tính toán chế độ hàn và lập quy trình hàn cho kết cấu trên boong sàn khoang máy của tàu hàng khô có các kích thước cơ bản sau

Đề bài: Tính toán chế độ hàn và lập quy trình hàn cho kết cấu trên boong sàn khoang máy của
tàu hàng khô có các kích thước cơ bản sau:
Chiều dài tàu: L=161,7 m
Chiều rộng tàu: B= 26 m
Chiều cao mạn: D=15 m
Chiều chìm tàu: d=10,3 m
Hệ số béo: C
b
=0,77
Vận tốc tàu: v=13,7 hl/h
Phần 1: Kết Cấu Phân Đoạn
1. Kết cấu
• Boong sàn kết cấu hệ thống ngang bao gồm: xà ngang boong sàn thường, sống dọc, xà ngang
boong sàn khỏe.
- Khoảng cách xà ngang boong sàn là 700 mm, sống ngang boong sàn là 2100 mm.
- Khoảng cách sống dọc boong sàn là 3850 mm.
3500
16100
4200
18278
143938503850
8400x7700
R1000
2100
700
8442
DT
2.Quy cách chi tiết
- Tôn boong sàn : t = 10 mm
-Xà ngang boong sàn : Thép mỏ có quy cách B.F 140x8
-Xà ngang boong khỏe : Cơ cấu chữ T có quy cách : T (100x10)/(500x10)

-Xà ngang làm thanh quây miệng khoang máy chọn thép có quy cách như hình dưới
10
400
BF180x8
800
10
400x10
770
400
-Sống dọc ngoài miệng khoang máy : cơ cấu chữ T có quy cách :
T (100x10)/(500x10)
-Sống dọc làm thanh quây miệng khoang máy chọn quy cách như hình vẽ :
10
400
BF180x8
800
12
400x12
840
400
3. Các loại đường hàn
- Đường hàn tôn sàn với tôn sàn
- Xà ngang boong sàn với tôn boong sàn (F4)
- Thành miệng khoang với tôn boong (F2)
- Xà ngang boong khỏe với tôn boong sàn (F3)
- Sống dọc boong sàn với tôn boong sàn (F3)Phần 2: Chuẩn bị mép hàn và
tính toán chế độ hàn
1.Chuẩn bị mép hàn
Chọn theo tiêu chuẩn IACS Rec47
-Chuẩn bị mép hàn với mối hàn giáp mối

Sử dụng mối hàn giáp mối để hàn tôn sàn với tôn sàn,với tôn sàn có chiều dày t=8mm ta chọn
kiểu mép hàn vát mép một phía
Mép hàn với mối hàn giáp mối
-Chuẩn bị mối hàn góc
+Xà ngang boong với tôn sàn ( Thép mỏ có quy cách B.F 140x8 với tôn sàn)
+Xà ngang boong khỏe với tôn sàn
(Cơ cấu chữ T có quy cách : T (100x10)/(500x10) với tôn sàn)
+ Xà ngang làm thanh quây với tôn sàn
+ Sống dọc ngoài miệng khoang máy với tôn sàn
(Cơ cấu chữ T có quy cách T (100x10)/(500x10) với tôn sàn)
+ Sống dọc làm thanh quây miệng khoang máy với tôn sàn
2.Xác định bộ thông số hàn
2.1 Tính toán chế độ hàn giáp mối
2.1.1. Điện cực hàn
Điện cực hàn có thể là dây hàn hoặc que hàn.Đường kính điện cực thông thường được xác
định theo chiều dày vật hàn theo công thức:
d= t/2 +1 =10/2+1=6 mm (t=10mm)
2.1.2. Mật độ dòng điện
Mật độ dòng điện j là cường độ đi qua 1mm
2
tiết diện dây hàn
J= I/S
d
= 4.I/π.d
2
(A/mm
2
)
Mật độ dòng điện phụ thuộc vào đường kính dây hàn,nó nằm trong khoảng từ
20-320 (A/mm

2
)
Với dây hàn có đường kính d=6 mm ta chọn j= 30-40 (A/mm
2
)
2.1.3.Cường độ dòng điện hàn
Chọn phương pháp hàn bán tự động
 I
h
= j.π.d
2
/4
Với j = 40 đến 45 (A/mm
2
) => I
h
= (3,14.6
2
.40)/4= 1130,4 A đến (3,14.6
2
.45)/4= 1271,7
Khi hàn ngang,hàn trần, I
h
giảm 15-20%
Ta chọn I
h
trong khoảng từ 900 A đến 1100 A
2.1.4. Điện áp hàn
Điện áp hàn phụ thuộc vào chiều dài cột hồ quang và vật liệu hàn.Nó thay đổi trong phạm
vi hẹp

Hàn hồ quang bán tự động,điện áp hàn được tính theo công thức:
U
h
= 20 + I
h
.(50.10
-3
)/d
0,5

Với I
h
trong khoảng từ 900 A đến 1100 A => U
h
= 20+900.50.10
-3
/6
0,5
= 38,5V đến
20+1100.50.10
-3
/6
0,5
= 42,5V
2.1.5. Tốc độ hàn
Tốc độ hàn được xác định theo công thức:
V
h
= N/I

h

Thực tế thông qua thực nghiệm để nhận được mối hàn có hình dạng theo đúng yêu cầu và có
chất lượng tốt,hằng số N có thể lấy theo Bảng giá trị hằng số xác định tốc độ hàn
Với d = 6 mm, N = (25-30).10
-3
(A.m/h),
Chọn N= 30.10
-3
(A.m/h)
= > V
h
= 30.10
-3
.900 = 27 (m/h) đến 30.10
-3
.1100 = 33 (m/h)
Hay V
h
= 0,75cm/s đến 0,92 cm/s
2.1.6. Hệ số đắp (α
d
)
Hệ số đắp được xác định bằng đồ thị với dòng điện xoay chiều

Dựa vào đồ hị trên với I
h
= 900 A đến 1100 A=> α
d
= 14,8 (g/A.h) đến 16 (g/A.h)

2.1.7. Hệ số ngấu ψ
ng
Hệ số ngấu ψ
ng
= f(U,I) có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:
ψ
ng
= k’.(19-0,01.I
h
).d.U
h
/I
h
Với hàn hàn xoay chiều k’=1
I
h
=( 900-1100) A, U
h
= (38,5-42,5) V
= > ψ
ng
= 1.(19-0,01.1100).6.42,5/1100 = 1,8 đến 1.(19-0,01.900).6.38,5/900 = 2,5
2.1.8. Năng lượng đường q
d
Năng lượng đường là tỉ số giữa công suất nhiệt hiệu dụng của nguồn nhiệt hàn (hồ quang)
và tốc độ hàn (tốc độ dịch chuyển của nguồn nhiệt hàn đó) v
h
(cm/s).Đây là đại lượng quan
trọng của chế độ hàn để đánh giá chu trình nhiệt hàn với kim loại cơ bản và kim loại đắp.
q

d
= q/v
h
= 0,24.U
h
.I
h
.η /v
h
q
d
: Năng lượng đường (cal/cm)
q: công suất hiệu dụng của hồ quang hàn (cal/s)
v
h
: tốc độ hàn (cm/s)
U
h
: điện áp hàn (V)
I
h
: cường độ dòng điện hàn (A)
η : hệ số hữu ích của nguồn nhiệt (với hàn điện cực nóng chảy có thuốc bọc
lấy η=0,6)
= > q
d
= 0,24.38,5.900.0,6 /0,75 = 6652,8(cal/cm) đến 0,24.42,5.1100.0,6 /0,92=7317,4(cal/cm)
2.1.9. Các thông số mối hàn
a. Chiều sâu ngấu
h =

2. .
. . . . .
d d
max ng ng
A
q
c
q
Te
π γ ψ ψ
=
Với thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp A=0,156

6652,8
0,156. 8
2,5
h
= =
mm (với I
h
=900A) đến
7317,4
0,156. 9,5
1,8
=
mm(với I
h
=1100A)
b.Chiều rộng mối hàn
b = ψ

ng
.h = 1,8.9,5 = 17,1mm (với I
h
=1100A) đến 2,5.8=20 mm (với I
h
=900A)
c.Chiều cao đắp
c = F
d
/ (μ.b)
trong đó: μ= 0,73 (hệ số hình dáng bề mặt)
F
d
: diện tích kim loại hàn đắp của mối hàn
F
d
= α
d
.I
h
/ (100.γ.v
h
)= 14,8.900/(100.7,85.27)=0,63 (cm
2
)=63(mm
2
)
đến 16.1100/(100.7,85.33)=0,68(cm
2
)=68(mm

2
)
= > c = 63/(0,73.20)=4,3 mm (với I
h
=900A) đến 68/(0,73.17,1)=5,4 mm (với I
h
=1100A)
d.Chiều cao toàn bộ mối hàn
H = h+c = 8+4,3= 12,3mm (với I
h
=900A) đến 9,5+5,4=14,9 mm (với I
h
=1100A)
Hệ số ngấu của mối hàn được xác định lại
ψ
ng
= b/H = 17,1/14,9 =1,15 (với I
h
=1100A) đến 20/12,3=1,63 (với I
h
=900A)
ψ
m-h
= b/c = 17,1/5,4= 3,2 (với I
h
=1100A) 20/4,3=4,7 (với I
h
=900A) đến

Bảng 1-Bộ thông số công nghệ hàn tính cho hàn dưới lớp thuốc

Lớp
Đường kính dây hàn
(mm)
Tốc độ hàn
(m/h)
Dòng điện
(A)
Điện áp
(V)
Cực tính
1 6 27-33 900-1100 38,5-42,5
Cực thuận
(AC)
2.2.Tính toán chế độ hàn góc
2.2.1. Điện cực hàn
Khi hàn góc,đường kính điện cực được tính theo công thức:
d = K /2 + 2 (mm)
trong đó: d – đường kính điện cực (mm)
K – Cạnh mối hàn (mm)
Với chiều dày cơ cấu t=10mm = > K = 6mm
= > d = 6/2 + 2 = 5mm
2.2.2.Mật độ dòng hàn
Tra Bảng giá trị mật độ dòng điện mối hàn góc với d = 5mm = > J = 30-40 (A/mm
2
)
2.2.3.Cường độ dòng điện
I
h
= J.π.d
2

/4 = 30.3,14.5
2
/4 = 588,75 A đến 40.3,14.5
2
/4 = 785 A
Ta chọn I
h
= 750 A
Trị số cường độ dòng điện hàn tương ứng với tốc độ hàn,bảo đảm nhận được mối hàn phẳng
được gọi là cường độ dòng điện hàn tới hạn I
th
được biểu diễn bằng phương trình sau:
I
th
= I
0
+ m.V
h
Trong đó: I
0
= 350 A (hàn tự động và bán tự động)
m : hệ số,Tra bảng với d=5mm = > m = 10
2.2.4. Điện áp hàn
Điện áp hàn phụ thuộc vào chiều dài cột hồ quang và vật liệu hàn.Nó thay đổi trong phạm
vi hẹp
Hàn hồ quang bán tự động,điện áp hàn được tính theo công thức:
U
h
= 20 + I
h

.(50.10
-3
)/d
0,5

Với I
h
trong khoảng từ 590 A đến 780 A => U
h
= 20+590.50.10
-3
/6
0,5
= 32V đến
20+780.50.10
-3
/6
0,5
= 36 V
Ta chọn U
h
= 35V
2.2.5. Tốc độ hàn
Tốc độ hàn được xác định theo công thức:
V
h
= N/I
h

Thực tế thông qua thực nghiệm để nhận được mối hàn có hình dạng theo đúng yêu cầu và có

chất lượng tốt,hằng số N có thể lấy theo Bảng giá trị hằng số xác định tốc độ hàn
Với d = 5 mm, N = (20-25).10
-3
(A.m/h),
Chọn N= 20.10
-3
(A.m/h)
= > V
h
= 20.10
-3
.590 = 11,8 (m/h) đến 20.10
-3
.780 = 15,6 (m/h)
Hay V
h
= 0,33cm/s đến 0,433 cm/s
Ta chọn V
h
= 0,35 cm/s
2.2.6. Hệ số đắp (α
d
)
Hệ số đắp được xác định bằng đồ thị với dòng điện xoay chiều

Dựa vào đồ thị trên với d=5mm và I
h
= 750 A => α
d
= 13,5 (g/A.h)

2.2.7. Hệ số ngấu ψ
ng
Hệ số ngấu ψ
ng
= f(U,I) có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:
ψ
ng
= k’.(19-0,01.I
h
).d.U
h
/I
h
Với hàn hàn xoay chiều k’=1
I
h
= 750A, U
h
= 35V
= > ψ
ng
= 1.(19-0,01.750).5.35/750 = 2,45
2.2.8. Năng lượng đường q
d
Năng lượng đường là tỉ số giữa công suất nhiệt hiệu dụng của nguồn nhiệt hàn (hồ quang)
và tốc độ hàn (tốc độ dịch chuyển của nguồn nhiệt hàn đó) v
h
(cm/s).Đây là đại lượng quan
trọng của chế độ hàn để đánh giá chu trình nhiệt hàn với kim loại cơ bản và kim loại đắp.
q

d
= q/v
h
= 0,24.U
h
.I
h
.η /v
h
q
d
: Năng lượng đường (cal/cm)
q: công suất hiệu dụng của hồ quang hàn (cal/s)
v
h
: tốc độ hàn (cm/s)
U
h
: điện áp hàn (V)
I
h
: cường độ dòng điện hàn (A)
η : hệ số hữu ích của nguồn nhiệt (với hàn điện cực nóng chảy có thuốc bọc
lấy η=0,65)
= > q
d
= 0,24.35.750.0,6 5/0,35 = 11700(cal/cm)
2.2.9. Các thông số mối hàn
a. Chiều sâu ngấu
h =

2. .
. . . . .
d d
max ng ng
A
q
c
q
Te
π γ ψ ψ
=
Với thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp A=0,156

11700
0,156. 10,8
2,45
h
= =
mm)
b.Chiều rộng mối hàn
b = ψ
ng
.h = 2,45.10,8 = 26,4mm
c.Chiều cao đắp
c = F
d
/ (μ.b)
trong đó: μ= 0,73 (hệ số hình dáng bề mặt)
F
d

: diện tích kim loại hàn đắp của mối hàn
F
d
= α
d
.I
h
/ (100.γ.v
h
)= 13,5.750/(100.7,85.15,5)=0,83 (cm
2
)=83(mm
2
)
= > c = 83/(0,73.26,4)=4,3 mm
d.Chiều cao toàn bộ mối hàn
H = h+c = 10,8+4,3= 15,1mm
Hệ số ngấu của mối hàn được xác định lại
ψ
ng
= b/H = 26,4/15,1 =1,75
ψ
m-h
= b/c = 26,4/4,3= 6,2
2.2.4.Số lớp hàn
Vì K= 6mm < 8mm nên ta chỉ hàn 1 lớp
Bảng 2-Bộ thông số công nghệ hàn tính cho hàn dưới lớp thuốc
Lớp
Đường kính dây hàn
(mm)

Tốc độ hàn
(m/h)
Dòng điện
(A)
Điện áp
(V)
Cực tính
1 5 11,8-15,6 590-780 32-36
Cực thuận
(AC)