Nghiên cứu chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu cho hàn nối cốt thép

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

2. Mục đích, phương pháp và giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận án

2.1. Mục đích nghiên cứu

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu và nội dung của luận án

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

4. Đóng góp mới của luận án

5. Cấu trúc của luận án

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỐI CỐT THÉP

1.1. Khái quát về các công nghệ nối cốt thép trong xây dựng

1.1.1. Nối cốt thép bằng phương pháp buộc chồng

1.1.2. Nối cốt thép bằng ống nối dập ép

1.1.3. Nối cốt thép bằng ống ren

1.1.4. Nối cốt thép bằng kẹp cóc

1.2. Một số phương pháp hàn nối cốt thép

1.2.1. Nối cốt thép bằng hàn hồ quang tay

1.2.2. Phương pháp nối bằng hàn điện trở đối đầu

1.3. Công nghệ nối cốt thép bằng hàn điện xỉ áp lực, hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng trong nước và quốc tế

1.3.1. Nối cốt thép bằng phương pháp hàn điện xỉ - áp lực

1.3.2. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực trong nước và quốc tế

1.4. Các vấn đề hạn chế, tồn tại và hướng nghiên cứu

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC

2.1. Cơ sở lý thuyết Công nghệ hàn điện xỉ

2.1.1. Nguyên lý cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ

2.1.2. Các bước công nghệ cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ

2.1.2.1. Chuẩn bị mối nối

2.1.2.2. Định vị mối nối

2.1.2.3. Nối các điện cực với thép hàn

2.1.2.4. Bắt đầu và kết thúc quá trình hàn

2.1.2.5. Kiểm tra mối hàn

2.1.3. Phạm vi ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của hàn điện xỉ

2.1.3.1. Phạm vi ứng dụng

2.1.3.2. Ưu điểm của hàn điện xỉ

2.1.3.3. Những hạn chế của hàn điện xỉ

2.2. Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn điện xỉ - áp lực

2.2.1. Nguyên lý cơ bản của công nghệ hàn điện xỉ- áp lực

2.2.2. Các bước công nghệ cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ - áp lực

2.2.2.1. Chuẩn bị và định vị mối nối

2.2.2.2. Tạo hồ quang

2.2.2.3. Tạo bể xỉ

2.2.2.4. Quá trình điện xỉ

2.2.2.5. Tạo áp lực hình thành mối hàn

2.2.3. Phạm vi ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của hàn điện xỉ ứng dụng hàn nối cốt thép

2.2.3.1. Chuẩn bị và định vị mối nối

2.2.3.2. Ưu điểm của phương pháp Hàn điện xỉ- áp lực hàn nối cốt thép

2.2.3.3. Những hạn chế của Hàn điện xỉ - áp lực

2.2.4. Các thông số đặc trưng có ảnh hưởng quyết định đến hình dáng và chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực

2.2.4.1. Thông số đặc trưng chất lượng mối hàn

2.2.4.2. Thông số đặc trưng hình dáng mối hàn

2.2.5. Các thông số chính ảnh hưởng tới hình dáng và chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực và lựa chọn thông số nghiên cứu đầu vào

2.2.5.1. Điện áp hàn Uh

2.2.5.2. Dòng điện hàn Ih

2.2.5.3. Thời gian hàn Th

2.2.5.4. Áp lực hàn Ph

2.2.5.5. Các thông số khác

2.2.5.6. Lựa chọn các thông số công nghệ nghiên cứu đầu vào

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Vật liệu thí nghiệm

3.1.1. Kim loại cơ bản

3.1.2. Thuốc hàn điện xỉ - áp lực

3.2. Trang thiết bị thí nghiệm

3.2.1. Đồ gá hàn điện xỉ - áp lực

3.2.2. Bộ điều khiển thiết bị hàn điện xỉ - áp lực

3.2.2.1. Tính công suất của động cơ điện

3.2.2.2. Bộ điều khiển tự động thiết bị hàn điện xỉ - áp lực

3.3. Quy trình hàn điện xỉ - áp lực nối đầu mẫu cốt thép xây dựng trong phòng thí nghiệm

3.3.1. Công đoạn chuẩn bị mẫu và thiết bị thí nghiệm

3.3.1.1. Chuẩn bị cốt thép hàn

3.3.1.2. Chuẩn bị thuốc hàn

3.3.1.3. Chuẩn bị đồ gá và thiết bị hàn

3.3.2. Công đoạn định vị mối nối

3.3.3. Quá trình hàn điện xỉ - áp lực

3.3.4. Xử lý mẫu thí nghiệm sau khi hàn điện xỉ - áp lực

3.3.5. Thiết bị và phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực

3.3.5.1. Thiết bị kiểm định cơ tính mối hàn

3.3.5.2. Thiết bị đo kiểm kích thước mối hàn

3.3.5.3. Thiết bị khảo sát tổ chức vật liệu tại mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và đặc tính hình học của mối hàn

3.3.6. Điều kiện thực nghiệm và phương pháp tiến hành

3.3.6.1. Điều kiện thực nghiệm theo quy hoạch trực giao

3.3.6.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐẶC TÍNH MỐI HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC

4.1. Lựa chọn miền điều chỉnh các thông số hàn theo quy hoạch thực nghiệm trực giao N27

4.1.1. Lựa chọn miền điều chỉnh dòng hàn Ih (X1)

4.1.2. Lựa chọn miền điều chỉnh thời gian hàn Th (X2)

4.1.3. Khảo sát lựa chọn miền điều chỉnh của áp lực hàn Ph (X3)

4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm hàn điện xỉ - áp lực và bàn luận khoa học

4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn điện xỉ áp lực

4.2.1.1. Độ bền kéo mối hàn K = f(Th, Ih) ở 3 mức Ph khác nhau

4.2.1.2. Độ bền kéo mối hàn K = f(Ph, Ih) ở 3 mức Th khác nhau

4.2.1.3. Độ bền kéo mối hàn K = f(Ph, Th) ở 3 mức Ih khác nhau

4.2.2. Mô hình hóa toán học ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn K = f(Ih, Th, Ph)

4.2.3. Lựa chọn chế độ hàn điện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ bền kéo mối hàn K = f(Ih, Th, Ph)

4.2.4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước hình học mối hàn điện xỉ - áp lực

4.2.4.1. Sự ảnh hưởng của dòng điện hàn Ih và thời gian hàn Th đến độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Ph khác nhau

4.2.4.2. Đường kính trung bình và độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Th khác nhau

4.2.4.3. Đường kính trung bình và độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Ih khác nhau

4.2.5. Mô hình hóa toán học ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ nở phình hướng kính mối hàn dh = f(Ih, Th, Ph)

4.2.6. Lựa chọn chế độ hàn điện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ nở phình hướng kính mối hàn dtb= f(Ih, Th, Ph)

4.2.7. Lựa chọn thông số chế độ hàn tối ưu trong miền khảo sát bảo đảm thỏa mãn hàm mục tiêu hình dáng và chất lượng mối hàn

4.2.7.1. Áp lực hàn Ph

4.2.7.2. Dòng điện hàn Ih

4.2.7.3. Thời gian hàn Th

4.2.8. Kiểm tra tố chức tế vi vật liệu mối hàn. Phân tích, đánh giá và so sánh với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG HÀN THỰC NGHIỆM TẠI CÔNG TRƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC

5.1. Ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực trên công trường xây dựng ở Việt Nam

5.2. Đánh giá chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực tối ưu

5.2.1. Kiểm tra độ bền kéo mối hàn

5.2.2. Kiểm tra kích thước hình học và tổ chức kim loại mối hàn

5.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công nghệ hàn điện xỉ - áp lực

5.3.1. Hiệu quả về kỹ thuật

5.3.2. Hiệu quả kinh tế

5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu cho hàn nối cốt thép là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật cơ khí. Luận án này tập trung vào việc xác định các thông số hàn tối ưu nhằm nâng cao chất lượng mối hàn. Chế độ hàn điện xỉ được xem là một trong những phương pháp hàn hiệu quả nhất hiện nay. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện độ bền kéo của mối hàn mà còn tối ưu hóa quy trình hàn trong thực tế. Theo tài liệu, việc lựa chọn thông số hàn như dòng điện hàn (Ih), thời gian hàn (Th) và áp lực hàn (Ph) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số này có thể dẫn đến sự cải thiện đáng kể về độ bền và hình dáng của mối hàn.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Tính cấp thiết của nghiên cứu chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu cho hàn nối cốt thép xuất phát từ nhu cầu ngày càng cao về chất lượng và độ bền của các công trình xây dựng. Trong bối cảnh hiện nay, việc sử dụng cốt thép trong xây dựng là rất phổ biến, do đó, việc đảm bảo chất lượng mối hàn giữa các thanh thép là điều cần thiết. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian thi công. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với các phương pháp hàn truyền thống. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn này trong thực tế.

II. Cơ sở lý thuyết về hàn điện xỉ

Cơ sở lý thuyết về hàn điện xỉ và hàn điện xỉ áp lực là nền tảng quan trọng cho nghiên cứu này. Công nghệ hàn điện xỉ hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra nhiệt độ cao từ hồ quang điện, giúp làm nóng chảy kim loại và tạo thành mối hàn. Các bước công nghệ cơ bản bao gồm chuẩn bị mối nối, định vị mối nối, và kiểm tra chất lượng mối hàn. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của công nghệ này sẽ giúp tối ưu hóa các thông số hàn. Theo tài liệu, áp lực hàn đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành mối hàn, ảnh hưởng đến độ bền và hình dáng của mối hàn. Nghiên cứu này sẽ phân tích các thông số như điện áp hàn (Uh), dòng điện hàn (Ih) và thời gian hàn (Th) để xác định chế độ hàn tối ưu.

2.1. Nguyên lý hàn điện xỉ

Nguyên lý hàn điện xỉ dựa trên việc tạo ra nhiệt độ cao từ hồ quang điện, giúp làm nóng chảy kim loại và tạo thành mối hàn. Quá trình này bao gồm nhiều bước, từ chuẩn bị mối nối đến kiểm tra chất lượng mối hàn. Theo nghiên cứu, việc điều chỉnh các thông số như dòng điện hàn (Ih) và thời gian hàn (Th) có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Các thông số này cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo mối hàn đạt yêu cầu về độ bền và hình dáng. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của công nghệ hàn điện xỉ và tầm quan trọng của việc tối ưu hóa các thông số hàn.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận án này bao gồm việc thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện theo quy hoạch thực nghiệm, nhằm xác định các thông số tối ưu cho chế độ hàn điện xỉ áp lực. Việc lựa chọn các thông số như áp lực hàn (Ph), dòng điện hàn (Ih) và thời gian hàn (Th) sẽ được thực hiện dựa trên các tiêu chí về độ bền kéo và hình dáng mối hàn. Kết quả thu được từ các thí nghiệm sẽ được phân tích và so sánh với các nghiên cứu trước đây để đánh giá tính hiệu quả của phương pháp hàn này. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành xây dựng.

3.1. Quy trình thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn. Các mẫu cốt thép sẽ được chuẩn bị và hàn theo các chế độ khác nhau, sau đó tiến hành kiểm tra độ bền kéo và kích thước hình học của mối hàn. Việc sử dụng các thiết bị hiện đại để đo đạc và phân tích sẽ giúp đảm bảo tính chính xác của kết quả. Theo tài liệu, việc kiểm tra chất lượng mối hàn là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của công nghệ hàn điện xỉ áp lực. Kết quả thu được sẽ được phân tích và so sánh với các tiêu chuẩn hiện hành để xác định tính khả thi của phương pháp hàn này trong thực tế.

IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số hàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, khi điều chỉnh dòng điện hàn (Ih) và áp lực hàn (Ph), độ bền kéo của mối hàn có thể được cải thiện đáng kể. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc lựa chọn chế độ hàn tối ưu không chỉ giúp nâng cao chất lượng mối hàn mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian thi công. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực trong thực tế sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành xây dựng. Kết quả nghiên cứu này có thể được áp dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, giúp nâng cao độ bền và độ an toàn của các kết cấu thép.

4.1. Đánh giá chất lượng mối hàn

Đánh giá chất lượng mối hàn là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, mối hàn đạt tiêu chuẩn về độ bền kéo và hình dáng khi được thực hiện với các thông số hàn tối ưu. Việc kiểm tra chất lượng mối hàn sẽ được thực hiện bằng các phương pháp hiện đại, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Theo tài liệu, việc đánh giá chất lượng mối hàn không chỉ giúp xác định tính khả thi của công nghệ hàn mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc cải tiến quy trình hàn trong tương lai. Kết quả nghiên cứu này sẽ là cơ sở để phát triển các ứng dụng thực tiễn trong ngành xây dựng.

V. Kết luận và khuyến nghị

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu có thể nâng cao đáng kể chất lượng mối hàn nối cốt thép. Việc tối ưu hóa các thông số hàn như dòng điện hàn (Ih), thời gian hàn (Th) và áp lực hàn (Ph) là rất cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành xây dựng. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo là nên mở rộng phạm vi nghiên cứu để khảo sát thêm các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Việc áp dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực trong thực tế sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành xây dựng, giúp nâng cao độ bền và độ an toàn của các kết cấu thép.

5.1. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo là nên mở rộng phạm vi nghiên cứu để khảo sát thêm các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Việc nghiên cứu sâu hơn về các loại vật liệu hàn khác nhau và các điều kiện môi trường khác nhau sẽ giúp nâng cao tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực trong thực tế sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành xây dựng, giúp nâng cao độ bền và độ an toàn của các kết cấu thép. Nghiên cứu này sẽ là cơ sở để phát triển các ứng dụng thực tiễn trong ngành xây dựng.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu ứng dụng hàn nối cốt thép