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

Luận văn thạc sĩ phân tích mô phỏng biến dạng ống trong quá trình hàn hồ quang, cung cấp kiến thức và ứng dụng trong ngành công nghiệp.

• Tác giả: Hồ Ngọc Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. 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
• 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 nước
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài, phương pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3.2. Phương 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 trường có khí bảo vệ
• 2.2. Phân loại hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ
• 2.2.1. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding)
• 2.2.2. Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường 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
• 2.4.2. Sự tạo thành bể hàn
• 2.4.3. 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 tượng vật lý xảy 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
• 2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hàn
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG
• 3.1. TRƯỜNG 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. TRƯỜNG 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. TRƯỜNG 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 hưởng 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 trường hợp hàn giáp mí
• 4.5.2. Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng trường 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 trường hợp hàn chữ T
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang

Mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo. Công nghệ hàn hồ quang điện đang ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong việc hàn các loại ống thép. Việc hiểu rõ về quá trình này không chỉ giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu các biến dạng không mong muốn. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về lý thuyết và ứng dụng của mô phỏng biến dạng trong hàn hồ quang.

1.1. Khái niệm về hàn hồ quang và mô phỏng biến dạng

Hàn hồ quang là phương pháp hàn sử dụng hồ quang điện để nóng chảy kim loại. Mô phỏng biến dạng ống trong quá trình hàn giúp dự đoán các biến dạng có thể xảy ra, từ đó tối ưu hóa quy trình hàn.

1.2. Tầm quan trọng của mô phỏng trong hàn hồ quang

Mô phỏng không chỉ giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian. Việc dự đoán các biến dạng có thể xảy ra trong quá trình hàn là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong mô phỏng biến dạng ống hàn hồ quang

Mặc dù mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức. Các yếu tố như nhiệt độ, ứng suất và độ dày của ống có thể ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng. Việc xác định chính xác các thông số này là rất quan trọng để đạt được kết quả mô phỏng đáng tin cậy.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng ống

Nhiệt độ và ứng suất là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến biến dạng ống trong quá trình hàn. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn.

2.2. Thách thức trong việc mô phỏng chính xác

Mô phỏng chính xác yêu cầu phải có dữ liệu đầu vào chính xác và các mô hình toán học phù hợp. Việc thiếu thông tin hoặc sai sót trong mô hình có thể dẫn đến kết quả không chính xác.

III. Phương pháp mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang

Để mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Sử dụng phần mềm ANSYS Workbench là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép mô phỏng các yếu tố như nhiệt độ, ứng suất và biến dạng một cách chính xác.

3.1. Sử dụng phần mềm ANSYS trong mô phỏng

Phần mềm ANSYS Workbench cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mô phỏng quá trình hàn. Nó cho phép người dùng tạo ra các mô hình 3D và thực hiện các phân tích nhiệt và cơ học.

3.2. Quy trình mô phỏng biến dạng

Quy trình mô phỏng bao gồm việc xác định các thông số hàn, thiết lập mô hình và thực hiện phân tích. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với thực nghiệm để đánh giá độ chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô phỏng biến dạng trong hàn hồ quang

Mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả từ mô phỏng có thể được áp dụng để cải thiện quy trình hàn, giảm thiểu biến dạng và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Cải thiện quy trình hàn

Thông qua việc dự đoán các biến dạng, quy trình hàn có thể được điều chỉnh để đạt được kết quả tốt hơn. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.2. Nâng cao chất lượng sản phẩm

Mô phỏng giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn trong quá trình hàn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao.

V. Kết luận và tương lai của mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang

Mô phỏng biến dạng ống trong hàn hồ quang là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp mô phỏng ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới trong ngành công nghiệp chế tạo.

5.1. Tương lai của nghiên cứu mô phỏng

Nghiên cứu mô phỏng biến dạng sẽ tiếp tục phát triển, với sự xuất hiện của các công nghệ mới. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp chế tạo.

5.2. Ứng dụng công nghệ mới trong mô phỏng

Công nghệ như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể được áp dụng để cải thiện độ chính xác của mô phỏng. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro trong quá trình hàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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 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 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 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:. 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: .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 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 .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 .3: Thiết bị đo kết hợp máy tiện .4: Thiết bị đo kết hợp máy phay .5: Mẫu sau khi hàn .6: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.7: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.8: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm .9: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.10: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày .11: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.12: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.13: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm .14: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.15: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày .16: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.17: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.18: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm .19: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.20: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng thí nghiệm 4 loại chiều dày. 67 xii DANH MỤC BẢNG Bảng2.1 : Thành phần hóa học của một số loại điện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.1: Cơ tính thép thay đổi do nhiệt thay đổi .1: Kết quả mô phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất .1: Bảng số liệu kết quả mô phỏng biến dạng của 4 loại .2: Kết quả mô phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất .1: Bảng số liệu kết quả mô phỏng biến dạng của 4 loại .3: Kết quả mô phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất .1: Bảng số liệu kết quả mô phỏng biến dạng của 4 loại .1 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .2 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .3 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .4 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .5 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày .6 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .7 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .8 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .9 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .10 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày .11 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm: .12 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm: .13 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .14 bảng số liệu kết quả biến dạng của mô phỏng và thí nghiệm .15 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày. 67 xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.1 Tổng quan về lĩnh vực hàn hồ quang điện: Hàn hồ quang điện trong môi trƣờng có khí bảo vệ (GSAW: Gas Shielded Arc Welding) là công nghệ hàn đƣợc sử dung rất rộng rãi hiện nay.

Trong nền công nghiệp hiện đại hàn hồ quang bằng điện trong môi trƣờng có khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thƣờng mà còn có thể hàn các loại thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng. Ngoài ra phƣơng pháp hàn này không những có thể thao tác bằng tay mà còn có thể tự động hóa, tạo mối hàn có chất lƣợng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim.