Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt khi hàn dầm chữ I kích thước lớn

Luận văn nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt khi hàn dầm chữ I cỡ lớn, trình bày các giải pháp giảm ứng suất, biến dạng và quy trình công nghệ chi tiết.

• Tác giả: Đỗ Vinh Quang
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hàn
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Xử Lý Nhiệt Khi Hàn Dầm Chữ I Kích Thước Lớn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của công nghệ xử lý nhiệt trong hàn dầm chữ I

Công nghệ xử lý nhiệt là một quy trình quan trọng trong hàn dầm chữ I kích thước lớn, giúp cải thiện chất lượng và độ bền của kết cấu thép. Quá trình này bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ trước, trong và sau khi hàn để giảm thiểu ứng suất và biến dạng hàn. Với dầm chữ I kích thước lớn, việc áp dụng công nghệ xử lý nhiệt đúng cách là yếu tố quyết định để đảm bảo tính an toàn của công trình kết cấu. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể gây ra co ngót, biến dạng vĩnh viễn và giảm độ cứng của vật liệu. Do đó, hiểu rõ về xử lý nhiệt hàn dầm là cần thiết để các kỹ sư hàn có thể kiểm soát chất lượng công việc hiệu quả.

1.1. Định nghĩa xử lý nhiệt trong quá trình hàn

Xử lý nhiệt là quá trình tác động đến vùng nóng chảy và vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn thông qua kiểm soát nhiệt độ. Với dầm chữ I kích thước lớn, quy trình này nhằm mục đích cân bằng giữa sự bền vững cấu trúc và giảm ứng suất dư. Các phương pháp xử lý nhiệt bao gồm gia nhiệt tiền hàn, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn, và gia nhiệt sau hàn để tái kết tinh vật liệu.

1.2. Tác động của ứng suất và biến dạng hàn

Ứng suất và biến dạng hàn có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng như nứt mỏng, mất độ cứng, và sự mất ổn định của cấu trúc. Công nghệ xử lý nhiệt hiệu quả giúp giảm ứng suất dư từ 30-50% và hạn chế độ võng của dầm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình cầu, nhà xưởng sử dụng dầm chữ I lớn, nơi độ an toàn là ưu tiên hàng đầu.

II. Quy trình xử lý nhiệt trước khi hàn dầm chữ I

Xử lý nhiệt trước khi hàn là bước chuẩn bị vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn. Quá trình này bao gồm gia nhiệt các vùng sắp được hàn để làm mềm vật liệu, giảm sự tập trung ứng suất và cải thiện khả năng ductility (tính dẻo). Đối với dầm chữ I kích thước lớn, nhiệt độ gia nhiệt tiền hàn thường được duy trì ở khoảng 150-250°C tùy thuộc vào loại thép. Quy trình này giúp giảm độ cứng địa phương trong vùng sắp hàn, từ đó hạn chế nguy cơ nứt vì nhiệt độ quá cao trong quá trình hàn. Công nghệ xử lý nhiệt trước hàn cũng giúp tăng tính dẫn nhiệt và giảm độ nhớt của kim loại nóng chảy.

2.1. Mục đích của gia nhiệt tiền hàn

Mục đích chính của gia nhiệt tiền hàn dầm chữ I là chuẩn bị cấu trúc vi mô của vật liệu, giảm sự tập trung ứng suất và cải thiện tính chất cơ lý. Quy trình này giúp loại bỏ độ ẩm và các khí hóa trong kim loại, tăng tính dẻo và giảm nguy cơ nứt lạnh. Gia nhiệt tiền hàn cũng tăng độ dẫn nhiệt, giúp quá trình hàn diễn ra mều mịn và kiểm soát dễ dàng hơn.

2.2. Phương pháp và nhiệt độ gia nhiệt

Phương pháp gia nhiệt tiền hàn thường sử dụng lò hơi hoặc đèn khí để tăng nhiệt độ vùng hàn. Đối với thép trong dầm chữ I, nhiệt độ tiền hàn thường nằm trong khoảng 150-250°C, được duy trì trong 30-60 phút tùy kích thước dầm. Cần kiểm soát tốc độ gia nhiệt không vượt quá 100°C/phút để tránh gây sốc nhiệt và nứt vật liệu.

III. Kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn dầm chữ I

Kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn là bước crucial để đảm bảo chất lượng dầm chữ I kích thước lớn. Trong quá trình hàn, nhiệt độ tối đa giữa các lớp (Interpass Temperature) cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh quá nung hoặc quá nhanh nguội. Với dầm chữ I, nhiệt độ tối đa giữa các lớp thường giới hạn ở 200-250°C để duy trì cấu trúc vi mô thích hợp. Công nghệ xử lý nhiệt trong hàn này giúp cân bằng giữa tốc độ hàn và chất lượng mối hàn, giảm ứng suất dư và biến dạng. Ngoài ra, việc sử dụng các cảm biến nhiệt độ như cây đo nhiệt hồng ngoại hay cây chỉ nhiệt độ giúp theo dõi và điều chỉnh quá trình hàn một cách chính xác.

3.1. Xác định nhiệt độ lớn nhất giữa các lớp hàn

Nhiệt độ lớn nhất giữa các lớp hàn (Maximum Interpass Temperature) được xác định dựa trên thành phần hóa học của thép và đặc tính cơ lý mong muốn. Với thép trong dầm chữ I GB3WS, nhiệt độ tối đa thường không vượt quá 250°C. Nếu nhiệt độ quá cao, vật liệu có thể bị quá nung, mất độ cứng. Nếu quá thấp, quá trình hàn sẽ khó khăn, gây ra mối hàn có chất lượng kém.

3.2. Phương pháp kiểm soát và đo lường nhiệt độ

Kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn dầm chữ I sử dụng nhiều phương pháp như cây đo nhiệt hồng ngoại, cây chỉ nhiệt độ hoặc camera nhiệt. Cần kiểm tra nhiệt độ sau mỗi lớp hàn hoàn tất. Ngoài ra, điều chỉnh tốc độ hàn, dòng điện và hạ tầng làm mát giúp duy trì nhiệt độ trong phạm vi cho phép, đảm bảo chất lượng xử lý nhiệt tối ưu.

IV. Xử lý nhiệt sau khi hàn dầm chữ I kích thước lớn

Xử lý nhiệt sau hàn là bước cuối cùng trong công nghệ xử lý nhiệt dầm chữ I, nhằm mục đích loại bỏ ứng suất dư, cải thiện độ cứng và tính chất cơ lý. Quá trình này thường bao gồm gia nhiệt toàn bộ dầm đến nhiệt độ 600-650°C, giữ ở mức này trong thời gian nhất định, sau đó làm mát từ từ. Công nghệ xử lý nhiệt sau hàn giúp tái kết tinh cấu trúc vật liệu, giảm ứng suất dư từ 80-90% so với ứng suất ban đầu. Điều này đặc biệt quan trọng cho các dầm chữ I kích thước lớn trong các công trình cầu cần độ an toàn cao. Tuy nhiên, quá trình này cần được thực hiện cẩn thận để tránh gây biến dạng thêm hoặc quá nung vật liệu.

4.1. Mục đích của gia nhiệt sau hàn

Mục đích chính của gia nhiệt sau hàn là loại bỏ ứng suất dư tích tụ trong vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Quá trình này giúp tái kết tinh cấu trúc vi mô, cải thiện tính dẻo và giảm độ cứng không mong muốn. Đối với dầm chữ I, gia nhiệt sau hàn cũng giúp cân bằng các tính chất cơ lý giữa các vùng khác nhau, từ đó tăng độ tin cậy và tuổi thọ của cấu trúc.

4.2. Quy trình và điều kiện gia nhiệt sau hàn

Quy trình gia nhiệt sau hàn dầm chữ I thường thực hiện ở nhiệt độ 600-650°C trong 1-2 giờ tùy kích thước, sau đó làm mát với tốc độ không quá 150°C/giờ. Điều kiện này tránh gây nứt vì sốc nhiệt và giữ cấu trúc vật liệu ổn định. Công nghệ này giúp giảm ứng suất dư đáng kể, cải thiện độ bền mỏi và khả năng chống nứt của dầm chữ I kích thước lớn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG IT KHAO SAT VE CONG NGHE CHE TAO DAM CHÍNH NHẬT TÂN 21 Gidi thigu dụng về câu Nhật Tân.2 Cấu tạo dâm cầu Nhật Tân.1 Thành phản hóa học của các loại thép trong đảm GB3WS.2 Cơ tính của các loại thép trong dâm GB3WS.3 Các mác thép tương đương.4 Quy trim hản,.4 Vật liệu hàn dầm - 28 „31 32 Dé Vinh Quang, 3 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí Đanh mục các hình vẽ, dễ thị Hình 1. 1: Các loại đâm hình.2: Các loại dam 16 hop (dim hàn — đâm dinh tin). si HkreiireirrirerarrrrrreroeLE Hinh 1.4: Dam cau thép - - 14 Linh 1.5: Dam 1 kích thước lớn.6: Dam hàn cho kết câu cầu thép - - 17 Hình 1.7: Sơ để quy trình chế tạo kết cấu dầm chữ L.8: Cần phẳng phôi 20 Linh 1.9: Máy cắt giản song 3Ong.

cọ Hang ererirerirei 21 Hình 2.1: Mô hình cầu Nhật Tân kiểu đây văng, đẻ quạt 24 Hình 2.2: Kết cầu đâm chính cầu Nhật Tân.3: Kết cầu đầm ngang cầu Nhật Tân 25 linh 2.4: Vật liệu hản sứ dụng cho dâm chính (phía bên trong).5: Vật liệu hàn sử đụng cho đâm chính (phía bên ngoài) 30 Hình 2.8: Máy hàn QLC XD500. tt HH HH0 eerreeeroei 34 Tình 2.9: Dau han Handy Carriage T-D .10: Thứ tự hàn dâm chính Nhật Tân. ào eeeee 37 Tình 2.11: Hàn dâm chính sử dụng dau han Handy Carriage I-D - -. Dạng liên kết hàn cứa môi hàn giữa bán bụng với bản cánh trên.

Dạng liền kết hản cửa mối hàn giữa bản bụng với bản cảnh dưới.1: Goc bién dạng của tắm cảnh khi hàn liên kết chữ T.2: So d6 ving img suat tac động do cặp mối han gay ra - 45 llinh 3.3: Sơ đỗ vúng ứng suất tác động do cặp môi han gây ra.4: Biểu đỗ ứng suất khi hàn liên kết chữ T _.5 : Các phuong an han dầm chữ L. Dé Vinh Quang, 8 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí DAD Thiế bihản. Nghiên cửu công nghệ hản đảm chính cầu Nhật Tâu - 36 25 Kết luận - 42 CHUGONG TT.

UNG SUAT, BIEN DANG CUA DAM CHÍNH CẤU NHẬT TÂN VÀ CÁC HIẾN PLLAP LIAN CLE.1 Ứng suất và biển đạng của dầm chính câu Nhật Tan 43 3.1 Ủng suất và biến dạng do co ngang gây ra. Xác định tiết điện vùng ứng suất tác động của bản cảnh trên đo cắp môi hận góc gây ra. Xác định tiết điện vùng tng suất tác đông của bản cánh đưới đo 1 mỗi hàn. Ứng suất và biến dạng do co đọc gây Ta.

occc con chonre 30 3.5 Tỉnhtoán độ võng đư của các phương án hàn nỗi cánh với bụng 52 3.6 Các biện pháp hạn chế ứng suất vả biển dạng hản cho đầm chỉnh câu Nhật Tâm 65 3.7 Biện pháp kếtcáu.6 _ Biên pháp cổng nghệ.9 Biện pháp công nghệ sau Khi ban a. ceeccseeecsceeseeeee teerseeseeseeeee OD 32 Kết luận. 70 CHƯƠNG IV. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NHIỆT KHI HÀN DÂM CHÍNH CÂU NHẬT TAN .1 Công nghệ xứ lý nuệt trước khi hàn c1 41.1 Mục đích 71 41/2 Phurong phap.

ccc ssssnsssstenienisesnessesstntansieenanesiansinenscasoneensen PA 4. Xác định nhiệt độ màng nóng sơ 66. ce eescseeeeesceessseeeenteeemseeeeeeseae PZ 4.4 — Công nghệ xử lý nhiệt trước khi hàn 73 4.2 Công nghệ xử lý nhiệt trong khi hàn - - 71 4. Xác định nhiệt dộ lớn nhất giữa các lớp hàn (rnaxirnaim inicrpass 'Temperature).2 Kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn - 78 Dé Vinh Quang, 4 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội.

"Viên Cơ khí Danh mục các bắng Bang 1.1: Bán kinh cong và dộ võng yêu cảu khi nắn và uốn các chỉ tiết thép.1: Thành phân hóa học của thép Bảng 2 2: Cơ tính của thép,.3: Các mác thép tương đương, Bảng 2.4: Sơ bộ quy trinh hán áp dụng cho hản đầm chỉnh cầu Nhật Tân.5: Vat liệu hàn theo khuyến cáo của nhà thâu chính Bảng 2.6: Vật liệu hàn thực tế.7: Bang thang sé ofa may hàn OTC XD500 Bang 2.8: Bang thông số của đầu hản llandy Carriage Í-D.1 : Bảng so sánh độ võng trường hop han lin lượt từng mỗi hàn.2 : Báng so sánh độ võng trường hợp hán đồng thời từng cập mỗi hàn, Bang 4.1: Nhiệt độ nứng nóng sơ bộ và nhiệt độ tôi thiểu giữa các lớp han Bang 4.2: Thông số của sứng đo nhiệt độ HR-HL. con nen Bang 4.3: Băng so sánh nắn bằng ngọn lửa với Inductor Bang 4.4: Nhiệt độ tối đa cho nắn dạng dâm chỉnh cẳu Nhật Tần.5: Ban ¢ kich cd bép héa công của Viclor Professional Bang 4.6: Chuyén vi mép ban cánh trên sau khi hỏa công (đo tại 03 điểm).7: Chuyển vị mép bản cảnh đưới san khi hồa công (đo Lại 03 điểm) Bang 4.8: Dung sai cho phép trong chế tạo dâm chỉnh cầu Nhật 'Tân [6]. Dé Vinh Quang, Lớp: HBCNH - Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí Đanh mục các hình vẽ, dễ thị Hình 1.

1: Các loại đâm hình.2: Các loại dam 16 hop (dim hàn — đâm dinh tin). si HkreiireirrirerarrrrrreroeLE Hinh 1.4: Dam cau thép - - 14 Linh 1.5: Dam 1 kích thước lớn.6: Dam hàn cho kết câu cầu thép - - 17 Hình 1.7: Sơ để quy trình chế tạo kết cấu dầm chữ L.8: Cần phẳng phôi 20 Linh 1.9: Máy cắt giản song 3Ong. cọ Hang ererirerirei 21 Hình 2.1: Mô hình cầu Nhật Tân kiểu đây văng, đẻ quạt 24 Hình 2.2: Kết cầu đâm chính cầu Nhật Tân.3: Kết cầu đầm ngang cầu Nhật Tân 25 linh 2.4: Vật liệu hản sứ dụng cho dâm chính (phía bên trong).5: Vật liệu hàn sử đụng cho đâm chính (phía bên ngoài) 30 Hình 2.8: Máy hàn QLC XD500. tt HH HH0 eerreeeroei 34 Tình 2.9: Dau han Handy Carriage T-D .10: Thứ tự hàn dâm chính Nhật Tân.

ào eeeee 37 Tình 2.11: Hàn dâm chính sử dụng dau han Handy Carriage I-D - -. Dạng liên kết hàn cứa môi hàn giữa bán bụng với bản cánh trên. Dạng liền kết hản cửa mối hàn giữa bản bụng với bản cảnh dưới.1: Goc bién dạng của tắm cảnh khi hàn liên kết chữ T.2: So d6 ving img suat tac động do cặp mối han gay ra - 45 llinh 3.3: Sơ đỗ vúng ứng suất tác động do cặp môi han gây ra.4: Biểu đỗ ứng suất khi hàn liên kết chữ T _.5 : Các phuong an han dầm chữ L. Dé Vinh Quang, 8 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội.

"Viên Cơ khí Đanh mục các hình vẽ, dễ thị Hình 1. 1: Các loại đâm hình.2: Các loại dam 16 hop (dim hàn — đâm dinh tin). si HkreiireirrirerarrrrrreroeLE Hinh 1.4: Dam cau thép - - 14 Linh 1.5: Dam 1 kích thước lớn.6: Dam hàn cho kết câu cầu thép - - 17 Hình 1.7: Sơ để quy trình chế tạo kết cấu dầm chữ L.8: Cần phẳng phôi 20 Linh 1.9: Máy cắt giản song 3Ong. cọ Hang ererirerirei 21 Hình 2.1: Mô hình cầu Nhật Tân kiểu đây văng, đẻ quạt 24 Hình 2.2: Kết cầu đâm chính cầu Nhật Tân.3: Kết cầu đầm ngang cầu Nhật Tân 25 linh 2.4: Vật liệu hản sứ dụng cho dâm chính (phía bên trong).5: Vật liệu hàn sử đụng cho đâm chính (phía bên ngoài) 30 Hình 2.8: Máy hàn QLC XD500.

tt HH HH0 eerreeeroei 34 Tình 2.9: Dau han Handy Carriage T-D .10: Thứ tự hàn dâm chính Nhật Tân. ào eeeee 37 Tình 2.11: Hàn dâm chính sử dụng dau han Handy Carriage I-D - -. Dạng liên kết hàn cứa môi hàn giữa bán bụng với bản cánh trên. Dạng liền kết hản cửa mối hàn giữa bản bụng với bản cảnh dưới.1: Goc bién dạng của tắm cảnh khi hàn liên kết chữ T.2: So d6 ving img suat tac động do cặp mối han gay ra - 45 llinh 3.3: Sơ đỗ vúng ứng suất tác động do cặp môi han gây ra.4: Biểu đỗ ứng suất khi hàn liên kết chữ T _.5 : Các phuong an han dầm chữ L.

Dé Vinh Quang, 8 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí Danh muc các ký hiệu, các chữ viết tất Ký hiệu Đơn vị Nội Dung ' mm Chiên đây Tụ mm Diện thích đấp a mm Đường kinh đây han M Hệ số ngẫu 3 Atm Mật đô đông điện. a Calo/em Năng lượng đường, " Hệ số hữu ích ki hàm hỗ quang ỗ, mm Chiếu đầy bản cánh: & mm Chiu day bin bung ¥ mm Cạnh môi han góc. bạ mun Vũng ứng suất lác động, t8 cm.

Tổng chiên dày truyền nhiệt or Ứng suất kéo toàn phầnở vùng ứng suất tác động, a mm Độ võng. E MPa, Médun dan hồi vật liệu Ce Thanh phan Cacbon tương đương, Cr Đương lượng Cabon toàn phân. Te "Œ Nhiệt độ trung nóng sơ bộ HB Độ cứng vật liệu g MPa DO ben cha val liệu. ak % Độ pian đài tương đổi TCAW Flux core arc welđing : Hàn hỗ quang đây lõi thuốc Th A Cường độ đông điện hàn Us M Điện áp hàn.

Vụ Trun/ph Tắc độ hàn. Dé Vinh Quang 6 Lớp : LIBCNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí 43 Xứ lý nhiệt sau khi bàn. Nghiên cứu công nghệ nắn nhiệt 79 4.3 Xử lý biển đạng dư giữa bụng và bản cảnh sau khi han.4 Quy trình xử lý nhiệt cho đảm chính cầu Nhật Lân.1 Kiến thức cơ bản về hỗa công.3 Kỹ thuậtnẩn đảm GB3WS.

Kiểm tra kích thước sau hỏa công đầm GI33WS.KRT LUAN VÀ KIÊN NGHỊ 98 TÀI LIƒU THAM KHẢO. Phụ luc 1: Bản vẽ dầm GB3W "Phụ lục 2: Bản vẽ đỗ gá bản. Thự lục 3: Quy trình chế tạo Phụ lục 4: Quy trinh hán. The H HH Hư Hi ng re gưe.

Thụ lục 5: Mỏ hỏa công HD310C. - - 113 Dé Vinh Quang, 5 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí MỤC LỰC Trang TRANG PHU BIA.ỤG - - - - 3 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tỐt. 6 Danh mục các bâng - - - 7 Danh mmục các hình vẽ, đồ thị.

- - 10 CHUONGL TÔNG QUAN VỀ DẪM.2 Đặc điểm và phân loại.3 Sơ lược về dâm hàn và ứng dụng của đầm hàn trong kết cầu thép 14 1⁄4 Câu tạo của đầm chữL.5 Quy trình chế tạo dâm hàn chữl.6 Mục đích, ý nghĩa cửa việc giảm ứng suấtvà biển dạng hàn. 21 CHƯƠNG IT KHAO SAT VE CONG NGHE CHE TAO DAM CHÍNH NHẬT TÂN 21 Gidi thigu dụng về câu Nhật Tân.2 Cấu tạo dâm cầu Nhật Tân.1 Thành phản hóa học của các loại thép trong đảm GB3WS.2 Cơ tính của các loại thép trong dâm GB3WS.3 Các mác thép tương đương.4 Quy trim hản,.4 Vật liệu hàn dầm - 28 „31 32 Dé Vinh Quang, 3 Lớp : HBƠNH Viện SĐH- Đại học Bách Khoa Hà Nội. "Viên Cơ khí Danh mục các bắng Bang 1.1: Bán kinh cong và dộ võng yêu cảu khi nắn và uốn các chỉ tiết thép.1: Thành phân hóa học của thép Bảng 2 2: Cơ tính của thép,.