Luận văn thạc sĩ HCMUTE về mô phỏng biến dạng của ống trong quy trình hàn hồ quang

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute mô phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Hồ Ngọc Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Mô Phỏng Biến Dạng Ống Trong Hàn Hồ Quang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 1.3.3. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Giá trị thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ
• 2.2. Phân loại hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ
• 2.2.1. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding)
• 2.2.2. Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ (GTAW: Gas Tungsten Arc Welding)
• 2.3. Mô hình toán học của bài toán
• 2.4. Sự hình thành mối hàn
• 2.4.1. Khái niệm về mối hàn. Sự tạo thành bể hàn
• 2.4.2. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
• 2.5. Các thông số công nghệ hàn
• 2.6. Ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn
• 2.6.1. Hiện tƣợng vật lý xẩy ra trong quá trình hàn
• 2.6.2. Cơ chế hình thành ứng suất và biến dạng trong mối hàn
• 2.6.3. Phân loại ứng suất và biến dạng hàn
• 2.6.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình hàn
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG
• 3.1. TRƢỜNG HỢP HÀN GIÁP MÍ
• 3.1.1. Mô hình hình học, thông số hàn và kim loại hàn của bài toán
• 3.1.2. Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ
• 3.2. TRƢỜNG HỢP HÀN VUÔNG GÓC SỬ DỤNG CO HÀN
• 3.2.1. Mô hình hình học, thông số hàn, và kim loại hàn của bài toán
• 3.2.2. Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ
• 3.3. TRƢỜNG HỢP HÀN CHỮ T
• 3.3.1. Mô hình hình học, thông số hàn, và kim loại hàn của bài toán
• 3.3.2. Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH
• 4.1. Vật liệu mẫu
• 4.2. Thiết bị, vật liệu hàn và dụng cụ đo kiểm
• 4.3. Dụng cụ đo kiểm
• 4.4. Xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến độ biến dạng và hàn mẫu
• 4.5. Kết quả và so sánh
• 4.5.1. Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn giáp mí
• 4.5.2. Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn vuông góc sử dụng co hàn
• 4.5.3. Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn chữ T
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• 5.1. Hƣớng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang

Nghiên cứu về mô phỏng biến dạng ống trong quá trình hàn hồ quang là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật hàn. Luận văn này tập trung vào việc sử dụng phần mềm ANSYS Workbench 14.0 để mô phỏng và phân tích biến dạng của ống trong quá trình hàn. Mục tiêu chính là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng ống và so sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm. Qua đó, luận văn đã chỉ ra rằng việc mô phỏng không chỉ giúp dự đoán các biến dạng có thể xảy ra mà còn hỗ trợ trong việc tối ưu hóa quy trình hàn, từ đó nâng cao chất lượng mối hàn và giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Khái quát lý thuyết về hàn hồ quang

Hàn hồ quang là một phương pháp hàn phổ biến, trong đó hàn hồ quang nóng chảy được thực hiện trong môi trường có khí bảo vệ. Phương pháp này cho phép hàn các loại kim loại khác nhau, bao gồm cả thép hợp kim cao và kim loại màu. Luận văn đã trình bày chi tiết về các loại hàn hồ quang, đặc biệt là hàn điện cực không nóng chảy (GTAW). Việc hiểu rõ lý thuyết về hàn hồ quang là cơ sở để thực hiện các mô phỏng chính xác và hiệu quả. Các thông số như nhiệt độ, ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn được phân tích kỹ lưỡng, từ đó đưa ra các kết luận quan trọng về ảnh hưởng của chúng đến chất lượng mối hàn.

1.2. Mô phỏng biến dạng ống bằng phần mềm ANSYS

Phần mềm ANSYS Workbench 14.0 được sử dụng để mô phỏng biến dạng của ống trong quá trình hàn. Quá trình mô phỏng bao gồm việc thiết lập mô hình hình học, xác định các thông số hàn và điều kiện biên. Kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi của ứng suất và biến dạng trong ống khi thực hiện hàn. Luận văn đã chỉ ra rằng việc mô phỏng giúp dự đoán chính xác các biến dạng có thể xảy ra, từ đó có thể điều chỉnh quy trình hàn để giảm thiểu các biến dạng không mong muốn. Kết quả mô phỏng được so sánh với thực nghiệm để xác nhận tính chính xác và độ tin cậy của mô hình.

1.3. So sánh giữa mô phỏng và thực tế thí nghiệm

Việc so sánh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Luận văn đã thực hiện các thí nghiệm hàn ống bằng phương pháp hàn TIG và thu thập dữ liệu về biến dạng thực tế. Kết quả cho thấy sự tương đồng giữa mô phỏng và thực nghiệm, điều này khẳng định tính chính xác của mô hình mô phỏng. Sự khác biệt nhỏ giữa hai kết quả có thể được giải thích bởi các yếu tố như sai số trong quá trình thực nghiệm hoặc các điều kiện không được mô phỏng chính xác. Từ đó, luận văn đã đưa ra các khuyến nghị cho việc cải thiện quy trình hàn nhằm đạt được kết quả tốt nhất.

II. Giá trị thực tiễn của đề tài

Luận văn không chỉ mang lại giá trị lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao trong ngành kỹ thuật hàn. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc thiết kế quy trình hàn hiệu quả hơn, giúp giảm thiểu các biến dạng không mong muốn trong quá trình hàn. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, tài liệu này cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại như ANSYS sẽ giúp nâng cao khả năng dự đoán và kiểm soát chất lượng trong sản xuất công nghiệp.

2.1. Ứng dụng trong thiết kế quy trình hàn

Kết quả từ nghiên cứu có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy trình hàn, từ đó giảm thiểu các yếu tố gây hại trong quá trình hàn. Việc dự đoán trước các biến dạng sẽ giúp các kỹ sư điều chỉnh các thông số hàn một cách hợp lý, đảm bảo chất lượng mối hàn tốt nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao như chế tạo máy, xây dựng và sản xuất thiết bị. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong nghiên cứu này sẽ tạo ra những bước tiến mới trong công nghệ hàn.

2.2. Tài liệu tham khảo cho sinh viên và nghiên cứu

Luận văn này sẽ là một tài liệu quý giá cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là trong chuyên ngành hàn. Nó cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm trong hàn hồ quang. Các sinh viên có thể tham khảo để hiểu rõ hơn về quy trình hàn, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn và cách sử dụng phần mềm mô phỏng trong nghiên cứu. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu có thể dựa vào kết quả của luận văn để phát triển các nghiên cứu sâu hơn về công nghệ hàn, từ đó đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hàn hồ quang điện trong môi trường khí bảo vệ (GSAW) là công nghệ hàn phổ biến và quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại, được ứng dụng rộng rãi để hàn các loại thép kết cấu, thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim. Theo ước tính, có khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau được sử dụng, trong đó hàn hồ quang điện cực không nóng chảy (GTAW) và hàn hồ quang điện cực nóng chảy (GMAW) là hai phương pháp chủ đạo. Tuy nhiên, quá trình hàn thường gây ra biến dạng và ứng suất dư trong vật liệu, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của mối hàn.

Luận văn thạc sĩ này tập trung mô phỏng biến dạng của ống thép trong quá trình hàn hồ quang, nhằm dự báo và giảm thiểu các biến dạng không mong muốn, từ đó nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm hàn. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, với phạm vi vật liệu là ống thép CT3 có đường kính ngoài 60 mm, chiều dài 200 mm và bề dày từ 2 mm đến 5 mm. Mục tiêu cụ thể là mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ trong quá trình hàn, so sánh kết quả mô phỏng với thí nghiệm thực tế, đồng thời xác định ảnh hưởng của độ dày ống đến biến dạng.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc hỗ trợ thiết kế quy trình hàn, dự báo biến dạng và ứng suất dư, giúp giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất. Ngoài ra, luận văn còn cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho sinh viên và chuyên gia ngành kỹ thuật cơ khí, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ hàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính về hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ:

1. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy (GMAW): Quá trình hàn sử dụng điện cực nóng chảy liên tục, được bảo vệ bởi khí trơ hoặc khí hoạt tính như Ar, He, CO2. Phương pháp này có năng suất cao, khả năng tự động hóa tốt và tạo mối hàn chất lượng cao. Các thông số công nghệ như dòng điện, điện áp hồ quang, tốc độ di chuyển và chiều dài nhô ra của điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.

2. Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy (GTAW hay TIG): Sử dụng điện cực Wolfram có nhiệt độ nóng chảy cao, bảo vệ bằng khí trơ (Ar hoặc He). Phương pháp này tạo ra mối hàn có chất lượng cao, ít bắn tóe và dễ quan sát quá trình hàn. Vật liệu hàn gồm điện cực Wolfram, que hàn phụ và khí bảo vệ tinh khiết.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm:

• Ứng suất dư và biến dạng hàn: Ứng suất dư là ứng suất tồn tại vĩnh viễn trong mối hàn sau khi nguội, gây ra biến dạng dẻo và biến dạng dư. Biến dạng hàn được phân loại thành biến dạng ngang, dọc và biến dạng góc, ảnh hưởng đến hình dạng và độ bền của chi tiết hàn.

• Mô hình nguồn nhiệt Goldak's double ellipsoid: Mô hình toán học mô phỏng phân bố nhiệt trong quá trình hàn, giúp tính toán nhiệt độ, ứng suất và biến dạng trong vật liệu.

• Phương trình cân bằng nhiệt động lực học và phương trình truyền nhiệt: Hệ phương trình vi phân từng phần mô tả sự biến đổi nhiệt độ và ứng suất trong quá trình hàn, được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FE).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

• Tài liệu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang, tiêu chuẩn vật liệu và thiết bị hàn.
• Dữ liệu thực nghiệm từ các mẫu ống thép CT3 có kích thước chuẩn: đường kính ngoài 60 mm, chiều dài 200 mm, bề dày 2 mm, 3 mm, 4 mm và 5 mm.
• Kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm ANSYS Workbench 14.0.

Phương pháp phân tích:

• Mô phỏng quá trình hàn ống với các thông số thực tế: dòng điện 90A, điện áp 21.6V, sử dụng que hàn phụ ER70S-G theo tiêu chuẩn AWS A5.2.
• So sánh kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ với kết quả thí nghiệm thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình.
• Phân tích ảnh hưởng của độ dày ống đến biến dạng và ứng suất dư.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2013 đến tháng 10/2015, bao gồm thu thập tài liệu, thiết kế mô hình, thực hiện mô phỏng, tiến hành thí nghiệm và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô phỏng biến dạng và ứng suất trong quá trình hàn ống: Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ tại vùng hàn có thể đạt tối đa khoảng 2866°C, với biến dạng lớn nhất khoảng 1.0 mm và ứng suất tối đa lên đến 800 MPa. Biểu đồ biến dạng thể hiện sự phân bố không đồng đều dọc theo chiều dài ống, tập trung tại vị trí mối hàn.

2. Ảnh hưởng của độ dày ống đến biến dạng: So sánh bốn loại ống với bề dày 2 mm, 3 mm, 4 mm và 5 mm cho thấy biến dạng giảm dần khi độ dày tăng lên. Cụ thể, biến dạng trung bình của ống dày 2 mm là khoảng 1.2 mm, trong khi ống dày 5 mm chỉ biến dạng khoảng 0.5 mm, giảm gần 58%.

3. Độ tương thích giữa mô phỏng và thực nghiệm: Kết quả thí nghiệm thực tế cho thấy biến dạng của mẫu ống tương ứng với kết quả mô phỏng trong phạm vi sai số dưới 10%, chứng tỏ mô hình mô phỏng có độ chính xác cao và khả năng dự báo biến dạng hiệu quả.

4. Phân bố ứng suất dư: Ứng suất dư tập trung chủ yếu tại vùng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, với giá trị ứng suất dư cao nhất đạt khoảng 800 MPa, tương đương gần 2.3 lần giới hạn chảy của thép CT3 (355 MPa), cho thấy nguy cơ biến dạng dẻo và nứt mối hàn nếu không kiểm soát tốt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của biến dạng và ứng suất dư là do sự phân bố nhiệt không đồng đều trong quá trình hàn, gây ra giãn nở nhiệt cục bộ và co ngót khi nguội. Độ dày ống ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ và phân tán nhiệt, do đó ống dày hơn có biến dạng nhỏ hơn do khả năng chịu nhiệt và độ cứng cao hơn.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả mô phỏng và thí nghiệm của luận văn tương đồng với các báo cáo về biến dạng mối hàn ống và tấm thép, đồng thời bổ sung thêm dữ liệu về ảnh hưởng của độ dày ống trong hàn hồ quang. Việc sử dụng phần mềm ANSYS Workbench 14.0 với mô hình nguồn nhiệt Goldak's double ellipsoid đã giúp mô phỏng chính xác quá trình truyền nhiệt và biến dạng cơ học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến dạng theo chiều dài ống, bảng so sánh biến dạng giữa các độ dày khác nhau và biểu đồ ứng suất dư phân bố tại vùng mối hàn, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ hàn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thông số công nghệ hàn: Điều chỉnh dòng điện, điện áp và tốc độ di chuyển hồ quang để giảm nhiệt lượng tập trung, từ đó giảm biến dạng và ứng suất dư. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; chủ thể: kỹ sư công nghệ hàn.

2. Sử dụng thiết bị gá kẹp và cố định ống trong quá trình hàn: Giảm biến dạng cơ học bằng cách hạn chế chuyển động tự do của ống khi gia nhiệt. Thời gian thực hiện: ngay trong quá trình sản xuất; chủ thể: công nhân vận hành và kỹ thuật viên.

3. Áp dụng mô phỏng nhiệt và cơ học trước khi sản xuất: Sử dụng phần mềm mô phỏng để dự báo biến dạng và điều chỉnh quy trình hàn phù hợp, tiết kiệm chi phí sửa chữa sau hàn. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: phòng nghiên cứu và phát triển.

4. Đào tạo nâng cao kỹ năng cho công nhân hàn: Tập huấn về kỹ thuật hàn hồ quang và kiểm soát biến dạng nhằm nâng cao chất lượng mối hàn. Thời gian thực hiện: 6 tháng; chủ thể: phòng nhân sự và đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ hàn: Áp dụng kết quả mô phỏng và thí nghiệm để thiết kế quy trình hàn tối ưu, giảm biến dạng và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, chuyên ngành hàn: Tài liệu tham khảo chi tiết về lý thuyết hàn hồ quang, mô hình toán học và phương pháp mô phỏng biến dạng.

3. Nhà quản lý sản xuất trong ngành cơ khí chế tạo máy: Hiểu rõ ảnh hưởng của biến dạng hàn đến năng suất và chi phí, từ đó đưa ra các chính sách cải tiến công nghệ.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn: Cơ sở để phát triển các nghiên cứu chuyên sâu về mô phỏng biến dạng và ứng suất trong hàn, mở rộng ứng dụng cho các vật liệu và kết cấu khác.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô phỏng biến dạng hàn có chính xác không?
   Kết quả mô phỏng trong luận văn có sai số dưới 10% so với thí nghiệm thực tế, cho thấy độ chính xác cao và khả năng dự báo biến dạng hiệu quả trong quá trình hàn.

2. Độ dày ống ảnh hưởng thế nào đến biến dạng?
   Ống có độ dày lớn hơn có biến dạng nhỏ hơn do khả năng chịu nhiệt và độ cứng cao hơn, giúp giảm thiểu biến dạng do nhiệt trong quá trình hàn.

3. Phần mềm ANSYS Workbench 14.0 có ưu điểm gì trong mô phỏng hàn?
   Phần mềm hỗ trợ mô hình nguồn nhiệt Goldak's double ellipsoid, giải các phương trình truyền nhiệt và ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn, giúp mô phỏng chính xác quá trình hàn.

4. Ứng suất dư trong mối hàn có ảnh hưởng gì?
   Ứng suất dư cao có thể gây biến dạng dẻo, nứt mối hàn và giảm độ bền kết cấu, do đó cần kiểm soát thông số hàn và quy trình để giảm thiểu ứng suất dư.

5. Làm thế nào để giảm biến dạng trong hàn hồ quang?
   Có thể giảm biến dạng bằng cách tối ưu thông số hàn, sử dụng gá kẹp cố định, áp dụng mô phỏng trước khi sản xuất và đào tạo kỹ thuật viên hàn.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng biến dạng và ứng suất trong quá trình hàn hồ quang ống thép CT3 với các kích thước thực tế.
• Kết quả mô phỏng tương thích cao với thí nghiệm thực tế, sai số dưới 10%, chứng minh tính khả thi của phương pháp.
• Độ dày ống ảnh hưởng rõ rệt đến biến dạng, với biến dạng giảm khi độ dày tăng.
• Ứng suất dư tập trung tại vùng mối hàn có thể gây biến dạng dẻo và nứt nếu không kiểm soát tốt.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu quy trình hàn, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Next steps: Áp dụng mô hình mô phỏng cho các loại vật liệu và kết cấu khác, phát triển phần mềm hỗ trợ thiết kế quy trình hàn tự động.

Call-to-action: Các kỹ sư và nhà nghiên cứu nên tích hợp mô phỏng biến dạng vào quy trình thiết kế và sản xuất để nâng cao hiệu quả công nghệ hàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC SƠN MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 6 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC SƠN MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015. Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: HỒ NGỌC SƠN Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 04-01-1990 Nơi sinh: TP. Vũng Tàu Quê quán: Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Phòng B12-05, Chung cƣ Mỹ Kim, Đƣờng Số 19, P.Hiệp Bình Chán, Q.TĐ, TP HCM E-mail: Hongocsonspkt@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học phổ thông: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 6/2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): THPT Chuyên Lê Quí Đôn, TP.

Vũng Tàu, Tỉnh BR-VT 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 7/ 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH SPKT TPHCM. Ngành học: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG. Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ÉP NHỰA CHO SẢN PHẨM KHỚP MỀM.

Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2012, ĐH SPKT TP HCM. Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Minh Thế Uyên III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Công việc Thời gian Nơi công tác đảm nhiệm 4/2013 – 10/2013 Công Ty TNHH VJ Engineering (Việt Nam) Nhân viên Học cao học tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm 10/2013 - Nay Học viên Kỹ Thuật TP.

HCM i Luan van TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHÕNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ----------------------------- ------------------------------------ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: HỒ NGỌC SƠN Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 04/01/1990 Nơi sinh: Tp. Vũng Tàu Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí MSHV: 138520103025 Khóa: 2013B Mã ngành: 60520103 I. MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG II. Khái quát lý thuyết về hàn hồ quang nóng chảy.

Tìm hiểu lý thuyết về hàn hồ quang điện cực không nóng chảy (GTAW). Mô phỏng biến dạng của ống bằng phần mêm ANSYS Workbench 14.0 Thí nghiệm hàn ống bằng phƣơng pháp hàn Tig So sánh giữa mô phỏng và thực tế thí nghiệm. Từ đó rút ra kết luận. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI.

NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS.PHẠM SƠN MINH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM KHOA BỘ MÔN QUẢN LÝ Nội dung và đề cƣơng luận văn thạc sĩ đã đƣợc hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày 24 tháng 10 năm 2015 Phòng đào tạo sau đại học Khoa cơ khí chế tạo máy ii Luan van CÔNG TRÌNH ĐÃ HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.

MAI ĐỨC ĐÃI Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN ĐỨC NAM Luận văn đƣợc bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT Ngày 24 tháng 10 năm 2015 iii Luan van LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, học trò kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:  Thầy TS. Phạm Sơn Minh – thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn. Trần Minh Thế Uyên – các thầy đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.

 Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn học trò và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ khí 2013B trong toàn bộ khoá học.  Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Trƣờng cao đẳng nghề Q9.  Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng.

 Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 Học viên Hồ Ngọc Sơn iv Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015 Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Hồ Ngọc Sơn v Luan van TÓM TẮT Đề tài: “Mô phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang” đƣợc tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm tại Đại học sƣ phạm kỹ thuật TPHCM. Sau quá trình nghiên cứu đề tài đã giải quyết đƣợc những vấn đề sau: - Hệ thống lý thuyết cơ bản về hàn hồ quang điện nóng chảy. - Mô phỏng sự biến dạng của ống khi hàn. - So sánh giữa mô phỏng và thí nghiệm thực tế.

- Xác định sự thay đổi biến dạng của ống khi thay đổi độ dày của ống. Học viên Hồ Ngọc Sơn vi Luan van ABSTRACT Thesis: “ Simulation Welding deformation of tube on arc welding process " has been done at Ho Chi Minh City University of Technology and Education. After reasearch process, the thesis has solved these problem: - System elementary theory of Gas Shielded Arc Welding. - Simulated deformation of tube on welding process.

- Compare simulation with experiments. - Define effect of pipe thickness on the structure deformation of welding process. Author Ho Ngoc Son vii Luan van MỤC LỤC MỤC LỤC. viii DANH MỤC HÌNH.

xi DANH MỤC BẢNG. xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tổng quan về lĩnh vực hàn hồ quang điện: .2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc: .3 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc: .2 Mục tiêu của đề tài .3 Nhiệm vụ của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài: .2 Phƣơng pháp nghiên cứu: .3 Giới hạn của đề tài:.4 Giá trị thực tiễn của đề tài. 5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ.

Phân loại hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ .1 Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding): .2 Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ (GTAW: Gas Tungsten Arc Welding):. Mô hình toán học của bài toán:. Sự hình thành mối hàn. Khái niệm về mối hàn.

Sự tạo thành bể hàn. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn:. Các thông số công nghệ hàn:. 23 viii Luan van 2.

Ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn:. Hiện tƣợng vật lý xẩy ra trong quá trình hàn. Cơ chế hình thành ứng suất và biến dạng trong mối hàn:. Phân loại ứng suất và biến dạng hàn:.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình hàn:. 29 CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG. TRƢỜNG HỢP HÀN GIÁP MÍ.1 Mô hình hình học, thông số hàn và kim loại hàn của bài toán:.2 Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ: .2 TRƢỜNG HỢP HÀN VUÔNG GÓC SỬ DỤNG CO HÀN .1 Mô hình hình học, thông số hàn, và kim loại hàn của bài toán:.2 Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ: .3 TRƢỜNG HỢP HÀN CHỮ T .1 Mô hình hình học, thông số hàn, và kim loại hàn của bài toán:.2 Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ:. 44 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH .1 Vật liệu mẫu: .2 Thiết bị, vật liệu hàn và dụng cụ đo kiểm .3 Dụng cụ đo kiểm .4 xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến độ biến dạng và hàn mẫu .5 Kết quả và so sánh: .1 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn giáp mí:.

54 ix Luan van 4.4 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn vuông góc sử dụng co hàn .7 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trƣờng hợp hàn chữ T. 68 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .3 Hƣớng phát triển đề tài:. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 71 x Luan van DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng có khí bảo vệ .2: sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy .3: Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang điện cực không nóng chảy.4 : Thiết bị hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ .5: Cấu tạo mỏ hàn TIG .6: Tƣơng tác giữa các yếu tố vật lý trong quá trình hàn.

1 Mô hình nguồn nhiệt .7: cấu tạo mối hàn .9: Tác dụng của lực từ trƣờng lên điện cực .10: a) Hồ quang dài; b) Hồ quang trung bình; c) Hồ quang ngắn .11: Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại khi bị cố định một đầu .12: Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại khi bị cố định hai đầu .13: Biến dạng ngang của mối hàn; a) Biến dạng mối hàn giáp mí; b) Biến dạng mối hàn chữ T .14: Biến dạng mối hàn chữ T .15: Tính chất của kim loại thay đổi do nhiệt độ.1: Mô hình hình học của bài toán .2: Que hàn phụ .3: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của lien kết hàn .4: Biểu đồ kết quả mô phỏng .5: Mô hình hình học bài toán .6: Que hàn phụ .7: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của liên kết hàn .8: Biểu đồ kết quả mô phỏng .9: Mô hình hình học của bài toán. 41 xi Luan van Hình 3.10: Que hàn phụ .11: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của liên kết hàn .12: Biểu đồ kết quả mô phỏng .0: Máy cắt dây và phôi sau khi cắt .1: Máy hàn HYO SUNG PRT500.2 : Que hàn phụ Yawata .