Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng chiều sâu ngấu tới biến dạng liên kết hàn chữ T

Luận văn phân tích ảnh hưởng của chiều sâu ngấu đến biến dạng liên kết hàn chữ T bằng phương pháp hàn MAG, đưa ra giải pháp công nghệ hạn chế biến dạng.

• Tác giả: Nguyễn Khánh Toàn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Dương
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Hàn và Công nghệ kết cấu kim loại
• Đề tài: Ảnh hưởng chiều sâu ngẫu đến biến dạng hàn chữ T
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về chiều sâu ngẫu và liên kết hàn chữ T

Chiều sâu ngẫu là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quá trình hàn liên kết chữ T, đặc biệt khi sử dụng phương pháp hàn MAG. Liên kết hàn chữ T được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí, xây dựng và chế tạo tàu, nơi mà độ chính xác và chất lượng kết cấu là yêu cầu tối quan trọng. Việc hiểu rõ tác động của chiều sâu ngẫu đến biến dạng giúp kỹ sư hàn tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu các khuyết tật hàn. Chiều sâu ngẫu ảnh hưởng trực tiếp đến vùng ứng suất, nhiệt độ trong quá trình hàn, và cuối cùng là biến dạng dư của liên kết.

1.1. Định nghĩa chiều sâu ngẫu trong hàn MAG

Chiều sâu ngẫu là khoảng cách từ bề mặt kim loại gốc đến điểm sâu nhất của hầm hàn. Trong hàn MAG, chiều sâu này được xác định bởi các thông số như cường độ dòng điện, điện áp, tốc độ dây hàn và góc độ của mỏ hàn. Một chiều sâu ngẫu hợp lý đảm bảo sự liên kết chắc chẽ giữa các tấm kim loại mà không gây biến dạng quá mức.

1.2. Tầm quan trọng của liên kết hàn chữ T

Liên kết hàn chữ T được sử dụng phổ biến trong các dầm hàn, khung nhà thép tiền chế và thiết bị nâng chuyên. Chúng có khả năng chịu lực cao với trọng lượng tối thiểu. Tuy nhiên, biến dạng trong liên kết chữ T có thể làm thay đổi hình dạng, kích thước và ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu chung.

II. Cơ sở lý thuyết xác định ứng suất và biến dạng

Để hiểu rõ ảnh hưởng của chiều sâu ngẫu, cần nắm vững các cơ sở lý thuyết về ứng suất và biến dạng hàn. Phương pháp tính toán biến dạng theo lực ảo và lý thuyết tổng quát về ứng suất giúp xác định chính xác vùng ứng suất tác động. Các ứng suất dư được tạo ra do sự co rút không đều của kim loại hàn, đặc biệt là trong vùng được nung nóng bởi cung hàn MAG. Việc áp dụng các công thức tính toán giúp dự báo được mức độ biến dạng liên kết chữ T dưới các điều kiện hàn khác nhau.

2.1. Phương pháp xác định biến dạng theo lực ảo

Phương pháp lực ảo là kỹ thuật tính toán xác định biến dạng hàn bằng cách áp dụng các lực giả định. Phương pháp này cho phép tính toán chính xác ứng suất trong liên kết chữ T dựa trên hình học kết cấu và tính chất vật liệu. Nó đặc biệt hữu ích khi phân tích ảnh hưởng của chiều sâu ngẫu đến biến dạng tổng thể.

2.2. Xác định vùng ứng suất tác động

Vùng ứng suất tác động được xác định bởi phạm vi ảnh hưởng của nhiệt độ cao từ cung hàn MAG. Chiều sâu ngẫu sâu hơn dẫn đến vùng ứng suất lớn hơn, ảnh hưởng rộng hơn đến kim loại gốc xung quanh. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến mức độ biến dạng dư trong liên kết hàn.

III. Ảnh hưởng chiều sâu ngẫu đến biến dạng liên kết chữ T

Ảnh hưởng của chiều sâu ngẫu đến biến dạng hàn chữ T là một mối quan hệ phức tạp nhưng rất quan trọng trong thực tiễn sản xuất. Khi chiều sâu ngẫu tăng, lượng nhiệt được truyền vào kim loại gốc cũng tăng, dẫn đến vùng ứng suất lớn hơn và biến dạng dư lớn hơn. Ngược lại, chiều sâu ngẫu quá nông có thể gây ra liên kết không đủ chắc chẽ. Do đó, cần tìm ra chiều sâu ngẫu tối ưu để cân bằng giữa chất lượng liên kết và kiểm soát biến dạng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng có mối quan hệ phi tuyến giữa hai yếu tố này.

3.1. Mối quan hệ giữa chiều sâu ngẫu và biến dạng dọc

Biến dạng dọc là sự thay đổi kích thước dọc theo hướng hàn. Khi chiều sâu ngẫu tăng, biến dạng dọc cũng tăng do vùng co rút lớn hơn. Nghiên cứu cho thấy chiều sâu ngẫu 4-6mm thường cho kết quả tối ưu cho liên kết chữ T với biến dạng tương đối nhỏ.

3.2. Tác động đến biến dạng ngang và biến dạng góc

Biến dạng ngang và góc được tạo ra do sự không đồng nhất của co rút. Chiều sâu ngẫu lớn gây ra biến dạng góc đáng kể, làm thay đổi hình học liên kết. Kiểm soát chiều sâu ngẫu trong phạm vi 5-7mm giúp giảm thiểu loại biến dạng này trong liên kết hàn chữ T.

IV. Biện pháp kiểm soát và tối ưu hóa quá trình hàn

Để giảm thiểu ảnh hưởng của chiều sâu ngẫu đến biến dạng, cần áp dụng các biện pháp công nghệ hợp lý trong quá trình hàn MAG liên kết chữ T. Việc chọn chế độ hàn phù hợp, bao gồm cường độ dòng điện, điện áp, tốc độ dây hàn và góc độ mỏ hàn, là chìa khóa để kiểm soát chiều sâu ngẫu. Sử dụng các kỹ thuật như hàn đối xứng, giảm nhiệt độ lắng nhanh, hoặc áp dụng các lực ngoài trong quá trình hàn có thể giúp giảm biến dạng dư. Các thông số chuẩn được xác định từ nghiên cứu sẽ giúp nâng cao chất lượng, năng suất sản xuất dầm hàn chữ T trong thực tế.

4.1. Chế độ hàn MAG tối ưu cho liên kết chữ T

Chế độ hàn tối ưu cần được xác định dựa trên độ dày tấm kim loại và chiều sâu ngẫu mong muốn. Cường độ dòng điện 180-220A, điện áp 22-26V, và tốc độ dây hàn 6-8m/phút thường cho biến dạng hợp lý cho liên kết chữ T. Việc điều chỉnh chiều sâu ngẫu thông qua các thông số này là quyết định để kiểm soát biến dạng dư.

4.2. Các biện pháp giảm biến dạng trong thực tiễn

Áp dụng hàn đối xứng từ hai phía, giảm tốc độ lắng để giảm ứng suất dư, hoặc sử dụng kỹ thuật lâu đài giúp kiểm soát biến dạng hàn chữ T. Cố định tạm thời liên kết trong quá trình hàn cũng có tác dụng giảm biến dạng. Kiểm tra và điều chỉnh chiều sâu ngẫu thường xuyên đảm bảo các sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan những gì tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cửu cũng như ÿ tưởng của các tác giả khác nếu sử dụng đều được trích dẫn đây đi. Luận văn này cho đến nay vẫn chưa được bảo vệ tại bắt kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ nào trong nước cũng như quốc tế. Nội dung trong luận văn chưa hề được công bồ trên bắt lạ) phương tiện thông tin đại chúng nào.

Tôi xin cam đoan những điều nêu trên là đúng sự thật. Tac gia: Nguyén Khanh Toan Nguyên Khánh Toàn LUAN VAN THAC SY LOI CAM ON Tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn chân thánh tới: Thay hướng dần PGS. Nguyễn Tiến Dương đã lận tình chỉ bảo,hướng dần đẻ giúp tôi hoàn thành luận văn này. Xm gửi lời cảm ơn tới tất cả các thây giáo,cô giáo của bộ môn Hản và CNKL — Viện Cơ khi ~ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các anh chị thành viên lớp CNH2013B đã quan tâm giúp đỡ ,cho tôi những lời nhận xét quý báu để tôi hoàn thiện luận văn nảy.

Xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong gia đình của tôi đã luôn luôn động viên giúp đỡ đề tôi yên tâm học tập và nghiên cứu hoàn thảnh luận văn quan trọng này: Nguyên Khánh Toàn LUAN VAN THAC SY MUC LUC LOI CAM DOAN LOI CAM ON LOI NOI DAU: CHUONG 1 TONG QUAN VE HAN MAG VA LIEN KET HAN CHU 1.1 Tổng quan vé han MAG lọ 1.1 Nguyên lý hàn MAG.2 Ưu điểm, nhược điểm vả ứng dụng của quá trình hàn MAG tỳ 1.3 Thiết bị trong han MAG ons 1.2 Ứng dụng của liên kết hàn chữ T trong thực 1.3 Tính cấp thiết vả phạm vi nghiên cứu của đẻ tải CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LY THUYET XAC DINH UNG SUAT VA BIEN DANG CUA LIÊN KÉT HÀN CHỮ T. Khải niệm cơ bản về ứng suất biến dạng hản.2 Phương pháp tỉnh biên dạng theo lực ảo.1 Cơ sở tỉnh toán định biến dạng.2 Xác định vùng ứng suất tác động bạ.3 Ap dung tinh todn trong truéng hợp hàn liên kết chữ T.3 Phương pháp tỉnh theo lý thuyết tổng quát về ứng suat va bién dang.1 Cơ sở lý thuyết xác định biến dạng.Vác định giá trị các biển dạng.4 Ảnh hưởng của chiêu sâu ngẫu đền biên dạng trong liên kết chữ T Kết luận chương 2. d CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN KHI HÀN LIÊN KÉT CHỮ T.1 Cơ sở lý thuyết để xác định chế độ hản MAG:.2 Đường kinh dây han ° 38 3.3 Cường độ dong điện han( Th) - g eens BD 3. sagen sasesstecesrai aecssisssacouseeteisrcaseo MD 3.6 Góc độ của mỏ hàn — m m m 43 Nguyên Khánh Toàn LUAN VAN THAC SY LOI NOI DAU: Trong công cuộc đổi mới xây dựng đất nước các ngành công nghiệp của Liệt Nam dang dan khởi sắc với những thành tựu đáng kể.

Đóng vai trò then chốt trong công cuộc này là ngành cơ khí. Bởi muốn trở thành một nước công nghiệp hóa hiện đại hóa thì ngành cơ khí phải đóng vai trò là xương sống, đầu tàu.Các ngành cơ khí chế tạo, cơ khí xây dựng muồn phát triển được yêu cẩu phải có sự cải tiến mạnh mẽ trong công cụ sản xuất các quy trình sản xuất mới tối tru và năng suất hơn rất nhiều. Ngày nay các dâm thép hình cản đúc và dầm hàn đóng vai trò quan trọng trong các ngành cơ khí xây dựng, chế tạo. Chúng có ưu điểm là khả năng chịu lực cao và giảm khối lượng vật liệu.Chúng đóng vai trò chính trong các cấu kiện của khung nhà thép tiền chế Zamil, trong ngành chễ tạo các thiết bị nâng chuyên.

Chủ yếu các các dâm thép hình kích thước lớn này được chế tạo bằng các phương pháp han.Néu quy trinh công nghệ không hợp l sẽ tạo ra các ứng suất dự và biển dạng dư lớn.Chúng làm thay đôi hình dạng và kích thước dầm, ảnh hưởng đến quá trình chế tạo và chất lượng kết cẩu.ì vậy việc nghiên cứu ứng suất và biển dạng trong quá trình chế tạo các dầm hàn là một yêu cầu quan trọng và bức thiết. Tại Bộ môn hàn & CNKL - Trường đại học Bách khoa Hà Nội, cái nôi đào tạo ra các kỹ sự hàn nỗi tiếng trong cả nước cũng đã và đang có những nghiên cứu về những van dé nay.Trong quá trình học Cao học ở đây tôi đã được tiếp cận và nghiên cứu đê tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu ngẫu tới biển dạng trong liên kết han dạng chữ T.Một nghiên cứ theo tôi là rất cần thiết bởi trong vỏ tàu biên liên kết này sit dung rat nhiều và biến dạng của nó gây ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng, độ chính xác của việc chế tạo tàu.Là kết quả đạt được của nghiên cứu này xin được góp phần nào giúp tìm ra một bộ thông số chuẩn,các biện pháp công nghệ đề biến dạng khi hàn chữ liên kết dạng chữ T được có hạn chế tới mức ít nhất. Các kết quả này cũng sẽ được ứng dụng vào các ngành khác như trong xây dung và chế tạo. Để nâng cao năng suất cũng như chất lượng của dầm hàn chữ T trong thực tế người ta thường sử dụng các phương pháp hàn tự động đề thực hiện các mồi hàn.Có thể sứ dụng hàn SAIV hoặc hàn MAG.

Trong khuôn khỗ nội dung của luận văn này tôi sử dụng phương pháp hàn MAG bởi trong thực tễ sản xuất phương pháp này ngày càng được ứng dụng rộng rãi bởi nhưng ưu điểm của nó về độ bền môi hàn,có thể dễ dàng cơ khí hóa mà vật liệu hàn luôn có giả thành cạnh tranh, sẵn có trên thị trưởng. Nguyên Khánh Toàn. LUẬN VĂN THAC SY T DANH MỤC HÌNH Hình 1.Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn MAG: xố Hình 1. Các lĩnh vực ứng dụng đa dạng của hản MAG.

Các chỉ tiết của sủng hàn A Hình 1.Cơ cấu cấp dây. Nguồn hàn và Bộ điều khiến. Van giam ap.Các dầm hàn câu kiện hản cỏ mặt cắt dang chitI, chữ T. Gìng/giSxgisinssisssnlÐ? Tình 1.Chế tạo các thiết bị máy nâng chuyên cũng sử dụng liên kết chữ T.Liên kết chữ T thường được sử dụng trong các kết cau dạng khung vỏ như các tau ,ca-nô,tàu ngâm.

co raster =—= 7 Hình 1.Ứng suất biển dạng đo co dọc của liên kết hản chữ T ú § Hình 1.11,Biển dạng góc do co ngang của liên kết hân chữ T.Sử dụng phương pháp áp lực nắn lại dâm biến đạng. Str dung may nan dam trong cac nha may. saasuospassaanassassasau TỂ) Hình 1. Một nghiên cửu về biến dang trong dam chữ T môi hàn một phía 10 Hình 2.

Phương pháp tạo biến dạng ngược đề hạn chế biến dạng sau hản - 13 Hình 2.Một số loại biên dạng thường gặp.Vị trí Vùng tác động và phản kháng.--s2 issagapsaaau AI Hình 2.Liên kết giả tạo khi nghiên cứu 15 Hình 2.Trường hợp hản đắp lên mép tấm. Hee LỘ Hinh 2.Bién dang va biểu đồ ứng suất khi hàn đắp lên mép tâm.Các biểu đồ ứng suất trong trưởng hợp hản đắp lên mép tâm. Sự thay déi kich thuse khi cat doc gidi han ving bn. os os sel 9 Hình 2.

Độ võng khi hàn tắm chiêu dài lớn.Vị trí các vùng trong liên kết hàn giáp mỗi 20 Hình 2. Cách tính tổng chiêu dày truyền nhiệt cho các dạng liên kết.11,Biêu đồ xác định giá trị K2. Vùng ứng suất tác động và điểm đặt lực äo. Các trường hợp biển dạng do uồn biên gây ra.

27 Nguyên Khánh Toàn. LUAN VAN THAC SY DANH MỤC HÌNH Hình 1.Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn MAG: xố Hình 1. Các lĩnh vực ứng dụng đa dạng của hản MAG. Các chỉ tiết của sủng hàn A Hình 1.Cơ cấu cấp dây.

Nguồn hàn và Bộ điều khiến. Van giam ap.Các dầm hàn câu kiện hản cỏ mặt cắt dang chitI, chữ T. Gìng/giSxgisinssisssnlÐ? Tình 1.Chế tạo các thiết bị máy nâng chuyên cũng sử dụng liên kết chữ T.Liên kết chữ T thường được sử dụng trong các kết cau dạng khung vỏ như các tau ,ca-nô,tàu ngâm. co raster =—= 7 Hình 1.Ứng suất biển dạng đo co dọc của liên kết hản chữ T ú § Hình 1.11,Biển dạng góc do co ngang của liên kết hân chữ T.Sử dụng phương pháp áp lực nắn lại dâm biến đạng.

Str dung may nan dam trong cac nha may. saasuospassaanassassasau TỂ) Hình 1. Một nghiên cửu về biến dang trong dam chữ T môi hàn một phía 10 Hình 2. Phương pháp tạo biến dạng ngược đề hạn chế biến dạng sau hản - 13 Hình 2.Một số loại biên dạng thường gặp.Vị trí Vùng tác động và phản kháng.--s2 issagapsaaau AI Hình 2.Liên kết giả tạo khi nghiên cứu 15 Hình 2.Trường hợp hản đắp lên mép tấm.

Hee LỘ Hinh 2.Bién dang va biểu đồ ứng suất khi hàn đắp lên mép tâm.Các biểu đồ ứng suất trong trưởng hợp hản đắp lên mép tâm. Sự thay déi kich thuse khi cat doc gidi han ving bn. os os sel 9 Hình 2. Độ võng khi hàn tắm chiêu dài lớn.Vị trí các vùng trong liên kết hàn giáp mỗi 20 Hình 2.

Cách tính tổng chiêu dày truyền nhiệt cho các dạng liên kết.11,Biêu đồ xác định giá trị K2. Vùng ứng suất tác động và điểm đặt lực äo. Các trường hợp biển dạng do uồn biên gây ra. 27 Nguyên Khánh Toàn.

LUAN VAN THAC SY CHUONG 1 TONG QUAN VE HAN MAG VA LIEN KET HAN CHU’T 1.1 Tổng quan về hàn MAG 1.1 Nguyên lý hàn MAG Là phương pháp hản hồ quang điện cực nỏng chảy bản tự động cỏ sử dụng khi bảo vệ là khí hoạt tỉnh ( CO;). Trong quả trình hản hỗ quang giữa đầu điện cực dưới dạng dây hản vả vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn. Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang bằng cơ câu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hản (với điều kiên chiều đài hỗ quang không đồi). Phản kim loại điện cực nóng chảy được chuyên dịch vào vũng hàn theo một trong các cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hản và phụ thuộc vào cường độ dòng điện han, đường kinh điện cực, chiều dai ho quang, nguồn điện hản vả loại khí bảo vệ.

-CO2 nếu hàn MAG Chai khí bão vệ -Ar,He nếu hàn MIG Bộ cấp dây _ ~— Bộ điều khiển yf Cáp dẫn “H4 Súng hàn Đây nói đất Cáp điều khiển Cáp mắt 'Vật hàn (Phôi hàn) Hình 1. Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn MAG 1.2 Ưu điễm, nhược điểm và ứng dụng của quả trình hàn MAG 1) Ưu điểm -Mật đô đòng hản cao,bảo đảm vũng ảnh hưởng nhiệt hep. - Méi han cé chat lượng cao giảm thiêu nguy cơ khuyết tat, moi han có cơ tỉnh tốt.