Cẩm nang hỏa công sau khi hàn kim loại

Ứng suất và biến dạng hàn


1. Nguồn nhiệt và ảnh hưởng của
nó đến kim loại vật hàn.
1.1. Yêu cầu với nguồn nhiệt hàn.


Khi thực hiện q trình hàn ta chỉ đốt nóng
cục bộ mép hàn tới trạng thái hàn.



Các phương pháp hàn khác nhau thì hiệu
suất sử dụng nhiệt cũng khác nhau.
Qc

Qtb


1.2. Ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn đến
kim loại vật hàn.


Khi hàn, nguồn nhiệt hàn sẽ nung nóng chảy
một khối lượng kim loại tại vị trí hàn và nhiệt
được truyền ra các vùng lân cận mối hàn.



Dưới tác dụng của nguồn nhiệt kim loại sẽ bị

giãn nở, co ngót. Sự tác dụng của nguồn nhiệt
được thể hiện qua sự thay đổi các chỉ tiêu cơ
tính của kim loại cơ bản.


Vùng nhiệt độ

Kim loại cơ bản
(thép thường)
Mối hàn

Hình 1. Phân bố nhiệt độ mối hàn


2

E (N/cm)
7

b,ch

7

N/cm

7

4

2,2.10

2,0.10
1,8.10

2

Moduyn đàn hồi E

7.10

7

1,6.10

7

1,4.10

4

6.10

7

1,2.10

7

1,0.10

4

5.10

4

4.10

Giới hạn bền

b


60

4

3.10

Giới hạn chảy

50
40

4

2.10

30
20

ch

4

1.10

Hệ số giãn nở nhiệt 
Độ giãn dài tương đối 

0 20 100

200

300

400

0

500

600 C

Hình 2. Cơ tính thép phụ thuộc vào nhiệtđộ


2. Sự tạo thành ứng suất và biến
dạng khi hàn.
2.1. Khái niệm.


Khi hàn, chi tiết được nung nóng khơng đồng
đều, do đó sự giãn nở nhiệt ở các vùng khác
nhau là khác nhau, và tạo trạng thái ứng suất
dư (ứng suất nhiệt).



Ứng suất và biến dạng hàn là trạng thái ứng
suất và biến dạng do quá trình hàn gây ra và
tồn tại trong kết cấu sau khi hàn nó có ảnh
hưởng rất lớn đến kết cấu hàn.


2.2. Sự tạo thành ứng suất và biến dạng.
Khi thực hiện q trình hàn mép hàn được đốt
nóng cục bộ. Do tác dụng của nguồn nhiệt hàn
và thuộc tính kim loại vì vậy chúng tạo ra ứng
suất và biến dạng.


Các ngun nhân chính gây ứng suất và biến
dạng hàn



Nung nóng khơng đồng đều kim loại vật hàn.



Độ co ngót kim loại lỏng sau khi kết tinh.



Sự thay đổi tổ chức kim loại lân cận mối hàn.


a) Nung nóng khơng đồng đều cục bộ kim
loại vật hàn. Các vùng ở xa nguồn nhiệt
khơng hoặc ít bị biến dạng nhiệt, chúng sẽ
cản trở lại sự biến dạng ở vùng lân cận mối
hàn. Do vậy xuất hiện ứng suất trong mối
hàn và vùng lân cận nó. Trường ứng suất
vẫn tồn tại kể cả sau khi kết thúc quá trình
hàn và vật hàn trở về nhiệt độ ban đầu


Ví dụ 1. hình 3.
•Chiều dài ban đầu
200mm.
•Khi nung nóng đến
4000c vật giãn ra 1
mm.
•Sau đó để nguội về
nhiệt độ thường vật
thể trở về hình dạng
và kích thước ban đầu

Chưa nung
nóng

Nung đến
4000c

Để nguội
về nhiệt độ
ban đầu

Hình 3. Vật 1 đầu tự do


Ví dụ 2. hình 4.
•Thanh 1 đầu ngàm
cứng, đầu kia tựa lên
vách cứng.
•Nung nóng thanh sẽ
vồng lên, do tựa vào
vách cứng.
•Khi để nguội thanh
sẽ co lại .

Chưa nung
nóng
Nung đến
4000C
Để nguội về
nhiệt độ ban
đầu

Hình 4. Vật 1 đầu ngàm cứng,

1 đầu tựa vách cứng


Ví dụ 3. hình 5.
•Thanh 2 đầu ngàm
cứng.
•Nung nóng thanh sẽ
vồng lên, do hai đầu
ngàm cứng.
•Khi để nguội thanh
sẽ co lại, nhưng do bị
ngàm cứng sẽ tồn tại
nội lực trong thanh.

Chưa nung
nóng
Nung đến
4000C

Để nguội
về nhiệt độ
ban đầu

Hình 5. Vật 2 đầu ngàm cứng.


T5
T4
T3

Khảo sát mối hàn giáp mối.
L

L





T2
T1

Nén

Kéo

T1
T2
T3
T4
T5

0

(a)

C

Kéo

Nén

(b)

(c)

Hình 6
a) Phân bố nhiệt độ và giãn nở.
b) Phân bố ứng suất khi nung
nóng.
c) Phân bố ứng suất khi để nguội.




Khi hàn mép hàn được đốt nóng cục bộ. Do
nguồn nhiệt dịch chuyển, một phần vật liệu được
đốt nóng, phần khác nguội đi. Sự phân bố nhiệt
độ theo tiết diện ngang sẽ không đều làm cho sự
giãn nở của kim loại cũng không đồng đều, ứng
suất bên trong khi nung nóng và làm nguội cũng
khác nhau.

Giả thiết
 Tấm được biến dạng tự do.


Các thớ dọc song song trục hàn độc lập nhau.



Các thớ ngang ln vng góc với trục hàn


Sự giãn nở của các dải kim loại của tấm là tự do
và khơng ảnh hưởng lẫn nhau thì độ giãn nở tự
do của mỗi một dải sẽ là:



li =  . Ti . L (mm)


: Hệ số giãn nở nhiệt của kim loại (1 / 0C).



Ti: Nhiệt độ trung bình của dải ta xét (0C).



L: Chiều dài của dải (chiều dài tấm) đang xét (mm).



Các lớp càng gần trục hàn nhiệt độ càng lớn,
những lớp ở xa nhiệt độ sẽ giảm.



Độ giãn dài các lớp tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Lớp
có nhiệt độ cao độ giãn dài sẽ lớn.


4.3.3 Nắn nóng (hoả cơng).


Là biện pháp được dùng rộng rãi vì nó đơn
giản và kinh tế nhất. Người ta tiến hành nung
nóng kết cấu bị biến dạng quá mức bằng
ngọn lửa khí hoặc bằng điện nhằm đạt được
hình dạng thiết kế yêu cầu của kết cấu.



Chọn khu vực nung và chế độ nung khơng
hợp lý có thể lại làm cho biến dạng thêm
phức tạp.


Cơ sở lý thuyết của nắn nóng:


Xác định mặt phẳng uốn và mô men uốn gây
ra do nội lực tác dụng.



Xác định tiết diện, khối lượng và hình dáng
hợp lý của vùng ứng suất tác dụng ở khu vực

nung nóng, bảo đảm tạo ra nội ứng lực làm
biến dạng kết cấu theo hướng ngược lại.



Chọn chế độ nung hợp lý.


a. Những kiến thức hoả công cơ bản.
1. Điều chỉnh và đặt ngọn lửa của mỏ đốt.
2. Đặc tính của ngọn lửa hoả công.
3. Kết quả phụ thuộc vào tay nghề điều chỉnh
ngọn lửa tại vị trí hoả cơng.
4. Việc nắn phẳng các kết cấu để khắc phục
biến dạng cục bộ kết cấu hàn.
5. Các yêu cầu nắn phẳng áp dụng thực tế theo
dung sai chế tạovà nghiệm thu các phân đoạn
và bề mặt vỏ tàu.


6. Việc nắn phẳng trước khi lắp ráp được tiến
hành sau khi hàn xong phần kết cấu cụ thể
(chi tiết, cụm chi tiết). Nếu là các phân đoạn
nhỏ thì thực hiện sau khi hàn xong phân
đoạn. Ngoại lệ cũng có thể nắn phẳng các chi
tiết kết cấu bị biến dạng quá mức trước khi
hàn chế tạo phân đoạn. Nguyên nhân gây ra
biến dạng các chi tiết, cụm chi tiết có thể
trong quá trình chế tạo, vận chuyển.

7. Công việc nắn phẳng trên tàu phải tiến hành tốt
cùng phối hợp với việc lắp ráp và phải chú ý đến
các nguyên tắc sau.
7.1. Tại khu vực nắn phẳng phải hàn xong các
chi tiết kết cấu.
7.2. Các kết cấu được nắn phẳng không nằm
trong khu vực phải hàn, không có khả năng
nhiệt lượng do hàn trong khu vực lân cận
không ảnh hưởng đến các kết cấu tại khu vực
nắn phẳng
7.3. Hoả công nắn phẳng phải được thực hiện
trước khi thử kín, kiểm tra, nghiệm thu kết
cấu hàn.


8. Kỹ thuật


Với cơng nghệ nắn nóng, có bốn mẫu gia nhiệt
được áp dụng để nắn kết cấu hàn. Tuỳ theo kết
cấu mà ta sử dụng riêng rẽ hay kết hợp 4 mẫu gia
nhiệt này.

•Gia nhiệt điểm.
•Gia nhiệt theo đường
•Gia nhiệt theo hình chữ V
•Gia nhiệt hình khối.

Chú ý: Chỉ đốt

ngấm ¾ chiều dày