Nghiên cứu quá trình hàn MAG liên kết giáp mối khe hở hẹp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

NGƠ TRỌNG BÍNH

NGHIÊN CỨU Q TRÌNH HÀN MAG LIÊN KẾT
GIÁP MỐI KHE HỞ HẸP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2023





MỤC LỤC

Trang

MỤCLỤC

iii

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU

viii
xviii

MỞ ĐẦU

1

Chương 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN KHE

5

HỞ HẸP
1.1. Khái niệm, phân loại, ưu điểm của công nghệ hàn khe hở hẹp
1.1.1.

5

Khái niệm hàn NGW

5

1.1.2. Phân loại hàn NGW

5

1.1.3. Ưu điểm của NGW

6

1.2. Tổng quan vềnghiên cứu, pháttriển, ứng dụng hàn khe hở hẹp ở nước ngồi 7
1.2.1.

Tổng quan về cơng nghệ hàn khe hở hẹp

7

1.2.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng hàn khe hở hẹp ở nước ngồi

13

1.3. Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn khe hở hẹp ở trong nước

25

1.4. Cơ sở lý thuyết hàn khe hở hẹp NG-GMAW

27

1.4.1.

Một số vấn đề cơ bản

27

1.4.2.

Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn GMAW ở nước ngoài

35

1.5. Nội dung nghiên cứu của luận án

39

Kết luận chương 1

41

Chương 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG

42

PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm

42

2.1.1.

Lựa chọn kích thước phơi hàn khe hở hẹp NG -MAG

42

2.1.2.

Lựa chọn kết cấu mẫu hàn NG-MAG

42

2.2. Thiết bị thí nghiệm

44

2.2.1.

Thiết bị thí nghiệm tại Viện Nghiên cứu Cơ khí

44

2.2.2.

Thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN tại Công ty CP TMDV Hai Tốt

47

2.2.3.

Thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn

49

iv

2.3. Phương pháp nghiên cứu th ực nghiệm

49

2.3.1.

Chuẩn bị vật liệu hàn và thiết bị thí nghiệm

50

2.3.2.

Kiểm tra khả năng đáp ứng các điều kiện quy hoạch thực nghiệm

52

2.3.3.

Hàn đính kết cấu với khe hở hẹp và góc vát mép cho trước (NG-

52

MAG)
2.3.4.

Gá kẹp phôi hàn NG-MAG

52

2.3.5.

Tiến hành hàn NG-MAG theo các chế độ thí nghiệm định hướng

52

cơng nghệ
2.3.6.

Kiểm tra chất lượng mối hàn NG-MAG trên mẫu định hướng

53

công nghệ
2.3.7.

Tiến hành thí nghiệm NG-MAG theo quy hoạch tồn phần N27

56

2.3.8.

Kiểm tra chất lượng mối hàn NG-MAG theo quy hoạch toàn phần

56

N27
2.3.9.

Xây dựng mơ hình tốn học độ bền kéo mối hàn NG-MAG

56

2.4. Phương pháp xây dựng mơ hình tốn độ bền kéo mối hàn NG-MAG

57

2.4.1.

Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình tốn học

57

2.4.2.

Áp dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 cho luận án

58

Kết luận chương 2

64

Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG

65

CƠNG NGHỆ
3.1. Mơ tả thí nghiệm định hướng công nghệ ở bước 1

65

3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ở bước 1

67

3.2.1. Hình thái bề mặt mối hàn

67

3.2.2.

Độ cứng tế vi vật liệu mối hàn

68

3.2.3.

Tổ chức tế vi kim loại mối hàn

71

3.3. Thí nghiệm hiệu chỉnh cơng nghệ ở bước 2
3.3.1.

75

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

75

3.3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ở bước 2

76

3.3.2.1.

Quy ước các vị trí khảo sát cơ tính và phân tích tổ chức tế vi mối hàn

76

3.3.2.2.

Bàn luận về đặc điểm tổ chức tế vi kim loại mối hàn NG-MAG

78

3.3.2.3. Bàn luận về đặc tính thay đổi độ cứng tế vi mối hàn NG-MAG

84
v


3.4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn NG-MAG

91

3.5. Khuyết tật điển hình trong mối hàn NG-MAG

97

3.5.1.

Khuyết tật hàn không ngấu hoặc ngậm tạp chất

97

3.5.2. Khuyết tật dạng nứt theo biên giới kim loại mối hàn và kimloại cơ bản

98

vi


3.6. Kết quả phân tích ANOVA nhóm mẫu thí nghiệm định hướng công

99

nghệ
3.7. Tổng hợp các kết quả khoa học nghiên cứu định hướng công nghệ ở
bước 1
Kết luận chương 3
Chương 4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘ BỀN KÉO
LIÊN K ẾT HÀN MAG KHE H Ở HẸP
4.1. Kết quả thí nghiệm theo ma trận trực giao N27
4.2. Tính tốn xây dựng mơ hình tốn học hàm mục tiêu độ bền kéo mối

106
109
110
110

116

hàn NG-MAG
Kết luận chương 4

121

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN

122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ

124

TÀI LIỆU THAM KHẢO

125

PHỤ LỤC

131

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

NGW
GMAW-NG
SAW-NG

- Hàn khe hở hẹp
- Hàn hồ quang khe hở hẹp với khí bảo vệ
- Hàn hồ quang tự động khe hở hẹp dưới lớp thuốc hàn

GTAW

- Hàn hồ quang khí bảo vệ với điện cực vơnphram

FCAW

- Hàn hồ quang với dây hàn lõi bột

HAZ

- Vùng ảnh hưởng nhiệt

HAZp

- Vùng ảnh hưởng nhiệt phía bên phải

HAZt

- Vùng ảnh hưởng nhiệt phía bên trái

BGH

- Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZ

BGHp

- Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZp phía bên phải

BGHt

- Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZt phía bên trái

KLCB

- Kim loại cơ bản

KLCBp

- Kim loại cơ bản phía bên phải

KLCBt

- Kim loại cơ bản phía bên trái

QHTN

- Quy hoạch thực nghiệm

Ih

- Cường độ dòng điệ n hàn, A

vh

- Tốc độ hàn, m/h (mm/ph)

k
HV0,2

- Độ bền kéo liên kết hàn (mối hàn), MPa
- Độ cứng tế vi vật liệu mối hàn (đo ở thang tải trọng nhỏ)

Uh

- Điện áp hàn, V

nn

- Tốc độ quay đầu hàn, vg/ph

Th

- Thời gian hàn, s

hmax
bo
d

- Chiều cao lớn nhất của mối hàn, mm
- Khe hở hàn ban đầu ở phần đáy mối hàn, mm
- Đường kính dây hàn, mm

σs

- Giới hạn chảy vật liệu hàn, MPa



- Góc vát mép, O



- Chiều dày tấm phôi thép hàn, mm

G

- Lưu lượng cấp khí bảo vệ, lit/phút

Ftt

- Hệ số Fisher tính toán

Fbg

- Hệ số Fisher tra bảng


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Ảnh cụm cấp dây hàn và khí bảo vệ với nguồn hàn MIG/M AG

dùng cho hàn khe hở hẹp [4]
Hình 1.2. Ảnh minh họa đầu hàn khe hở hẹp [4]
Hình 1.3. Nguyên lý của q trình hàn dây nóng TIG th eo Katsuyosh và
đồng nghiệp được trích dẫn trong [22]
Hình 1.4. Bộ nguồn / bộ điều khiển model 415 được sử dụng trong hệ thống
với nguồn điện dây nóng chảy 501 và mỏ hàn model 2 để hàn (a);
đầu hàn tiêu chuẩn với dây nóng được thiết lập trên mơ hình (b)
[22]
Hình 1.5. Loại khí hàn có ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn: Hình dạng mối
hàn thực hiện với 100% He và 75% Ar + 25% He (a); Hình dạng

7
7
14
14

15

tiết diện ngang mối hàn với hỗn hợp 3/4 He + 1/4 Ar có bổ sung

Hình 1.6.
Hình 1.7.
Hình 1.8.
Hình 1.9.

1% và 5% H2 theo khuyến cáo cho phép của hãng Arc Applications,
Inc. (b) [22]
Ảnh hưởng của khí bảo vệ đối với hình dạng bề mặt lớp hàn bằng
hợp kim niken của Babcock & Wilcox [22]
Hình ảnh thơ đại các mối hàn bằng kỹ thuật 1 lớp mỗi lượt hàn ở

vị trí 5G được thực hiện với đầu hàn khe hẹp [22]
Ảnh bộ nguồn hàn dây nóng chảy (a) và bộ điều khiển model 415
quá trình hàn GTAW (b) [22]
Ảnh cụm đầu hàn khe hẹp cho khe hở 12 inch (a); Đầu hàn 12

15
15
16
16

inch trong mơ hình mơ phỏng khe hở hẹp (b) [22]
Hình 1.10. Ảnh ứng dụng giám sát trực tuyến hàn khe hẹp hiển thị trên AMI

17

model 415 DV (a); Cận cảnh hình ảnh từ camera ở các vùng đầu
và cuối của vũng hàn (b) [22]
Hình 1.11. Hàn điện cực nóng chảy tự động GTAW với đầu dị giám sát q

17

trình hàn trong khe hở hẹp [22]
Hình 1.12. Hàn điện cực nóng chảy GTAW ứng dụng cho một sản phẩm của
lò hạt nhân nặng Babcock và Wilcox [22]
Hình 1.13. Hình ảnh một trong sản phẩm lò hạt nhân do Babcock & Wilcox
[22]  [25]

17
18

Hình 1.14. Hình ảnh bộ phận lị hạt nhân Babcock & Wilcox chế tạo bằng cơng
nghệ điện cực nóng chảy GTAW [22]  [25]

18

Hình 1.15. Hình ảnh đầu hàn khe hẹp gắn trên máy hàn Inc trong hệ thống tự
động hóa cố định model 2 với định vị từ xa, camera dẫn và theo dõi
độ nghiêng đầu hàn từ xa [22]  [25]

18

Hình 1.16. Hình ảnh kết cấu cơ khí trong ngành năng lượng hạt nhân hạng nặng
của hãng Babcock & Wilcox (Mỹ) [22]  [25]

18

Hình 1.17. Các sơ đồ nguyên lý hàn khe hở hẹp khác nhau [32]: a) Đầu hàn
TIG khe hở hẹp (bên trái) và đầu hàn TIG khe hở hẹp cho tấm
mỏng;b) Hàn MIG/MAG với khe hở hẹp, 2 đầu hàn lắc ngang (trái),
1 đầu hàn quay vòng (giữa) và đầu hàn vừa lắc ngang vừa quay
(phải); c) Hàn MIG/MAG với 3 phương án chuyển động phức tạp
của đầu hàn; d) Hàn khe hở hẹp với dây hàn bị biến đổi xoắn quanh
trục
Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý của một đầu hàn với nhiều dây điện cực [32]: 1 Cuộn dây; 2 - Cơ cấu nắn thẳng; 3 - Hệ thống cấp dây; 4 - Ống
tiếp xúc; 5 - Nguồn điện; 6 - Phơi hàn
Hình 1.19. Ngun lý kết cấu đầu hàn khe hẹp với điện cực 2 dây [32]: 1 Đệm 1; 2, 3 - Ống đệm hỗ trợ phần dưới khe hở hẹp; 4 - Lắng
đọng kim loại lỏng mối của hàn; 5, 6 -Khoang hàn; 7 - Xỉ hàn; 8
- Tấm đế; 9 - Phơi hàn; 10 - Chụp khí bảo vệ; 11 Dây hàn
Hình 1.20. Ảnh thơ đại mặt cắt ngang mối hàn khe hở hẹp [30]

19

Hình 1.21. Ống tiếp xúc để hàn hồ quang chìm khe hở hẹp với điện cực 2 dây
[32]: 1 - Cấu trúc hỗ trợ ống; 2 - Ống tiếp xúc; 3 - Vòi dẫn hướng dây;
4 - Dây hàn; 5 - Vít; 6, 7 - Phơi hàn; 8 - Tấm lót
Hình 1.22. Ngun lý hàn hồ quang chìm khe hẹp với điện cực 3 dây [32]: 1 Cấu trúc ống hỗ trợ, 2 - Ống tiếp xúc, 3 - Vòi dẫn hướng dây; 4 Dây hàn; 5 - Vít; 6,7 - Phơi hàn; 8 – Tấm đế; 9 - Ống cách điện
Hình 1.23. Nguyên lý hàn MAG khe hở hẹp [25]: a) Đường hàn zíc zắc: 1 Cuộn dây hàn; 2 - Con lăn truyền động; 3- Cơ chế nắn và dẫn động
dây hàn; 4 - Vùng che chắn bằng khí bảo vệ; 5 - Ống dẫn hướng
dây và ống dẫn khí bảo vệ; 6 - Tiếp mát; b) Đường hàn dạng sóng:
1 - Cơ cấu cấp dây hàn; 2 - Cuộn dây hàn; 3- Cơ cấu nắn và dẫn
hướng dây hàn; 4 - Khí bảo vệ; 5 - Ống dẫn hướng dây và ống dẫn
khí bảo vệ; 6 - Tiếp mát
Hình 1.24. Hình ảnh mơ tả các dạng đầu dây điện cực hàn và kết quả mối hàn
nhận được tương ứng [20]

20

20

20

20

20

21

21

Hình 1.25. Ảnh cụm đầu hàn của máy hàn quay nối ống đường kính lớn (a); sơ đồ
nguyên lý hàn quay GTAW (b); nguyên lý hàn TIG phía trong kết hợp
hàn MAG phía ngồi đường ống với khe hở hẹp (c) [20]
Hình 1.26. Ảnh đầu hàn lai ghép để hàn đín h chân và hàn nóng chảy điền đầy
khe hở hẹp (a); sơ đồ hệ thống thiết bị hàn với đầu hàn tự động (b)
[20]
Hình 1.27. Nguyên lý hàn lai ghép laser với laser beam (a) và ảnh tổ chức thơ đại
minh họa về đặc tính mối hàn lai ghép (b) [39]
Hình 1.28. Ảnh cụm đầu hàn SAW kết cấu 2 dây hàn [32]
Hình 1.29. Sơ đồ quỹ đạo đường đi của đầu hàn quay trong quá trình hàn khe
hở hẹp [23], [45]
Hình 1.30. Nguyên lý hàn khe hở hẹp với nhiều lớp hàn (a); mối hàn giáp mối
ống thép với khe hở hẹp (b) [20]
Hình 1.31. Hình 1.31. Sơ đồ nguyên lý hàn giáp mối với khe hở hẹp bằng
phương pháp hàn TIG (GTAW) [22], [25]
Hình 1.32. Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy (GMAW)
[23]
Hình 1.33. Ảnh thiết bị hàn MAG [4]
Hình 1.34. Nguyên lý cấu tạo mỏ hàn MAG dùng cho thí nghiệm [4]
Hình 1.35. Sơ đồ ngun lý hàn hồ quang khí bảo vệ – Tungsten (TIG) [14], [25]
Hình 1.36. Các dạng phân cực khác nhau (a, b, c) và tác động làm sạch bề
mặt trong GTAW với DC điện cực dương (d) [16], [25]
Hình 1.37. Sơ đồ hệ thống thiết bị hàn GMAW [21]: 1 - Cụm dây hàn; 2 - Con

22

22

22

23
23
24
24
24
24
24
25
25
27

lăn định hướng cấp dây hàn; 3- Cụm ống dẫn linh hoạt; 4 - Ống bọc;
5 - Súng hàn; 6 - Nguồn hàn
Hình 1.38. Biểu đồ đường đặc tính điện áp – cường độ dịng điện hàn GMAW
[21]

27

Hình 1.39. Sơ đồ mô phỏng trường nhiệt độ hàn MAG vật liệu nhơm 250A ở
điều kiện khơng che chắn dịng hồ quang hàn [21]
Hình 1.40. Sơ đồ biểu diễn điện áp hồ quang hàn MAG (U ) giữa điện cực hàn
và vật liệu hàn [21]
Hình 1.41. Sơ đồ nguyên lý quan hệ nhiệt độ - thời gian tại 3 điểm cục bộ dọc

28
28
28

hướng truyền nhiệt trong vật liệu hàn của quá trình hàn thép 1018
theo tiêu chuẩn của Mỹ [21]

Hình 1.42. Cơ chế dịch chuyển vật liệu hàn trong quá trình hàn [21]

28


Hình 1.43. Đồ thị quan hệ giữa cường độ dịng điện hàn với tốc độ luồng
plasma100 m/s khi hàn thép [21]
Hình 1.44. Sơ đồ mơ tả trường nhiệt độ, cường độ dịng điệ n hàn và tiêu điểm

28
29

chùm khí bảo vệ [21]
Hình 1.45. Biểu đồ phân loại các dạng hàn và phạm vi điều chỉnh khi sử dụng
dây hàn 1,2 mm và khí bảo vệ Ar [21]
Hình 1.46. Đồ thị sự th ay đổi chiều sâu ngấu kim lo ại hàn phụ thuộc vào
cường độ dòng điện hàn với điện áp hàn khác nhau ở tốc độ 80
cm/phút [21]
Hình 1.47. Sơ đồ đặc tính chiều sâu ngấu của q trình hàn DCEP và DCEN [21]
Hình 1.48. Đồ thị quan hệ giữa chiều rộng (a); chiều cao (b) và chiều sâu
ngấu (c) của quá trình hàn cực âm (EN) tỷ lệ với cường độ dịng
điện hàn khác nhau [21]
Hình 1.49. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của mức độ xâm nhập kim loại vào mối
hàn vào điện áp hàn và cường độ dòng điện hàn khác nhau ở tốc độ
hàn 80 cm/ph [21]
Hình 1.50. Đồ thị biểu thị quan hệ giữa dịng điện hàn xung dạng sóng phụ
thuộc vào thời gian kích hoạt thay đổi ở mức cao (H) và mức thấp
(L) [21]
Hình 1.51. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của sự xâm nhập kim loại hàn vào tốc
độ hàn ở điện áp 22 V và cường độ dòng điện hàn khác nhau [21]

Hình 1.52. Sơ đồ nguyên lý khoảng các h tiếp xúc bắt đầu quá trình hàn
(CTWD) [21]
Hình 1.53. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng bồi đắp kim loại hàn
(M) vào cường độ dòng điện hàn (Ih) ở các khoảng cách đầu hàn L
khác nhau (đường kính dây hàn d = 1,6 mm) [21]
Hình 1.54. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tính dẫn điện khí bảo vệ ở áp

29
29

29
29

30

30

30
30

30
30

suất 1 atm với nhiệt độ đạt được [21]
Hình 1.55.
Hình 1.56.
Hình 1.57.

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tính chất dẫn nhiệt khí bảo vệ ở
áp suất 1 atm với nhiệt độ đạt được [21]

Biểu đồ xâm nhập kim loại hàn khi hàn với di chuyển chu kỳ ngắn
(SC) và phun (S) trong hỗn hợp khí bảo vệ khác nhau [21]
Đồ thị biểu thị hiệu quả sự thay đổi của khí bảo vệ khi hàn khuếch
tán [21]

31
31
31


Hình 1.58. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của lượng bồi kim loại trên mối hàn
(M) vào cường độ dòng điện hàn (I) khi hàn với dây hàn 1 ,2 mm
và 1,6 mm [21]
Hình 1.59. Biểu đồ năng lượng Charpy với mẫu thử kiểu chữ V vật liệu mối
hàn nhận được với các chế độ cấp khí bảo vệ khác nhau ở nhiệt
độ − 20OC [21]
Hình 1.60. Sơ đồ nguyên lý hệ thống kỹ thuật số giám sát kiểm tra quá trìn h
hàn của máy hàn [21]
Hình 1.61. Sơ đồ mô tả cài đặt chế độ U, I khi hàn nóng (a ) và hàn nguội (b)

31

31

31
32

trong đó t là thời gian [21]
Hình 1.62. Biểu đồ quan hệ giữa năng lượng hàn (Wfs), cường độ dịng điện

Hình 1.63.
Hình 1.64.
Hình 1.65.
Hình 1.66.

hàn (Is) và điện áp hàn (Us) xung dạng sóng với chu kỳ theo thời
gian hàn (T) [21]
Biểu đồ mơ tả tiến trình hàn cực dương (EP) và hàn cực âm (EN)
theo chu kỳ [21]
Đồ thị biểu thị quan hệ giữa tín hiệu đầu vào tính to án đến tín hiệu
thực tế q trình hàn P-GMAW [21]
Sơ đồ mơ tả cường độ sóng q trình hàn đã biết (WiseRooi) kết hợp
với hàn theo chu kỳ ngắn [21]
Sơ đồ mô tả khoảng cách giữa đầu mỏ hàn với bề mặt phôi hàn

32

32
32
32
33

(tầm với của điện cực hàn) thay đổi phụ thuộc vào cường độḍịng
điện hàn [21]: a) Dài; b) Bình thường; c) Ngắn
Hình 1.67. Sơ đồ mơ tả sự phụ thuộc của xung cường độ dòng điện hàn (I)
vào thời gian hàn (T) [21]
Hình 1.68. Ảnh mẫu thí nghiệm sau khi hàn của tác giả cơng trình [21]: sự
xuất hiện liên tục liên kết mối hàn chu kỳ ngắn khác nhau (sử
dụng Wise FusionTM )
Hình 1.69. Ảnh tổ chức thơ đại mối hàn GMAW với chu kỳ xung 35%, khảo

sát với khe hở 1 mm, khảo sát ở vị trí P1.1 (a); P2.1 (b); P3.1 (c);
P4.1 (d) [21]
Hình 1.70. Ảnh tổ chức tế vi mối hàn GMAW xung chu kỳ ngắn đối với thép
S355 MC khảo sát tại điểm P1.1 (pha pherit màu trắng, pha peclit
màu tối) [21]: a) vùng kim loại cơ bản; b) vùng ảnh hưởng nhiệt
HAZ; c) vùng kim loại hàn

33
36

36

37


Hình 1.71. Đồ thị độ cứng tế vi mối hàn GMAW xung chu kỳ ngắn đối với
thép S355 MC phụ thuộc vào khoảng cách BM, HAZ, FZ và WM
tương ứng với các điểm khảo sát khác nhau [21]
Hình 1.72 Hình thái bề mặt và cấu trúc thô đại theo mặt cắt ngang mối hàn khe hở
a-d. hẹp sử dụng hỗn hợp khí bảo vệ pha trộn Ar với tỷ lệ CO2 có hàm lượng
thay đổi [42]
Hình 1.72 Hình thái bề mặt và cấu trúc thô đại theo mặt cắt ngang mối hàn khe hở
e-h. hẹp sử dụng hỗn hợp khí bảo vệ pha trộn Ar với tỷ lệ CO2 và O2 có hàm
lượng thay đổi [42]
Hình 1.73. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp hàn
trong mơi trường hỗn hợp khí bảo vệ pha trộn với tỷ lệ CO2 (a) và
O2 (b) hàm lượng thay đổi [42]
Hình 2.1. Kết cấu 3D mối hàn (a); hình chiếu mặt trên (b) và ảnh phơi thép CT.38

37

37

38

38

42

(c) chuẩn bị cho thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án:  - chiều dày
phơi;  - Góc vát mép; B1, B2 - Chiều rộng mặt trên và mặt dưới
phôi
B1 = B2 – .tg(tg( /2); L - Chiều dài phơi
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế kết cấu mối hàn NG-MAG của luận án: a) Chữ V;

43

b) Chữ “X lệch ”; c) Chữ “X đối xứng”
Hình 2.3. Ảnh vật liệu dây hàn loại d = 1,2 mm. Theo tiêu chuẩn AWS A5.18

44

ER 70S-6, được gá lắp trên thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN FLEXTEC 500x chuẩn bị cho thí nghiệm
Hình 2.4. Ảnh thiết bị thí nghiệm hàn NG-MAG (a); cụm đầu hàn (b) và đồ

45

gá kẹp phôi hàn (c) tại Viện Nghiên cứu Cơ khí [4]
Hình 2.5. Sơ đồ ngun lý (a ) và mơ hình 3D (b , c) của hệ thống thiết bị hàn

46

khe hở hẹp dùng cho thí nghiệm của luận án: 1) Bộ điều khiển
chuyển động chạy dọc theo đường hàn; 2) Cơ cấu ch uyển động
thẳng đứng; 3) Cơ cấu quay đầu hàn; 4) Bộ cấp dây; 5) Nguồn
hàn D 500; 6) Bình cấp khí bảo vệ
Hình 2.6. Nguyên lý kết cấu (a) và hìn h ảnh minh họa (b) đầu hàn NGMAG: 1) Chụp khí; 2) Ống dẫn khí bảo vệ; 3) Trục nối; 4) Vị trí
kết nối khí bảo vệ; 5) Đầu nối trục với bép hàn; 6) Bép hàn
Hình 2.7. Ảnh thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN - FLEXTEC® 500x (Mỹ) dùng
cho thí nghiệm hàn giáp mối thép tấm dày với khe hở hẹp: a) Toàn

47

47


Hình 2.8.

Hình 2.9.
Hình 2.10.

Hình 2.11.

cảnh hệ thống thiết bị hàn; b) Điều chỉnh chế độ hàn thí nghiệm; c)
Hàn thử theo chế độ quy hoạch thực nghiệm
Sơ đồ nguyên lý công nghệ hàn NG-MAG thép CT.38 (a); Chuyển
độngtịnh tiến củađầuhàn theo khe hở hàn (b); Chuyển động quay vòng
của đầu hàn trong khe hở hàn (c); Ảnh bề mặt mối hàn tại thời điểm kết
thúc một số lớp trong quá trình hàn (d) [4]
Sơ đồ ngun lý q trình thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án [4]

Ảnh máy thử kéo nén (a); kính hiển vi quang học (b) và máy đo
độ cứng tế vi (c) sử dụng cho thí nghiệm đánh giá đặc tính mối
hàn NG-MAG
Sơ đồ khối các bước thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án

Hình 2.12. Ảnh mơ tả cách lấy phôi để gia công mẫu th ử kéo phá hủy mối

48

48
49

51
54

hàn NG-MAG (a); mẫu khảo sát đo độ cứng tế vi (HV0,2 ) và chụp
ảnh tổ chức tế vi vật liệu tại 3 phân vùng theo chiều cao mối hàn
(h1 = 0,25; h2 = 0,5; h3 = 0,75)
Hình 2.13. Ảnh một số mẫu điển hình (a) và bản vẽ gia công mẫu thử phá hủy
xác định độ bền kéo mối hàn NG-MAG theo TCVN 197: 2002 (b)
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý minh họa cách cắt lấy phơi thí nghiệm đánh giá

54
55

chất lượng mối hàn NG-MAG của luận án
Hình 2.15. Mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 cho quá trình
hàn NG-MAG thép các bon CT.38 tấm dày của luận án
Hình 3.1. Ảnh tại một thời điểm thí nghiệm (a) và vị trí cắt lấy phôi gia công
mẫu khảo sát đo độ cứng tế vi, chụp ảnh tổ chức thô đại, tổ chức

tế vi mối hàn NG-MAG (b)
Hình 3.2. Sơ đồ vị trí đo độ cứng HV0,2 và chụp ảnh tổ chức thô đại vật liệu
mối hàn NG-MAG thép các bon CT.38 tấm dày khảo sát trên mẫu
No.3, mã số (211)
Hình 3.3. Ảnh hình thái mối hàn NG-MAG trên mẫu thăm dị định hướng
cơng nghệ (b ước 1)
Hình 3. 4 Ảnh tổ chức tế vi mẫu No.1 tại vùng bên trong mối hàn (H):
Uh = 26 V; vh = 7 m/h và nn = 30 vg/ ph (mã số 011, thí nghiệm
thứ tự số 11)
Hình 3.5. Ảnh tổ chức tế vi mẫu No.1 tại vùng biên giới mối hàn và mặt bên
kim loại cơ bản (HM): Uh = 26 V; vh = 7 m/h và nn = 30 v/ph (mã
số 011, thí nghiệm thứ tự số 11)

59
66

66

68
72

73


Hình 3.6.

Ảnh tổ chức tế vi mẫu No.1 tại vùng K: Uh = 26 V; vh = 7 m/h

74

và vh = 30 v/ph (mã số 011, thí nghiệm thứ tự số 11)
Hình 3.7. Ảnh thơ đại th eo mặt cắt ngang mối hàn khi hàn một phía (a, b)
và hàn hai phía gần đối xứng nhau kiểu vát mép chữ “X” (c)

75

Hình 3.8. Ảnh hình thái bề mặt các mẫu thí nghiệm hàn giáp mối thép CT.38 với 77
khe hởhẹp: Phơi có chiều dày 50 mm và góc vát mép α = 5 ÷ 15o sau
khi hàn đính lớp đáy với khe hở 5 ÷10 mm (a); Ảnh mẫu hàn đạt
80% chiều cao mối hàn (b) và đủ 100% chiều cao đến bề mặt trên (c)
Hình 3.9. Sơ đồ chọn và ký hiệu ví trí đo độ cứng tế vi HV0,2 trên mặt cắt 77
ngang mối hàn NG-MAG thép CT.38, khe hở ở mặt đáy là 10 mm,
góc vát mép  = 15o
Hình 3.10. Ảnh tổ chức thơ đại và vị trí khảo sá t chụp ảnh tổ chức tế vi vật
liệu mối hàn NG-MAG thép CT.38 (bước 2)

77


Hình 3.11
Ảnh tổ chức tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên mẫu
a d.
M3, mã số 002: Ih = 160 A; vh = 4 m/h;  = 15o và nn = 25 vg/ph
Hình 3.11
Ảnh tổ chức tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên mẫu
e÷k.
M2, mã số 001: Ih = 160 A; vh = 4 m/h;  = 10o và nn = 25 vg/ph
Hình 3.12 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên mẫu

79

80
82

a÷h. M8, mã số 012, tương ứng với thí nghiệm thứ 20 theo ma trận trực giao
N27: Ih = 160 A; vh = 6 m/h;  = 15O và nn = 25 vg/ph
Hình 3.12 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên
e÷k. mẫu M8, mã số 012, tương ứng với thí nghiệm thứ 20 theo ma
trận trực giao N27: Ih = 160 A; vh = 6 m/h; nn = 25 vg/ph
Hình 3.13. Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên các mẫu

83

87

M1, M2 và M3
Hình 3.14. Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên các mẫu

88

M6, M8 và M9
Hình 3.15. Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên

88

các mẫu M15, M17 và M18
Hình 3.16. Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn NG-MAG thép CT.38 trên
các mẫu M10, M12 và M14

89