CHƯƠNG 1. KIỂM TRA MỐI HÀN BẰNG THỬ NGHIỆM CƠ KHÍ I. Mục tiêu: - Giải thích được khái niệm của phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp phá hủy. - Nêu được nguyên lý hoạt động, trình tự vận hành, phạm vi ứng dụng của các loại thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp phá hủy.
- Tính toán được độ cứng theo các phương pháp như: Brinell, Vicker và Rokwell. - Sử dụng thành thạo các dụng cụ, thiết bị khiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp phá hủy. - Viết báo cáo kiểm tra chính xác, đầy đủ; kết luận được tính khả dụng của mối hàn. - Đảm bảo an toàn cho con người và trang thiết bị.
Nội dung chính: 2. Thiết bị thử kéo và kỹ thuật thử kéo Hình 1.1 Máy thử kéo nén dùng tenzo cầu điện trở điều khiển bằng máy tính - Máy thử kéo nén gồm hệ thống thủy lực, điều khiển xi lanh 2 chiều để tạo ra lực kéo hoặc nén. - Mẫu thử được kẹp hai đầu lên hai cặp má kẹp nhờ hệ thống thủy lực, hoặc bộ phận chày và cối uốn 6 - Bộ phận ghi nhận kết quả là các tenzo cầu điện trở được dán chéo 45 độ trên cần chịu lực. - Kết quả được ghi nhận và truyền về bộ sử lý digital có kết nối với máy tính để đọc và kết xuất số liệu.
Kích thước mẫu thử - Để thử các phần của liên kết hàn và kim loại nóng chảy, người ta xác định độ bền phần yếu nhất của mẫu hàn giáp mối và hàn chồng. Khi thử, kéo mẫu kiểm với lực tăng dần cho đến khi đứt.2 Mẫu hàn giáp mối: a) loại bình thường; b- loại có vấu Kích thước mẫu (mmm) Chiều dày kim loại cơ bản a (mm) Chiều rộng làm Chiều rộng Chiều dài làm Chiều dài việc b vấu kẹp b1 • 1 việc l tổng L đến 6 15 ±0,5 25 50 6 - 10 20 ±0,5 30 60 10 - 25 25 ±0,5 35 100 L + 2h 25 - 50 30 ±0,5 40 160 50 - 70 35 ±0,5 45 200 Bảng 1.1 Kích thước của mẫu thử tiêu chuẩn Ghi chú: Chiều dài phần vấu kẹp phụ thuộc vào loại máy thử Khi thử kéo cần xác định các thông số sau: ❖ Giới hạn chảy ơch (MPa) ❖ Độ bền ơb = P/F trong đó: P- tải trọng lớn nhất khi đứt mẫu (N) F- tiết diện ngang của mẫu (mm2) 7 ❖ Độ giãn dài tương đối khi đứt ổ =(l1-lo)/lo*100% trong đó: lo lj - chiều dài mẫu ban đầu và sau khi đứt ❖ Độ co thắt tương đối khi đứt y/ =(Fo-F1)/Fo*100°A trong đó: F1- tiết diện ngang của mẫu khi đứt Trường hợp cần xác định độ bền của mối hàn thì mẫu có dạng như (Hình 1.3 Mẫu xác định độ bền Vì mẫu bị khoét lõm ngay ở mối hàn nên khi kéo sự phá hủy sẽ xảy ra tại mối hàn. Độ bền khi thử tính theo công thức: ơb = k*P/F trong đó k là hệ số, với thép thường lấy k = 0,9 Chiều rộng Chiều dài Chiều rộng Bán kính lượn Chiều dày kim Chiều dài tổng công tác công tác vấu kẹp R loại cơ bản Đến 4,5 15+0,5 40 25 8± 1 4,5 - 10 20±0,5 60 30 15± 1 L= l+2h 10 - 25 25±0,5 80 38 20= 1 Bảng 2.2 Kích thước mẫu 8 2.3 Biểu đồ ứng suất- biến dạng khi thử kéo.4a Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi thử kéo Hình 1.4b Trạng thái của mẫu đối với ứng suất và biến dạng khi thử kéo 9 2. Vị trí lấy mẫu thử kéo Hình 1.5 Hình dạng và vị trí lấy mẫu thử kéo dọc kim loại mối hàn 10 Hình 1.6 Vị trí lấy mẫu thử kéo ngang mối hàn 2.
Tiêu chuẩn chấp nhận - Nếu mẫu kiểm đứt tại tại mối hàn, kết quả đạt yêu cầu, với điều kiện độ bền tính toán ơb không nhỏ hơn độ bền kéo cho phép [ơb] của kim loại cơ bản đó. - Nếu mẫu kiểm tra đứt bên ngoài mối hàn hoặc vùng nóng chảy, độ bền của liên kết hàn này được chấp nhận nếu nó có giá trị lớn hơn hoặc bằng 95% giá trị độ bền kéo cho phép [ơb] của kim loại cơ bản đó. - Báo cáo kết quả: + Loại mẫu kiểm tra, ví dụ mẫu có vấu. + Thông tin về việc có loại bỏ phần nhô của mối hàn đi hay không.
+ Các kích thước của mẫu kiểm tra. + Giá trị độ bền kéo ơb [N/mm2], hoặc [MPa] 11 + Vị trí đứt. + Vị trí của bất kỳ khuyết tật nào nếu có. Trình tự thực hiện Bảng trình tự thực hiện TT Nội dung Hình vẽ minh họa Dụng cụ- Yêu cầu đạt thiết bị được - Bản vẽ - Cắt chi tiết mẫu của mẫu đúng vị trí - Máy cưa quy định ngang - Mẫu - Máy đúng kích phay vạn thước năng 1 Cắt mẫu 12 Máy thử Kẹp kéo mẫu đủ lực kẹp - Kẹp Kẹp mẫu đúng vị 2 thử trí, đảm bảo chắc chắn - Máy tính - Khai báo - Cable đúng kết nối thông số, - Phần tính chất mềm Test vật liệu, Khởi động kích 3 max Computer thước - Khai báo đúng giá trị cần đo - Tỷ lệ biểu đồ 13 - Máy tính - Đảm - Máy thử bảo an kéo toàn - Hướng - Ra lệnh dẫn sử mềm từ 4 Kéo dụng máy máy tính - Form Ghi báo cáo chính xác thử kéo kết quả - Máy in vào Form Đọc ghi và giấy in bao cáo.
5 kết quả - Mẫu báo cáo kết quả 14 15 2. Mục đích - Nhằm mục đích xác định độ toàn vẹn và tính dẻo của mối hàn giáp mối xem có đạt không. Phép thử được tiến hành trên các mẫu phẳng từ liên kết hàn. Khi thử người ta xác định góc uốn a tại thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên ở vùng chịu kéo của mẫu.
Góc uốn đó đặc trưng cho biến dạng dẻo của liên kết a- mối hàn dọc b- mối hàn ngang Hình 1.7 Mẫu thử uốn 2. Các phương pháp thử uốn.8 Các phương pháp thử uốn Hình 1.9 Tình trạng xảy ra ở mẫu sau khi thử uốn 16 Khi cắt mẫu xong cần phải gia công phần nhô của mối hàn bằng mặt với kim loại cơ bản. Phần chịu uốn của mẫu có chiều dài l phải được giũa cạnh thành bán kính bằng 20% chiều dày mẫu nhưng không quá 3 mm. Tùy từng trường hợp mà tiến hành uốn mặt (mẫu uốn lấy sao cho mặt mối hàn chịu kéo khi uốn); uổn đáy (mẫu uốn lấy sao cho đáy mối hàn chịu kéo khi uốn); uốn cạnh (mẫu uốn lấy sao cho mặt bên mối hàn chịu kéo khi uổn); uốn dọc (kéo mặt và đáy mối hàn) Thí nghiệm được thực hiện trên máy nén theo sơ đồ trên.
Chày ép thường có đường kính phần tiếp xúc với mẫu gấp hai lần chiều dày kim loại cơ bản (D=2a).3 Bán kính r của gối lựa chọn theo giá trị sau Để thử được chính xác, tốc độ ép không nên quá lớn (<15 mm/ph). Khi ép đột ngột dễ sinh ra nứt hoặc phá hủy mẫu. Quá trình thử phải quan sát tỉ mỉ. Khi thấy xuất hiện rãnh nứt có chiều dài nhỏ hơn 5 mm, nếu tiếp tục tăng lực mà nó không phát triển thêm thì có thể tiếp tục uốn cho đến khi đạt góc uốn cho trước, hoặc ép kẹp.
Giá trị góc oc khi vết nứt đầu tiên xuất hiện được đo bằng thước chuyên dùng. Chiều dài chịu Chiều dài a Chiều rộng b Chiều dài mẫu L Loại mẫu uốn l (mm) (mm) (mm) (mm) đến 5 a +15 Mối hàn dọc 5 - 50 a +30 2,5D +80 Mối hàn đến 5 1,5a (≥ 10) 2,5D +80 L/3 ngang 5 - 10 20 2,5D +80 10 : 25 30 3D +80 Ghi chú: D - đường kính chày ép (mm).4 Kích thước mẫu để uốn tĩnh. Trường hợp mối hàn ống (dọc hay ngang) - nếu ống có đường kính nhỏ không thể cắt riêng thì chọn mẫu như (Hình.4) 17 Hình 10 Mẫu ống thử uốn Gia công mẫu như trường hợp trên. Mức độ biến dạng dẻo được xác định bằng khoảng cách giữa hai mặt ép như (Hình 1.
Giá trị b đo được khi xuất hiện vết nứt đầu tiên ở mối hàn. Hình 11 Sơ đồ thử uốn Kết quả được chấp nhận với góc uốn tiêu chuẩn là không có nứt, rỗ ở mặt uốn chịu kéo; cũng có thể cho phép nứt ngắn hon 3mm - Đáo cáo kết quả: + Chiều dày và kích thước của mẫu thử. + Đường kính chày uốn. + Be mặt liên kết sau khi uốn (loại và vị trí khuyết tật nếu có).
Trình tự thực hiện Nội Dụng cụ - Yêu cầu đạt TT Hình vẽ minh họa dung thiết bị được Cắt mẫu - Bản vẽ Cắt mẫu đúng chi tiết của vị trí quy định mẫu - Mẫu đúng 1 - Máy cưa kích thước ngang - Máy phay vạn năng 18 2 Gá mẫu - Máy thử - Kẹp mẫu đủ thử kéo lực kẹp - Kẹp đúng vị trí, đảm bảo chắc chắn 3 Khởi - Máy tính - Khai báo đúng động - Cable kết thông số, tính Comput nối chất vật liệu, er kích thước - Phần mềm Test max - Khai báo đúng giá trị cần đo - Tỷ lệ biểu đồ output đủ để xác định kết quả 4 Uốn - Máy tính- Đảm bảo an - Máy thử toàn kéo - Ra lệnh mềm - Hướng từ máy tính dẫn sử dụng máy 5 Đọc ghi - Form báo - Đọc đúng vị kết quả cáo thử kéo trí xảy ra vết - Kính lúp nứt, tình trạng nứt 19 Báo cáo kết quả 20 2. Thử va đập 2. Khái niệm Độ dai va đập (ak) là khả năng vật liệu chịu tải trọng động mà không bị phá huỷ giòn. Các giá trị độ dai va đập được quy định trong nhiều tiêu chuẩn, do nhiều vật liệu có thể bị phá huỷ giòn, kể cả khi độ bền kéo đạt yêu cầu.
Sự phá hủy này là đặc biệt nghiêm trọng khi vật liệu có rãnh hoặc vết khía trên bề mặt chịu tải trọng động. Chính vì thế kỹ su thiết kế muốn chắc chắn là độ dai của thép dùng trong một ứng dụng cụ thể là đủ cao nhằm tránh phá hủy giòn trong vận hành. Do đó các mẫu thử độ dai va đập được thử ở nhiệt độ thiết kế đối vói vật hàn đó. Các điều kiện xuất hiện vết nứt bao gồm ứng suất do biến dạng theo các chiều vuông góc với ứng suất chính, trạng thái và sự tập trung ứng suất.
Các giá trị năng lượng (công phá hủy) xác định từ sự thử độ dai va đập được dùng trong kiểm tra chất lượng vật liệu. So sánh các vật liệu, xác định sự biến thiên độ dai với nhiệt độ từ đó có thể xác định nhiệt độ chuyển tiếp.