Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 11 doc

Chương 11:
HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC
MỐI HÀN
Hình dạng và kích thước mối hàn chịu ảnh hưởng của một
loạt các yếu tố như các thông số của chế độ hàn, các yếu tố công
nghệ và kết cấu.
2.5.1 Ảnh hưởng của chế độ hàn
Việc xác định các kích thước cơ bản và hình dạng mối hàn có
ý ngh
ĩa quan trọng trong lựa chọn chế độ hàn, và do đó, cả chất
lượng mối h
àn. Hình dạng mối
hàn do các yếu tố chiều sâu
ngấu h, chiều rộng b và chiều
cao đắp
c hoặc chiều cao toàn
b
ộ H = c + h của mối hàn tạo
nên.
Có hai h
ệ số đặc trưng cho hình dạng mối hàn là hệ số ngấu
(hệ số hình dạng bên trong)

n
= b/h (thường có giá trị 0,8 ÷ 4, tối
ưu từ 1,3 ÷ 2) và hệ số hình
d
ạng mối hàn (hệ số hình dạng
bên ngoài)

m

= b/c (thường có
giá trị từ 7 ÷ 10).
Hình 2-17. Các kích thước đặc trưng
của mối hàn
So sánh với hàn hồ quang tay ta thấy, khi hàn hồ quang tay,
hệ số hình dạng trong mối hàn (hệ số ngấu) thường nằm trong
khoảng

n
= 5 ÷ 6,7; trong khi đó với hàn dưới lớp thuốc,

n
= 1,3
÷ 2 (giá trị chiều sâu ngấu lớn hơn nhiều).
Nếu hệ số hình dạng bên trong nhỏ hơn 0,8, mối hàn dễ bị
nứt nóng và khi nó lớn hơn 4, khả năng biến dạng của mối hàn sẽ
rất lớn. Nếu hệ số hình dạng bên ngoài nhỏ hơn 7, sự chuyển tiếp
kim loại từ mối hàn vào kim loại cơ bản không đều, dễ gây tập
trung ứng suất; khi hệ số này lớn hơn 10, khả năng biến dạng mối
hàn tăng, làm giảm khả năng chịu tải trọng động.
Lượng nhiệt sinh ra trong hồ quang (h
àm số của dòng điện
hàn, điện áp h
àn và tốc độ hàn) ảnh hưởng đến kích thước và hình
d
ạng mối hàn.
1) Ảnh hưởng của dòng điện hàn
Khi tăng cường độ dòng điện hàn (các thông số khác giữ
nguyên), lượng kim loại nóng chảy tăng do mật độ d
òng điện tăng,

làm tăng lượng điện cực nóng chảy (chiều cao đắp
c của mối hàn
tăng). Theo đó, sự tập trung nhiệt trong hồ quang tăng và làm áp
l
ực của hồ quang tăng. Kết quả là chiều sâu ngấu h tăng. Có thể
dùng công thức h = k.I (với giá trị k = (1 ÷ 1,75).10
-2
mmA
-1
, tùy
thu
ộc vào cường độ dòng điện hàn I và thành phần thuốc hàn).
Chi
ều rộng mối hàn b hầu như không đổi. Do đó hệ số ngấu giảm.
Hình 2-18. Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng
điện hàn
2) Ảnh hưởng của điện áp hàn
Điện áp
hàn tăng sẽ
làm tăng
chiều dài cột
hồ quang. Do
đó, lượng
nhiệt sinh ra
trong hồ
quang sẽ tác
động l
ên một
diện tích lớn
hơn của kim

loại cơ bản, làm giảm chiều sâu ngấu h nhưng lại làm tăng chiều
rộng mối hàn b.
Trên th
ực tế, điện áp hàn được xác định theo cường độ dòng
điện hàn nhằm đạt được hệ số ngấu cần thiết.
3) Ảnh hưởng của tiết diện điện cực
Khi cường độ dòng điện hàn không đổi, I = const, nếu tăng
đường kính điện cực sẽ dẫn đến tăng chiều rộng
b và giảm chiều
sâu ngấu h của mối hàn.
Hình 2-19. Sự thay đổi hình dạng mối hàn và mức
tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn
4) Ảnh hưởng của tốc độ hàn
Khi cường độ của dòng điện hàn và điện áp hàn không đổi,
sự thay đổi tốc độ hàn sẽ làm thay đổi lượng nhiệt đưa vào một
đơn vị chiều d
ài mối hàn. Sự thay đổi tốc độ hàn làm thay đổi
hướng tác động của hồ quang v
à sự phân bố lực trong hồ quang.
Với tốc độ hàn dưới 10m/h, hồ quang cháy hầu như vuông góc, tức
là thành phần nằm ngang của lực hồ quang (có tác dụng đẩy mạnh
nhất đối với kim loại nóng chảy ra khỏi hồ quang) là không đáng
kể, dẫn đến chiều sâu ngấu không lớn. Tốc độ tăng hơn sẽ làm
nghiêng c
ột hồ quang, dẫn đến tăng chiều sâu ngấu. Ngoài ra, tốc
độ hàn tăng làm giảm mức độ thi
êu thụ thuốc hàn.
Hình 2-20. Sự thay đổi hình dạng
mối hàn theo tiết diện điện cực
Khi tiếp tục tăng tốc độ hàn thì lượng nhiệt sinh ra không đủ

nung chảy cạnh hàn, làm giảm chiều sâu ngấu. Với tốc độ hàn rất
lớn, sẽ xảy ra hàn không ngấu hai bên mối hàn và hồ quang không
ổn định.
Hình 2-21. Ảnh hưởng của tốc độ
hàn lên sự phân bố lực trong hồ quang
a), hình dạng mối hàn b), và mức độ
tiêu thụ thuốc hàn c).