Ứng suất và biến dạng khi hàn

UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

øng suÊt vμ ®é cong vênh khi hn
Quyển sách này nói về điều gì!
ở bến tàu, con tàu đợc cập bến. Nó vợt qua thử nghiệm thành công
và bắt đầu cuộc sống trên biển. Sáng rất sớm, Biển hoàn toàn yên tĩnh. Một
sự im lặng sâu lắng. Bỗng nhiên vang lên một âm thanh lớn bất ngờ giống
nh một tiếng nổ, con tầu bị gÃy ra làm đôi. Cái đó xảy ra với con tàu của
Mỹ SKENEKTEDI trong thế chiến thứ hai. Nguyên nhân gây ra tai hoạ là
gì? Có thể con tàu bị tấn công bởi thuỷ lôi của tàu ngầm đối phơng hoặc bị
nổ do bom của kẻ thù đợc bí mật gài vào hoặc là cuối cùng nó bị quá tải?
Không phải ®iỊu thø nhÊt, thø hai, thø ba. Sù ph¸ vì con tàu tự xảy ra tự nó
không có nguyên nhân rõ rệt nào.
Từ tháng hai 1942 đến hết tháng 4 1946 ở Mỹ đà chế tạo 4694 các
con tàu vận tải bằng kim loại LIBERTI. Trong số đó có 970 con tàu có
1442 vết nứt. Trong số đó có 127 con bị hỏng hoàn toàn, một phần bị gÃy
làm đôi, phần lớn xảy ra giống với con tàu SKENEKTEDI, tự nó xảy ra chỉ
nhận thấy rõ nhất là vào mùa đông thờng xảy ra từ tháng 11 và hết tháng 3.
Ngày 19-1-1937 ở Bỉ gần thành phố Khaccelta xây dựng xong một
chiếc cầu cho đờng ôtô có kết cấu hàn với chiều dài nhịp 73,5 m qua kênh
Albert. cầu đợc thử nghiệm thành công và đa vào vận hành. Sau 14 tháng,
ngày 14-3-1938 đột nhiên nó đổ sập xuống, mặc dù trên đó không hề cho
vận chuyển gì. Trớc đó đà nhận thấy trời trở lạnh đột ngột.
Rõ ràng là trờng hợp thứ hai tự phá hỏng kết cấu hàn. Trong quá khứ
nguyên nhân chính của sự phá huỷ kết cấu hàn là do ứng suất mà nó luôn
xuất hiện trong các kết cấu sau khi hàn, và đợc gäi lµ øng st hµn. Ng−êi
ta cho r»ng chóng lµm giảm độ bền và dẫn đến phá hỏng. Từ đó đa ra kết
luận là việc hàn còn đợc sử dụng một cách thận trọng không đợc hàn
những kết cấu quan trọng tốt hơn là chế tạo chúng nhờ cách tán rivê. Nhng
tại sao khi mà hàng ngàn hàng vạn kết cấu hàn làm việc trong những điều
kiện khó khăn ( nặng nề ) vẫn rất tốt. Thời gian làm việc dài không chê vào

đâu đợc. ở chúng tất nhiên cũng tồn tại ứng suất do hàn. Chúng ta nhận biết
rằng các giá trị của ứng suất này luôn tăng lên một cách đáng kể.
Trong quyển sách nhỏ này chỉ nói về ứng suất hàn là gì? Tại sao cũng
nh chúng suất hiện nh thế nào, nó làm giảm độ bền kết cấu đi bao nhiêu,
có thể điều chỉnh giá trị của chúng nh thế nào, trong trờng hợp nào cần
giải phóng chúng khỏi kết cấu và làm việc đó nh thÕ nµo.

Page 1 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Một thợ hàn đều biết rõ rằng kết cấu đợc hàn hoặc các chi tiết của nó
thay đổi một ít kích thớc và hình dạng so với lúc chúng có kích thớc khi
hàn lại với nhau và chúng không phẳng nữa chúng bị cong vênh, chỗ thì lồi,
chỗ thì lõm, chiều dài bị giảm kể cả tổng chiều rộng của tấm. Trong trờng
hợp này ta nói rằng các tấm đà biến dạng và có biến dạng hàn.
Biến dạng hàn có thể đi tới nhiều điều không hay. Chúng gây khó
khăn cho việc tổ hợp kết cấu từ các chi tiết đợc hàn và các cụm, làm mất đi
hình dáng bên ngoài của sản phẩm. Nếu không ngăn ngừa sự xuất hiện của
chúng hoặc không loại bỏ sự hình thành của biến dạng thì phơng pháp chế
tạo này không thể làm đợc nh chế tạo kết cấu bằng cách nối các khối lớn
đợc hàn đơn lẻ. Vậy trong thời đại hiện nay những con lăn và các kết cấu
lớn đà đợc chế tạo. Biến dạng hàn thờng thấy trong hình dạng kết cấu và
cấu kiện của nó có thể ảnh hởng đến điều kiện làm việc của chúng và sau
đó l đến độ bền của chúng. Vì vậy rất cần nhận biết rằng ngăn ngừa sự phát
triển các biến dạng lớn, loại bỏ biến dạng nếu nh chúng xuất hiện và vợt
quá giới hạn cho phép. Nói một cách ngắn gọn là cần học cách điều khiển
các biến dạng và cách đó chỉ có thể làm đợc khi hiểu rõ chúng xuất hiện
nh thế nào tại sao chúng xuất hiện và nó có tính chất gì?

Tất nhiên trong cuốn sách nhỏ không phổ thông này không thể trả lời
đầy đủ tất cả các quyết sách mà nó hoàn toàn không đơn giản. Mục đích của
chúng ta là thông báo cho độc giả các hiểu biết ban đầu cho họ một vài lời
khuyên thực tế cũng nh chuẩn bị tài liệu cần thiết cho họ đọc về biến dạng
và ứng suất hàn.
ứng suất và biến dạng là gì và chúng có quan hệ nh thế nào
các công trình cũng nh các máy móc khác nhau, các phần riêng rẽ
của chúng trÃi qua những tác dụng tải trọng muôn hiònh muôn vẽ (lực). Dây
thép treo vật nặng đợc cần trục nâng lên nhận đợc 1 lực kéo bằng trọng
lợng của vật đó. áp lực khí (hơi) trong xi lanh của động cơ ôtô đợc truyền
qua piston, chốt piston và thanh truyền lên trục khuỷ. khí nén trong bình khí
ép vào bình nh muốn làm đứt chúng. Tên lửa bay trong không gian vũ trụ
dới tác dụng của lực hút tới các thiên thể phản lực do khí tạo nên, sản phẩm
đốt cháy của nhiên liệu tên lửa, tất cả các lực này đối với các thiên thể đợc
nhắc đến nh là lực bên ngoài.
Các lực bên ngoài tác dụng vào vật thể tạo nên áp lực bên trong, đó là
các lực tác động qua lại giữa các phần nhỏ riêng biệt của vật thể ( các
nguyên tử hoặc phân tử ). Nghiên cứu các lực bên trong dẫn đến phơng
pháp gọi là phơng pháp mặt cắt.
HÃy kéo một thanh dầm bằng lực bên ngoài P ( hình 1a ). Dới tác
dụng của lực này nó đợc cân bằng. Chúng ta tỡng tợng đà cắt thanh dầm
bằng bằng một mặt phẳng vuông góc với trục của nó. Mặt phẳng nµy chia

Page 2 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

thanh dầm thành hai phần trên và dới. Chúng ta nghĩ là vứt bỏ 1 phần đi thí
dụ là phần trên chẳng hạn. Quan sát phần dới ( hình 1 ),

Có thể nói rằng nó đợc cân bằng dới tác dụng của lực bên ngoài P và
các lực bên trong n mà trong trờng hợp đó cần phân bố đều theo mặt cắt,
các lực n này khác với lực bên ngoài P và đợc gọi là lực bên trong. Chắc
chắn rằng tổng tất cả các lực bên trong bằng lực bên ngoài P để nó bảo đảm
sự cân bằng phần dới của thanh dầm.
Bây giờ chúng ta xem thí dụ dới đây có 3 thanh cïng gièng nhau c¶
mét vËt liƯu: mét cã tiÕt diƯn tròn, một có tiết diện vuông và một có hình
dáng cong ( h×nh 2).

Page 3 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

TÊt c¶ 3 thanh cã diện tích mặt cắt ngang khác nhau. Nhận thấy rằng
từ 3 thanh đó thanh nào chịu tác dụng lực lớn hơn, chịu ứng lực lớn hơn để
dẫn tới tự nó bị phá huỷ ( bị đứt ). Có thể nói rằng thanh thứ 3 có tiết diện
cong chịu đợc tác dụng lớn nhất. Nhng nó có diện tích mặt cắt ngang lớn
nhất.
Để trả lời các câu hỏi đợc đặt ra rõ ràng không biết rằng lực đó bên
trong nh thế nào tác dụng lên 1 đơn vị diện tích (1cm2) của tiết diện ngang
mỗi thanh dầm, đó chính là cái chịu đại lợng lực bên ngoài trên diện tích
mặt cắt ngang tơng ứng các thanh dầm khi đó chúng ta cã:
p1 3000kg
=
= 500 kg cm 2
2
F1
6cm

p 2 2500kg
=
= 625 kg cm 2
2
F2
4cm
p3 4000kg
=
= 500 kg cm 2
2
F3
8cm

Nh− vËy thanh thø 2 bÞ chÞu øng lùc lín nhÊt, thanh thø nhÊt và thứ 3
là nh nhau. Kết quả thu đợc khi tiến hành chia. đại lợng đó đợc gọi là
ứng suất. Ngoµi ra cong nãi lµ øng st thĨ hiƯn b»ng số bằng lực bên trong
lên một đơn vị mặt cắt.
Trong trờng hợp của chúng ta ứng suất vuông góc với mặt phẳng tiết
diện. ứng suất này gọi là ứng suất pháp và ky hiệu là . Trong trờng hợp
chung ứng suất có thể hớng dới một góc nào đó đối với mặt phẳng của tiết
diện quan sát (hình 3 )
Page 4 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Lúc đó phân nó ra hai phần là ứng suất pháp và ứng suất tiếp đợc k
hiệu là .
Trong thí dụ trên ứng suất bằng:
Thanh ®Çu 1=500 kg/cm2

Thanh hai 2=625 kg/cm2
Thanh ba 3=500 kg/cm2
øng suÊt thể hiện kg/cm2 hoặc kg/mm2 vì 1cm2=100mm2 nên trên
1mm2 sẽ tác dụng 1 lực bên trong nhỏ hơn 100 lần. để đa vào kg/cm2 phải
tính ứng suất lớn hơn cần chia chúng cho 100. chúng ta đợc 1=5kg/mm2,
2
2
2=6,25 kg/mm ,
3=5 kg/mm .
Trong trờng hợp kéo đơn ứng suất trong mỗi thanh đợc chia đều
theo tiết diện ngang toàn bộ. Ngoài ra không phải cũng nh vậy. Khi kéo đơn
trong các tiết diện đi qua lỗ hoặc các rÃnh cắt ứng suất đợc phân chia không
đều ( hình 4,a và ).

Page 5 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Chóng tËp trung gÇn ë các vết cắt và ở các lỗ vì vậy đợc gọi là vị trí
tập trung ứng suất. Các khuyết tật hàn: Rỗ hạt, vết nứt, rÃnh cắt, hàn không
thấu cũng là nơi tập trung ứng suất.
Tơng tự có thể thể hiện phân bố ứng suất theo mặt cắt ở dạng đồ thị (
hình 4 ). các đồ thị này gọi là biểu đồ ứng suất. Chúng chỉ ra giá trị ứng
suất trong các phần diện tích khác nhau ,
,
. Tõ h×nh 4 chóng ta
nhËn thÊy r»ng tËp trung øng suất có vị trí có tên trong chỗ tập trung ( I,
II), trong khi đó ở các mặt cắt phân bố xa chúng, tập trung ứng suất không
có và ứng suất đợc phân bố đều nhau ( III).

Sự phân bố ứng suất không đều không phải chỉ do sự tồn tại của các bộ
phận tập trung ứng suất. Sự phân bố ứng suất phụ thuộc vào việc đặt vào vật
thể cho trớc nh thế nào? thí dụ nếu đặt thanh dầm lên 2 ổ đỡ và đặt lực
hớng vuông góc với trục của nó (hình 5a), trong trờng hợp này ta nói rằng
thanh dầm chịu uốn và sự phân bố ứng suất pháp trong mặt cắt ngang của nó
sẽ đợc chỉ ra giống nh hình 5b và c.

Page 6 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Trong phần trên của thanh dầm ứng suất sẽ là ứng suất nén ( dấu ký
hiệu là - ) và phần dới là ứng suất kéo (ký hiệu là +) ứng suất có giá trị lớn
nhất là ở vị trí các đờng sinh dọc trên dới của thanh dầm và ở giữa chiều
cao mặt cắt thanh dầm bằng 0.
Kinh nghiệm chỉ ra rằng lực bên ngoài luôn luôn gây nên sự thay đổi
về dạng và kÝch th−íc cđa vËt thĨ tuy r»ng trong phÇn lín các trờng hợp các
thay đổi này rất nhỏ đến nỗi mắt thờng không nhận thấy đợc và phát hiện
dợc nhờ dụng cụ chính xác đặc biệt. Thanh dầm chịu tác dụng của các lực
kéo sẽ giÃn dài ra. Khi đó các kích thớc ngang sẽ nhỏ đi (hình 6a). Ngựơc
lại khi nén chiều dài thanh dầm giảm đi trong khi đó kích thớc ngang tăng
lên (hình 6b). Thanh dầm thẳng dới tác dụng của lực ngang bị thay đổi
dạng ban đầu, bị uốn cong, tức là đờng tâm của nó là đờng cong (hình 6b).
Lấy theo bề mặt cạnh của tấm lới (hình 6,z) sau đó uốn (hình 6, ).
Tất cả đờng ngang của lới khi uốn vẫn giữ thẳng. Có nghĩa là các mặt cắt
ngang của thanh dầm sau khi uốn vẫn giữ phẳng, song mắt mạng lới bị méo
đi. Từ các hình chữ nhật chúng trở thành hình thang, chóng ta thÊy r»ng tõ
phÝa n cđa thanh dÇm bị uốn các đờng sinh dọc bị dảm đi theo chiều dài,
và từ phía lồi của chúng bị dài ra (bị kéo). Sự thay đổi chiều dài đờng sinh

càng lớn thì chúng càng cách xa khỏi tâm của chúng. Muốn thanh dầm có
thể xẩy ra không chỉ do lực chiều ngang mà còn cả lực dọc trục nếu nh
chúng đợc đặt cách dời tâm.

Page 7 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Sù thay ®ỉi bÊt kú hoặc là kích thớc của vật thể đợc gọi là biến
dạng. kéo, nén, uốn đợc gọi là các loại khác nhau của biến dạng ngoài
chúng ra còn các kiểu biến dạng khác.
Chúng ta trở lại hình 6,b dới tác dụng của lực P thanh dầm bị cong,
võng và chiếm vị trí chỉ ra bằng đờng đứt. Nếu lực P không lớn thì sau khi
bỏ nó đi thanh dầm lại đợc thẳng ra và trở lại vị trí ban đầu. Biến dạng mà
nó biến mất sau khi loại bỏ lực tạo nên nó đợc gọi là đần hồi, nếu lực P đủ
lớn thì sau khi loại bỏ nó thanh dầm không thẳng lại hoàn toàn còn bị cong
gọi là biến dạng dẻo .
Bây giờ chúng ta xem xét đại lợng biến dạng phụ thuộc vào cái gì và
giữa biến dạng và ứng suất có liên quan đến nhau nh thế nào.
Để thanh dầm có chiều dài ban đầu l đợc kéo bằng lực P (hình 6,a)
sau khi đặt lực vào chiều dài của thanh là l1. sự khác nhau giữa l và l1
= l =
l

l1 l
l

Nếu nh lực P không lớn lắm, thanh dầm sẽ bị uốn và biến dạng của
nó có thể tính đợc theo công thức

Page 8 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

l= P.l

E .F

F: diÖn tÝch mặt cắt ngang của thanh dầm.
E: mô đun đàn hồi pháp
ở các vật liệu khác nhau môđun đàn hồi pháp có giá trị khác nhau. Đối
với phần lớn các loại thép có thể tính gần đúng 2000000kg/cm2, ở đồng vàng
giá trị môdun nhỏ hơn so với thép gỗ thấp 10 lần so với đồng vàng.
Vì

=

P
và
F

= l nên
l

=


E

Vì vậy ứng suất và biến dạng liên quan chặt chẽ với nhau, ngoài ra
chúng còn cân đối lẫn nhau. Nhng sự cân đối này đợc bảo vệ cho tới khi
vật liệu đàn hồi đó là khi ứng suất không đạt tới giá trị tới hạn nào đó mà sau
đó sẽ bắt đầu biến dạng dẻo. Còn giới hạn của ứng suất mà nó đạt đợc sẽ
bắt đầu biến dạng dẻo rõ nét đợc gọi là giới hạn chảy. Giới hạn chảy đợc
ký hiệu là
. ở thép cacbon G.3 đợc sử dụng rộng rÃi để chế tạo các kết
cấu khác nhau, giới hạn chảy là 2500kg/cm2.
Đặc trng quan trọng khác của vật liệu là ứng suất mà nó dẫn tới phá
huỷ nó. Các đặc trng này gọi là giới hạn bền hoặc là ứng st t¹m thêi.
ë thÐp CT3 giíi h¹n bỊn b»ng 4000-5000kg/cm2. ở một vài thép hợp kim giới
hạn bền cao hơn gấp vài lần
Có thể có trờng hợp ngoại lực không tồn tại mà ứng suất vẫn có.
Các bạn đà bao giờ nghe thấy tên gọi là những giọt nớc mắt balaku
cha? Có thể thu đợc nó nếu nh những giọt thuỷ tinh nấu chảy đợc đổ
vào dầu hoặc nớc. Do làm lạnh đột ngột các giọt thuỷ tinh nhanh chóng
đông lại và đợc tôi, chúng có dạng hình quả lê và có mũi nhọn.
Nớc mắt balaku có tính chất rất thú vị. Chúng giữ đợc hình dáng
không bị phá vỡ chịu va đập chỗ phần dày dạn hơn. Nhng bề mặt bị xây xát
nếu bị vật cứng tác dụng hay bị gÃy phần duôi nhọn giống nh tách ra thành
các mảnh nhỏ. Cái đó cũng diễn ra nếu nh đuôi nhọn đợc hoà tan vào
trong axit. Chúng ta thử bẻ gÃy đuôi của giọt theo phần nhỏ để trong cốc
đựng nớc. Khi đó giọt thuỷ tinh không chỉ bị vỡ tan tành thành các mảnh
nhỏ mà cốc cũng bị vỡ. Các tính chất này là nguyên nhân xuất hiện ở các lớp
bề mặt của giọt thuỷ tinh ứng suất rất lớn khi làm lạnh nhanh.
Do giọt thuỷ tinh đang nằm trên bàn, không có bất kỳ ngoại lực nào
tác dụng lên nó. Trong nó không ít các ứng suất lớn mà nh chúng ta đà thấy
có thể tự biểu lộ rất rõ nét. Các ứng suất này có trong vạt thể khi không có
ngoại lực đợc gọi là ứng suất riêng thông thờng các ứng suất này suất hiện

trong các sản phẩm do hậu quả của các nguyên công mà phải chịu khi gia
công.
Chúng ta cho phép ghép hai tấm kim loại với nhau bằng đinh tán đợc
đốt nóng (hình 7). Khi làm nguội đinh tán sẽ giảm chiều dài cđa chóng, lµm
Page 9 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

trở ngại cho các tấm kim loại. Hệ quả đinh tán sẽ kéo chệch các tấm và tạo
nên cho chúng ứng suất nén. Riêng đinh tán sẽ chịu ứng suất kéo.
Một thí dụ ứng suất riêng trong kim loại cán. Sau khi các phần khác
nhau của thép chữ I nguội khác nhau vì chúng có chiều dày mỏng khác nhau,
khi đó tính chất đàn hồi ë nhiƯt ®é cao sÏ mÊt ®i tr−íc khi trë lại nh trớc
kia, nó sẽ trở nên cứng sẽ gây cản trở sự co ngót 2 phần dầm chữ I bị đông
lại lần thứ hai. Kết quả là sau khi nguội toàn bộ thép chữ I thành hai đầu xuất
hiện ứng suất kéo riêng và ở thành là ứng suất nén (hình 7. Chúng suất hiện
không nhanh mà đợc gom gộp từ từ , thay đổi giá trị của nó theo mức độ
nguội. Cuối cùng nó có dạng nh hình vÏ.

øng suÊt tøc thêi vµ øng suÊt d− sinh ra không chỉ khi tán và cán.
Chúng đợc biểu hiện hầu nh ở tất cả các thao tác công nghệ.
Tính chất quan trọng của ứng suất riêng là chúng ở bất kỳ mặt cắt nào
của vật thể đợc cân bằng lẫn nhau. Có nghĩa là nếu nh ở bất kỳ mặt cắt nào
có ứng suất kéo nhất định ở đó cũng có ứng suất nén .
Tại sao và ở điều kiện nung nào dẫn đến ứng suất riêng và biến
dạng.
ứng suất riêng có thể đợc sinh ra theo các nguyên nhân khác nhau,
nung nóng sản phẩm không đều là một trong những nguyên nhân đó.
Chúng ta hình dung có 1 thanh thép với chiều dài l đợc kẹp cứng một

phía (hình 8a). Sau đó nung nóng thanh này dÃn dài ra một đoạn l nào đó.
Nếu bây giờ làm nguội thanh nh nhiệt độ ban đầu.

Page 10 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

NÕu kh«ng nung nãng ë nhiệt độ cao, thanh I chỉ bị đàn hồi và trong
nó không suất hiện biến dạng dẻo sau khi là nguội hoàn toàn tất cả sẽ trở lại
vị trí trớc.
Vậy chúng ta thấy nung nóng không đều dẫn đến xuất hiện ứng suất
riêng tức thời và biến dạng ngoài ra để sau khi làm nguội bên trong kim loại
có ứng suất d và biến dạng .
Càng nung nóng cao và càng không đều thì sự suất hiện của biến dạng
dẻo càng rõ hơn và tiếp đó là biến dạng và ứng suất d. Khi hàn cắt kim loại
bằng ngọn lửa nhiệt độ nung nóng cao có phần vật liệu sẽ bị nung nóng ít vì
vậy sẽ xuất hiện ứng suất d và biến dạng.
Hàn đắp đờng hàn bên cạnh của dải băng
Chúng ta lấy một dải băng có tiết diện góc vuông và hàn đắp một
đờng hàn lên cạnh nó (hình 10a) sau khi hàn đắp và để nguội dải băng nhận
đợc biến dạng d, nó bị cong và cong lõm về phía nơi diễn ra hàn đắp (hình
10 ) ở các mặt cắt ngang của phần hàn đắp dải băng xuất hiện ứng suất d
đợc chỉ ra ở hình 10. đờng hàn và các phần dÃi băng gần với nã chÞu
nung nãng cao sÏ cã øng suÊt d− kÐo bằng giới hạn chảy. Phần giữa dÃi băng
bị nén và gần cạnh sẽ có ứng suất d kéo.
Page 11 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Để hiểu đựơc tại sao chúng ta quan sát sơ đồ đợc đơn giản hoá sau
đây. Chúng ta cho rằng là đờng hàn và vùng dải băng gần nó (hình 10t)
đợc đốt nóng đồng thời theo toàn bộ chiều dài phần còn lại của dÃi băng khi
đó vẫn còn nguội. Khi đó đờng hàn đắp và vùng bị nung nóng của dÃi băng
có thể coi nh một thanh dầm. Khi nung nóng thanh dầm này có xu huớng
nở ra và ép về phần nguội của dÃi băng gây nên trong nó kéo cùng với uốn
.tự thanh dầm bị nén vì phần còn lại của dÃi băng cản trở sự giản nở nhiệt của
chúng. Kết quả là bên phía nung nóng bị cong lồi và cạnh dới cong lõm
xuống.
Trong các điều kiện này thanh dầm đợc chúng ta phân chia bị nén ép
dẻo sau khi nguội nó bị ngót lại một giá trị nén dẻo sự co ngót này lại bị
ngăn cản bởi kim loại xung quanh trong lúc này thanh dầm sẽ bị nứt.
Nh vậy nếu so sánh biến dạng tức thời và ứng suất của tấm thép nung
nóng và biến dạng và ứng suất d sau khi làm nguội chúng ta thấy rằng độ
võng hớng về phía đối diện sự phân bố ứng suất sẽ ngợc lại theo dấu .
Trong thực tế thờng nói rằng biến dạng xuất hiện là do các mối hàn
bị kéo, nhng thực chất lại không phải nh vậy.
Biến dạng và ứng suất khi hàn nối các tấm thép.
Để bảo đảm hàn tốt các tấm hoặc lá thép thì khe hở đợc đặt sao cho
không lớn. Nếu nh các tấm không đợc kẹp chặt trớc khi hàn.

Page 12 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Sau khi hàn các tấm bị co lại hớng của chiều dọc lẫn chiều ngang
trên các phần khác nhau của tấm co ngót sẽ khác nhau độ co ngót sẽ khác
nhau.

Chúng ta nói rằng hàn nối mối hàn chữ X từ một phía gây ra biến dạng mà
nó khong cản trở gi cả. Khi hàn mối hàn từ phía thứ hai gây ra biến dạng góc
ở vị trí đối diện. Nhng phần đà hàn của mối hàn sẽ gây cản trở việc đặt
hớng biến dạng lần thứ hai này. Vì vậy theo giá trị nó sẽ nhỏ hơn và khong
có thể bù biến dạng từ phần đầu của mối hàn. Kết quả biến dạng do mối hàn
đầu tiên tuy nhỏ hơn nhng tất cả cũng sẽ có vị trí nhất định. Vì vậy nếu mối
hàn chữ X đợc hàn một vài đờng hàn trong khi hàn nên lật một vài đờng
hàn về phái này phía kia. Cái đó làm giảm biểu hiện (hiện tợng) hàn không
cùng thời gian và biến dạng góc.
Đoạn ống đợc cán (lốc) chính xác hình trụ đợc hàn nối dọc trục do
có biến dạng góc nên có hình dáng chỉ ra trên hình 12

Nh đà nói từ biến dạng về mặt phẳng tiếp theo ta sẽ nhắc đến về một
biến dạng hàn nữa sự hình thành phần lồi và phần lõm sau khi hàn các tấm
mỏng giải thích hiện tợng này sẽ chậm hơn một chút.
Biến dạng và ứng suất khi hàn chữ T biến dạng khá phức tạp xảy ra
khi hànn thép chữ T (hinh 13.a) co ngót dọc của mối hàn gây nên sự giảm đi
một ít thờng không đáng kể chiều dài thép chữ T và cong râ nÐttheo mỈt
Page 13 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

phẳng đứng thờng độ cong lõ từ phía tâm đáy chữ T. Cạnh tự do của thành
đứng sữ cong lồi lên. Thờng độ võng sẽ ngợc lại nếu nh mặt cắt (tiết
diện) của đáy lớn hơn nhiều tiết diện của thành chữ T (hình 13.).

Giá trị độ võng f đợc tăng rất nhiều cùng với giá trị chiều dài l của
thép T. Độ võng tỷ lệ bình phơng với chiều dài đó. Chúng ta hàn cùng chế
độ nh nhau 3 thanh chữ T chỉ khac nhau về chiều dài (1m, 2m, 3m). Khi đó

nh ta chØ ra ë thanh T thø nhÊt cã ®é vâng 1,5mm ở thanh chữ T thứ 2 sẽ là
1,3*(32/12) = 13.5 mm, ở thanh chữ T thứ 3 sẽ là 1,5*(82/12) = 96mm. Đó đọ
võng tăng rất nhiều khi tăng chiều dài thanh T.
Ngoài biến dạng đà mô tả khi hàn thép chữ T sẽ đợc quan sát biến
dạng đợc gọi là biến dạng nấm hoặ biến dạng hình nấm. Kết quả của co
ngót ngang vùng hoạt động. Khi hàn hồ quang tự động dới bột hàn độ hàn
sâu của kim loại chính đặc biệt lớn hơn so với hàn tay vì vậy cả dạng hình
nẫm cũng thể hiện mạnh hơn (bình 13.). Khi hàn thép chữ T một phía co
ngót ngang làm thành nghiêng về phái có nơi mối hàn(hình 13. ).
Phân bố ứng suất d dọc xem hình 13.. ở đây giống nh trớc chúng
ta thấy rằng vùng hoạt động (mối hàn và các phần phụ thợc kim loại chính)
sau khi hàn bị kéo. Tuyệt đại đa số các trờng hợp là nh vậy.
Biến dạng và ứng suất khi hàn thép chữ I
Dầm tiết diện chữ I (hình 14.a) đợc sử dụng rộng rÃi trong lĩnh vực
xây dựng và trong nghành cơ khí. Chúng gồm thành đứng và hai thành ngang
đợc bắt chặt với thành bằng các mối hàn cánh. cúng thờng đợc hàn các
gân tăng cứng giữa cánh và thành.
Khi hàn chữ I biến dạng và có đặc tính phức tạp (hình 14.). Trớc
tiên chúng ta nói vỊ biÕn d¹ng chung.
Page 14 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Chóng cã ë trong ngãt dọc và uốn theo hớng đứng và ngang co ngót
dọc gây nên không chỉ độ co ngót dọc của các mối hàn các cnhá mà còn độ
co ngót ngang biểu hiện chúng khi hàn gân tăng cứng hoặc khi hàn cả mối
nối tăng cứng của dầm. Uốn trong mặt phẳng ngang thờng nhỏ không đáng
kể và chúng ta sẽ không chú ý đến nữa.
Uốn trong mặt phẳng đứng thờng mới nhìn chúng ta sẽ không thể

giải thích đợc. Thật vậy có lẽ nh là tất cả các mối hàn và các vùng hoạt
động cùng với chúng nằm đối xứng tơng đối với các trục của dầm. Co nghĩa
là chúng cần kéo đối xứng chữ I. Từ đâu có sự uốn đó? Tât cả điều này đều
đúng nếu nh các mối hàn đợc hàn đồng thời. Thật ra chúng không đợc
hàn cùng một lúc. Theo mức độ đặt mối hàn độ cứng của dầm thay đổi, tức
là khả năng chống biến dạng của nó. Vì vậy vùng hoạt động của mối hàn đÃ
đợc hàn trớc sẽ gây nên biến dạng lớn hơn vùng hoạt động mối hàn hàn
sau. Cái đó phá vỡ sự cân đối và dẫn đến bị uốn.
Chúng ta giải thích cá điều trên trong ví dụ (hình 14.b) để đầu tiên hàn
các mối 1 và 2 của cánh thép chữ T mà tiết diện của nó ở hinh 14.b đợc
gạch chéo mặt cắt sẽ chông slại độ co ngót dọc của vùng hoạt động của
chúng. Cánh trên đợc giữ chặt với các phần còn lại của thép I chỉ bằng các
kẹp, thực tế nó không làm việc (hoạt động) và khong chống lại uốn cong. Kết
quả là dầm có võng 1 ít f1; f2. Khi đặt một cắp mối hàn thứ 2hai 3,4 cũng tạo
nên vùng hoạt động. Nhng bây giờ không phải chỉ thép hình T mà toàn bộ
chữ I sẽ chống lại độ co ngót của nó. Độ võng thép I lớn đáng kể so với ở
chữ T. Độ võng f3, f4 sẽ nhỏ dần theo giá trị của độ võng f1,2 và vì vậy không
có thể bù lại đợc. Kết quả dầm có độ võng là f = f1,2 f3,4 và hớng về phái
mà đầu cong về đó do khi đặt mối hàn 1 và 2. Để đa độ võng này đến nhỏ
nhất phải hàn các mối theo thứ tự 1-4-3-2 hoặc 1-3-4-2 hoặc hàn đồng thới
mối 1 và 3 sau đó cũng đồng thêi mãi hµn 2 vµ 4.
Page 15 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Ngoài các biến dạng chung dầm còn bị biến dạng cục bộ nữa Dạng
hình nấm. ở một vài trờng hợp nếu nh daamf đợc chế tạo từ kim loại
mỏng có thể xuất hiện cả các phần lồi cục bộ. ở các phần lồi sẽ nói ở phần
sau. Dạng hình nấm có quan hệ khi nó xuất hiện do co ngót ngang tất cả các

mối hàn. Kết quả dầm có hình dập nổi phức tạp đợc chỉ ra trên hình 14..
Phân bố ứng suất d trong hình I hàn xem hình 14.. Trong vùng hoạt
động giống nh đà quan sát, ứng suất kéo hoạt động ở các phần còn lại của
dầm, ứng suất nén của chúng cân bằng nhau.
Biến dạng và ứng suất khi đốt nóng điểm
Khi hàn điểm và hàn tán bằng điện chúng ta đốt một nguồn nhiệt nào
đó, ví dụ bằng mỏ đốt khí một điện tròn trong tấm thép toàn bộ chiều dày
tấm (hinh 15.a). Kim loại tròn mà chúng ta coi nh nguội sẽ cản trở mở rộng
nhiệt của điểm tròn. Kết quả trong diểm xuất hiện ứng suất nén từ các phía.
Khi đốt nóng đủ cao ứng suất đạt giá trị giới hạn chạy khi nén (nó bằng
theo giá trị giới hạn chảy khi kéo) và điểm có nén dẻo và sẽ làm cho kim loại
vòng tròn dày hơn (hình 15.).

Khi nguội điểm sẽ cống gắng nhỏ đi về đờng kính tức là đờng kính
sẽ nhỏ hơn ban đầu một đại lợng nén dẻo. Nhung ngợc lại kim loại nguội
bao quanh cũng tác dụng chống lại diều đó. Kết quả của tác dụng chông slại
ấy điểm sau khi nguội thể hiện trong trạng thái kéo ra các phía (hình 15.b)
khi nung nóng đủ cao các ứng suất này sẽ bằng giới hạn chảy.
Khi đốt nóng cao hơn nữa trong điểm sau khi nguội còn biểu hiện
không những ứng suất bằng T mà còn biến dạng kéo dẻo. Nung nóng càng
cao giá trị biến dạng kéo dẻo càng lớn. Điểm đợc làm nguội sẽ kéo mạnh
kim loại nguội xung quanh tạo nên trong nó ứng suất kéo dọc các bán kÝnh –
øng st h−íng kÝnh σr vµ øng st nÐn ở các hớng vuông góc với bán kính
ứng suất tiếp T.
Để làm rõ hơn đặc điểm phân bố ứng st d− trong tÊm thÐp chóng ta
t¸ch ra trong nã 1 phần tử đợc giói hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm và hai
bán kính (hình 16.a) Trên hình cho thấy ứng suất sẽ tác dụng lên phần tử.
ứng suất hớng kính r đợc gây nên do tác dụng kéo cđa ®iĨm, øng st

Page 16 of 41

UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

tiếp T trong điểm là ứng suất kéo và ngoài điểm là ứng suất nén. Sự thay đổi
ứng suất với khoảng cách từ tâm của điểm chỉ ra ở hình 16. và .

Khi hàn điểm tiếp xúc và hàn đính bằng điện cũng xảy nung điểm
tròn. Những điểm này là vùng tạo nên ứng suất và biến dạng. Khi đó đờng
kính vùng hoạt động sẽ nhận đợc 2 4 lần lớn hơn đờng kính điểm tán
đinh bằng điện.
Mếu điểm hàn hoặc đinh tán điện có hàng lạot chúng sẽ gây tác dụng
kéo giống nh mèi hµn cđa hµn hå quang. Tõ tÝnh chÊt cđa ví dụ chúng ta
thấy đặc điểm biến dạng thép chữ T đợc hàn từ 2 thanh và hai góc cong nhờ
hàn điểm (hình 17).

Đặc tính biến dạng uốn giống nh khi hàn hồ quang thép T (hình 13).
Việc nắn thảng sự cong của kết cấu đợc đặt cơ sở tren tác dụng kéo
các điểm bị nung nóng chúng ta sẽ nói đến trớc tiên.
Tại sao có biểu hiện lồi và lõm khi hàn kim loại mỏng

Page 17 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Ta lµm mét thÝ nghiƯm đơn giản . CHúng ta lấy một thanh thép có
chiều dài lớn hơn nhiều so với kích thớc ngang ví dụ thớc kẻ chẳng hạn.
Một đầu chống lên bàn, đầu kia ta gi÷ tay sao cho lùc nÐn h−íng däc theo
trục dọc của thớc kẻ (hinh 18.a). Chúng ta tăng dần lực nén P. đầu tiên khi

P nhỏ thớc sẽ lòn giữ đờng thảng, đó là thử biến dạng nén đơn giản. Khi
lực P đạt tới giá trị tới hạn nào đó, thớc sẽ cong di có hình dạng cân bằng
mợi (hinh 18.). Nh vậy dạng trớc đay ccan bằng trở thành khong vững
chắc nữa. Đay là biểu hiện mang tên sự mất mát tính ổn định (mất ổn định).
Mất ổn định có thể có vị trí cả trong các lá mỏng, chịu tác dụng của ứng suất
nén (hình 18.b).

Khi hàn kim loại mỏng ở các vị trí nối xuất hiƯn øng st d− nÐn cịng
cã thĨ x¶y ra mÊt tính ổn định kèm theo biểu hiện lồi hoặc lõm. Trên hình
18. cho thất sự cong vênh các tấm mỏngđợc hàn nối. Chúng ta biết rằng
ứng suất d kéo tác dơng trong mèi hµn vµ trong vïng xung quanh mèi hàn.
ứng suất nén đợc tạo nên một vài nơi cách xa mèi hµn. Bëi vËy låi vµ lãm
sÏ hiƯn ë xa mối hàn.
Nếu nh một thanh với tấm mỏng tác dụng nhiệt lên tấm sẽ giống nh
nung một điểm tròn (hình 15). Nung nóng nh vậy nh chúng ta đà biết gây
nên hiện tợng ứng suất d nên tiếp tuyến bên ngoài điểm nung nóng, ứng
suất này có thể dẫn đến biểu hiện hình sóng trong tấm giông nh đà chØ ra ë
h×nh 18σ.
Page 18 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Khi hàn kim loại mỏng luôn có thể có sự mất ổn định cục bộ. Vì vậy
cần thiết pahỉ có biện pháp chống lại các biểu hiện này. Đó là biện pháp sẽ
nói ở dới đây.
ứng suất và biến dạng hàn có ảnh hởng đến độ bền của kết cấu hàn
chăng?
Hiện nay hàn nhờ tính u việt của mình đà hầu nh thay thế tán đinh.
Thuộc về số lợngtính u việt ngoài năng suất cao và tính kinh tế khả năng

tạo nên dạng kết cấu hàn hoàn hảo còn có độ bền cao, độ tin cậy tà tuổi thọ
của chúng. Cái đó đợc kiểm nghiệm bằng sự vận hành lâu dài của các kết
cấu hàn có dạng khác nhau. Nhà thiết kế đà tiến hành thiết kế kết cấu mới
hoặc công trình trong phần lớn các trờng hợpn chọn phơng án chế tạo
chung với việc sử dụng hàn.
Nhung không phải luôn luôn nh vậy. Hàn không ngay lập tức chiếm
đợc vị thế vững chắc nh nó bây giờ. Không ít ngời hoài nghi, không tin
tởng vào độ tin cậy của hàn. Khi đó một trong những sự phản đối chống lại
hàn là do nó tạo nên ứng suất d mà nó làm giảm độ bền của kết cấu hàn khi
đó còn rất ít hiểu biết về ứng suất hàn về bản chất của chúngvề ảnh h−ëng
cđa chóng tíi ®é bỊn. Sù h− háng kÕt cÊu hàn, biểu hiện các vết nứt ở chúng
có thể giải thích là do tác dụng của ứng suất hàn tuy rằng ở hàng loạt trờng
hợp chúng không có lỗi trong đó. Khó có thể chống lại bởi vì vấn đề ứng suất
đợc nghiên cứu quá yếu đó là một sự cản trở lớn để áp dụng hàn.
Vì vậy các nhà bác học Xô viết và ngoại quốc đà đa ra không ít công
trình nghiên cứu khoa học để nghiên cứu ứng suất và biến dạng xuất hiện khi
hàn và ảnh hởng của chúng đến tính chất vận hành kết cấu. Các nhf khoa
học đà mở ra ánh sáng cho nhiều vấn đề liên quan tới biến dạngvà ứng suất
hàn, trong ®ã cã vÊn ®Ị ¶nh h−ëng cđa chóng tíi ®é bền kết cấu.
ĐÃ chứng minh đợc rằng trong rất nhiều trờng hợp ứng suất hàn
thực tế không ảnh hởng tới độ bền . Nếu nó không nhỏ thì lúc này thỉnh
thoảng trong công việc chế tạo sản phẩm hàn nguyên công khử ứng suất
bằng sử lý nhiệt đợc định trớc. Để cho mục đích này ngời ta xây các lò
tiêu thụ bằng chất đốt nhiên liệu hay năng lợng điện thời gian chế tạo kết
cấu bị kéo dài ra. và tất cả trong hàng loạt trờng hợp làm vo ích vì không
biét ảnh hởng của ứng suất hàn đến độ bỊn kÕt cÊu cã thËt kh«ng.
Nh−ng cc sèng vÉn tiÕn về phái trớc. Các nhà máy bỏ việc xử lý
nhiệt của kết cấu hàn trong trờng hợp khi mà nó không có căn cứ và từ thực
tế đà chỉ ra rằng độ bền kết cấu không giảm đi tính kinh tế đạt cao hơn.
Trong tập sách mỏng phổ thông này chúng ta không có khả năng dẫn

giải lý thuyết tại làm sao ứng suất hàn không chỉ ra ảnh hởng ®é bỊn .
Chóng ta chØ cã thĨ chØ ra r»ng ứng suất hàn không bằng phép đại số đơn
giản mà theo cách đặc biệt cộng lại cùng với các ứng suất do ngoại lực. Vì
trong bất kỳ mặt cắt nào ứng suất hàn cũng cân bằng nhau đó có nghĩa lµ
Page 19 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

trong nã cã c¶ øng st kÐo lÉn øng st nÐn. NÕu nh− trong mỈt cắt cho
trớc ngoại lực gây lên ứng suất kéo thì sẽ chỉ nhận đợc các bộ phận nén
của tiết diện sau khi hàn, đó là cái phần mà nó giông nh sự dự trữ phụ độ bề
chống lại sự kéo. Bắng cách áp dụng các ngoại lực có cờng độ đủ nhỏ có
thể hoàn toàn loại bỏ ứng suất hàn. Tất cả những điều nói ở trên có nghĩa
rằng ứng suất hàn không bao giờ giảm độ bền, không có thể tạo nên những
ảnh hởng không tốt khác nhau và không cần quan tâm tới ứng suất này?
Trong một vài trờng hợp ứng suất hàn có thể gây phá vỡ kết cấu. Vì vậy cần
chú ý để biết tình trạng này nh thế nào và ngăn ngừa trớc biểu hiện của
chúng.
Có thể chứng minh đợc rằng nếu nh kim loại dùng để chế tạo kết
cấu hàn và kim loại hàn là dẻo có khả năng chịu biến dạng dẻo lớn kéo tới
phá huỷ thì ứng suất hàn không làm giảm độ bền của kết cấu. Nếu nh kim
loại này ròn thì ứng suất có thể làm giảm độ bền rõ rệt.
ứng suất ở hai hớng. Điều kiện này đợc tạo ra nếu nh.
Ví dụ: Các tấm thép chiều dày không lớn đợc hàn bằng các mối hàn cắt
nhau(hình 19.).

Nếu nh khối cơ bản trong kết cấu chịu ứng suất nh trên hình 19, đó
sẽ nói về trạng thái ứng suất khối. trạng thái ứng suất đó xuất hiện , ví dụ khi
hàn kim loại có chiều dày lớn hoặc ở các vị trí nơi giao nhau ba mối hàn

vuông gọc với nhau.
ứng suất phẳng và đặc biệt kéo theo khối gây trở ngại và giữ biến dạng dẻo
của kim loại, làm nó chuyển sang trạng thái ròn. Điều đó đặc biệt có hại khi
tải trọng va đập và tải trọng rung. Vì vậy nói rằng ảnh hởng xấu của tập
trung ứng suất khong chỉ ở những chỗ gắn các tâm tích tụ có ứng suất cao
hơn mà ở đó thờng mang tích chất khối. Tiếp theo trong trờng hợp đó khi
Page 20 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

ë tÊt c¶ vËt thĨ tác dụng ứng suất đờng (thẳng), ở tâm chúng có tính chất
khối.
Ngoài ra không tăng tác dụng xấu của ứng suất khối trong các trờng
hợp giống nh thể hiện trên hình 19, ở đay trạng thái ứng suất 3 trục ở khối
kim loại không lớn. Nó giống nh hạt hạnh nhân cứng đợc bao quanh từ các
phía bằng kim loại nhớt dẻo. Vì vậy điều kiện làm việc của kết cấu ở đây
thực tế không xấu (tồi) đi. Trong trờng hợp nhớt (gia cố) gân tăng cứng
trong các dầm chữ I nh đà chỉ ra ở hình 19, đợc sử dụng hàn nh thờng
xuyên và đợc kiểm nghiệm thực tế nhiều năm.
Đi đến kết quả là, ứng suất hàn không nguy hiểm đối với hoạt động
của kết cấu nếu nh cấu trúc và công nghệ chế tạo nó thực hiện ®óng vµ vËt
liƯu kÕt cÊu chän dóng. VỊ ®iỊu nµy kinh nghiệm thực tế lớn tơng ứng đÃ
xác nhận nh cầu, cầu trục nâng, tàu thuỷ, toa tàu, máy bay.v.v... ở chúng có
ứng suất hàn và tuy không nhỏ nhng kết cấu làm việc vẫn tuyệt vời.
mặt khác có một dạng ứng suất riêng suất hiện sau khi hàn nó có ảnh
hởng xấu tới độ bền của kết cấu hàn. Đó đợc gọi là phản ứng suất xuất
hiện khi hàn trong điều kiện tăng cứng các cấu kiện hàn làm cản trở lớn tới
sự co ngot.
Ví dụ: Nếu nh hàn tấm thép đợc gia cố trong khung cứng (hình

20.a), độ co ngót ngang do hàn xảy ra trong điều kiện bị hạn chế. Chiều dài
tổng của mối hàn l cang nhỏ tức là khe cần co ngót càng nhỏ thì ứng suất kéo
xuất hiện trong tấm càng lớn. Các phản ứng suất trong tất cả tiết diện
ngang của các tấm đợc hàn có một dấu (kéo) tức là chung không cân bằng.

Điều này khác với các ứng suất hàn thông thờng là cân bằng lẫn nhau
trong bất kỳ tiết diện nào. Vì vậy phản ứng suất cần đợc xem xét giống
nh ứng suất do ngoại lực. Trong trờng hợp trên ccs ngoại lực này là phản
lực R đợc tởng tợng nh lực cản mà khung gí cứng thực hiện hạn chế co
ngót ngang của các tấm hàn. Các phản ứng st nµy” nÕu nh− chóng xt
hiƯn ë mét vµi bé phận của kết cấu có thể không có lợi với các ứng suất do
ngoại lực sẽ làm giảm độ bền cña kÕt cÊu.
Page 21 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Cã thĨ tiÕn hµnh vÝ dụ sau về phản ứng suất (hình 20.) hàn tấm ốp
có mối hàn nối vào thanh chữ U. Nếu lúc đầu hàn mối 1 và 2 và tiếp theo hàn
mối 3 sự co ngót mối hàn nối sẽ bị trở ngại trong mối 3 và các bộ phận gần
tấm ốp xuất hiện phả ứng suất kéo lớn. Có thể tránh điều đó nếu thay đổi thứ
tự hàn. Đầu tiên nên hàn tấm ốp ( Tốt nhất riêng biệt trong trạng thái tự do)
và sau đó đặt lên các thanh U hµn mèi 1 vµ 2 VÝ dơ nµy lµ thùc tế của một
trong các nhà máy. Sự thay đổi công nghệ so với trớc ở đây đà dẫn tới loại
bỏ các trờng hợp phá huỷ kết cấu khi hàn nối các tấm ốp bằng sự lựa chọn
hợp lý cách đặt mối hàn có thể tránh hoặc làm cho phản ứng suất sẽ nhỏ
nhất sau khi hàn.
Giống nh đà chỉ ra trong vùng mối hàn sau khi hàn xuất hiện không
chỉ ứng suất kéo bằng giới hạn chảy mà còn biến dạng dẻo kéo. Biến dạng
dẻo này thỉnh thoảng gọi là biến dạng cục bộ. Về nguyên tắc chúng có thể

ảnh hởng lớn tới độ bền còn hơn ứng suất hàn, vì thực ra là việc hao sự dự
trữ cục bộ tính dẻo của vật liệu. Nhng mà mức tiêu hao lợng dự trữ trên
bằng biến dạng cục bộ rất nhỏ. Trong tất cả các trờng hợp nhỏ hơn nhiều
khi cán rèn dập và các nguyên công tơng tự khác. Vì vậy sử dụng vật liệu
đủ dẻo thực tế loại đợc ảnh hởng biến dạng cục bộ tới độ bền.
Bây giờ chúng ta phân tích về nó, nếu nh biến dạng hàn chung và cục
bộ có thể có ảnh hởng tới độ bền của cấu trúc hàn chăng. Có thể khẳng định
để trả lới vấn đề này là Vâng có thể. Các biến dạng làm sai lệch các điều
khoản làm việc của các cấu kiện và của kết cấu nói chung.
Ngời thiết kế tính toán độ bền theo dự tính để cáu kiện tính toán có
kích thớc thiết kế và hình dáng nh ở bản vẽ. Nếu nh trong kết cấu thực
cấu kiện này do biến dạng hàn sẽ có một vài hình dạng khác đi và nó sẽ làm
việc dới ứng suất khác do ngoại lực trong nó sẽ không nh vậy mà có thể
lớn hơn nhiều so với thiết kế đà tính toán.
Chúng ta quan sát 2 ví dụ (hình 21). Có một thanh thép thảng (hinh
21.a) theo tởng tợng của ngời thiết kế cần làm việc trong sự kéo đơn giản
dới tác dụng của lực P. Khi đó ứng suất trong tiết diện của nó 0 cần phải
phân bố đều. Nếu nh thanh này đợc chế tạo không chính xác, tức là vị trí
ban đầu sẽ có độ cong f (hình 21.) đó dới tác dụng của các lực kéo P nó
không chỉ bị kéo mà còn chịu uốn vì đờng thẳng tác dụng lực dịch chuyển
tơng đối víi trơc cđa thanh thÐp.
KÕt qu¶ la cïng víi øng suất kéo 0 chúng cho ứng suất đặc biệt lớn
hơn ở các đờng sinh phía trên của tấm so với tính toán trớc (hình 21b) ớc
tính là nếu độ cong ban đầu của thanh bằng 1/6 phần chiều rộng của nó (f=
h/6) ứng suất ở các đờng sinh phía trên của tấm bị uốn sẽ là hai phần lớn
hơn ở thanh không bị uốn (ở cùng giá trị lực P).

Page 22 of 41

UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

Đây là ví dụ khác: Tấm càn làm việc dới tác dụng của ngoại lực kéo
(hình 21.b) Nếu nh nó phẳng ứng suất trong tiết diện a-a đợc phân bố đều
(xem biểu đồ 1-2-3-4) Nếu nh tấm có lồi lên, phần lối này hầu nh ngừng
hoạt động ngoại lực sẽ có biểu hiện chính là bên rìa (mép) tấm thép và ứng
suất trong tiết diện a-a đợc phân bố theo biểu đồ (5-2-3-6-7) đó là mép (rìa)
của tấm sẽ chịu tải và ở giữa không chịu tải.
Khi các cấu kiện hàn bị biến dạng làm việc có thể có chỗ biểu hiện
giống nh đà đợc chỉ ra. Vì vậy do để đảm bảo độ bền kết cấu hàn cần phải
áp dụng phơng sách trớc nguy cơ phát triển lớn các biến dạng hàn. Mặt
khác trong một số trờng hợp (ở các trờng hợp náy sẽ nói ở phần sau) cần
áp dụng phơng sách đấu tranh với các ứng suất hàn.
Kỹ thuật hiện nay có sử dụng rất nhiều các biện pháp có thể và các
phơng tiện phấn đấu chống lại các biến dạng và ứng suất hàn.
Nhiều vấn đề phụ thuộc vào sự nhất trí của ngời thiết kế các nhà công nghệ
và các công nhân cải tiến.
Ngời thiết kế không chỉ cho vật liệu, hình dạng, kích thớckết cấu và
các chi tiết của nó mà còn chỉ rõ trong bản vẽ các phân bố mối hàn, kích
thớc của chúng, hình dáng vát mép và thờng thờng cả phơng pháp hàn.
Giải pháp mà nhà thiết kế áp dụng phần nhiều phụ thuộc trạng thái kết cÊu
Page 23 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

khi hµn kÝch cì vµ đặc tính phân bố ứng suất và biến dạng hàn. Vì vậy ngời
thiết kế cần phải biết rõ công nghệ chế tạo kết cấu để ngăn chặn sự phát triển
lớn ứng suất và biến dạng. Mặt khác nhà công nghệ nghiên cứu trình tự lắp
ghép và hàn cho chế độ hàn, tham gia vào nghiên cứu hoàn thiện các thiết bị

hàn ghép, đó là cho tất cả phơng pháp (quá trình) công nghệ chế tạo kết cấu
(bố trí) nhiều phơng tiện điều chỉnh biến dạng và ứng suất hàn và có thể
làm đợc rất nhiều việc chống lại chúng.
Những công nhân tiên tiến nắm rất vững chuyên môn của mình, có
kinh nghiệm thực tế tốt, dám nghĩ dám làm, có nhiều sáng kiến có thể giúp
đỡ quí báu cho các nhà thiết kế và công nghệ trong việc nghiên cứu và thực
hiện cụ thể các phơng án chống lại ứng suất và biến dạng hàn. Mỗi thợ hàn
lành nghề (có trình độ chuyên môn) cần có khái niệm rõ ràng về quá trình
hình thành chúng tầm quan trọng của chúng có thói quen thực tế chống lại
chúng.
Nhà bác học Liên X« nỉi tiÕng H.O cã nhiỊu cèng hiÕn trong khoa
häc về hàn. ông ngiên cứu lý thuyết chung về biến dạng và ứng suất hàn lập
lên các phơng pháp tính toán cho phép tính hàn trớc các biến dạng trong
kết cấu cụ thể cho trớc ở các phơng án công nghệ chế tạo nó khác nhau.
Đợc sự chỉ đạo của H.O Các nhà khoa học của ông và những ngời khác
vào những năm cuối nghiên cứu thành công các phơng pháp tính toán thiết
kế các phơng pháp công nghệ cho phép không những quyết đinh công nghệ
tốt nhất từ phơng diện (quan điểm) dẫn đến sự biến dạng và ứng suất nhỏ
nhất mà còn tự quan điểm đảm bảo sự tạo hình tốt nhất các mối hàn điều
chỉnh thành phần hoá học (cấu trúc và các tính chất vùng khác nhaucủa các
mối hàn.v.v...Phơng pháp tính toán cũng cho phép đánh giá phơng án công
nghệ này hoặc phơng án công nghệ khác từ quan điểm kinh tế.
Trên cơ sở các phơng pháp tính toán đó về nguyên tác không những
có thể chống biến dạng và ứng suất mà còn sử dụng có hiệu quả chúng để
làm cho kết cấu có dạng cần thiết (ví dụ: nhiệm vụ đà đợc gọi là trục tải
xây dựng trong các dầm ngang của cầu trục và các cảu) và nâng cao độ bền
của nó. Nâng cao độ bền kết cấu có thể đạt đợc bằng cách phân bố ứng suất
hàn mà nó bảo đảm phép tỉng c¸c sù −u viƯt nhÊt cđa chóng víi øng suất từ
tải trọng làm việc
Vậy con ngời biết đợc các biểu hiện thiên nhiên thống nhất để đa

nó ra phục vụ mình
ý định có giá trị và đồng triển vọng đợc giao s H.O là xây dựng
trong các xi nghiệp các phòng ban thiết kế công nghệ đó là biểu hiện dạng tổ
chức tốt liên kết các lực lợng sáng tạo của các nhà thiết kế và ccs nhà công
nghệ để ngiên cứu khoa học một cách xác đáng trên cơ sở các phơng pháp
tính toán, các kết cấu hàn và công nghệ chế tạo chúng.

Page 24 of 41


UNG SUAT VA BIEN DANG HAN

ViƯc thiÕt kÕ c«ng nghƯ kết cấu của các kết cấu hàn có hớng tiến bộ
mới trong thi công (công việc) hàn mà tơng lai sẽ thuộc về nó.
Cần tính toán cái gì khi nghiên cứu bản vẽ kết cấu
Nghiên cứu bnản vẽ kết cấu hàn cần đạt đợc là không chỉ đáp ứng
hoàn toàn điều kiện làm việc mà còn khả năng công nghệ (thi công) đó là có
thể chế tạo với ít mất sức lao động nhất có năng suất cao. ở đây xuất hiện các
mâu thuẫn chứ có thể có nhiều phơng pháp hàn hiện nay sẽ tạo nên ứng suất
và biến dạng lớn. chúng ta sẽ nghiên cứu vấn đề này.
chọn các phơng pháp hàn cần nói về việc sao cho biến dạng nhỏ, ứng
suất nhỏ hơn của kết cấu mà yêu cầu đa nhiệt vào nhỏ nhất trên 1cm mối
hàn tức là đa nhiệt theo đơn vị nhỏ nhất.
Với quan điểm này hàn hơi là điều không mong muốn nhất nó tạo ra
vùng nung nóng rộng lớn và dẫn nhiệt vào sản phẩm. Hàn hồ quang tay
chiếm vị trí trung gian. Sự đa nhiệt theo đơn vị nhỏ nhất đợc đảm bảo bằng
hàn tự động dới lớp thuốc hàn, hàn hồ quang trong môi trờng khí bảo
vệ(argon, khí cacbonat)hàn tiếp xúc điện đó giông nh (đúng nh) các
phơng pháp hàn là tiên tiến nhất năng xuất và cũng dễ nhất và đảm bảo chất
lợng hàn cao. Đúng vậy cần nói rằng biến dạng hình nấm khi hàn tự động

dới lớp thuốc hàn sẽ đợc lớn hơn một ít so với hàn tay, nhng cái đó là
ngoại lệ.
Giá trị không phải ít quan trọng là lựa chọn dạng vát mép hàn. Sự tiêu
hao tính theo đơn vị kim loại que hàn điện trên 1cm mối hàn càng nhỏ. Việc
đa nhiệt vào theo đơn vị càng nhỏ. Hàng loạt trờng hợp chỉ ra rằng có thể
hàn theo cạnh không vát xiên giống nh nói là không có rÃnh hàn. Cái đó
yêu cầu đa nhiết vào ít nhất. RÃnh hàn hình X và U với quan điểm này thì
tốt hơn rÃnh hình V. Khe hở trong chỗ nối cần nhỏ nhất để hàn ngấu vững
chắc triệt để (đến tận gốc) mối hàn.
Không nên buộc xem xét chiều cao mối hàn lớn quá mức. Thỉnh
thoảng ngời thiết kế quyết định tiết diện mối hàn có chiều cao lớn hơn yêu
cầu sau khi tính toán. cái đó dẫn tới tiêu hao kim loại hàn, năng lợng hàn,
tiến tới tăng khối lợng kết cấu tăng đa nhiệt vào đơn vị, tăng biến dạng và
ứng suất. Và cuối cùng là không làm mối hàn có dạng lồi đáng kể gọi là
khuếch đại độ bền kém hơn đặc biệt khi tải trọng rung động và va đập
giống nh tập trung lớn ứng suất.
Sự quan tâm thờng xuyên của ngời thiết kế giảm đợc tập trung ứng
suất đặc biệt là ở các vị trí nơi mà có ứng suất hàn lớn.
Để làm đợc điều đó cần cho kết cấu nếu có thể hình dạng suôn đầu,
không có bớc chuyển ®øt qu·ng vµ thay ®ỉi tiÕt diƯn.
Chó ý lµ tõ tất cả các dạng liên kết hàn liên kết nối cho tập trung ứng
suất do ngoại lực là nhỏ nhất tiÕp theo nÕu cã thĨ cho nã lµ tèt nhÊt so víi

Page 25 of 41