Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: nghiên cứu công nghệ hàn tig tấm mỏng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu công nghệ hàn tig tấm mỏng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Siêu Mạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Văn Hạnh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Hàn TIG Tấm Mỏng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và nguyên lý công nghệ hàn TIG tấm mỏng

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là phương pháp hàn hỗ quang diện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, đặc biệt hiệu quả cho tấm mỏng. Công nghệ này sử dụng cực vôlfram không nóng chảy để tạo ra cung điện ổn định, với khí bảo vệ (thường là Argon hoặc Helium) bao quanh vùng hàn. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc tạo nhiệt độ cao (khoảng 3000°C) để nóng chảy vật liệu cần hàn mà không làm hỏng cơ tính của tấm. Phương pháp này đạt chất lượng cao, giảm biến dạng và cho phép điều khiển chính xác quá trình hàn, phù hợp với vật liệu như SUS 304 và các hợp kim khác.

1.1. Định nghĩa công nghệ hàn TIG

Hàn TIG là kỹ thuật hàn cung điện sử dụng cực vôlfram không nóng chảy, tạo cung điện ổn định trong môi trường khí bảo vệ inert. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác nhiệt độ và dòng điện, tạo ra các mối hàn chất lượng cao với biến dạng nhỏ.

1.2. Ứng dụng với tấm mỏng

Với tấm mỏng, hàn TIG tỏ ưu thế vượt trội: không cần kim tiêm hàn (có thể), giảm biến dạng nhiệt, độ thẫm nhập vừa phải, phù hợp với vật liệu Inox SUS 304. Kỹ thuật này đảm bảo mối hàn đẹp, độ bền cao và không có khuyết tật hàn.

II. Các thông số kỹ thuật chính trong quá trình hàn TIG tấm mỏng

Để thực hiện hàn TIG tấm mỏng hiệu quả, cần kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật. Cường độ dòng điện hàn (I) thường từ 50-200A tùy độ dày tấm. Điện áp hàn (U) được duy trì ở 10-30V để đảm bảo cung điện ổn định. Tốc độ hàn (v) ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn và biến dạng. Lưu lượng khí bảo vệ (thường Argon) từ 10-20 L/phút bảo vệ vùng hàn khỏi oxy hóa. Khoảng cách cực từ 2-3mm đối với tấm mỏng. Việc tối ưu hóa các thông số này đảm bảo hiệu suất cao và chi phí hợp lý.

2.1. Dòng điện và điện áp hàn

Dòng điện I quyết định năng lượng cung điện: tấm mỏng cần dòng điện thấp (50-120A) để tránh xuyên tấm. Điện áp U 15-20V giữ cung điện ổn định và hình dạng mối hàn đẹp. Sự cân bằng I-U là chìa khóa để đạt chất lượng tối ưu và độ thẫm nhập phù hợp.

2.2. Tốc độ hàn và khí bảo vệ

Tốc độ hàn (v) 200-400 mm/phút phù hợp với tấm mỏng, giảm tỏa nhiệt và biến dạng. Khí Argon (Ar) là lựa chọn phổ biến với lưu lượng 12-15 L/phút bảo vệ vùng hàn tối ưu. Tỷ lệ Ar/He có thể điều chỉnh để tăng năng lượng hàn nếu cần.

III. Đặc tính vật liệu Inox SUS 304 trong quá trình hàn TIG

Inox SUS 304 là vật liệu thường được sử dụng cho hàn TIG tấm mỏng do tính chất vật lý và cơ học tốt. Vật liệu này có độ dẫn nhiệt thấp (16 N/mm·K) so với thép carbon, dẫn đến tập trung nhiệt cao và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) lớn. Chiều dày tấm SUS 304 ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố nhiệt độ và biến dạng. Theo tiêu chuẩn JIS, SUS 304 có cơ tính: độ bền kéo ~520 MPa, độ giãn dài ~40%, độ cứng ~217 HV. Hệ số giãn nở nhiệt khoảng 15-16×10⁻⁶/°C làm tăng biến dạng nhiệt khi hàn. Để hạn chế biến dạng và khuyết tật, cần kiểm soát chính xác nhiệt độ và quá trình tỏa nhiệt.

3.1. Tính chất vật lý của SUS 304

SUS 304 có độ dẫn nhiệt ~16 N/(mm·K), khối lượng riêng ~8000 kg/m³, hệ số giãn nở nhiệt ~15.9×10⁻⁶/°C. Những tính chất này tạo nên khó khăn trong hàn: tập trung nhiệt, HAZ rộng, biến dạng lớn. Cần chiến lược tỏa nhiệt phù hợp để kiểm soát.

3.2. Cơ tính và khuyết tật hàn trên SUS 304

Cơ tính ban đầu: độ bền kéo 520 MPa, độ giãn dài 40%. Khi hàn, vùng HAZ bị yếu đi, độ bền giảm. Khuyết tật phổ biến: nứt nóng, sự co rút, oxy hóa. Kiểm soát thông số và khí bảo vệ là essential để đạt chất lượng cao.

IV. Phương pháp nghiên cứu và tối ưu hóa công nghệ hàn TIG tấm mỏng

Nghiên cứu công nghệ hàn TIG tấm mỏng yêu cầu tiếp cận đa chiều: mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích phân bố nhiệt độ và ứng suất trong quá trình hàn; thí nghiệm hàn giáp mối trên tấm SUS 304 với các chế độ khác nhau để đánh giá chất lượng mối hàn; đo đạc thông số: độ thẫm nhập, chiều rộng mối hàn, biến dạng; **phân tích vùng HAZ bằng kính hiển vi để quan sát cấu trúc tổ chức kim loại. Máy hàn Master TIG/AC/DC 2500 được sử dụng với dải dòng điện rộng, điều khiển số, độ ổn định cao. Mục tiêu là xác định vùng thông số tối ưu giúp đạt chất lượng cao, biến dạng nhỏ và chi phí hiệu quả.

4.1. Phương pháp mô phỏng và thí nghiệm

Mô phỏng FEM tính toán trường nhiệt độ, ứng suất dùng ma trận độ cứng, ma trận dẫn nhiệt để dự báo biến dạng. Thí nghiệm hàn: hàn giáp mối không chi trên tấm 1mm SUS 304 với thông số đã xác định, đánh giá chất lượng mối hàn, độ thẫm nhập.

4.2. Đánh giá kết quả và kiến nghị tối ưu

So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thí nghiệm xác minh độ chính xác mô hình. Phân tích vùng HAZ dưới kính hiển vi quan sát cấu trúc tổ chức, khuyết tật. Từ đó đề xuất vùng thông số tối ưu cho hàn TIG tấm mỏng Inox SUS 304 đạt chất lượng cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương I - ce BO CHƯƠNG 2: NGHIÊN CÚU ỨNG SUÁT VÀ BIẾN DANG KUL vAT LAU THEP KHONG Gi AUSTENITE TAM MONG. Đặc điểm khi hàn và tính hàn của thép không gi Austenite. Nữt nóng mỗi hồn và vùng ânh luưởng nhiệt 232 2. Gién kim loai méi hàn tháp chịu nhiệt và thập bản nhiệt ở nhiệt độ cao.

Suy giảm cơ tinh thép khdng gi Austenite do ha số giãn mẻ niưệt lên 34 2. Hiện hương phá búy liên kết hàn thép Austenite do dn mon tinh giới 2. Hiện tượng phá hày liên kết hàn thép Khong gi Austenite do ần môn dưới từng suất "1. Đặc diém khi han thép Austenite bing phicong phap han TIG 3⁄7 2.

Nghiên cứu trường ứng suất khi hàn tắm méng - 38 33. Sự hình thành và phải triển của ứng suất đọc. Sự hình thành và phải triển ng suỖI ngaưệt. Đánh giá kết quả 5.

Kếi luận chương S KET LUẬN CHUNG & KIÊN NGHỊ. TẢI LIỆU THAM KHẢO. Trang 4 118 DANII MUC CAC KÝ IIẸU VÀ CHỮ VIẾT TÁT TRONG LUẬN VĂN Kí hiệu! „ chữ viết tắt ,»mụ ¥ pehia a Jmm5/s} — | Hệsa dẫn nhiệt tự, 8y, Õ, 6 Thông sô hình học cúa m hinh nguôn nhiệt hàn. £ I2 kg—T K~TƑ | Nhiệt đụng riêng d mm Chiêu đày tâm có thứ nguyên Ft Veto tai tong (eo D'Alemberh HAZ Vang anh hướng nhiệt hy Tê số đổi lưn nhiệt Ih AI Cưởng độ dòng điện hàn KLCB Kăm loại cơ bản KILMH Kim loại môi hàn Ken Ky Ke — [Mfm TK 1J- | Hệ số dẫn nhiệt lần lượt theo hưởng x, y và z nạ Tham số vận hành không thứ nguyên P;qg DF) Công suất hiện đựng cửa nguồn riiệt Qo {Wmm-) | Mật độ năng lượng khối a iy Dòng nhiệt truyền qua bề mặt đang xét bị Ty Luong nhiét sinh ra trên của rnột đơn vị thể tích U i Công khả đĩ do nội lực sinh ra Un tr Điện áp hàn v fam.st7 | Vant&c han VAHN Vũng ảnh hưởng nhiệt Ye H "Thể tich của phần tử hữu hạn đang khảo sát TIG Han hỗ quang diện cực không nóng chây trong môi trường khí bảo vệ (Lungsten Inert Gas) x fun] Khoảng các có thứ nguyên từ tầm nguồn nhiệt đến phía trước đường bao đẳng nhiệL +” mm] Khoảng các có thứ nguyên từ lâm nguồn nhiệt đến phía sau đường bao đẳng nhiệt.

Trang 5 118 Ki hiệu chữ viết tất _ Y neha w Vée-to chuyén vị tại điểm đang xét Mm Pháp tuyển đồng của bề mặt có trở kháng phân bô a Độ co đọc Bey Độ co ngang 1 ps} Hiện suất cửa nguồn nhiệt hàm a fNf-mm=T.®C~1Ƒ | Độ đẫn nhiệt yp lhgm S/ Khỗi lượng riêng a fumm °C TƑ | Hệ số giãn nở nhiệt F Khoảng cách không thứ nguyễn từ lâm nguôn nh phía trước đường bao đẳng nhiệt ẹ Khoáng cách không thứ nguyên từ tâm nguồn nhiệt tới phía san đường bao đẳng nhiệt 5% Veo-tơ bán kính không thí ngưyên. Ko(ø;} Liam bessel K bậc 0 của ø; ø Nhiệt độ không thứ nguyên. ồ Chiễu đầy tâm không thử nguyên Vn Bề rộng lớn nhảt của đường bao đẳng nhiệt không thử nguyên. 4 Tiết diện ngang không thứ nguyễn! [B] Mã trận biển đạng— chuyển vị ] Ma trên nhiệt đìng riêng phân từ [K] Ma trận hệ số đần nhiệt [Kel Ma trận độ cúng của phần tử: [KZ] Ma tran độ cửng cơ sở của phản tử IK?I Ma trận hệ số khmêch lân nhiệt của phân tử [KS] Ma trận hệ số đôi lưu nhiệt qua bề mặt của phần tử [K£”] Mã trận hệ số đần nhiệt phần tú [Mel Ma tran nhiệt đưng riễn phân tứ IN] Ma tran ham hình đáng về nhiệt độ của phân tử Trang 6118 Ki hiệu chữ viết tất _ Y neha w Vée-to chuyén vị tại điểm đang xét Mm Pháp tuyển đồng của bề mặt có trở kháng phân bô a Độ co đọc Bey Độ co ngang 1 ps} Hiện suất cửa nguồn nhiệt hàm a fNf-mm=T.®C~1Ƒ | Độ đẫn nhiệt yp lhgm S/ Khỗi lượng riêng a fumm °C TƑ | Hệ số giãn nở nhiệt F Khoảng cách không thứ nguyễn từ lâm nguôn nh phía trước đường bao đẳng nhiệt ẹ Khoáng cách không thứ nguyên từ tâm nguồn nhiệt tới phía san đường bao đẳng nhiệt 5% Veo-tơ bán kính không thí ngưyên.

Ko(ø;} Liam bessel K bậc 0 của ø; ø Nhiệt độ không thứ nguyên. ồ Chiễu đầy tâm không thử nguyên Vn Bề rộng lớn nhảt của đường bao đẳng nhiệt không thử nguyên. 4 Tiết diện ngang không thứ nguyễn! [B] Mã trận biển đạng— chuyển vị ] Ma trên nhiệt đìng riêng phân từ [K] Ma trận hệ số đần nhiệt [Kel Ma trận độ cúng của phần tử: [KZ] Ma tran độ cửng cơ sở của phản tử IK?I Ma trận hệ số khmêch lân nhiệt của phân tử [KS] Ma trận hệ số đôi lưu nhiệt qua bề mặt của phần tử [K£”] Mã trận hệ số đần nhiệt phần tú [Mel Ma tran nhiệt đưng riễn phân tứ IN] Ma tran ham hình đáng về nhiệt độ của phân tử Trang 6118 DANII MUC BANG BIEU TRONG LUAN VAN Trang Băng 0.1: Thank phan héa học của vật liêu SUS 304 theơ tiêu chudn JIS {6}.2: Cơ tính của vật liệu SUS 304 theo tiều chuẩn JIS [6] uM Bảng 1.1: So sinh Ac tinh của khí Ar và ITe khi hàn TT [11.1: Cúc tinh chất vội lý của mội số kăm loại và hợp kên [131.1: Kỹ biệu quy ước của các tổ chúc kim loại khi han [11]: - en TA Bàng 5-1: Thông số kỹ thuật cơ ban eta may han Master TIGACIDC 2500 [25] 92 Bảng 5.2: Cúc trang thiết bị phụ trợ và mục đích st dung.3: Các chế độ thì nghiệm han giáp mối tháp không gi Austenite tém méng Inm. Đánh giá kết quả 5.

Kếi luận chương S KET LUẬN CHUNG & KIÊN NGHỊ. TẢI LIỆU THAM KHẢO. Trang 4 118 DANII MUC BANG BIEU TRONG LUAN VAN Trang Băng 0.1: Thank phan héa học của vật liêu SUS 304 theơ tiêu chudn JIS {6}.2: Cơ tính của vật liệu SUS 304 theo tiều chuẩn JIS [6] uM Bảng 1.1: So sinh Ac tinh của khí Ar và ITe khi hàn TT [11.1: Cúc tinh chất vội lý của mội số kăm loại và hợp kên [131.1: Kỹ biệu quy ước của các tổ chúc kim loại khi han [11]: - en TA Bàng 5-1: Thông số kỹ thuật cơ ban eta may han Master TIGACIDC 2500 [25] 92 Bảng 5.2: Cúc trang thiết bị phụ trợ và mục đích st dung.3: Các chế độ thì nghiệm han giáp mối tháp không gi Austenite tém méng Inm. Đánh giá kết quả 5.

Kếi luận chương S KET LUẬN CHUNG & KIÊN NGHỊ. TẢI LIỆU THAM KHẢO. Sư hình thành va phat triển ứng suất đc - Ma. Nghiên cứu về biển dạng nhiệt khi hàn tâm mông, - 45 2.

Sự hình thành và phải trIỄN co NgHHẶC. Xúc định độ có ngang và độ có dọc của mỗi bàn itp mét tm. Sự hình thành và phái triển biến dạng gác khi hàn giáp m 48 2. Kết luận chương2 50 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CITE DO CONG NGITE TIAN BANG PHL-GNG PITAP GIẢI TÍCH 3.

Mục địch, ý nghĩa của phương pháp giãi tích. 'Thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra của bãi toán. Phương pháp giải 52 3. Kết luận chương 3 CHƯƠNG 4: MO PHONG SÓ XÁC ĐỊNH CHE DO COX iG NGHE HAN TIG TAM MONG.

Mie đích - - - eos 62 4. Cơ sở lý thuyết và phương phân nghiên cứn.1 Số hóa phương trình truyền nhiệt khu hàn 62 42.2 Xây đụng ma trâu dòng nÌiệt,. Xây dựng ma trận kết cắu.4, Thiet lap bai todn đa trường nhiệt - kết cẩu. Xác định chế độ công nghệ han TIG tâm mồng bằng mỏ phỏng sổ.

Mô hình hỏa qué trink han THG tm mong. Kết quả tính toắn trường nhuệt độ trơng bản giáp môi tắn mông,. Phan bé tng sudt va bién dang khi han gidp mai tam mong ev BD 4⁄4. Kết luậnchương 4 ` VỐTKÉT CÁU 5.

Lựa chọn thiết bị thí nghiệm. Lựa chọn máy hàn TÌG - - 92 5. Lựa chọn, thất kếđồ gá 93 3. Cúc trang thiết bị phụ trợ.

Chuẩn bị mẫu thực nghiệm. Xây dựng thí nghiệm. Sư hình thành va phat triển ứng suất đc - Ma. Nghiên cứu về biển dạng nhiệt khi hàn tâm mông, - 45 2.

Sự hình thành và phải trIỄN co NgHHẶC. Xúc định độ có ngang và độ có dọc của mỗi bàn itp mét tm. Sự hình thành và phái triển biến dạng gác khi hàn giáp m 48 2. Kết luận chương2 50 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CITE DO CONG NGITE TIAN BANG PHL-GNG PITAP GIẢI TÍCH 3.

Mục địch, ý nghĩa của phương pháp giãi tích. 'Thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra của bãi toán. Phương pháp giải 52 3. Kết luận chương 3 CHƯƠNG 4: MO PHONG SÓ XÁC ĐỊNH CHE DO COX iG NGHE HAN TIG TAM MONG.

Mie đích - - - eos 62 4. Cơ sở lý thuyết và phương phân nghiên cứn.1 Số hóa phương trình truyền nhiệt khu hàn 62 42.2 Xây đụng ma trâu dòng nÌiệt,. Xây dựng ma trận kết cắu.4, Thiet lap bai todn đa trường nhiệt - kết cẩu. Xác định chế độ công nghệ han TIG tâm mồng bằng mỏ phỏng sổ.

Mô hình hỏa qué trink han THG tm mong. Kết quả tính toắn trường nhuệt độ trơng bản giáp môi tắn mông,. Phan bé tng sudt va bién dang khi han gidp mai tam mong ev BD 4⁄4. Kết luậnchương 4 ` VỐTKÉT CÁU 5.

Lựa chọn thiết bị thí nghiệm. Lựa chọn máy hàn TÌG - - 92 5. Lựa chọn, thất kếđồ gá 93 3. Cúc trang thiết bị phụ trợ.

Chuẩn bị mẫu thực nghiệm. Xây dựng thí nghiệm.coeeieoree 297 Trang 3118 DANII MUC BANG BIEU TRONG LUAN VAN Trang Băng 0.1: Thank phan héa học của vật liêu SUS 304 theơ tiêu chudn JIS {6}.2: Cơ tính của vật liệu SUS 304 theo tiều chuẩn JIS [6] uM Bảng 1.1: So sinh Ac tinh của khí Ar và ITe khi hàn TT [11.1: Cúc tinh chất vội lý của mội số kăm loại và hợp kên [131.1: Kỹ biệu quy ước của các tổ chúc kim loại khi han [11]: - en TA Bàng 5-1: Thông số kỹ thuật cơ ban eta may han Master TIGACIDC 2500 [25] 92 Bảng 5.2: Cúc trang thiết bị phụ trợ và mục đích st dung.3: Các chế độ thì nghiệm han giáp mối tháp không gi Austenite tém méng Inm.98 Trang 8 118 MUC LUC LOT CAM DOAN MUC LUC. DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT TRONG LUAN V ĐANH MUC BANG BLEU TRONG LUẬN VĂN DANTE MUC THNTT ANTT TRONG LUAN VAN. PHAN MO DAU.

Đối tượng vả phạm vi nghiền cửu. Phương pháp nghiên cứu - - 14 03. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tài - - - co LS 944. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TONG QUAN VE DE TAI NGHIEN COU 1.

Các công trình nghiên cửu trên thế giới liên quan mật thiết đến đẻ tài nghiên cứu của táo giá - _. Của công trình nghiên cu &' ngoài nước 17 1.