Chương 1 TỔNG QUAN 1. Đặt vấn đề Trong những năm gầ n đây , dưới sự đinh ̣ hướng phát triể n kinh tế thời kỳ hô ̣i nhâ ̣p của Đảng và Nhà nước, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học kỹ thuật ngành công nghiệp nước ta đã có những bước phát triển rất đáng tự hào. Trong đó lĩnh vực Hàn của nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ , đáp ứng được yêu cầ u ngày càng cao về công nghê ̣ và vâ ̣t liê ̣u. Đặc biệt ứng dụng trong lĩnh vực công nghiê ̣p đóng tàu , chế ta ̣o máy móc , khai thác lo ̣c dầ u , xây dựng hê ̣ thố ng đường ố ng bể chứa dầ u khí… Với đă ̣c thù của ngành Hàn là ngành công nghệ phức tạp , phố i hơ ̣p nhiề u ngành khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t từ vâ ̣t lý , hóa học, luyê ̣n kim , cơ khí , tự đô ̣ng hóa đến kỹ thuật điện , điê ̣n tử.
Do đó ngành Hàn phải đẩy mạnh việc nghiên cứu và ứng du ̣ng những công nghê ̣ mới. Hiê ̣n nay ngành Hàn thế giới đang phát triể n rấ t ma ̣nh mẽ với sự ra đời của các phương pháp hàn mới, các thiết bị hiện đại nhằ m giảm bớt sức lao đô ̣ng và nâng cao chấ t lươ ̣ng. Mô ̣t trong những công nghê ̣ hàn mới đan g đươ ̣c ứng du ̣ng rô ̣ng raĩ ở nước ta đó là công nghê ̣ hàn trong môi trường khí bảo vê ̣. Phương pháp hàn mới này có nhiều ưu điểm , đă ̣c biê ̣t là năng suấ t hàn, chấ t lươ ̣ng mố i hàn và khả năng tự đô ̣ng hóa cao, rấ t phù hơ ̣p với sản xuất lớn và các ứng dụng tự động khi hàn tấm kim loa ̣i, đường ố ng, bể chứa… Tuy nhiên khi áp du ̣ng công nghê ̣ hàn mới này trong sản xuấ t cũng gă ̣p mô ̣t số khó khăn , đă ̣c biê ̣t là hàn ở các vi ̣trí khó hàn trong không gi an như 2G, 3G, 5G, 6G… Để nâng cao chấ t lươ ̣ng mố i hàn thì ta phải tiế n hành nghiên cứu , điề u chỉnh các thông số của quá trình hàn , tìm ra các thống số tối ưu.
Do đó tác giả đã cho ̣n đề tài: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G”. Tình hình nghiên cứu 1. Mô ̣t số công trin ̀ h nghiên cứu trong nước Công nghệ hàn MAG ở nước ta đã trải qua một quá trình nghiên cứu ứng dụng với những đặc điểm riêng liên quan đến đặc thù nên kinh tế, trình độ sản xuất công nghiệp và quá trình xuất nhập khẩu các mặt hàng cơ khí của Việt Nam. Thực tế quá trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn MAG chưa đáp ứng được nhu cầu của sản xuất công nghiệp.
Nhận thấy tầm quan trọng và ý nghĩa của phương pháp công nghệ này trong nền sản xuất công nghiệp, từ những năm 70, các cơ quan nghiên cứu và các ngành sản xuất công nghiệp đã quan tâm đến lĩnh vực công nghệ hàn MAG Công trình nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực hàn MAG ở nước ta được triển khai tại Viện Khoa học Kỹ thuật Xây dựng. Việc nghiên cứu được tiến hành trên cơ sở các thiết bị và vật liệu của Thụy Điển. Báo cáo giám định đề tài này đã khẳng định rõ những ưu điểm, tính hiệu quả kinh tế cao và triển vọng to lớn của việc ứng dụng công nghệ hàn MAG vào sản xuất cơ khí ở nước ta. Tại Bô ̣ môn Công ngh ệ cơ khí thuộc khoa Cơ điện Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, năm 1974 đã nghiên cứu về hàn CO2 và ứng dụng hiệu quả tại Tổng cục địa chất.TS của tác giả Nguyễn Bình tại Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã có đề cập tới công nghệ hồi phục các chi tiết máy bằng hàn hồ quang trong đó có hàn CO2.
Năm 1992, một đề tài cấp Nhà nước nghiên cứu công nghệ hàn, đây là đề tài trọng điểm thuộc chương trình KC-04 ( là chương trình nghiên cứu cơ khí do GS.TS Hàn Đức Kim chủ trì ) đã triển khai tại Viện nghiên cứu máy. Đề tài công nghệ hàn do P.TS Nguyễn Văn Thông làm chủ nhiệm. Trong đề tài này có đề mục nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG. Đây là một đề tài lớn nghiên cứu nhiều phương pháp công nghệ hàn.
Năm 1993, 1994 chương trình nghiên cứu KHKT KC-10 do GS. TS La Ngọc Khuê chủ nhiệm có đề tài KC-10-17 và đề tài cấp bộ 26B – Bộ GTVT do P.TS Phan Miêng chủ nhiệm đều nghiên cứu về ứng dụng CNH CO2 trong điều kiện Việt Nam. Đặc biệt đề tài 26B đã đạt được một số thành quả: dùng khí CO2 của Việt Nam để Trang 2 hàn thép hợp kim thấp trong điều kiện có ảnh hưởng của khí hậu gió mùa (vận tốc gió đến 0,5m/s) hàn đắp hàn ngàn trục bánh xe tàu hỏa của nước ta. Trong những năm gần đây Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng đã tiếp tục nghiên cứu công nghệ hàn MAG để hàn thép hợp kim các loại.
Các tác giả đã sử dụng công cụ toán học : “ tối ưu hóa “ Quy trình công nghệ hàn CO2 để xác định chế độ nguội tối ưu trong khoảng 80º-500º cho một số thép hợp kim thấp Crom- Mangan, Mangan – Silic, kết quả nghiên cứu rất có ý nghĩa Khoa học – Công nghệ và thực tiễn. Từ đầu những năm 2000 cùng với sự mở cửa kêu gọi đầu tư của nước ngoài vào Việt Nam và sự yêu cầu khắt khe về chất lượng hàn, cho các sản phẩm trong nước cũng như sản phẩm nhập khẩu, bắt buộc các Công ty, nhà máy, khu công nghiệp phải đầu tư thiết bị và đưa công nghệ hàn MAG vào sản xuất. Cùng với sự phát triển và ứng dụng hiệu quả của công nghệ hàn MAG thì công việc nghiên cứu phát triển tìm tòi về công nghệ hàn MAG lại được được các Viện nghiên cứu, các Trường Đại học quan tâm. Tuy nhiên các trung tâm nghiên cứu về hàn la ̣i tâ ̣p trung chủ yếu ở khu vực miền Bắc (cụ thể là Hà Nội), còn ở khu vực phía Nam cụ thể như Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận như Đồng Nai , Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu, nơi có ngành công nghiê ̣p phát triể n nhấ t cả nước thì về cơ bản chưa có mô ̣t trung tâm nghiên cứu về hàn.
Các đề tài về lĩnh vực hàn ở nước ta đã và đang được nghiên cứu: - Mô phỏng, tính toán và thiết kế các kết cấu hàn - Mô phỏng, tính toán ứng suất và biến dạng của các liên kết trong các loại kết cấu thép - Nghiên cứu các biện pháp hữu hiệu để hạn chế ứng suất và biến dạng hàn - Nghiên cứu cơ chế hình thành và phát triển vết nứt trong liên kết hàn từ đó đánh giá tuổi thọ của liên kết hàn. - Nghiên cứu các biện pháp để kiểm tra khuyết tật trong hàn và các biện pháp xử lý khuyết tật hàn. Trang 3 - Nghiên cứu ứng dụng các công nghệ hàn có chất lượng và năng suất cao vào chế tạo kết cấu vỏ tàu, thiết bị năng lượng, nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, nhà máy lọc dầu, … - Nghiên cứu quy trình công nghệ hàn trong chế tạo giàn khoan phục vụ công nghiệp dầu khí - Nghiên cứu áp dụng công nghệ lai ghép các quá trình hàn truyền thống (MIG/MAG/TIG/SAW…) để hình thành quá trình hàn mới có năng suất và chất lượng cao hơn, đặc biệt là khả năng ứng dụng vào điều kiện sản xuất của Việt Nam. Mô ̣t số công trin ̀ h nghiên cứu ở nước ngoài Những tồn tại của công nghệ hàn MAG đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà Khoa học công nghệ trên thế giới.
Các tác giả đã có một quá trình nghiên cứu từng vấn đề tồn tại theo phương pháp chung là : Đi từ thực nghiệm, đến nghiên cứu bản chất và giải quyết vấn đề trong mối quan hệ với yếu tố công nghệ và điều kiện thực tiễn. Kết quả cuối cùng thường đi đến giải quyết ( công thức mới hoặc hiệu chỉnh công thức ) cho một thông số hàn cụ thể, cũng có thể đề ra được giải pháp đổi mới thiết bị, hiện đại hóa công nghệ, thậm chí chế tạo hoàn toàn một bộ phận nào đó của tổ hợp dây chuyền công nghệ. Tất cả đều đi đến mục đích chung là tạo ra sản phẩm hàn có chất lượng tốt hơn, giá thành hợp lí, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, bảo vệ môi trường và cuối cùng là hiệu quả kinh tế cao. Để khảo sát một cách tổng quát những thành tựu khoa học – công nghệ trong lĩnh vực công nghê ̣ hàn MAG , ta có thể chia ra một cách tương đối các mảng đề tài mà thế giới đã quan tâm nghiên cứu : * Năng lượng và quá trình chuyển dịch giọt kim loại lỏng của điện cực * Quá trình luyện kim mối hàn, vật liệu và môi trường bảo vệ hồ quang * Công nghệ hàn cụ thể các loại thép, các loại kết cấu đặc chủng * Các loại khí bảo vệ mối hàn và ảnh hưởng của chúng tới chất lượng mối hàn.
Trang 4 Hiê ̣n nay trên thế giới công nghê ̣ hàn đươ ̣c nghiên cứu và phát triể n ma ̣nh mẽ ở các nước có nền công nghiệp phát triển. Ở Mỹ tiêu biểu và lớn mạnh nhất là hiệp hô ̣i hàn AWS – American Welding Society, AWS đã xây dựng bô ̣ tiêu chuẩ n về hàn đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng raĩ trong các lĩnh vực công nghiệp trên khắp thế giới. Bô ̣ tiêu chuẩ n này đươ ̣c sử du ̣ng chủ yế u trong hàn kế t cấ u. Các tiêu chuẩn đề ra trong AWS chủ yếu tập trung vào việc tính toán thiết kế và kiểm tra mối hàn bao gồm kiểm tra ngoại dạng, kiể m tra hủy thể và không hủy thể.
Ngoài ra ở Mỹ còn tồn tại các bộ tiêu chuẩn hàn đang được sử dụng trong các lĩnh vực riêng biệt như: 1. ASME (American Society of Mechanical Engineers ) – Hiê ̣p hô ̣i các kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ, bao gồ m các tiêu chuẩ n sau: ASME Boiler & Pressure Vessel Code – Quy pha ̣m ASME về nồ i hơi và bồ n bể áp lực ASME Code for Pressure Piping , B31 – Quy pha ̣m ASME về các đường ống áp lực 2.