Chương 1 1. Mục tiêu: Xác định các thông số hàn và các điều kiện biên của quá trình hàn cho các liên kết sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu biến dạng nhiệt của sản phẩm hàn 1. Kế hoạch thực hiện: - Thời gian thực hiện: 1 tháng kể từ ngày bắt đầu thực hiện đề tài - Giới hạn: Chỉ tập trung vào các liên kết hàn: (*) Liên kết hàn đâu mí và hàn góc (*) Chiều dày vật hàn: < 5 mm (*) Số lượng lớp hàn: 01 lớp (*) Chiều dài đường hàn: < 200 mm 1. Phương pháp thực hiện: Tham khảo tài liệu tại các kho dữ liệu về tiêu chuẩn hàn như: TCVN, ASME, AWS, API, ISO,.
và các kho dữ liệu như: - Elsevier: www.com - Wiley: www.com - Springer: www. Phân tích và diễn giải số liệu thu được: Các dữ liệu về thông số hàn và các điều kiện biên của quá trình hàn sẽ phục vụ cho thí nghiệm và mô phỏng như sau: - Thí nghiệm: Trong quá trình hàn các sản phẩm thực, các thông số hàn theo tiêu chuẩn sẽ được sử dụng. Do đó, trong nghiên cứu này, các bộ tiêu chuẩn này cũng sẽ được sử dụng cho quá trình thí nghiệm. - Tính toán, mô phỏng biến dạng nhiệt của sản phẩm hàn: Thông qua quá trình tham khảo các nghiên cứu trước đây về biến dạng nhiệt của sản phẩm hàn, điều kiện biên của quá trình mô phỏng sẽ được thiết lập với hai chỉ tiêu: (*) Bám sát điều kiệm thí nghiệm (*) Thích hợp với khả năng tính toán của máy tính 1.
Kết quả nghiên cứu Hiện nay, các liên kết không tháo được của kim loại dạng ống được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp hàn. Trong đó, với các ống có chiều dày nhỏ hơn 5 mm, phương pháp hàn 1 lớp thường được sử dụng. Trong lĩnh vực hàn các ống kim loại, bên cạnh các yêu cầu về độ bền, các yêu cầu về biến dạng của kết cấu hàn ngày càng được tập trung nghiên cứu. Để giảm bến dạng của kết cấu hàn, ngoài các yêu cầu về vật liệu, qui trình hàn cũng là một trong các yếu tố quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến hình dạng của kết cấu sau hàn.
8 Luan van Nội dung về “Qui trình hàn hồ quang và các tiêu chuẩn thông dụng trong quá trình hàn ống” của Đề tài đã được thực hiện từ tháng 01-2016 đến tháng 02-2016 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Các dữ liệu về thông số hàn và các điều kiện biên của quá trình hàn sẽ phục vụ cho thí nghiệm và mô phỏng như sau: - Thí nghiệm: Trong quá trình hàn các sản phẩm thực, các thông số hàn theo tiêu chuẩn sẽ được sử dụng. Do đó, trong nghiên cứu này, các bộ tiêu chuẩn này cũng sẽ được sử dụng cho quá trình thí nghiệm.
- Tính toán, mô phỏng biến dạng nhiệt của sản phẩm hàn: Thông qua quá trình tham khảo các nghiên cứu trước đây về biến dạng nhiệt của sản phẩm hàn, điều kiện biên của quá trình mô phỏng sẽ được thiết lập với hai chỉ tiêu: (*) Bám sát điều kiệm thí nghiệm (*) Thích hợp với khả năng tính toán của máy tính 1. Sự hình thành mối hàn Mối nối được thực hiện bằng phương pháp hàn gọi là mối hàn. Mối hàn là mối nối liền không tháo được. Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn Trong hàn nóng chảy mối nối hàn gồm các thành phần chính như sau: Hình 1.
Liên kết hàn (*) Liên kết hàn: Mối hàn gồm hai phần chính: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành (*) Vùng tiệm cận mối hàn: Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 100 0C đến gần nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy. (*) Kim loại cơ bản Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong quá trình hàn (*) Sự tạo thành bể hàn (vũng hàn) Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn. 9 Luan van Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn, đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo.
Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đuôi. Vũng hàn (*) Phần đầu bể hàn Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ỏ phía trước bị nóng chảy (*) Phần đuôi bể hàn Phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên mối hàn. Trong quá trình hàn, kim loại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động và xáo trộn không ngừng.
Sự chuyển động của kim loại lỏng trong bể hàn là do tác dụng của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn bị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn. Hình dạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào: - Công suất của nguồn nhiệt - Chế độ hàn - Tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn Hình dạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng: b- chiều rộng bể hàn h- Chiều sâu nóng chảy l- Chiều dài bể hàn Tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình dạng của bể hàn: = b/ l Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Nếu b/l lớn (bể hàn rộng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi 10 Luan van kết tinh nhận được mối hàn có chất lượng cao. Ngược lai, nếu b/L nhỏ thì sau khi kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn.
Hình dạng và kích thước của bể hàn (*) Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không những ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng mối hàn. Khi hàn hồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí nào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn là do các yếu tố sau: - Trọng lực của giọt kim loại lỏng Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng vào bể hàn Lực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố này hoàn toàn không thuận lợi. - Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử.
Lực phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng nhỏ nhất, tức là làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại. Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có dạng hình cầu. Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung của nó. - Lực từ trường Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường.
Lực của từ trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng của que hàn bị thắt lại. 11 Luan van Hình 1. Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật độ và cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi và tạo ra áp lực lớn đẩy các giọt kim loại lỏng vào bể hàn.
Lực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí - Áp lực khí Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và sinh ra khí. Ở nhiệt độ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực lớn đủ để đẩy các giọt kim loại 1. Công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Các nguyên lý vận hành Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là quá trình hàn có sự cấp dây tự động là điện cực nóng chảy với vận tốc không đổi (Ve =Const) vào bể hàn.
Phương pháp này có thể được phân loại theo: + Theo phương pháp cơ khí hóa quá trình hàn gồm: Bán tự động; tự động và robot hàn. + Theo phương thức dòng khí bảo vệ gồm: MIG & MAG: Quá trình liên kết mối hàn được bảo vệ bằng một dòng khí cấp ngoài. Sau khi người thợ vận hành đặt những thông số ban đầu, thiết bị sẽ tự động điều chỉnh tốc độ của hồ quang điện. Do đó, những điều khiển bằng tay của người thợ vận hành trong quá trình hàn bán tự động chỉ là tốc độ di chuyển, hướng di chuyển và vị trí của súng hàn.
Trong điều kiện đã đặt đúng những tham số ban đầu, chiều dài của hồ quang và cường độ dòng điện (tốc độ cấp dây) sẽ được duy trì tự động. Súng hàn dẫn hướng cho điện cực nóng chảy, dẫn dòng điện và khí bảo vệ tới vật hàn, do đó cung cấp năng lượng để tạo nên và duy trì cho hồ quang cháy, và làm nóng chảy điện cực cũng như là đáp ứng sự bảo vệ cần thiết chống lại môi trường không khí xung quanh. Có hai cách kết hợp của bộ phận cấp dây và nguồn điện hàn được sử dụng để đạt được sự điều chỉnh chiều dài hồ quang. Thông thường nhất, sự điều chỉnh này bao gồm 12 Luan van một nguồn điện có điện thế (điện áp) không đổi (có đặc điểm là cung cấp một đường đặc tính Volt – Ampe dốc) và bộ phận cấp điện cực sẽ được điều chỉnh theo điện áp hồ quang.
Với sự kết hợp điện áp không đổi tốc độ cấp dây không đổi, những thay đổi về vị trí súng hàn sẽ gây nên những thay đổi về cường độ dòng điện đáp ứng chính xác sự thay đổi về chiều dài thò ra của điện cực (phần điện cực dài ra khỏi miệng súng). Do đó, chiều dài của hồ quang được giữ không đổi.