Nghiên cứu chi tiết biến dạng sản phẩm dạng hộp trong quy trình hàn hồ quang bán tự động

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu biến dạng của sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Đề tài: Nghiên cứu biến dạng của sản phẩm dạng hộp với quy trình hàn bán tự động

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• 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. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Kết luận
• 1.5. Mục tiêu của đề tài
• 1.6. Nhiệm vụ của đề tài, phương pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.6.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6.3. Giới hạn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: HÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG CÓ KHÍ BẢO VỆ
• 2.1. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding)
• 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
• 2.5. Khái niệm về mối hàn
• 2.6. Sự tạo thành bể hàn
• 2.7. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
• 2.8. Các thông số công nghệ hàn
• 2.9. Ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn
• 2.10. Lý thuyết ứng suất và biến dạng hàn và ý nghĩa của nó
• 2.11. Cơ chế hình thành ứng suất và biến dạng trong mối hàn
• 2.12. Phân loại ứng suất và biến dạng hàn
• 2.13. Nguyên nhân phát sinh biến dạng và ứng suất trong quá trình hàn
• 2.14. Trường nhiệt độ khi hàn
• 2.15. Mô phỏng biến dạng sản phẩm dạng hộp trong quá trình hàn hồ quang bán tự động
• 2.15.1. Mô hình hình học, thông số hàn và kim loại hàn của bài toán
• 2.15.2. Kết quả mô phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ
• 2.15.3. Trường hợp 1: Tiến hành hàn từng đường một
• 2.15.4. Trường hợp 2: Hàn 1 lần 2 đường
• 2.15.5. Trường hợp 3: Hàn 1 lần 3 đường và 1 đường
• 2.15.6. Trường hợp 4: Hàn 1 lần 4 đường
• 3. QUY TRÌNH HÀN SẢN PHẨM VÀ ĐO KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Quy trình hàn sản phẩm dạng hộp
• 3.2. Chọn các trường hợp trong quá trình hàn
• 3.2.1. Trường hợp 1: Hàn 1 đường hàn (máy 1)
• 3.2.2. Trường hợp 2: Hàn cùng lúc 2 đường hàn (máy 1 & máy 4)
• 3.2.3. Trường hợp 3: Hàn cùng lúc 4 đường hàn (máy 1, máy 2, máy 3, máy 4)
• 3.3. Tiến hành kiểm tra và đo kết quả trước khi hàn và sau khi hàn
• 5. CHƯƠNG 5: SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ THỰC TẾ
• 5.1. Kết quả so sánh mẫu hàn cùng lúc 4 đường
• 5.1.1. Đường biến dạng 1
• 5.1.2. Đường biến dạng 2
• 5.1.3. Đường biến dạng 3
• 5.1.4. Đường biến dạng 4
• 5.1.5. Đường biến dạng 5
• 5.2. Kết quả so sánh mẫu hàn lần lượt 1 đường 1-2-3-4
• 5.2.1. Đường biến dạng 1
• 5.2.2. Đường biến dạng 2
• 5.2.3. Đường biến dạng 3
• 5.2.4. Đường biến dạng 4
• 5.2.5. Đường biến dạng 5
• 5.3. Kết quả so sánh mẫu hàn đường 1-4 rồi hàn 2-3
• 5.3.1. Đường biến dạng 1
• 5.3.2. Đường biến dạng 2
• 5.3.3. Đường biến dạng 3
• 5.3.4. Đường biến dạng 4
• 5.3.5. Đường biến dạng 5
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu biến dạng sản phẩm dạng hộp trong hàn bán tự động

Nghiên cứu biến dạng của sản phẩm dạng hộp trong quy trình hàn bán tự động là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hàn hiện đại. Hàn bán tự động, với khả năng tự động hóa cao, giúp nâng cao chất lượng mối hàn và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, biến dạng sản phẩm trong quá trình hàn vẫn là một thách thức lớn. Việc hiểu rõ về cơ chế biến dạng sẽ giúp cải thiện quy trình hàn và nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.1. Khái niệm về biến dạng sản phẩm trong hàn

Biến dạng sản phẩm trong hàn là hiện tượng thay đổi hình dạng và kích thước của sản phẩm do tác động của nhiệt độ và ứng suất trong quá trình hàn. Hiện tượng này có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng như giảm chất lượng mối hàn và ảnh hưởng đến tính năng cơ học của sản phẩm.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu biến dạng trong hàn

Nghiên cứu biến dạng trong hàn không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Việc dự đoán và kiểm soát biến dạng sẽ giúp tối ưu hóa quy trình hàn, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của sản phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu biến dạng sản phẩm dạng hộp

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong công nghệ hàn, nhưng vấn đề biến dạng sản phẩm vẫn tồn tại. Các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ hàn và loại vật liệu đều ảnh hưởng đến mức độ biến dạng. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng trong hàn

Nhiệt độ và ứng suất là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến biến dạng trong hàn. Nhiệt độ cao trong quá trình hàn có thể gây ra sự giãn nở của kim loại, dẫn đến biến dạng không mong muốn. Ngoài ra, ứng suất dư cũng có thể phát sinh trong quá trình làm nguội, gây ra biến dạng.

2.2. Thách thức trong việc kiểm soát biến dạng

Việc kiểm soát biến dạng trong hàn là một thách thức lớn. Các phương pháp hiện tại vẫn chưa hoàn toàn hiệu quả trong việc dự đoán và kiểm soát biến dạng. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu hơn để phát triển các phương pháp mới nhằm giảm thiểu biến dạng.

III. Phương pháp nghiên cứu biến dạng trong quy trình hàn bán tự động

Để nghiên cứu biến dạng trong quy trình hàn bán tự động, cần áp dụng các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm. Mô phỏng giúp dự đoán biến dạng trước khi thực hiện hàn thực tế, trong khi thực nghiệm cung cấp dữ liệu để xác nhận các giả thuyết.

3.1. Mô phỏng biến dạng trong hàn

Mô phỏng biến dạng sử dụng các phần mềm chuyên dụng để dự đoán ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn. Các mô hình toán học sẽ giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng và đưa ra các giải pháp tối ưu.

3.2. Thực nghiệm kiểm tra biến dạng

Thực nghiệm là bước quan trọng để xác nhận các kết quả mô phỏng. Các mẫu hàn sẽ được thực hiện và đo đạc để so sánh với kết quả mô phỏng, từ đó rút ra các kết luận về độ chính xác của mô hình.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu biến dạng trong hàn

Kết quả nghiên cứu về biến dạng trong hàn bán tự động có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Việc hiểu rõ về biến dạng sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Nghiên cứu biến dạng có thể được áp dụng trong sản xuất các sản phẩm kim loại, đặc biệt là trong ngành chế tạo máy và xây dựng. Việc kiểm soát biến dạng sẽ giúp nâng cao độ bền và chất lượng sản phẩm.

4.2. Kết quả thực nghiệm và phân tích

Kết quả thực nghiệm cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mẫu hàn khác nhau. Việc so sánh giữa kết quả mô phỏng và thực tế giúp xác định các yếu tố cần điều chỉnh trong quy trình hàn.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu biến dạng hàn

Nghiên cứu biến dạng trong quy trình hàn bán tự động là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Việc phát triển các phương pháp mới để kiểm soát biến dạng sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kiểm soát biến dạng là rất quan trọng trong quy trình hàn. Các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm đã cung cấp những hiểu biết quý giá về cơ chế biến dạng.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện quy trình hàn. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp hàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. Tổng quan về lĩnh vực hàn hồ quang điện. Hàn hồ quang là phương pháp hàn nóng chảy dùng nhiệt của ngọn lửa hồ quang sinh ra giữa các điện cực hàn.

Hồ quang hàn là dòng chuyển động của các điện tử và ion về hai điện cực, kèm theo sự phát nhiệt lớn và phát sáng mạnh. Trong các điều kiện bình thường, không khí không dẫn điện, giữa 2 điện cực của các loại máy hàn hồ quang có điện áp không tải nhỏ thua 80 vôn, vì vậy không có sự phóng điện giữa chúng.Để gây hồ quang, người ta gây ra hiện tượng đoản mạch lúcđó mật độ dòng điện tại chổ tiếp xúc của 2 điện cực rất lớn, theo định luật Jun-lenc thì Q = 0,24 RI2t, nhiệt lượng này được các điện tử tự do ở mặt đầu catốt hấp thụ. Sau khi nhận được năng lượng dưới dạng nhiệt các điện tử này có thế năng lớn và bứt ra khỏi quỹ đạo của mình và phóng về anốt, trên đường đi chúng sẽ bắn phá lên các nguyên và phân tử chất khí bảo hoà để cho hoặc lấy đi của chúng một vài điện tử (tuỳ theo hoá trị của chúng) và biến chúng thành những ion. Môi trường ion là môi trường dẫn điện rất tốt cho nên quá trình gây hồ quang chỉ xảy ra ở giai đoạn ban đầu.

Hàn hồ quang điện trong môi trường có khí bảo vệ (GSAW: Gas Shielded Arc Welding) là công nghệ hàn được sử dung rất rộng rãi hiện nay. Trong nền công nghiệp hiện đại hàn hồ quang bằng điện trong môi trường có khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường mà còn có thể hàn các loại thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng. Ngoài ra phương pháp hàn này không những có thể thao tác bằng tay mà còn có thể tự động hóa, tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim.

Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày cao về công nghệ và vật liệu. Nhiều phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới đã được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật 1 Hàn, từ chỗ chủ yếu sử dụng công nghệ hàn hồ quang tay, đến nay có khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau được sử dụng rộng rãi. Có thể chia công nghệ hàn thành 2 nhóm như sau: Hình 1.1 : Sơ đồ về công nghệ hàn 1. Tình hình nghiên cứu trong nước.

Đề tài “Nghiên cứu độ dai va đập của mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao bằng phương pháp hàn MIG/MAG” - Bộ môn Kỹ thuật Công nghiệp – Khoa Cơ khí máy - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Đề tài nghiên cứu vào năm 2015 do Th.sĩ Hồ Sỹ Hùng nghiên cứu. - Nội dung đề tài nghiên cứu độ dai va đập của mối hàn giáp mối thép ASTM A36 bằng phương pháp hàn MIG/MAG. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng mối hàn thép.

 Thực nghiệm 2 - Vật liệu hàn: Thép ASTM A36 - Thông số hàn MIG/MAG: - Trang thiết bị hàn: GENEGYS 400W – FRANCE - Dây hàn: GEMINI (GMS-70S), 1.2 mm - Dòng điện hàn: (210÷250) A - Lưu lượng khí bảo vệ: (12 ÷15) l/ph - Tốc độ dây: (7.5 ÷10) m/ph - Kỹ thuật hàn a) Mặt cắt ngang b) Mặt cắt dọc Hình 1.2 : Gốc độ điện cực hàn hồ quang - Mẫu thử độ dai va đập Hình 1.3 : Mẫu thử độ dai va đập Mẫu có tiết diện đầy đủ: 10x8 [mm2]; Còn có các loại mẫu có tiết diện rút gọn: 10x7,5 và 10x5 3 - Phương pháp thử Hình 1.4 : Phương pháp thử độ va đập 1. Đề tài “ Thiết kế đồ gá nâng cao khả năng công nghệ hàn ống thép Ø(60-350) bằng phương pháp hàn Mig/ Mag. ” - Bộ môn Kỹ thuật Công nghiệp – Khoa Cơ khí máy - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Đề tài nghiên cứu vào năm 2015 do Th.sĩ Võ Đông Lao nghiên cứu.

- Nội dung đề tài nghiên cứu và thiết kế chế tạo đồ gá nâng cao khả năng công nghệ hàn ống thép (60÷350) bằng phương pháp hàn MIG/MAG. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng suất, đáp ứng nhu cầu thực tế.5: Đồ gá hàn ống hai trục quay 1. Đề tài “ Nghiên cứu một số thông số cơ bản ảnh hưởng tới quá trình hình thành mối hàn và quá trình luyện kim trong hàn MIG, MAG ” - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Đề tài được nghiên cứu vào năm 2004 do Th.s Phạm Văn Điều thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.

- Nội dung của đề tài là xem xét ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến việc tạo dáng mối hàn và ảnh hưởng tới quá trình hàn. Dựa trên các cơ sở lý thuyết và các kết quả thí nghiệm để đánh giá khi các thông số hàn thay đổi thì thành phần phần trăm các nguyên tố tổ chức kim loại mối hàn thay đổi thế nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao. Từ đó tác giả đưa ra kết luận về việc lựa chon các thông số cơ bản của công nghệ hàn MIG, MAG một cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối hàn tốt nhất áp dụng trong sản xuất. Đề tài “ Nghiên cứu xác định ứng suất dư cho mối hàn ống chịu áp lực bằng nhiễu xạ X- Quang” - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật.

Đề tài được nghiên cứu vào năm 2011 do Th.s Nguyễn Văn Tường thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Lê Chí Cương. - Nội dung nghiên cứu đề tài là nghiên cứu lý thuyết không phá hủy (X – quang), áp dụng vào việc xác định các ứng suất dư các mối hàn ống giáp mối 5 hàn theo phương pháp lót TIG phủ điện và tiến hành đo đạc thực nghiệm để xác định ứng suất dư trên mẫu hàn ống, khảo sát so sánh hàm hấp thụ của mặt mối hàn ống so với mặt phẳng mà thiết bị hiện đang áp dụng. Thiện thực nghiệm dưới dạng chọn mẫu và đo nhiễu xạ, xử lý kết quả đạt được và tiến hành tính toán ứng suất dư.

- Kết quả mà luận văn đã đạt được là trình bày 1 cách đầy đủ và cô đọng lý thuyết tương đối mới về xác định ứng suất dư cho vật liệu hàn, kết cấu hàn. Quá trình thực nghiệm đã xác định được ứng suất dư của mối hàn ống chịu áp lực vật liệu A106 – GrB (theo ASTM) kích thước mẫu O.D = 114mm và dày t = 8.56 mm tiến hành hàn theo qui trình LiLAMA 2 – 08, áp dụng tiêu chuẩn ASME – IX. Từ đó chứng minh được phương pháp có thể áp dụng để kiểm tra cho các kết cấu hàn đang được sử dụng tại các nhà máy nhiệt điện phục vụ cho công tác sửa chữa bảo dưỡng hệ thống đường ống chịu áp có chứa mối hàn là nơi có thể bị hư hỏng do ứng suất dư tồn tại. Đề tài “ Khảo sát tình trạng phân bố ứng suất dư trong mối hàn ma sát hợp kim nhôm 1060 dùng nhiễu xạ X – quang” – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật.

Đề tài được nghiên cứu vào năm 2011 do Th.s Nguyễn Thị Kim Uyên thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Lê Chí Cương. - Nội dung đề tài là dùng phương pháp hàn ma sát và nhiễu xạ tia X để khảo sát phân bố ứng suất dư trên hợp kim nhôm. Từ đó cho thấy các ưu điểm vượt trội của phương pháp này, làm cơ sở để nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam.

Máy đo nhiễu xạ là loại máy cố định đặt tại Trung Tâm Hạt Nhân Tp. Hồ Chí Minh, sử dụng phương pháp đo Omega và tính toán ứng suất được dựa trên phương pháp. - Kết quả thực nghiệm cho thấy trên mối hàn ma sát hợp kim nhôm 1060 ứng suất thay đổi trong khoảng từ -31 ÷ 0.99 MPa và trong giới hạn bền của vật liệu. Sự thay đổi ứng suất trước và sau khi hàn là khoảng 31% và phân bố trong vùng ảnh hưởng nhiệt.

Từ đó rút ra được những ưu điểm mà hàn ma sát vượt trội hơn so với các phương pháp hàn khác. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Modeling of MIG/MAG welding with experimental validationusing an active contour algorithm applied on high speed movies Jean-Pierre Planckaert - Bài báo này điều tra một số vấn đề trong mô hình hóa vật lý kim loại khí trơ / kim loại hoạt độngGas (MIG / MAG) trong quá trình hàn hồ quang ngắn. Trong chế độ này, một nguồn cung cấp kim loại là nóng chảy trong trạng thái hồ quang và sau đó chuyển sang bể hàn trong trạng thái ngắn mạch.

Hybrid Laser Arc Welding of X80 Steel: Influence of Welding Speed and Preheating on the Microstructure and Mechanical Properties - Bài báo này nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn hồ quang laser trên cấu trúc vi và các tính chất cơ học của Hàn cụ thể là ảnh hưởng của tốc độ hàn và nhiệt độ sơ bộ đến tốc độ làm mát, cấu trúc vi và độ cứng. Theo thứ tự Để đạt được năng suất tối đa, tốc độ hàn tối ưu cho việc hàn hồ quang laser X80 thép dày 14 mm với Và không có quá nóng sơ bộ đã được xác định. Simulation and experimental study on distortion of butt and T-joints using WELD PLANNER Mohd Shahar Sulaiman, Yupiter HP Manurung, Esa Haruman, Mohammad Ridzwan Abdul Rahim, Mohd Ridhwan Redza, Robert Ngendang Ak. Lidam, Sunhaji Kiyai Abas, Ghalib Tham1 and Chan Yin Chau (June 23, 2011) - Bài báo này sử dụng phần mềm weld planner để mô phỏng biến dạng của vật hàn và so sánh kết quả với thực nghiệm trong cả hai trường hợp mối hàn giáp mí có kích thước (150x50x4 ) mm, và mối hàn góc có kích thước (150x50x4 )mm.

Multippurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation Andrea Capriccioli, Paolo Frosi (2009) - Bài báo này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn đa chức năng của phần mềm ANSYS để mô phỏng nhiệt độ và biến dạng cơ trong hàn TIG và hàn laser. Modeling, Simulation and Experimental Studies of Distortions, Residual Stresses and Hydrogen Diffusion During Laser Welding of As-Rolled Steels T. Spelleken (2012) - Bài báo này chủ yếu xây dựng mô hình toán và phương pháp số để giải bài toán nhiệt và mô phỏng quá trình hàn ghép mí trên tấm mỏng có kích thước (75 X 50 X 1.8 ) mm đồng thời phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến ứng suất không đi sâu vào độ biến dạng .