Mở đầu: Trình bày các cơ sở, tính cần thiết thực hiện đề tài, tổng quan về ứng suất biến dạng hàn, các nghiên cứu tƣơng tự cũng đƣợc trình bày nhằm nêu đƣợc những đóng góp mới của luận văn. Bên cạnh đó nội dung chƣơng 1 cũng nêu đƣợc những mục tiêu và các kết quả chính đạt đƣợc của luận văn. Chƣơng 2: Chƣơng Tính toán mối hàn giáp mối: Trình bày phƣơng pháp tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối các tấm thép CT3 có chiều dày mỏng trong các trƣờng hợp cụ thể Chƣơng 3: Chƣơng Thực nghiệm và Phân tích kết quả: Trình bày phƣơng pháp, cách thức tiến hành và đo đạc kết quả thực nghiệm, xử lý các kết quả thực nghiệm. Từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết và rút ra các nhận xét kết luận.
Cuối cùng là phần Các kết luận và đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp theo, phần Tài liệu tham khảo và Phụ lục. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Trong nội dung chƣơng 1, tác giả đã trình bày và làm rõ tầm quan trọng và ý nghĩa của đề tài, nêu đƣợc đối tƣợng, mục tiêu và các kết quả chính đạt đƣợc của đề tài và phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài. Tổng quan một số vấn đề về ứng suất và biến dạng hàn. Nội dung chƣơng 1 còn khái quát một số các kết quả nghiên cứu tƣơng tự gần đây từ đó nêu bật đƣợc những đóng góp mới của luận văn.
Phƣơng pháp nghiên cứu là kết hợp lý thuyết với thực nghiệm. Trong đó phần tính toán lý thuyết sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng 2, bằng việc đƣa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 6 ra các mô hình tính toán lý thuyết, các giả thiết và xây dựng các công thức ứng suất và biến dạng. Nội dung thực nghiệm sẽ đƣợc thực hiện trong chƣơng 3, đó là phần kiểm chứng lại các kết quả tính toán lý thuyết. Từ đó sẽ tiến hành phân tích kết quả thực nghiệm đƣa ra các nhận xét kết luận.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 7 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN MỐI HÀN GIÁP MỐI 2. GIỚI THIỆU Chƣơng này trình bày về các cơ sở lý thuyết về chế độ hàn giáp mối, tìm hiểu nguyên nhân gây ra ứng suất biến dạng khi hàn.2 giới thiệu các kiểu hàn giáp mối.3 trình bày về ứng suất và biến dạng hàn.4 trình bày về ứng suất và biến dạng co dọc khi hàn giáp mối.5 trình bày về ứng suất và biến dạng do co ngang.6 trình bày về tính toán ứng suất và biến dạng trong một vài trƣờng hợp với các quy trình hàn khác nhau và cuối cùng phần 2.7 đƣa ra các kết luận chính của chƣơng. CÁC KIỂU HÀN GIÁP MỐI Trong hàn giáp mối tùy theo chiều dày của phôi hàn, để đảm bảo liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn có thể đƣợc vát tƣơng ứng: - Chi tiết mỏng: không cần vát mép Hình 2. Hàn giáp mối không vát mép chi tiết thành mỏng - Với chi tiết có chiều dày trung bình: Vát mép một phía (nửa chữ V) hàn một phía và vát mép hai phía (chữ V), hàn một phía Hình 2.
Vát mép nửa chữ V, hàn một phía Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Vát mép chữ V, hàn một phía - Với chi tiết có chiều dày lớn hơn 20mm: Vát mép kiểu chữ X, chữ k, hàn 2 phía.Vát mép chữ X, hàn 2 phía Hình 2. Vát mép chữ k, hàn 2 phía 2. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN.
* Nung nóng, làm nguội và biến dạng dẻo không đều Khi một chi tiết bị nung nóng sẽ giãn nở ra, trong quá trình giãn nở đó lại bị giới hạn về không gian sẽ làm cho chi tiết không thể giãn nở đƣợc thì trong chi tiết sẽ sản sinh ra ứng suất, và biến dạng. Quá trình co lại do làm nguội bị giới hạn hoàn toàn tƣơng tự cũng sinh ra ứng suất và biến dạng. * Thay đổi về tổ chức kim loại mối hàn và vùng lân cận nhiệt Một số kim loại: thép hợp kim thấp, hợp kim titan v. có thay đổi cấu trúc pha khi nhiệt độ thay đổi (ví dụ tại vùng ảnh hƣởng nhiệt), kèm theo sự thay đổi thể tích , tạo nên ứng suất trong kim loại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 9 Trong vấn đề nghiên cứu của luận văn thì ứng suất và biến dạng sinh ra bởi 2 nguyên nhân: Do co dọc và do co ngang. Trong đó nguyên nhân chính gây ra ứng suất trong mối hàn giáp mối là do co dọc, hiện tƣợng co ngang chỉ đƣợc xét nhƣ là nguyên nhân gây ra biến dạng của mối hàn. Do vậy trong chƣơng 2 trƣớc hết ta sẽ đi xây dựng công thức tính toán ứng suất và biến dạng lần lƣợt gây ra bởi co dọc và co ngang trong các trƣờng hợp cụ thể. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DO CO DỌC GÂY RA KHI HÀN GIÁP MỐI Úng suất và biến dạng do co dọc gây ra khi hàn giáp mối có nhiều phƣơng pháp tính toán nhƣ: Tính toán theo nội lực tác dụng (theo lực co), theo biến dạng thực.
Trong nội dung luận văn này tác giả sử dụng phƣơng pháp tính toán theo nội lực tác dụng.1 Xác định vùng ứng suất tác động và nội lực tác động Cơ sở tính toán: Coi nội lực tác động (còn gọi là lực co) nhƣ là những lực tập trung tác động lên vật hàn tại vị trí mối hàn. Các công thức tính dựa trên lý thuyết đàn hồi và sức bền vật liệu. * Các giả thuyết của phƣơng pháp: - Coi vùng tác động của lực co (bằng vùng nội lực tác động) có ứng suất kéo dọc trục phân bố đều và bằng giới hạn chảy của kim loại T Hình 2. Vùng phân bố ứng suất và nội lực trên mối hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 10 Nội lực tác động ứng suất tác động Nội lực phản kháng ứng suất phản kháng.
- Ở các vùng còn lại bên cạnh, hình thành ứng suất phản kháng do sự đàn hồi với lực co, gọi là vùng nội lực phản kháng. - Các chi tiết dạng tấm có chiều rộng nhỏ và trung bình ta dùng giả thiết tiết diện phẳng, tức là sau khi biến dạng, tiết diện vẫn giữ nguyên hình dạng, chỉ thay đổi kích thƣớc. - Trong tính toán, ta sử dụng các liên kết giả tạo vào các cạnh dọc của tấm, khi độ võng của tấm đổi dấu (=0). Không có sự tăng độ cứng vững của chi tiết, cũng không ảnh hƣởng đến sự thay đổi giá trị vùng ứng suất tác động.
Trạng thái tấm khi hàn đắp lên mép tấm - Để có thể tính toán đƣợc giá trị độ co dọc, ta đặt các hạn chế giả tạo tại thời điểm hình thành biến dạng dẻo nén, tấm chuyển sang trạng thái đàn hồi khi nguội (f=0) sao cho nó không bị uốn theo hƣớng ngƣợc lại nhƣng vẫn có thể co dọc. Trên thực tế, khi nung bằng nguồn nhiệt hàn lên mép tấm, do tiết diện ngang của nó của nó bị nung không đồng đều, dẫn tới việc co dãn khác nhau trong từng thớ, tấm bị uốn (hình 2.2-b) và uốn ngƣợc lại (hình 2. Còn muốn tính đến độ võng, ta có thể dùng momen uốn để tính. * Khảo sát trƣờng hợp cơ bản là hàn đắp lên mép tấm.
Để có cơ sở tính toán ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra khi hàn giáp mối, ta xét trƣờng hợp đơn giản là hàn đắp lên mép tấm. Các kết quả tính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 11 toán trong trƣờng hợp hàn đáp lên mép tấm chính là cơ sở để ta mở rộng tính toán trong tất các các trƣờng hợp còn lại khi nghiên cứu ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra. Hàn đắp lên mép tấm chiều dày δ Khi hàn đắp lên mép tấm, do tác động của nguồn nhiệt hàn, các dải nằm gần nguồn nhiệt không thể dãn nở tự do cho phù hợp với trạng thái nhiệt của chúng, do bị các thớ lân cận giữ lại. Vì vậy chúng sẽ bị nén dẫn đến tấm bị uốn cong lồi về phía có nguồn nhiệt (hình vẽ đứt đoạn).
Các trạng thái ứng suất biến dạng khi hàn đắp lên mép tấm a) Tính toán cụ thể cho trƣờng hợp hàn đắp lên mép tấm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Ứng suất khi hàn đắp lên mép tấm Vì giả thiết có các hạn chế giả tạo ở mép nên không có hiện tƣợng uốn ngang mặc dù vẫn có ứng suất uốn. Ứng suất do nội lực dọc trục (lực co, nội lực tác động) sinh ra sẽ tạo ra nhƣ trên hình 2. Trong vùng ứng suất tác động, ứng suất dƣ tối đa là σT nếu bn ≤ 0,5h.
- Nội lực tác động dƣ là: P = σT. 1) - Vì trong một vật, nội lực tác động cân bằng, ta có nội lực tác động bằng nội lực phản kháng (nhƣng khác dấu): P = δT.2) - Vì vậy ứng suất nén phản kháng σ2 sẽ là: T .3) h bn - Momen uốn do cặp lực nội lực tác động – nội lực phản kháng gây ra sẽ là: P.4) 2 - Nếu bỏ qua các hạn chế giả tạo đi, độ võng dƣ tấm do momen này gây uốn sẽ là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.h2 - Ứng suất uốn sẽ là : M 6Ph 3 T .h2 b) Xác định kích thƣớc của vùng ứng suất tác động (giá trị bn) Vùng ứng suất tác động là vùng bao gồm kim loại mối hàn và kim loại cơ bản lân cận, đã chịu biến dạng dẻo – nén khi bị nung nóng bởi nguồn nhiệt hàn. Có hai phƣơng pháp xác định bn là phƣơng pháp đồ thị và phƣơng pháp tuần tự xấp xỉ. Ở đây tác giả dùng phƣơng pháp đồ thị để xác định giá trị của bn * Các giả thiết cho tính toán giá trị bn - Ứng suất tác động kéo dƣ dọc trục là nhƣ nhau trong mọi thớ của vùng ứng suất tác động và bằng giới hạn chảy σT với điều kiện là bn<0,5h.
- Nhiệt độ của các điểm cách trục mối hàn một khoảng nhƣ nhau thì đều nhƣ nhau (bỏ qua ảnh hƣởng của chiều rộng tấm và sử dụng nguồn nhiệt di chuyển nhanh). * Phương pháp đồ thị để tính bn Xét một liên kết hàn giáp mối ở trạng thái tự do. Vùng ứng suất tác động có chiều rộng là b0 = 2bn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.
