Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 15 pps

CHƯƠNG 15
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
HÀN TỰ ĐỘNG
DƯỚI LỚP THUỐC
3.1 CƠ SỞ CỦA VIỆC THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG
NGH
Ệ HÀN
Quy trình hàn tự động dưới lớp thuốc được thành lập dựa trên
cơ sở lý thuyết các tiêu chuẩn về hàn của hiệp hội hàn Mỹ (AWS
D1.1) và TCVN 6259- 6: 2003. Vì đặc điểm của phương pháp hàn
hồ quang tự động dưới lớp thuốc là phụ thuộc rất nhiều vào công
ngh
ệ của thiết bị (máy hàn) và vật liệu hàn (dây hàn và thuốc hàn)
nên bên c
ạnh cơ sở lý thuyết thì các số liệu có được từ thực tế là
y
ếu tố gốp phần quyết định các thông số của quy trình. Quy trình
hàn s
ẽ được tiến hành theo sơ đồ sau:
3.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA QUY TRÌNH
HÀN.
3.2.1 Kim lo
ại hàn
Là nguyên liệu và cũng là kết quả sản phẩm lao động của
người t
hợ hàn. Vật liệu sẽ quyết định đến thông số của quy trình
hàn c
ũng như đánh giá được quy trình hàn có đạt yêu cầu của Đăng
kiểm hay không.
Thép là hợp kim của sắt (Fe) và cacbon (C) trong đó hàm
lượng cacbon dưới 2% . Theo y

êu cầu của chủ tàu thì vật liệu
chính của tàu là thép thường “A”. Thép được sự chấp nhận của
Đăng kiểm ABS.
Quy trình cần
ki
ểm tra
Thợ hàn thực hiện
trên phô
i hàn
Kiểm tra cơ tính
của mối hàn
Chấp nhận
quy trình
Đạt
Không đạt
Các yêu cầu về vật liệu hàn rất cao cần có chứng nhận của tổ
chức Đăng kiểm về thành phần hoá học có trong thép và các lực
kéo và uốn giới hạn của loại vật liệu này.
Ta có b
ảng thông số về thành phần thép “A” :
Hình 3-1. Bảng thông số thành phần thép ABA
3.2.2 Tính toán chế độ hàn
Trong quy trình này mối hàn tự động sử dụng đệm lót là mối
hàn lót bằng phương pháp hàn CO
2
, chiều cao mối của mối hàn lót
b
ằng chiều cao khe hở đáy. Ta tính chế độ hàn cho các lớp hàn tự
động tiếp theo như sau:
Hình 3-2. Kích thước và thứ tự các lớp hàn

Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp của toàn bộ mối hàn
xác định theo công thức:


cbsatghF
d
75,0.2/.
2


Trong đó:
- h: chiều cao mối hàn, h = s – p = 20 – 2 = 18 (mm)
- a: chi
ều rộng khe hàn, a = 6 (mm)
- b: chi
ều rộng mối hàn, có thể tính gần đúng b = a +
2h.tg(/2) + 2 = 24 (mm)
- c: chi
ều cao mối hàn, c = b/

m
= 24/10 = 2,4 (mm),

m
=
(7 ÷ 10) là hệ số hình dáng mối hàn.
-
: góc vát mép:  = 50
o
Các thông số a, p,  chọn theo tiêu chuẩn.




3024,2.24.75,018.62/50.18
2
 tgF
d
(mm
2
)
C
ụ thể tính toán như sau:
Tính chế độ hàn cho lớp thứ nhất.
1. Chọn đường kính dây hàn theo tiêu chuẩn, d = 4 (mm)
2. Theo đường kính dây hàn đã chọn, tính I và U theo công
th
ức đã biết sau:
U = 20 + 50.I.10
-3
/d
0,5

1 (1)

n
=k’.(19 – 0,01.I).d.(U/I) (2)
Khi hàn bằng dòng xoay chiều k
’
= 1


n
– Hệ số ngấu có giá trị tối ưu từ (1,3 ÷ 2,0), chọn

n
= 2
Thay các giá trị vào và giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta
được:
I = 453 (A) và U = 31 (V)
3. Tính t
ốc độ hàn. Để bảo đảm điều kiện kết tinh tốt của
vũng hàn, tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của vũng hàn phải
không đổi. Theo lý thuyết truyền nhiệt, ta sẽ có:
v.I = A = const.
T
ức là v = A/I (m/h)
d [mm] 1,6 2 3 4 5 6
A[.10
3
A.m/h] 5 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷
16
16 ÷
20
20 ÷
25
25 ÷
30
Với d = 4 [mm], chọn A = 16.10
3
[A.m/h]  v = 16000/453 =
35 (m/h)

4. Xác định chiều sâu chảy theo cường độ dòng điện.
I = (80 ÷ 100).h  h = I/80 = 453/80 = 5,7 (mm)
5. Xác định chiều rộng mối hàn.
b = h.

n
= 5,7.2 = 11,4 (mm)
6. Xác định chiều đắp lớp thứ nhất c
o
. Diện tích đắp lớp thứ
nhất có thể xem là diện tích hình thang cân có đáy lớn là chiều
rộng lớp hàn thứ nhất, đáy nhỏ là chiều rộng khe đáy và chiều cao
là c
o
, c
o
= b
’
/tg(/2), b
’
là cạnh của tam giác vuông giới hạn bởi
một nửa góc vát mép.
b
’
= (b – a)/2 = (11,4 - 6)/2 = 2,7 (mm)
 c
o
= 2,7/tg(50/2) = 5,8 (mm)
Như vậy diện tích kim loại đắp lớp thứ nhất
F

1
’
= (a + b).c
o
/2 = (6 + 11,4).5,8/2 = 50,5 (mm
2
)
7. Xác định số lớp hàn.
Xem di
ện tích các lớp hàn bằng nhau thì số lớp hàn n = F
d
/F
1
= 302/50,5 = 5,98
 Chọn số lớp hàn bằng 6.
Trong thực tế việc chọn số lớp hàn cần phải đảm bảo mối hàn
có hình dáng và c
ơ tính tốt nhất và mang lại tính kinh tế trong sản
xuất. Do vậy có thể thay đổi số lớp hàn khác với giá trị tính toán để
đáp ứng được y
êu cầu đề ra.
Tính toán chế độ hàn cho các lớp tiếp theo tương tự như
trường hợp tính cho lớp thứ nhất. Đối với h
àn nhiều lớp thì mối
hàn sẽ ngấu hoàn toàn do vậy hệ số ngấu

n
> 2, lớn hơn so với
mối hàn một lớp. Đặc biệt, đối với lớp hàn phủ chiều rộng mối hàn
l

ớn do vậy để đáp ứng giá trị của hệ số ngấu đã chọn thì chiều sâu
ngấu h phải lớn. Khi chiều sâu ngấu h lớn thì cường độ dòng điện
phải tăng để đáp ứng được chiều sâu ngấu h.
Theo lý thuyết ở chương 2, mục ảnh hưởng của điện áp hàn
đối với hình dạng và kích thước mối hàn, khi điện áp hàn tăng sẽ
làm tăng chiều rộng mối hàn. Do đó, có thể tăng điện áp h
àn trên
cơ sở giá trị đã tính đối với lớp hàn thứ nhất.
Tính toán chế độ hàn cho lớp cuối cùng (lớp phủ) như sau:
1. Xác định chiều sâu ngấu h.
Chọn

n
= 3, từ chiều rộng mối hàn b = 24 (mm), (đã tính ở
trên)
 h = b/

n
= 24/3 = 8 (mm)
2. Xác định cường độ dòng điện.
I = 80.h = 80.8 = 640 (A)
3. Xác định tốc độ hàn
v = A/I = 20.10
-3
/640 = 31 (m/h)
4. Xác định điện áp hàn.
U = 20 + 50.I.10
-3
/d
0,5


1 = 20 + 50.640.10
-3
/2 = 36
(V)
Giá tr
ị các thông số của chế độ các lớp trung gian lấy trong
giới hạn lớp thứ nhất và lớp cuối cùng.
Các giá tr
ị thông số của chế độ hàn đã tính ở trên sẽ được đề
cập trong nội dung chi tiết của quy trình. Các thông số trong quy
trình sẽ biến thiên trong phạm vi hẹp cho phụ hợp với điều kiện
thực tế để mang lại mối hàn chất lượng cao và hiệu quả kinh tế tốt
nhất.