữ I. Phương pháp này được áp dụng khi hàn các mối hàn đối xứng nhau. - Dùng phương pháp biến dạng ngược. Trước khi hàn tạo ra biến dạng có chiều ngược với biến dạng do quỏ trỡnh hàn gõy ra phương phỏp này được thể hiện rừ trên mối hàn giáp mối vát mép chữ “V”. Tạo biến dạng ngược khi hàn. - Khi hàn các tấm rộng, để giảm cong vênh người ta dùng đồ gá kẹp chặt mép hàn. Sau khi hàn xong phải để vật hàn biến dạng tự do. c) Các biện pháp công nghệ sau khi hàn.

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

Với phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc, các công đoạn sau đây đều được tự động hóa: việc cấp thuốc hàn xuống vùng phía trước hồ quang, việc cấp dây hàn xuống đầu hàn và việc điều chỉnh chiều dài hồ quang và dao động ngang của hồ quang (nếu cần). Những ứng dụng tiêu biểu của hàn dưới lớp thuốc trong chế tạo các kết cấu tấm dày là hàn bình áp lực, đường ống, bể chứa, kết cấu lớn, tàu biển, toa xe lửa, dầm cầu thép, hàn đắp các lớp đặc biệt lên bề mặt thép. 1) Ưu điểm chung của hàn tự động dưới lớp thuốc. Không phát sinh khói, hồ quang kín, do đó 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. Chất lượng kim loại mối hàn cao. Bề mặt mối hàn trơn và đều. không có bắn tóe kim loại. Chất lượng mối hàn cao hơn so với hàn hồ quang tay do hình dạng và bề mặt mối hàn tốt. Tiết kiệm kim loại do sử dụng dây hàn liên tục. Tốc độ đắp và tốc độ hàn cao. Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, ít biến dạng sau khi hàn. Dễ tự động hóa. Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc. 2) Những nhược diểm của hàn tự động dưới lớp thuốc. Khi tốc độ hàn cao, tại vùng giữa bề mặt mối hàn không hình thành các hình vòng cung liên tục đặc trưng cho các đường đẳng nhiệt, mà trong đường hàn lại thấy xuất hiện sự gợn sóng.

LỰA CHỌN THIẾT BỊ HÀN TỰ ĐỘNG

Khi hàn dưới lớp thuốc, nhiệt độ cao của các giọt kim loại nóng chảy dịch chuyển từ dây hàn sang vũng hàn (khoảng 2300oC) và nhiệt độ trung bình của vũng hàn tương đối cao (1770 ± 100oC) tạo thuận lợi cho các phản ứng tỏa nhiệt. Trong bảng 2-4, MS, CS, ZS, AR, AB, FB là các loại thuốc hàn không có đặc tính hợp kim hóa (tức là ngoài lượng Mn và Si thích hợp, nếu thuốc hàn chứa các nguyên tố hợp kim khác, từng nguyên tố đó không được hoàn nguyên vào kim loại mối hàn nhiều hơn 0,25% hoặc tổng lượng hoàn nguyên của chúng không được vượt quá 0,4%).

HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN

Khi tăng cường độ dòng điện hàn (các thông số khác giữ nguyên), lượng kim loại nóng chảy tăng do mật độ dòng điện tăng, làm tăng lượng điện cực nóng chảy (chiều cao đắp c của mối hàn tăng). Theo đó, sự tập trung nhiệt trong hồ quang tăng và làm áp lực của hồ quang tăng. Kết quả là chiều sâu ngấu h tăng. Chiều rộng mối hàn b hầu như không đổi. Do đó hệ số ngấu giảm. Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn. 2) Ảnh hưởng của điện áp hàn. Điện áp hàn tăng sẽ làm tăng chiều dài cột hồ quang. Do đó, lượng nhiệt sinh ra trong hồ. quang sẽ tác động lên một diện tích lớn hơn của kim loại cơ bản, làm giảm chiều sâu ngấu h nhưng lại làm tăng chiều rộng mối hàn b. Trên thực tế, điện áp hàn được xác định theo cường độ. dòng điện hàn nhằm đạt được hệ số ngấu cần thiết. 3) Ảnh hưởng của tiết diện điện cực. Khi cường độ dòng điện hàn không đổi, I = const, nếu tăng đường kính điện cực sẽ dẫn đến tăng chiều rộng b và giảm chiều sâu ngấu h của mối hàn. Sự thay đổi hình dạng mối hàn và mức tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn. 4) Ảnh hưởng của tốc độ hàn. Khi nghiêng dây hàn về phía trước (theo hướng hàn), hồ quang có xu hướng song song với trục của điện cực. Phần lớn hồ quang cháy dưới bề mặt kim loại cơ bản; việc nung trước bề mặt hàn được cải thiện. Lượng kim loại nóng chảy phía dưới hồ quang tăng, dẫn đến giảm lượng kim loại cơ bản nóng chảy. Kết quả là chiều sâu ngấu giảm nhưng chiều rộng mối hàn lại tăng. 2) Góc nghiêng của vật hàn Góc nghiêng. vật hàn lên phía tên tạo nên hình dạng mối hàn tương tự như khi hàn với góc dây hàn nghiêng về phía sau, và góc nghiêng vật hàn xuống phía dưới tạo nên hình dạng mối hàn tương tự như khi hàn với góc dây hàn nghiêng về phía trước. Để tạo dáng tốt mối hàn, cần tránh hàn với góc nghiêng lớn hơn 8o so với mặt phẳng nằm ngang. Trên hình 2-24 là thí dụ sử dụng góc nghiêng vật hàn là trường hợp hàn mối hàn vòng có đường kính nhỏ. Vị trí dây hàn khi hàn các mối hàn vòng đường kính nhỏ và cường độ dòng điện hàn tối đa. Góc nghiêng vật hàn và hình dạng mối hàn. 3) Loại dòng điện hàn.

CHUẨN BỊ TRƯỚC KHI HÀN

Nếu trong hàn hồ quang tay, thợ hàn điều chỉnh những chỗ mép hàn không đều, trong hàn tự động dưới lớp thuốc, giá trị dòng điện hàn cao, hồ quang nung chảy sâu, thợ hàn không thể nhìn thấy để điều chỉnh. Để đảm bảo chất lượng mối hàn, nơi bắt đầu và kết thúc mối hàn (nơi hay có. các khuyết tật) được hàn đính vào bằng các bản dẫn cho đầu và cuối mối hàn và sau khi hàn xong, các bản dẫn đó sẽ được loại bỏ khỏi vật hàn.

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

• CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA QUY TRÌNH HÀN
• THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN .1 Xác định chi tiết hàn
• ỨNG DỤNG QUY TRÌNH VÀO CHẾ TẠO MỘT PHÂN ĐOẠN CỦA TÀU ĐANG ĐểNG TẠI NHÀ MÁY THAM GIA THỰC TẬP

Tuy nhiên, khi thực hiên mối hàn chữ T thường không mang lại hiệu quả kinh tế cao do gặp khó khăn trong lắp ghép, canh chỉnh,…Vì vậy tại các nhà máy đóng tàu chỉ dùng phương pháp hàn hồ quang tự động để thực hiện mối hàn giáp mối tư thế sấp (1G) còn tất cả các mối hàn và tư thế khác thì dùng phương pháp hàn hồ quang tay và bán tự động (CO2). Với đặc điểm của tàu Aframax thì hầu hết các phân. đoạn là phân đoạn phẳng do đó quy trình hàn hồ quang tự động được áp dụng để hàn nối các tấm tôn của các phân đoạn phẳng đó. Do vậy, đối tượng áp dụng quy trình là cụm chi tiết phẳng bao gồm các tấm tôn nối lại với nhau. 1) Chuẩn bị vật liệu. + Có thể kết thúc mối hàn ở giữa nếu chiều cao các mối hàn còn lại đã bằng chiều cao của vật liệu cở bản (chiều dày tôn). Thường thì các mối hàn thực hiện bằng phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc được tiến hành theo một chiều. Có nghĩa là khi kết thúc lớp đầu tiên, để tiếp tục hàn lớp tiếp theo phải chuyển xe hàn lại vị trí bắt đầu của lớp thứ nhất. 3) Thời gian giữa các lớp hàn.

THẢO LUẬN KẾT QUẢ