Chương 1 trình bày giới thiệu, tính cấp thiết và lý do hình thành đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi và giới hạn của đề tài, phương pháp nghiên cứu, kết cấu của luận văn tốt nghiệp. Chương 2 trình bày tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu. Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết để giải quyết vấn đề. Chương 4 trình bày đề xuất quy trình chế tạo mẫu Chương 5 trình bày chế tạo thực nghiệm.
Chương 6 trình bày kết luận và kiến nghị để phát triển đề tài. 3 Chƣơng 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Tổng quan nghiên cứu của đề tài 2. Tình hình nghiên cứu của đề tài ngoài nƣớc Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về đề tài này, các công trình nghiên cứu đã được ứng dụng trong việc sản xuất các chi tiết mẫu phục vụ trong nghiên cứu và thương mại.
Nhiều công ty được thành lập chỉ chuyên sản xuất các chi tiết mẫu phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo như: công ty Sonaspection có văn phòng ở số 23 Ladies Walk Caton Road. Lancaster LA1 3NX. Công ty FlawTech, Inc, 4486 Raceway Dr concord, NC 28027 USA [24]. Dưới đây là một số công trình nghiên cứu đã công bố.
Công trình nghiên cứu và báo cáo khoa học ―Manufacturing of welded joints with realistic defects‖ của Marcello Consonni năm 2011 tại Telford, Vương quốc Anh[9]. Báo cáo công bố một số phương pháp hàn tạo lỗi chi tiết mẫu dùng trong đào tạo kiểm tra không phá hủy, ưu điểm của công trình là nêu ra được các phương pháp để tạo ra một số khuyết tật mối hàn với phương pháp hàn GTAW và SMAW, khả năng điều khiển kích thước khuyết tật khá chính xác. Tuy nhiên công trình không nghiên cứu sâu rộng vào kiểm tra bằng phương pháp siêu âm, các khuyết tật rỗ khí và dạng nứt đường trong công trình thì rất khó phát hiện bằng phương pháp siêu âm [9].1: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trường [24] Công trình nghiên cứu của Lucas W ―Making defective welds for Sizewell 'B', Welding & Metal fabrication‖ tháng 3 năm 1992 [37]. Đề tài tập trung vào các phương pháp, nghiên cứu các nguyên nhân và đề xuất các phương pháp tổng quát để có được 4 các khuyết tật mối hàn như mong muốn, thuộc size B phục vụ trong các lò nước sôi điện hạt nhân.
Tuy nhiên đề tài không đưa ra bất kỳ qui trình hay phương pháp cụ thể để chế tạo ra một khuyết tật. Công trình ―Guidebook for the Fabrication of Non-Destructive Testing (NDT) Test Specimens‖ của Cơ quan Năng Lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA)[22], đây là một trong những công trình nghiên cứu và đề xuất khá đầy đủ về cách thức chế tạo một khuyết tật ―cố ý‖. Trong đó tài liệu nêu rõ các tiêu chuẩn cần phải có khi tiến hành chế tạo một khuyết tật mối hàn cố ý. Tuy nhiên công trình cũng không nêu một qui trình cụ thể nào cho việc chế tạo khuyết tật.
Công trình ―ENIQ recommended practice 5: guidelines for the design of test pieces and conduct of test piece trials issue 1‖của Trung tâm nghiên cứu hỗn hợp thuộc Viện vật liệu nâng cao DG-JRC, Ủy ban Châu Âu, xuất bản tháng 2 năm 1999[27]. Đây là một tài liệu hướng dẫn về cách chuẩn bị và chế tạo một khuyết tật tùy theo tiêu chuẩn áp dụng cho mỗi nước, tài liệu chỉ trình bày chung về vấn đề làm thế nào để thực hiện chuẩn bị và chế tạo mẫu theo dạng lý thuyết áp dụng, tài liệu không nói về thực hiện chế tạo mẫu như thế nào, cách thực hiện ra sao. Ngoài những công trình đã nêu, trên thế giới cũng có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực khuyết tật mối hàn và các kỹ thuật kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng phương pháp không phá hủy (NDT-Non destructive testing) như: Crutzen S; Lemaitre P; ―Iacono I Realistic defects suitable for ISI (in service inspection) capability evaluation and qualification‖[25] phục vụ trong việc kiểm tra đánh giá trình độ chuyên môn trong ngành đóng tàu, hạt nhân và bồn áp lực tại Thụy Điển năm 1996. Báo cáo của Neundorf B; Csapo G; Erhard A ―Optimising the NDT (nondestructive testing) of boiling water reactors by using realistic flaws in the cladding.‖, tại hội nghị Châu Âu về kiểm tra không phá hủy tại Đức tháng 10 năm 1998[26].
Công trình của Virkkunen I; Kempainen M; Ostermeyer H; Paussu R ―Grown cracks for NDT development and qualification‖ công trình nghiên cứu phát triển các vết nứt phục vụ trong đào tạo kiểm tra không phá hủy (NDT)[35]. Công trình của Söderstrand H ―Guidelines for the Design of Test Pieces and Conduct of Test Piece Trials (ISSUE 2)‖[28] là một tài liệu hướng dẫn về thiết kế mẫu chi tiết hàn bị khuyết tật, phù hợp theo tiêu chuẩn của từng quốc gia tại các nước Châu Âu.2: Chi tiết mẫu chuẩn Navship trên thị trường [38] Hình 2.3: Một số chi tiết mẫu hiệu chuẩn trên thị trường [38] Hình 2.4: Một số chi tiết mẫu có khuyết tật hàn trên thị trường [24] 2. Tình hình nghiên cứu của đề tài trong nƣớc Trong nước chưa có công trình nghiên cứu hay bài báo nào về mẫu chi tiết hàn có khuyết tật. Qua khảo sát các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước chúng ta có thể kết luận một số vấn đề sau: - Đây là lĩnh vực nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay.
- Trong nước chưa có công trình nào được công bố về lĩnh vực này. Các công trình ngoài nước tuy đã được nghiên cứu và có công bố, nhưng chưa có công trình nào trình bày về qui trình công nghệ chế tạo các chi tiết mẫu có khuyết 6 tật hàn. Chủ yếu là đề cập đến các yêu cầu hướng chế tạo mẫu và phương pháp kiểm tra khuyết tật, thường là sử dụng các phương pháp NDT. Công nghệ hàn Trong sản xuất cơ khí, công nghệ hàn được sử dụng hết sức phổ biến được dùng để chế tạo các kết cấu kim loại.
Bằng phương pháp hàn có thể chế tạo những kết cấu phức tạp từ những chi tiết đơn giản. Có thể hàn được thép với thép, gang với gang, những kim loại có tính chất khác nhau như gang với thép hoặc kim loại đen với kim loại mầu. Hàn giúp tiết kiệm kim loại ( so với tán, hàn tiết kiệm 10- 20%; với đúc tiết kiệm tới 60% kim loại…). Hàn giúp giảm thời gian chế tạo, độ bền, độ kín cao, khả năng cơ khí tự động hóa cao.
Mối hàn Hàn là phương pháp nối hai hay nhiều chi tiết kim loại thành một mà không thể tháo rời được bằng cách nung nóng chúng tại vùng tiếp xúc đến trạng thái nóng chảy hay dẻo, sau đó không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau. Khi hàn nóng chảy, kim loại bị nóng chảy, sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Khi hàn áp lực, kim loại được nung đến trạng thái dẻo, sau đó được ép để tạo nên mối liên kết kim loại và tăng khả năng thẩm thấu, khếch tán của các phần tử vật chất giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Tiêu chuẩn chia các loại mối hàn thành các dạng sau: - Mối hàn giáp mối (a) (b) 7 Hình 2.5: Mối hàn giáp mối[20] (c) - Mối hàn góc (a) (b) Hình 2.6: Mối hàn góc[20] (c) - Mối hàn bẻ gờ Hình 2.7: Mối hàn bẻ gờ[20] - Mối hàn nút Hình 2.7: Mối hàn bẻ gờ[20] 8 - Mối hàn điểm Hình 2.8: Mối hàn điểm[20] - Mối hàn phức hợp (a) (b) (c) (d) Hình 2.9: Mối hàn phức hợp[20] Để làm rõ sự quan hệ giữa mối hàn và loại mối ghép ta có thể tham khảo bảng sau: Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa mối hàn và mối ghép [12] Loại mối ghép Loại mối hàn (Weld types) (Joint types) Giáp Góc Nút Điểm Bẻ gờ mối (Fillet) (Flug) (Spot) (Edge) (Butt) Giáp mối (Butt) X X Chữ T (Tee) X X Góc ngoài (Corner) X X Chồng mí (Lap) X X X Bẻ gờ (Edge) X 9 Trong các phương pháp hàn hồ quang làm kim loại đến trạng thái nóng chảy, hồ quang hàn sẽ làm nóng chảy kim loại cơ bản, kim loại điền đầy và thuốc bảo vệ vũng hàn.
Vì vậy kim loại mối hàn, kim loại cơ bản sẽ trải qua hàng loạt các phản ứng hóa học gây trước khi mối hàn được hình thành. Các thay đổi này gây ra hàng loạt thay đổi tế vi và hình dáng của mối ghép hàn khi đông đặc, có những sự thay đổi là lợi cho nối ghép hàn nhưng cũng có những thay đổi làm giảm khả năng làm việc của mối hàn khi sử dụng. Trên bề mặt Trong mối hàn Trên bề mặt Hình 2. Khuyết tật trên bề mặt và trong mối hàn[22] Các thay đổi không mong muốn làm giảm khả năng làm việc của mối hàn được gọi là khuyết tật hàn, các khuyết tật này có thể là sự thay đổi gây ra sự bất liên tục trong mối hàn như: ngậm xỉ, không ngấu, thiếu ngấu, rỗ khí, nứt, cháy chân vv.
hoặc có thể là khuyết tật làm thay đổi hình dạng ngoại quan của mối ghép hàn như: mối hàn bị lệch cạnh, sự không đồng phẳng của mối ghép, chảy tràn, cháy thủng vv. Những khuyết tật này có thể được nhìn thấy trực tiếp bằng mắt nhưng cũng có những khuyết tật không thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt. Các loại khuyết tật hàn 2. Thiếu ngấu ( Lack of fusion) Mối hàn thiếu ngấu là hiện tượng kim loại mối hàn và kim loại cơ bản (basic metal) hoặc giữa các kim loại mối hàn ở các lớp không liên kết lại với nhau.
Đây là loại khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. Ngoài ảnh hưởng không tốt như rỗ khí và ngậm xỉ, nó còn là nguyên nhân chính dẫn đến các vết nứt gây phá hủy liên kết khi làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[35] phân chia các khuyết tật thiếu ngấu thành các dạng sau: - Thiếu ngấu cạnh (Lack of sidewall fusion) 10 - Thiếu ngấu giữa các lớp (Lack of inter-run fusion) - Thiếu ngấu chân (Lack of root fusion) a. Thiếu ngấu cạnh Là hiện tượng kim loại mối hàn thiếu liên kết với cạnh mép vát kim loại cơ bản.
Khuyết tật này có thể được nhìn thấy trực tiếp (trên mối hàn) bằng mắt hoặc không nhìn thấy trực tiếp được bằng mắt (trong mối hàn). Khuyết tật được phát hiện trên phim Chụp ảnh phóng xạ bằng vùng màu đen thẳng liên tục hoặc đứt đoạn ở hai bên mép vát mối hàn. Kỹ thuật siêu âm màu sẽ cho thấy khuyết tật nằm bên cạnh mép vát, với một mặt là đường thẳng đều, mặt bên cho biên dạng không đều.
