CHƯƠNG 1 1.Nội dung: + Về kiến thức: - Nhận biết các loại thép định hình U, I, V., thép tấm, và các loại vật liệu khác như nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo kết cấu hàn. - Giải thích đúng công dụng của từng loại vật liệu khi chế tạo kết cấu hàn. + Về kỹ năng: Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn chính xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao.Phương pháp: - Về kiến thức: được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. - Về kỹ năng: Đánh giá thông qua các bài tập cá nhân và bài tập nhóm.
Người học có thể sử dụng phương pháp thuyết trình hoặc phân tích giải quyết vấn đề trước tập thể lớp. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập. Câu hỏi ôn tập. Câu 1: Trình bày các loại thép định hình ? Câu 2: Trình bày tính hàn của thép, cách xác định tính hàn của thép ? Câu 3: Nêu các vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn như nhôm, hợp kim nhôm; đồng, hợp kim đồng ; thép hợp kim và tính hàn của từng loại vật liệu? 14 CHƯƠNG 2: TÍNH ĐỘ BỀN MỐI HÀN Mã bài: MH 27 - 02 Giới thiệu.
Độ bền mối hàn là một tiêu chí rất quan trọng trong quá trình gia công kết cấu hàn, độ bền mồi hàn đảm bảo nghĩa là kết cấu hàn sẽ thõa mãn điều kiện làm việc với tải trọng được quy định. Vì vậy yêu cầu của công tác thiết kế, kiểm tra, đánh giá độ bền mối hàn là một công việc quan trọng của người thợ hàn ở trình độ cao. - Tính toán được độ bền kéo,nén của mối hàn. - Xác định được kích thước của mối hàn khi biết tải trọng đặt lên kết cấu.
Nội dung chính. Tính toán độ bền kéo nén của mối hàn.Tính toán kết cấu theo ứng suất cho phép. - Khi tính toán theo ứng suất cho phép, điều kiện bền được biểu diễn như sau: σ < [σ] Trong đó: σ - Ứng suất tại tiết diện nguy hiểm nhất của phần tử kết cấu [σ] - Ứng suất cho phép của vật liệu. - Đối với các vật liệu thường dùng( vật liệu có tính dẻo thoả mãn ) [σ] được xác định theo giới hạn chảy σch và hệ số an toàn ( k0 ).[σ] Trong đó φ - hệ số uốn dọc ( φ ≤ 1 ) - Đối với các phần tử chịu uốn: [σ]u = [σ] - Đối với các phần tử chịu cắt: [τ] = ( 0,5 – 0,6 )[σ] - Hệ số an toàn n0 là thông số kinh tế, kỹ thuật quan trọng vì: - Nếu k0 càng cao thì mức độ an toàn càng lớn nhưng [σ] sẽ càng bé, kích thước kết cấu tăng và do vậy giá thành vật liệu, công chế tạo và giá thành chung của sản phẩm tăng.
Ngược lại nếu k0 càng bé thì mức độ an toàn càng giảm và giá thành sản phẩm càng thấp chính vì vậy giá trị của [σ] không thuần tuý chỉ là một chỉ số bền của vật liệu trong những trường hợp khác nhau nó còn phản ánh chất lượng của quá trình tính toán công nghệ chế tạo ra nó.Tính toán kết cấu theo phương pháp trạng thái tới hạn.Khái niệm về trạng thái tới hạn. - Trạng thái tới hạn của kết cấu được hiểu là trạng thái khi mà kết cấu bắt đầu không đáp ứng được yêu cầu sử dụng nữa, tức là không còn khả năng chống lại tác dụng của tải trọng hoặc đã xuất hiện những hỏng hóc cục bộ hoặc đã có những biến dạng vượt quá mức cho phép. - Theo đó có thể phân biệt 3 trạng thái tới hạn như: + Trạng thái tới hạn thứ nhất: Được xác định bằng khả năng chịu lực của phần tử kết cấu: độ bền tĩnh, độ bền mỏi, độ ổn định. 15 + Trạng thái tới hạn thứ hai: Được đặc trưng bằng sự phát triển các loại biến dạng lớn: độ võng cực đại của dầm khi uốn,.
+ Trạng thái tới hạn thứ ba: Được đặc trưng bằng những hỏng hóc cục bộ không cho phép, độ hở hay kích thước các vết nứt,.Điều kiện bền. - Khi tính toán kết cấu theo trạng thái tới hạn điều kiện bền được biểu diễn như sau: N m.R F Trong đó: N - tải trọng tính toán (tải trọng N có trị số bằng tải trọng định mức nhân với hệ số quá tải n : N = n.Nđ ) hệ số quá tải n: Đối với từng loại tải trọng tác dụng lên kết cấu, người ta quy định một hệ số quá tải tương ứng: + Tự trọng: - Nhà công nghiệp, bồn bình chứa khí: n = 1,1 - Cầu thép: n = 1,25 + Áp lực thuỷ tĩnh: n = 1,1 + Tải trọng gió: n = 1,2 - F: đặc trưng hình học của tiết diện ( diện tích,. Mômem chống uốn,.) - m: Hệ số điều kiện làm việc: + Đối với phần lớn kết cấu: m = 1 + Đối với kết cấu loại trụ cột: m = 0,9 + Đối với các loại bể chứa, bồn, bình: m = 0,8 - R: Độ bền tính toán của vật liệu. Ứng suất cho phép và độ bền tính toán của một số loại vật liệu.
Trạng thái Ký hiệu Mác vật liệu ( MPA ) chịu lực CT38 15CrSiNi AlMn6 Kéo , nén, [σ] 160 225 140 uốn Cắt [τ] 96 135 84 Trạng thái Ký hiệu Mác vật liệu ( MPA ) chịu lực C3823 C44/29 C46/33 C52/40 C60/45 Kéo, nén, R 210 260 290 340 380 uốn Cắt Rc 130 150 170 200 230 1.Mối hàn và tính toán độ bền của chúng. Khi thiết kế các mối hàn trong kết cấu kim loại ta có hai phương pháp xác định ứng suất cho phép: - Phương pháp thứ nhất: Ứng suất cho phép trong mối hàn lấy bằng trị số cho sẵn dựa theo độ bền tính toán của mối hàn. - Phương pháp thứ hai: Ứng suất cho phép của mối hàn xác định theo một tỷ lệ với ứng suất cho phép của kim loại cơ bản. Theo đó các liên kết hàn được chia làm 2 nhóm: 16 + Nhóm thứ nhất: gồm các liên kết hàn thực hiện bằng các phương pháp hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc hay trong mối trường khí bảo vệ cũng như hàn hồ quang tay bằng que hàn chất lượng cao.
+ Nhóm thứ hai: gồm các liên kết hàn hồ quang tay bằng que hàn chất lượng thường. Căn cứ vào liên kết thuộc nhóm nào trong kỹ thuật người ta quy định ứng suất cho phép của nó theo một tỉ lệ nhất định so với ứng suất cho phép của vật liệu cơ bản. Ứng suất cho phép của liên kết hàn. Nhóm liên kết Ứng suất cho phép của liên kết hàn Kéo Nén Cắt Nhóm 1 [σ’] = [σ] [σ] 0,65.Mối hàn giáp mối 2.
Mối hàn giáp mối chịu kéo, nén. - Mối hàn giáp mối là loại mối hàn được ứng dụng rất nhiều trong kết cấu hàn, do mối hàn có nhiều ưu điểm như: tốn ít kim loại cơ bản, ít ứng suất tập trung, công nghệ thực hiện dễ dàng hơn. - Do mối hàn chịu kéo và chịu nén thì độ bền giống nhau nên ta chỉ cần tính toán, kiểm tra điều kiện bền cho trường hợp chịu kéo là đủ. - Để kiểm tra điều kiện bền kéo ta xét một mối ghép hàn giáp mối như sau: Hình 2.
Mối hàn giáp mối chịu kéo - Ta có chiều rộng của tấm nối là B cũng chính là chiều dài cần hàn, chiều dày của chi tiết hàn là S, lực kéo là N. Như vậy theo lý thuyết bền ta có: - Để mối ghép hàn đảm bảo độ bền thì biểu thức sau phải được thõa mãn: Ϭmax : là ứng suất sinh ra khi kết cấu chịu lực tác dụng. Fh là diện tích mặt cắt của mối hàn, nó được xác định như sau : Fh =BxS Như vậy ta có: 17 Từ công thức trên ta suy ra các bài toán cơ bản sau: - Bài toán 1: Kiểm tra điều kiện bền kéo theo cường độ, ta dùng công thức trên - Bài toán 2: Xác định tải trọng, lúc này ta dùng công thức: - Bài toán 3: Tính toán các kích thước mối hàn theo công thức sau: N . k S (2–5) B - Trong trường hợp nếu kích thước của kết cấu không thay đổi, nhưng muốn tăng khả năng chịu tải trọng của kết cấu thì chúng ta thiết kế các mối hàn xiên như hình vẽ sau với: Hình 2. Mối hàn giáp mối xiên chịu kéo Trong đó : - N: là lực tác dụng.
- B: là chiều rộng tấm nối. - α: là góc vát nghiêng của các chi tiết hàn. Như vậy điều kiện bền của mối hàn lúc này sẽ là: Mà α là góc luôn nhỏ hơn 900 nên ứng suất tác dụng lúc này bị giảm xuống, do vậy mà điều kiện bền tăng lên.Mối hàn giáp mối chịu uốn. Mối hàn giáp mối chịu uốn Điều kiện bền được xác định như sau: Trong đó: - σ là ứng suất sinh ra do uốn - M là mô men uốn: - W là mô men chống uốn được xác định như sau: - Thay vào biểu thức tính độ bền ta có: 2.Mối hàn giáp mối chịu mômen uốn M và lực kéo F: 6. 2 Đặc điểm: Các chi tiết nằm cùng một mặt phẳng nên điều kiện truyền lực tốt hệ số tập trung ứng suất bé, cấu tạo đơn giản và ít chi phí vật liệu: Hình 2.
Mối hàn giáp mối chịu uốn, kéo đồng thời. Ứng lực cho phép ( lực kéo lớn nhất mà liên kết hàn có thể chịu được) tác dụng lên liên kết hàn giáp mối sẽ là: - Khi kéo: Fmax = [σ’]k .h - Khi nén: Fmax = [σ’]n .W Trong đó: 19 L – là chiều dài tính toán của mối hàn. + Lấy bằng chiều dài của liên kết hàn khi phần đầu và cuối mối hàn được điền đầy hoàn toàn.δ ( b là chiều dài liên kết hàn ) khi bỏ qua phần đầu và cuối của mối hàn. * h – là chiều dày tính toán.
+ h = δ nếu mối hàn ngấu hoàn toàn + h = δ1 ( δ1 là độ ngấu của mối hàn ) nếu mối hàn không ngấu hoàn toàn * W – là Mômen chống uốn của tiết diện ngang.Tính toán mối hàn góc.Mối hàn góc chịu kéo, nén. - Khi kiểm tra độ bền cho mối hàn góc ta thực hiện quá trình kiểm tra mối hàn theo các dạng sau 3.Tính mối hàn góc đối xứng ngang. Mối hàn góc đối xứng ngang. xét mối hàn ngang chịu lực như hình vẽ ta có biểu thức xác định độ bền như sau: Trong đó: N là lực tác dụng h là chiều cao của mối hàn B là chiều dài đường hàn.
Do chiều cao mối hàn : h = k.