Chương 1: Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu lý thuyết và thực hành nhằm xem xét đánh giá chung về công nghệ ForceArc để từ đó xác định mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết của công nghệ ForceArc, đồng thời nêu ra mô hình tính toán của quá trình hàn này. Chương 3: Phân tích và tính toán các thông số của chế độ hàn ForceArc. Chương 4: Lựa chọn phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn.
Chương 5: Xác định các thông số ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình hàn và tiến hành thực nghiệm, tìm ra phương trình hàm mục tiêu, tìm ra miền tối ưu của các thông số hàn, kiểm tra chất lượng mối hàn. Chương 6: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng cho đề tài. iv ABSTRACT The potential of the Force Arc Welding Process is easily in the creation of defect free welds in almost all of the carbon and alloy steels. The success and applicability of the process, however, will depend on the performance of the welds compared to other joining process.
Experimental testing and evaluation are necessary for the determination of the mechanical respone of Force Arc Welds and vital to the development and optimization of the Force Arc Welding Process. The goal of experimental testing Force Arc Welds in this thesis is to obtain the data necessary to begin understanding the effects of parameters the Force Arc Welding to process. An attempt has been made to evaluate and compare modelling and experimental. v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC.
i LỜI CAM ĐOAN. ii CẢM TẠ. iv MỤC LỤC. vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .x DANH SÁCH CÁC HÌNH.
xii DANH SÁCH CÁC BẢNG .xv Chƣơng 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan về phƣơng pháp hàn hồ quang áp lực .2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tổng quan về lý thuyết, công nghệ, thiết bị .2 Những ngành công nghiệp đã ứng dụng công nghệ ForceArc .3 Những ứng dụng liên quan đến công nghệ ForceArc .3 Tính cấp thiết của đề tài.4 Tính mới của đề tài .5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.6 Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng nghiên cứu .7 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn của đề tài .8 Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện .1 Phương pháp nghiên cứu .2 Kế hoạch thực hiện .15 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Hồ quang hàn thông thƣờng và các tính chất của nó .1 Hồ quang hàn thông thường .2 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự dịch chuyển kim loại vào bể hàn .1 Các dạng dịch chuyển .1 Dịch chuyển dạng cầu .2 Dịch chuyển dạng phun.3 Dịch chuyển dạng ngắn mạch .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự dịch chuyển giọt kim loại vào bể hàn: .1 Trọng lượng của giọt kim loại lỏng .2 Sức căng bề mặt .3 Lực từ trường .3 Bản chất của hồ quang áp lực .4 Ƣu điểm của hồ quang áp lực so với hồ quang phun .25 Chƣơng 3: CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG ÁP LỰC .1 Thiết bị dùng để thực nghiệm .2 Kiểu liên kết hàn .3 Vật liệu hàn .4 Chuẩn bị mép vát .2 Phƣơng pháp hàn và chế độ hàn .1 Phương pháp hàn .32 Chƣơng 4: KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN .1 Ảnh hƣởng của khuyết tật đến cơ tính liên kết hàn .1 Ảnh hưởng chung .2 Ảnh hưởng của nứt .3 Ảnh hưởng của không ngấu .4 Ảnh hưởng của rỗ khí, lẫn xỉ .5 Ảnh hưởng của hình dáng mối hàn .6 Ảnh hưởng của lệch mép .2 Kiểm tra không phá hủy (NDT) .1 Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ (RT) .2 Kiểm tra bằng siêu âm (UT) .3 Kiểm tra bằng siêu âm màu ba chiều (PA-UT) .4 Kiểm tra bằng kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm (TOFD) .5 Lựa chọn phương pháp kiểm tra không phá hủy .3 Kiểm tra cơ tính mối hàn .1 Thử kéo tĩnh .2 Thử uốn tĩnh.4 Thử độ dai va đập .5 Lựa chọn phương pháp kiểm tra cơ tính .1 Kích thước mẫu thử kéo (Tiêu chuẩn AWS D1.2 Yêu cầu đối với mẫu thử kéo .3 Phương pháp gia công mẫu .4 Tiến hành thử kéo .4 Kiểm tra tổ chức mối hàn (phân tích kim tƣơng) .1 Nguyên lý và quy trình .2 Tổ chức vi mô .53 Chƣơng 5: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM .1 Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm .2 Hàm mục tiêu của hệ thống .3 Các thông số đầu vào ảnh hƣởng đến quá trình nghiên cứu.4 Cơ sở giới hạn các thông số nghiên cứu đầu vào .5 Các yếu tố nghiên cứu đầu vào .6 Phát biểu bài toán hộp đen .7 Qui hoạch thực nghiệm đơn yếu tố .1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của góc vát cạnh .2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn .3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp hàn .8 Quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần .1 Mô hình hàm mục tiêu .2 Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số hồi qui. Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui .4 Tính hệ số xác định R2.9 Tối ƣu hóa nghiệm của phƣơng trình .77 Chƣơng 6: KẾT LUẬN .2 Hƣớng phát triển của đề tài .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 PHỤ LỤC ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt American Society of Mechanical ASME Hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ Engineers American Society for Testing Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm ASTM and Materials Mỹ AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Mỹ CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển chương trình số Deutsches Institut fur Normung DIN = German Institute for Viện tiêu chuẩn hóa Đức Standardization Tiêu chuẩn các quốc gia châu EN European Nations Âu FAW Force Arc Welding.
Hàn hồ quang áp lực Hàn hồ quang điện cực nóng GMAW Gas Metal Arc Welding chảy trong khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực không GTAW Gas Tungsten Arc Welding nóng chảy trong khí bảo vệ HAZ Heat Affected Zone Vùng ảnh hưởng nhiệt JIS Japanese Industrial Standard Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Hàn hồ quang điện cực nóng MAG Metal Active Gas chảy trong khí hoạt tính Hàn hồ quang điện cực nóng MIG Metal Inert Gas chảy trong môi trường khí trơ NDT Non- Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy PA-UT Phased Array Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm tổ hợp pha RT Radiographic Tomography Chụp ảnh phóng xạ x Hàn hồ quang điện cực không TIG Tungsten Inert Gas nóng chảy trong khí trơ TOFD Time of Flight Diffraction Kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm TWI Welding Institute UK Học viện hàn Vương Quốc Anh UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm Wire Electrical Discharge Máy gia công tia lửa điện điện WEDM Machining cực dây xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Chƣơng 1: Hình 1.1: Mối hàn được hình thành phía trong ống .2: Độ sâu nóng chảy của mối hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) .3: So sánh số lớp hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) .4: Ưu điểm của phương pháp ForceArc (a) so với phương pháp thông thường (b) khi hàn liên kết chữ T .5: Vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b).6: Máy hàn Phoenix 500 của hãng EWM, Đức .7: Máy hàn Alpha Q551 của hãng EWM, Đức .8: Máy hàn Taurus T551 của hãng EWM, Đức .9: Tàu điện của Locomotive Dragon .10: Tàu tuần tra của Sea-East .11: Ứng dụng trong chế tạo bồn bể .9 Chƣơng 2: Hình 2.1: Sự nóng chảy của điện cực khi hồ quang cháy .2: Sự dịch chuyển kim loại lỏng vào bể hàn dạng cầu .3: Hồ quang SprayArc .4: Đường biểu diễn sự thay đổi dòng điện và điện áp theo thời gian của hồ quang phun ngắn .5: Hình ảnh tĩnh của hồ quang ForceArc .6: Sự phân chia giai đoạn của loại hồ quang ngắn .7: Đường biểu diễn sự thay đổi dòng điện và điện áp theo thời gian của hồ quang áp lực .8: Sự truyền kim loại vào bể hàn của hồ quang áp lực .25 Chƣơng 3: Hình 3.1: Liên kết hàn theo AWS D1.2: Các phôi hàn được vát góc 300, 400 và 500 .3: Chọn số Job theo vật liệu hàn và đường kính dây hàn .4: Job179 với dòng điện và điện áp hàn .5: Job180 với dòng điện và điện áp hàn .6: Job181 với dòng điện và điện áp hàn .7: Kích thước mối hàn và tiết diện ngang kim loại đắp .8: Phôi hàn với góc vát 400 sau khi hàn lớp thứ nhất .9: Số lớp hàn với góc vát 300 (3 lớp, hình a) và góc vát 500 (5 lớp, hình b) 31 Hình 3.10: Hình dáng mối hàn ở mặt trước (a) và mặt sau (b)(chỉ hàn một phía) .31 Chƣơng 4: Hình 4.1: Kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ (RT).2: Thiết bị chụp ảnh phóng xạ ICM X-RAY .3:Phương pháp xung phản hồi (a) và phương pháp truyền qua (b) .4: Ứng dụng PA-UT để kiểm tra vật liệu .5: Kiểm tra mối hàn bằng PA-UT .6: Kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm .7: Kiểm tra mối hàn bằng thiết bị siêu âm Epoch .8: Kích thước mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.9: Kích thước mẫu thử uốn theo tiêu chuẩn AWS D1.10: Các phương pháp đo độ cứng thông dụng.11: Các vị trí cần thử độ cứng .12: Mẫu chuẩn thử độ vai va đập rãnh V (a) và rãnh U (b) .13: Kích thước mẫu thử kéo .14: Vị trí lấy mẫu thử kéo.15: Mẫu thử sau khi cắt rời .16: Gia công mẫu thử kéo trên máy phay CNC .17: Các mẫu thử kéo sau khi được gia công .18: Thử kéo trên máy INSTRON .19: Các mẫu thử sau khi kéo đứt .20: Hình dáng mặt cắt ngang mối hàn sau khi tẩm thực .21: Tổ chức vi mô vùng mối hàn. 22: Tổ chức vi mô vùng tiếp giáp (vùng viền chảy) .23: Tổ chức vi mô vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) .24: Tổ chức vi mô vùng kim loại cơ bản .52 Chƣơng 5: Hình 5.1: Mô hình hộp đen cho quá trình nghiên cứu .2: Dạng phương trình khi thay đổi góc vát .3: Dạng phương trình khi thay đổi cường độ dòng điện Ih.4: Dạng phương trình khi thay đổi điện áp hàn Uh.59 xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Chƣơng 3: Bảng 3.1: Thành phần hóa học của thép CT3.27 Chƣơng 5: Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm khi thay đổi .2: Kết quả thí nghiệm khi Ih thay đổi .3: Kết quả thí nghiệm khi Uh thay đổi .4: Bảng tổng hợp giá trị của các thông số đầu vào .5: Bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm .6: Đánh số mẫu thử .7: Bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm mở rộng .8: Số liệu để tính phương sai lặp lại .