nhằm nghiên cứu các ảnh hưởng của các chế độ hàn cụ thể qua các thông số điện thế hàn u, cường độ dòng điện i, vận tốc hàn v ứng với từng quy trình hàn

I. Mở đầu
Hàn là phương pháp nối các chi tiết máy thành một khối không
thể tháo rời được bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy
hay chảy dẻo, sau đó có thể không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để
ép chi tiết hàn dính chặt với nhau. Có trường hợp không cần nung
nóng mà chỉ dùng áp lực hàn kim loại đạt đến trạng thái dẻo và dính
lại với nhau.
Trong công nghệ hàn nói chung thì hàn thép các bon thấp không
hợp kim được sử dụng rộng rãi. Do thép các bon thấp không hợp
kim là vật liệu được sử dụng rất rộng rãi, có mặt gần như trong tất cả
các lĩnh vực kỹ thuật, vì vậy nhu cầu chế tạo, phục hồi, sửa chữa các
chi tiết làm từ thép CT3 là rất lớn. Bên cạnh đó thép các bon thấp
không hợp kim là vật liệu có tính hàn rất tốt , khi hàn không cần yêu
cầu gì đặc biệt, kết cấu hàn bằng thép CT3 có cơ tính tốt . Độ bền
kéo thông thường khoảng 42 kgf/mm2 (60,000psi) với giới hạn chảy
khoảng 28 kgf/mm2 (40,000psi).
Trong công nghệ hàn thì hàn giáp mối là kiểu hàn phổ biến nhất.
Mối hàn giáp mối là mối hàn thực hiện giữa hai phôi hàn nằm trong
cùng mặt phẳng, hai phôi hàn nằm đối đầu với nhau, mối hàn hình
thành ở giữa liên kết chúng lại thành một chi tiết không thể tháo rời.
Trong hàn giáp mối thì tùy theo chiều dày của phôi hàn, để đảm bảo
liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn có thể được vát tương ứng:
Đối với các chi tiết mỏng (có chiều dày nhỏ hơn 5mm) thì khi hàn
giáp mối không cần vát mép. Với các chi tiết có chiều dày trung bình
(dày từ 5mm đến 20mm ) thì khi hàn có thể vát mép một phía (nửa
chữ V), vát mép hai phía (chữ V), hàn một phía. Với các chi tiết có
chiều dày ( chiều dày trên 20mm) thì khi hàn thực hiện vát mép kiểu
chữ X và tiến hành hàn hai phía. Trong đó thì hàn giáp mối các chi
tiết có độ dày trung bình là phổ biến nhất, như khi hàn các vỏ hộp,
thân máy, các xi lanh, kết cấu vỏ tàu thủy, kết cấu khung giàn thép
trong xây dựng …Do chiều dày của các chi tiết hàn là nhỏ do đó khi

hàn thì sự truyền nhiệt trong mối hàn xảy ra nhanh, vật liệu bị nung
nóng và nguội cục bộ trong thời gian ngắn do đó mối hàn rất dễ bị
cong vênh đặc biệt là khi chế độ hàn không hợp lý.
Trong thực tế các thông số công nghệ hàn thường được chọn
theo kinh nghiệm của công nhân hàn. Điều đó dẫn đến các mối hàn
thường bị biến dạng, cong vênh, hình dáng kích thước chi tiết không
đảm bảo. Trường hợp nguy hiểm hơn, chế độ hàn chưa hợp lý có thể
gây nên hàng loạt vấn đề chẳng hạn như. Ứng suất dư quá lớn, làm
giảm khả năng chịu lực của kết cấu đặc biệt là khi làm việc dưới tác
động của tải trọng động, tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
Việc xác định chế độ hàn hợp lý, để hoàn thiện các công nghệ
hàn thép các bon thấp không hợp kim là rất cần thiết. Đề tài này tập
trung tìm giải pháp công nghệ nhằm hạn chế biến dạng của mối hàn
giáp mối có độ dày tấm ghép nhỏ hơn 5mm
Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về biến dạng khi
hàn giáp mối ứng suất và biến dạng hàn được nhiều nhà khoa học
trong và ngoài nước rất quan tâm. Với hướng chủ yếu trong nghiên
cứu là ứng dụng tính toán các ứng suất và biến dạng hàn trong quá
trình hàn và qua đó đưa ra chế độ công nghệ hàn hợp lý nhằm đạt
năng suất cao, chất lượng sản phẩm hàn tốt nhất.
Các nghiên cứu đều tiếp cận bằng các phương pháp lý thuyết
với tính toán khá phức tạp, đòi hỏi người nghiên cứu phải hiểu biết
rất chuyên sâu về các phương pháp tính toán đòi hỏi sử dụng máy
tính và các công nghệ tiên tiến khác, thiết bị hiện đại mà điều kiện
hiện nay ở Việt Nam chưa có.
Trong trường hợp hàn thép các bon thấp không hợp kim thì
với những lý thuyết về trường nhiệt độ, ứng suất và biến dạng khi
hàn đã được nghiên cứu và công bố, kết hợp nhiều kiến thức từ cơ
học, sức bền vật liệu, nhiệt học, điện… ta hoàn toàn có cơ sở lý
thuyết để tính toán ảnh hưởng của chế độ hàn tới ứng suất và biến

dạng. Từ đó tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm để xác định được
chế độ hàn hợp lý.
Xuất phát từ đó mà đề tài này được thực hiện nhằm nghiên cứu
các ảnh hưởng của các chế độ hàn cụ thể qua các thông số: Điện thế
hàn U, cường độ dòng điện I, vận tốc hàn v ứng với từng quy trình
hàn lần lượt là hàn hồ quang tay (111/E/SMAW), hàn khí bảo vệ
điện cực nóng chảy (135/MAG/GMAW) và quá trình hàn khí bảo vệ
điện cực không nóng chảy (141/TIG/GTAW).
Chế độ hàn hợp lý xác định bằng lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm của đề tài có thể được ứng dụng trong giảng dạy, sản
xuất……
Đề tài này nhằm thực hiện một số mục tiêu cụ thể như sau:
- Xác định được các quan hệ giữa chế độ hàn ( I, U, V) đến mức
độ biến dạng do co dọc và độ võng của mối hàn. Mức độ biến dạng được
đánh giá qua các thông số: Lượng co dọc của mối hàn, độ võng và biến
dạng góc do co ngang.
- So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết để nhận xét
về tính đúng đắn của lý thuyết và phương pháp thực nghiệm.
- Phân tích so sánh và đánh giá ảnh hưởng của các qui trình hàn
(WPS) mức độ biến dạng, và ứng suất dư của các liên kết hàn giáp
mối.
- Lựa chọn quy trình hàn và chế độ hàn hợp lý để biến dạng của
mối hàn ít nhất.
- Phân tích các cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của chế độ hàn đến
biến dạng
của mối hàn.
- Xây dựng và triển khai các nghiên cứu thực nghiệm để đánh
giá các quan hệ giữa chế độ hàn và mức độ biến dạng.
- Thông kê xử lý số liệu để xác định các mối quan hệ nói trên.
- Đánh giá kết quả, để chỉ ra được chế độ hàn hợp lý cho độ biến

dạng ít nhất, từ đó so sánh với kết quả tìm được bằng lý thuyết.
II. Tính toán mối hàn giáp mối
II.1. Các kiểu hàn giáp mối
Trong hàn giáp mối tùy theo chiều dày của phôi hàn, để đảm bảo
liên kết hàn có độ bền cao, mép mối hàn có thể được vát tương ứng:
- Chi tiết mỏng: không cần vát mép
- Với chi tiết có chiều dày trung bình: Vát mép một phía (nửa
chữ V) hàn một phía và vát mép hai phía (chữ V), hàn một
phía
- Với chi tiết có chiều dày lớn hơn 20mm: Vát mép kiểu chữ
X, chữ k, hàn 2 phía.
II.2. Ứng suất và biến dạng hàn
* Nung nóng, làm nguội và biến dạng dẻo không đều
Khi một chi tiết bị nung nóng sẽ giãn nở ra, trong quá trình
giãn nở đó lại bị giới hạn về không gian sẽ làm cho chi tiết không thể
giãn nở được thì trong chi tiết sẽ sản sinh ra ứng suất, và biến dạng.
Quá trình co lại do làm nguội bị giới hạn hoàn toàn tương tự cũng
sinh ra ứng suất và biến dạng.
* Thay đổi về tổ chức kim loại mối hàn và vùng lân cận nhiệt
Một số kim loại: thép hợp kim thấp, hợp kim titan v.v có
thay đổi cấu trúc pha khi nhiệt độ thay đổi (ví dụ tại vùng ảnh hưởng
nhiệt), kèm theo sự thay đổi thể tích , tạo nên ứng suất trong kim
loại.
Trong vấn đề nghiên cứu của luận văn thì ứng suất và biến dạng sinh
ra bởi 2 nguyên nhân: Do co dọc và do co ngang.
Trong đó nguyên nhân chính gây ra ứng suất trong mối hàn
giáp mối là do co dọc, hiện tượng co ngang chỉ được xét như là
nguyên nhân gây ra biến dạng của mối hàn. Do vậy trong chương 2
trước hết ta sẽ đi xây dựng công thức tính toán ứng suất và biến dạng
lần lượt gây ra bởi co dọc và co ngang trong các trường hợp cụ thể.

II.3. Tính toán ứng suất và biến dạng gây ra do co dọc
khi hàn giáp mối
Úng suất và biến dạng do co dọc gây ra khi hàn giáp mối có
nhiều phương pháp tính toán như: Tính toán theo nội lực tác dụng
(theo lực co), theo biến dạng thực Trong nội dung luận văn này tác
giả sử dụng phương pháp tính toán theo nội lực tác dụng.
Xác định vùng ứng suất tác động và nội lực tác động
Cơ sở tính toán: Coi nội lực tác động (còn gọi là lực co) như là
những lực tập trung tác động lên vật hàn tại vị trí mối hàn. Các công
thức tính dựa trên lý thuyết đàn hồi và sức bền vật liệu.
Ứng suất do nội lực dọc trục (lực co, nội lực tác động) sinh
ra sẽ tạo ra như trên hình 2.5. Trong vùng ứng suất tác động, ứng
suất dư tối đa là σ
T
nếu b
n
≤ 0,5h.
- Nội lực tác động dư là:
P = σ
T
.b
n
. δ
- Vì trong một vật, nội lực tác động cân bằng, ta có nội lực tác động
bằng nội lực phản kháng (nhưng khác dấu):
P = δ
T
.b
n
. σ = σ

2
.(h-b
n
). δ
- Vì vậy ứng suất nén phản kháng σ
2
sẽ là:
2
.
T n
n
b
h b
σ
σ
=
−

- Momen uốn do cặp lực nội lực tác động – nội lực phản kháng gây
ra sẽ là:
.
2
P h
M
=

- Nếu bỏ qua các hạn chế giả tạo đi, độ võng dư tấm do momen này
gây uốn sẽ là:
.
8

M l
f
EJ
=

Với
3
1
.
12
J h
δ
=
;
.
2
P h
M
=
;
. .
T n
P b
σ δ
=
suy ra
2 2
2
2 2
3 . . 3. ( ).

4. . 4. .
T n b
b l h h l
f
E h E h
σ σ
−
= =

- Ứng suất uốn sẽ là :
2
3 .
6
W 2
T n
u
b
M Ph
h h
σ
σ
δ
= = =

Trong đó W=1/6 δ.h
2
Xác định kích thước của vùng ứng suất tác động (giá trị b
n
)
Vùng ứng suất tác động là vùng bao gồm kim loại mối hàn

và kim loại cơ bản lân cận, đã chịu biến dạng dẻo – nén khi bị nung
nóng bởi nguồn nhiệt hàn.
Có hai phương pháp xác định b
n
là phương pháp đồ thị và phương
pháp tuần tự xấp xỉ. Ở đây tác giả dùng phương pháp đồ thị để xác
định giá trị của b
n
Phương pháp đồ thị để tính b
n
Xét một liên kết hàn giáp mối ở trạng thái tự do. Vùng ứng suất tác
động có chiều rộng là b
0
= 2b
n
.
Hình 2.6. Liên kết hàn giáp mối ở trạng thái tự do
Ta chia b
n
thành hai vùng b
1
và b
2
.
- Vùng b
1
: Nằm ở gần nguồn nhiệt hàn và bao gồm kim loại mối
hàn và phần kim loại cơ bản đã trải qua trạng thái biến dạng dẻo khi
hàn (với thép cacbon nhiệt độ tối đa của chúng khi hàn vượt 550-
600

o
C).
- Vùng b
2
: Là vùng kim loại cơ bản đã trải qua trạng thái đàn hồi
dẻo khi hàn. Nhiệt độ tối đa của các thớ trong vùng này khi hàn
không vượt quá 550-600
o
C, nhưng do bị nung không đồng đều,
chúng vẫn bị biến dạng dẻo nén.
Xác định chiều rộng tính toán h : Kim loại không phải là vật đàn
hồi tuyệt đối nên với các tấm có chiều rộng lớn, do lực cục bộ, sự
biến dạng sẽ bị tắt dần nếu càng xa trục
mối hàn. Tức là sự biến
dạng thực tế sẽ không phù hợp với giả thiết về tiết diện
phẳng nữa.
Vì vậy khi tính toán, ta không phải lấy toàn bộ giá trị chiều rộng tấm
mà chỉ lấy giá trị tính toán của nó như sau (nếu chiều rộng thực lớn hơn
chiều rộng tính toán):
h=300-350 mm – hàn tự động dưới lớp thuốc.
h= 250 mm – hàn hồ quang tay.
Tóm lại:
b
0
= 2b
n
; b
n
=b
1

+b
2
;
1 1
0.484.
( , ) ( , , )
. . .550
o
q
b f q c f q v c b
v c
ρ ρ
δ ρ
= = → =
∑
2 2 1 2 2 1
( , , ) ( )b f k b h b k h b= → = −
Như vậy: b
n
= b
1
+b
2
;
n 2 1 2
0.484. 0.484. 0.484.
b ( ) ( )
. . .550 . . .550 . . .550
q q q
k h b k h

v c v c v c
δ ρ δ ρ δ ρ
= + − = + −
∑ ∑ ∑
n 2 2
0.484.
b (1 )
. . .550
q
k k h
v c
δ ρ
= − +
∑

Nhận thấy: k
2
phụ thuộc vào q
0
và σ
T
, k
2
<1 do đó 1- k
2
>0, Suy ra
b
n
tăng khi tăng giá trị của năng lượng đường hàn q, và chiều rộng
tính toán h. b

n
giảm khi tăng giá trị của vận tốc hàn v. Chiều rộng
tính toán h và năng lượng đường hàn phụ thuộc vào từng quy trình
hàn cụ thể .
Hàn hai tấm có chiều rộng bằng nhau
Hình 2.10. Hàn giáp mối hai tấm rộng như nhau.
Vấn đề biến dạng
Hình 2.11. Chuyển vị của tấm theo phương y
2
1
1
.
12. .
k
M l
y
E J
=
Vấn đề ứng suất
Biểu diễn σ
k
như là ứng suất ngang ở các điểm cuối của tấm, tức là
tại các điểm có chuyển vị y
k
khi nắn thẳng sau khi cắt.
2 2
16. . .
32. .
2. .
T n

k
b h
P h
l l
σ
σ
δ
= =
Nhận xét:
- Ứng suất ngang σ
x
tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài tấm. Do
đó khi tấm hẹp, ứng suất ngang tương đối nhỏ. Điều này đồng nghĩa
với độ cứng vững của tấm nhỏ, lực ngang tạo ra co ngang nhưng ứng
suất ngang không lớn. Theo (2.22) thì ứng suất nén ở đầu và cuối các
tấm rộng phải tăng lên. Tuy nhiên, khi chiều rộng tấm (h) tăng, sự
biến dạng do uốn giảm đi vì momen quán tính tăng, làm cho ứng suất
ngang giảm theo độ cong của tấm.
- Từ các công thức trên ta thấy: Nội lực phản kháng p, và Mô men
uốn M, ứng suất phản kháng , độ võng lớn nhất do co dọc
, biến dạng do co dọc gây ra , tỷ lệ thuận với giá trị
vùng tác động hàn b
n
. Do đó ảnh hưởng của các thông số các quy
trình hàn tới biến dạng ngang do co dọc gây ra hoàn toàn như ảnh
hưởng tới kích thước vùng ứng suất tác động b
n
- Ứng suất ngang do co dọc gây ra tại điểm bất kỳ theo chiều dài
vùng ứng suất tác động tỷ lệ thuận với giá trị vùng ứng suất tác
động hàn bn và chiều rộng +nh toán h.

- Ứng suất ngang σ
x
do co dọc gây ra tỷ lệ nghịch với bình phương
chiều dài tấm. Do đó khi tấm hẹp, ứng suất ngang tương đối nhỏ.
Điều này đồng nghĩa với độ cứng vững của tấm nhỏ, lực ngang tạo ra
co ngang nhưng ứng suất ngang không lớn
II.4. Ứng suất và biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối
Co ngang là hiện tượng co rút kim loại mối hàn và lân cận
theo hướng vuông góc với trục mối hàn.
Nếu giá trị co ngang của tất cả các thớ trên tiết diện mối hàn
trong quá trình nguội là như nhau thì biến dạng ở đây chỉ là sự giảm
kích thước theo chiều ngang của liên kết hàn, còn hình dạng của nó
vẫn phẳng (không đổi).
Nếu co ngang của các thớ theo chiều dày mối hàn không đều
thì ngoài biến dạng ngang còn có biến dạng góc (thường xảy ra ở
mối hàn giáp mối vát mép chữ V và hàn từ một phía).
Hình 2.12. Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối
II.4.1. Ứng suất và Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối các
tấm tự do
Vấn đề biến dạng
Hình 2.13. Xác định tiết diện ngang của mối hàn tại vị trí bắt đầu có
lực tác động do co ngang
1
0
1
4 .
2. . 1
. .
2 . .
. 4 . . .

x
q q
y
c v c v
c v x
πλ
α α
ρ ρ δ
δ πλ ρ
∆ = =
Nhận xét
Theo công thức
Biến dạng co ngang Δy
0
- Biến dạng co ngang Δy
0
của liên kết hàn tỷ lệ thuận với năng
lượng
đường q/v.
- Tỷ lệ nghịch với chiều dày của tấm
δ
.
- Công thức gần đúng với hàn dưới lớp thuốc, nếu coi hiệu suất hồ
quang η = 0,8

đ
= 13 g/A.h và điện áp hàn U = 35 V :
0
15500. .
d

F
y
c
α
ρ δ
∆ =
- Công thức gần đúng với hàn hồ quang tay η = 0,7; 
đ
= 9g/Ah ; U
= 20 V:
0
11000. .
d
F
y
c
α
ρ δ
∆ =
Ta thấy với với trường hợp hàn dưới lớp thuốc thì biến dạng co
ngang
Δy
0
có giá trị lớn hơn.
II.4.2. Biến dạng góc do co ngang trong liên kết hàn giáp mối
Biến dạng góc trong liên kết hàn giáp mối thường xảy ra khi
hàn các tấm từ
một phía, và do lực co ngang, các tấm quay so với
nhau một góc β – (Hình
2.15-a)

- Nguyên nhân căn bản là sự nung kim loại không đều theo chiều dày
tấm.
- Biến dạng góc thể hiện rõ nhất ở các liên kết chữ V.
- Vì các lớp kim loại đắp được nung tới nhiệt độ cao (hình 2.15-
b) có chiều
rộng y khác nhau (phụ thuộc vào toạ độ z của nó theo
chiều dày), khi nguội, chúng sẽ có các giá trị co ngang Δy khác nhau.
Dưới tác dụng của co ngang Δy, các tấm vượt ra khỏi mặt phẳng ban
đầu của chúng, và tạo nên góc β.
Hình 2.15. Hàn giáp mối có vát mép
- Có thể coi tổng biến dạng co ngang mỗi lớp kim loại ( theo chiều dày
z) của mối hàn giáp mối gồm 2 phần: Δb
o
và Δy
o
* Góc quay β
Nếu góc quay β của tấm do co ngang (Hình 2.15-b) được biểu diễn
theo giá trị y
max
, ta có thể viết:
max
2. . . .
2
. .
2 2. 2. 2
tb
tb
T tg
y
tg T tg

ϕ
α δ
β ϕ
α
δ δ
∆
= = =

Do góc β nhỏ ( vài độ ) nên có thể coi
tg
2 2
β β
=
( tính theo radian)
Khi đó
2. . .
2
tb
T tg
β
β α
=
với thép cacbon kết cấu
0,0144.
2
tg
β
β
=
II.5. Kết luận

Từ các kết quả tính toán cụ thể trong từng trường hợp, rút ra nhận xét
kết luận về sự phụ thuộc của ứng suất và biến dạng vào các thông số
của các quy trình hàn là cường độ dòng điện hàn I, điện áp hàn V, và
tốc độ hàn v. Ảnh hưởng của các thông số này được đánh giá qua
ảnh hưởng của năng lượng đường hàn q
đ
, giá trị của q
đ
cũng phụ
thuộc vào từng quy trình hàn cụ thể, do đó ta có thể so sánh giữa ảnh
hưởng của các quy trình hàn tới ứng suất và biến dạng khi hàn.
III. Thực nghiệm, phân tích kết quả
III.1. Trang thiết bị dùng trong thực nghiệm
Thiết bị dùng trong thí nghiệm là máy hàn WP300 – Panasonic.
Hình 3.1. Máy hàn WP300
III.2. Cách tiến hành thí nghiệm
1. Xác định độ biến dạng do co dọc và độ võng của liên kết
hàn giáp mối
Để xác định biến dạng do co dọc và độ võng của liên kết hàn giáp
mối ta tiến hành thí nghiệm với các bước như sau:
- Bước 1: Chế tạo hai bản thép sẵn sang kích thước 20x20x10mm
cho hàn giáp mối (vát mép, đánh gỉ, làm sạch…)
- Bước 2: Xác định kích thước thực của hai tấm thép trước khi hàn
và ghi vào biên bản thí nghiệm.
- Bước 3: Ghép hai tấm thép, hàn đính, làm sạch, lấy dấu trọng tâm
chi tiết diện và các vị trí đo (Trên hình 3.2 được biểu diễn bằng các
mũi tên có các chữ số kèm theo 0,1,2,3,4,5,6). Số 0 chỉ bề mặt chuẩn
đo.
Hình 3.2. Vị trí lấy dấu các vị trí đặt thiết bị đo
- Bước 4: Đặt chi tiết lên bàn đo sao cho một đầu tựa lên cữ

của dụng cụ đo, đầu kia chạm vào trục của đồng hồ so đúng vào
trọng tâm của tiết diện hàn. Đọc giá trị theo đồng hồ so (tại điểm 1)
và ghi kết quả đo vào bảng 2 của mẫu báo cáo thí nghiệm. Tiến hành
3 lần đo. (Đo biến dạng và chiều dài).
Hình 3.3 Bàn gá và dụng cụ đo độ co dọc của liên kết hàn
- Bước 5: Dùng dụng cụ đo như trên hình 3.3 xác định vị trí các
điểm 1, 2, 3,4,5,6 theo hàng AA’ và BB; (hình 3.4) và ghi kết quả đo
vào bảng 2 của mẫu báo cáo thí nghiệm. Tiến hành 3 lần đo.
- Bước 6: Tính giá trị trung bình 3 lần đo.
- Bước 7: Thực hiện mối hàn và đo thời gian hàn và cứ 5 – 10 giây
đo cường độ dòng hàn và điện áp hồ quang. Vị trí tiếp xúc và của
phôi hàn và gối tựa của bàn gá không cần hàn, các bề mặt cần đo
phải được bảo vệ khỏi sự bắn tóe của kim loại lỏng. Tính giá trị trung
bình ghi vào bảng kết quả thí nghiệm.
Hình 3.4. Bàn gá và dụng cụ đo để đo độ võng của dầm
- Bước 8: Sau khi tấm đã nguội hoàn toàn làm lại các bước 3, 4, 5 .
Các bước trên là để áp dụng chung cho tất cả các quy trình hàn.
2. Xác định độ biến dạng do co ngang và biến dạng góc của
liên kết hàn giáp mối.
Để xác định biến dạng góc của liên kết hàn giáp mối ta tiến hành thí
nghiệm với các bước như sau:
- Bước 1: Chế tạo hai bản thép sẵn sàng cho hàn giáp mối (vát mép,
đánh gỉ, làm sạch…)
- Bước 2: Xác định kích thước thực của hai tấm thép trước khi hàn
và ghi vào biên bản thí nghiệm.
- Bước 3: Ghép hai tấm thép, hàn đính, làm sạch, lấy dấu trọng tâm
chi tiết diện và các vị trí đo (trên hình 3.9 được biểu diễn bằng các
mũi tên có các chữ số kèm theo 1,2,3,4,5,6,7). Lấy dấu tu lên ba vị
trí I, II và III trên tấm để chuẩn bị cho vị trí các bulong định vị đỡ
phôi hàn.

- Bước 4: Đặt phôi hàn lên bàn sao cho các lỗ tu sẵn trên mặt tấm
nằm đúng vào các bulong định vị.
- Bước 5: Dùng đồng hồ so xác định vị trí các điểm từ 2 tới 7 (hình
3.9), vị trí số 1 coi là chuẩn đo. Kết quả đo được ghi vào bảng. Mỗi
điểm tiến hành 3 lần đo.
- Bước 6: Xác định giá trị trung bình của 3 lần đo. Từ giá trị trung
bình của 3 lần đo tại các điểm từ 2 đến 7. Xây dựng đồ thị, tuyến tính
hóa, được góc biến dạng góc.
- Bước 7: Thực hiện mối hàn, sau đó để cho mối hàn nguội hoàn
toàn.
- Bước 8: Tiến hành đo lần thứ 2 theo các điểm đã ghi và ghi kết
quả.
III.3. Phân tích kết quả thực nghiệm
1. Giới thiệu
Nội dung phần này đánh giá ảnh hưởng của thông số quy trình
hàn tới ứng suất và biến dạng của mối hàn giáp mối khi hàn các tấm
mỏng. Chỉ thay đổi 1 trong 2 thông số I, U, v: Tăng I, tăng U, giảm
v. Và được tiến hành lần lượt với từng quy trình hàn: SMAW,
GMAW, GTAW
Phân tích khi thay đổi cường độ dòng điện I, giữ nguyên U, V.
.Phân tích khi giữ nguyên cường độ dòng điện I, thay đổi U, V, thực
hiện với quy trình hàn SMAW.
2. Khi thay đổi I, giữ nguyên U,V
Đối với quy trình hàn SMAW khi thay đổi I = 160A đến 250A ,
giữ nguyên U=25V, v = 0.5cm/s thì biến dạng do co dọc tăng từ
0.08mm đến 0.125mm. Độ võng đo tại vị trí lớn nhất (vị trí 5) tăng
từ 0.09mm đến 0.141mm. Biến dạng góc do co ngang tăng từ 1
0
đến
1,25

0
Đối với quy trình hàn GMAW khi thay đổi I từ 160A đến 250A,
giữ nguyên U = 25V, v =0.8 cm/s thì biến dạng do co dọc tăng từ
0.07mm đến 0.109mm. Độ võng đo tại vị trí lớn nhất (vị trí 5) tăng
từ 0.08 đến 0.125mm. Biến dạng góc do co ngang tăng từ 0.82
0
đến
1,025
0
Đối với quy trình hàn GTAW khi thay đổi I từ 70A đến 160A,
giữ nguyên U = 25V, v =0.4 cm/s thì biến dạng do co dọc tăng từ
0.05mm đến 0.078mm. Độ võng đo tại vị trí lớn nhất (vị trí 5) tăng
từ 0.06 đến 0.094mm. Biến dạng góc do co ngang tăng từ 0.73
0
đến
0.912
0
Như vậy khi thay đổi cường độ dòng điện I thì biến dạng do co
dọc, độ võng, và biến dạng góc do co ngang tăng lên. Giá trị biến
dạng là nhỏ nhất khi:
Đối với quy trình hàn SMAW: I =160A, U=25V, v= 0.5cm/s
Đối với quy trình hàn GMAW: I =160A, U=25V, v =0.8cm/s
Đối với quy trình hàn GTAW: I =70A, U =25V, v=0.4cm/s
Khi thay đổi cường độ dòng điện hàn I biến dạng của SMAW –
hàn hồ quang tay lớn hơn so với GMAW (hàn điện cực nóng chảy
trong môi trường khí bảo vệ) và GTAW (Hàn điện cực không nóng
chảy trong môi trường khí bảo vệ trơ). Điều đó hoàn toàn phù hợp
với các kết quả lý thuyết vì quy trình SMAW có hệ số nhiệt hữu ích
thấp nhất sau đó đến GMAW và GTAW đồng nghĩa với việc nhiệt
tỏa vào chi tiết và ra môi trường ngoài nhiều hơn, do đó biến dạng cả

SMAW là lớn hơn so với GMAW và GTAW.
Biến dạng góc là dễ dàng có thể nhận ra được dù bằng mắt
thường, biến dạng góc trên thực tế lớn hơn rất nhiều so với biến dạng
lý thuyết, vấn đề ở đây có thể là do tính toán lý thuyết các hệ số ảnh
hưởng đặt vào chưa hợp lý.
3. Khi giữ nguyên I, thay đổi U, V thực hiện với quy trình
hàn SMAW
Khi giữ nguyên cường độ dòng điện I =160A,tốc độ hàn v =0.5cm/s,
thay đồi hiệu điện thế U từ 25V đến 34V thì biến dạng do co dọc của
mối hàn tăng từ 0.08mm đến 0.110mm. Độ võng lớn nhất (đo tại vị
trí 5) tăng từ 0.09mm đến 0.131mm.
Khi giữ nguyên cường độ dòng điện I =160A, hiệu điện thế U=25V
tốc độ hàn thay đổi từ 0.6 cm/s đến 0.2cm/s thì biến dạng do co dọc
của mối hàn tăng từ 0.075mm đến 0.330mm. Độ võng lớn nhất (đo
tại vị trí 5) tăng từ 0.082mm đến 0.330 mm.
Tất cả các thông số U, I, v đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng là
năng lượng đường q, năng lượng đường q sẽ quyết định đến ứng suất
và biến dạng thông qua ứng xử của vật liệu tương ứng.
Khi tăng năng lượng đường q (tăng U, I, giảm v…) thì nhiệt tăng,
các ứng suất và biến dạng sẽ tăng lên, tuy nhiên không tuyến tính và
không tương đương. Khi tăng I thì biến dạng tăng nhanh hơn khi
tăng U, khi giảm v thì biến dạng tăng lên rất rõ nét, không những ảnh
hưởng tới hình dạng mối hàn mà còn ảnh hưởng tới toàn bộ liên kết
do các biến dạng và ứng suất. Nhưng điều đó không có nghĩa là khi
tăng vận tốc hàn v thì biến dạng giảm, vì nếu tăng v quá lớn thì thời
gian hàn sẽ nhanh, nhiệt phân bố trong mối hàn không đều dẫn đến
ứng suất và biến dạng, chất lượng mối hàn không đạt yêu cầu.
Đây là một kết luận mới được rút ra từ thực nghiệm, từ các kết quả lý
thuyết ta chưa kết luận được mức độ ảnh hưởng của từng thông số
I,U,v đến ứng suất và biến dạng của mối hàn như thế nào.

Như vậy các chế độ hàn cho biến dạng nhỏ nhất là:
Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s
Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s
Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s
Chất lượng mặt cắt mối hàn trong các trường hợp như sau:
Mẫu 01: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V,
v=0.5cm/s
Biên giới kim loại giữa vật liệu mối hàn và vật liệu hàn, độ kín độ
bền tốt,biến dạng của mối hàn không đáng kể.
-
Hình 4.6. Mặt cắt mối hàn mẫu 01
Mẫu 02. Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 190A, V = 25V,
v=0.5cm/s
Tăng I =190A, biên giới hạt giữa vật liệu mối hàn và vật liệu hàn
không tốt như mẫu 01, biến dạng mối hàn tăng lên nhưng không
đáng kể.
Hình 4.7. Mặt cắt mối hàn mẫu 02
Mẫu 03: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 28V,
v=0.5cm/s
Tăng U =28A, biên giới hạt, độ kín, độ bền và biến dạng mối hàn
đảm bảo tốt hơn so với mẫu 03
Hình 4.8. Mặt cắt mối hàn mẫu 03
Mẫu 04: Hàn với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V,
v=0.3cm/s
Giảm v =0,3 cm/s chất lượng mối hàn giảm rõ rệt, biến dạng mối hàn
tăng mạnh.
Hình 4.9. Mặt cắt mối hàn mẫu 04
Mẫu 05: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V,
v=0.8 cm/s
Biên giới kim loại giữa vật liệu mối hàn và vật liệu hàn là rất tốt,

đảm bảo độ kín và độ bền tốt, biến dạng của mối hàn không đáng kể.
Hình 4.10. Mặt cắt mối hàn mẫu 05
Mẫu 06: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 190A, V = 25V,
v=0.8 cm/s
Tăng I = 190A, biên giới hạt giữa vật liệu mối hàn và vật liệu hàn cơ
bản vẫn đảm bảo tốt, biến dạng của mối hàn có tăng lên so với mẫu
05.
Hình 4.11. Mặt cắt mối hàn mẫu 06
Mẫu 07: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 28V,
v=0.8 cm/s
Tăng U=28V, chất lượng mối hàn tương đương mẫu 02 tuy nhiên
biến dạng của mối hàn giảm so với mẫu 06.
Hình 4.12. Mặt cắt mối hàn mẫu 07
Mẫu 08: Hàn với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V,
v=0.4 cm/s
Giảm v = 0.4cm/s, chất lượng mối hàn giảm rõ rệt, biên giới hạt thấy
xuất hiện khuyết tật.
Hình 4.13. Mặt cắt mối hàn mẫu 08
Nhận xét: Ta thấy mặt cắt mối hàn mẫu 05 là tốt nhất, Biên giới
kim loại giữa vật liệu mối hàn và vật liệu hàn là rất tốt, đảm bảo độ
kín và độ bền tốt, biến dạng của mối hàn không đáng kể.
4. Kết luận
Nội dung chương đã nêu được máy móc để tiến hành thí nghiệm và
đo biến dạng, các bước gá đặt và cách đo biến dạng của mẫu hàn.
Với mục đích đánh giá ảnh hưởng của thông số quy trình hàn tới ứng
suất và biến dạng của mối hàn giáp mối khi hàn các tấm mỏng. Tiến
hành thay đổi lần lượt 3 thông số là: Cường độ dòng điện hàn I, điện
áp hàn U, và tốc độ hàn v. Kết quả đo biến dạng của các thí nghiệm
khi thay đổi lần lượt từng thông số được ghi ra dưới dạng bảng. Sau
đó căn cứ vào bảng kết quả ta xây dựng các đồ thị, từ đó rút ra các

nhận xét đánh giá về mức độ ảnh hưởng của 3 thông số: I, U, v tới
biến dạng của mối hàn giáp mối.
Các kết quả thực nghiệm thu được là phù hợp với tính toán lý thuyết.
Do đó có thể khẳng định phương pháp và kết quả tính toán lý thuyết
là hoàn toàn chính xác, cách tiến hành và xử lý số liệu thực nghiệm
là đảm bảo tin cậy. .
Từ các kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm ta thấy đối với hàn
tấm mỏng với vật liệu là thép CT3 thì để kết cấu mối hàn thu được
có ứng suất và biến dạng nhỏ nhất ta nên sử dụng quy trình hàn
GTAW – hàn điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ
trơ.
Các chế độ hàn cho biến dạng nhỏ nhất là:
Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s
Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s
Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s
Quy trình hàn SMAW- hàn hồ quang tay tuy ứng suất và biến dạng
lớn hơn so với GMAW, GTAW nhưng thực hiện lại dễ dàng và đơn
giản hơn, do đó khi hàn nên căn cứ vào tính chất, yêu cầu của mối
hàn để lựa chọn quy trình hàn phù hợp vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật
và vừa đảm bảo tính kinh tế.
Khi tăng I, tăng U, giảm v thì không những biến dạng của mối
hàn tăng lên mà chất lượng mặt cắt mối hàn cũng giảm , đặc biệt khi
giảm tốc độ v thì trong mối hàn còn xuất hiện khuyết tật.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Trong quá trình nghiên cứu, khảo sát và tiến hành thực nghiệm, luận
văn đã tập trung giải quyết được một số vấn đề sau:
- Tất cả các thông số U, I, v đều ảnh hưởng đến kết quả cuối
cùng là năng lượng đường q, năng lượng đường q sẽ quyết định đến
ứng suất và biến dạng thông qua ứng xử của vật liệu tương ứng.

- Khi tăng năng lượng đường q (tăng U, I, giảm v…) thì
nhiệt tăng, các ứng suất và biến dạng sẽ tăng lên, tuy nhiên không
tuyến tính và không tương đương. Khi tăng I thì biến dạng tăng
nhanh hơn khi tăng U, khi giảm v thì biến dạng tăng lên rất rõ nét,
không những ảnh hưởng tới hình dạng mối hàn mà còn ảnh hưởng
tới toàn bộ liên kết do các biến dạng và ứng suất. Nhưng điều đó
không có nghĩa là khi tăng vận tốc hàn v thì biến dạng giảm, vì nếu
tăng v quá lớn thì thời gian hàn sẽ nhanh, nhiệt phân bố trong mối
hàn không đều dẫn đến ứng suất và biến dạng, chất lượng mối hàn
không đạt yêu cầu.
Hàn giáp mối với các tấm thép CT3, có chiều dày là từ 5mm
đến 20mm thì chế độ hàn nên là:
Với quy trình hàn SMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.5cm/s
Với quy trình hàn GMAW: I = 160A, V = 25V, v=0.8cm/s
Với quy trình hàn GTAW: I = 70A, V = 25V, v=0.4 cm/s
Đối với quy trình hàn SMAW khi tăng cường độ dòng điện từ I
= 160A lên I = 190A thì biến dạng tăng lên không đáng kể. Quan sát
ảnh mặt cắt mối hàn ta thấy chất lượng mặt cắt mối hàn cơ bản vẫn
đảm bảo tốt. Do đó trong mức độ biến dạng có thể chấp nhận được
có thể tăng cường độ dòng điện I đến 190A, để tăng năng suất lao
động.
Tương tự với các quy trình hàn khác ta thấy với quy trình hàn
GMAW có thể tăng I = 190A, mà cơ bản biến dạng tăng không đáng
kể, chất lượng mối hàn vẫn đảm bảo
Với quy trình hàn GTAW có thể tăng I đến 90A.
2. KIẾN NGHỊ
Do thời gian và năng lực bản thân còn hạn chế, mặt khác vấn
đề nghiên cứu về ứng suất và biến dạng hàn là khá phức tạp, hiện tại
với cơ sở vật chất không có trang thiết bị có thể đo được ứng suất,
cho nên vấn đề ứng suất dư sau khi hàn vẫn còn là nghiên cứu tính

toán trên lý thuyết, chưa có kiểm chứng thực tế. Bên cạnh đó các kết
quả thực nghiệm còn có một số sai khác so với lý thuyết, nguyên
nhân ở đây là do chưa loại được các yếu tố nhiễu của môi trường đến
quá trình thực nghiệm, số liệu thực nghiệm phụ thuộc nhiều vào
người đo.
Mặt khác nếu nghiên cứu hết tất cả các thông số chính và
phụ ảnh hưởng đến ứng suất và biến dạng như thế nào thì số lượng
nghiên cứu sẽ rất lớn dẫn đến kinh phí làm thực nghiệm rất cao. Về
phương diện này xin đưa ra hướng khắc phục là sử dụng các phần
mềm mô phỏng quá trình hàn như ABAQUS, ANSYS,
SYSWELD…, để tính toán tự động và tương đối chính xác các thông
số ứng suất và biến dạng theo lý thuyết trước khi thực nghiệm kiểm
chứng trong thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] GS. TS. Trần Văn Địch, PGS. TS. Ngô Trí Phúc .Sổ tay thép thế
giới. NXB Khoa học và kỹ thuật.
[2] PGS.TS Hoàng Tùng, PGS.TS Nguyễn Thúc Hà, TS. Ngô Lê
Thông, KS. Chu Văn Khang, Sổ tay hàn – Công nghệ, thiết bị và
định mức năng lượng, vật liệu hàn . NXB Khoa học và kỹ thuật.
[3] GS. TS Nguyễn Đăng Bình, Vũ Đình Trung – Kỹ thuật hàn và
cắt kim loại. NXB Khoa học và kỹ thuật.
[4] GS. TS Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS và tích hợp
CIM. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – Hà nội 2007
[5] Bộ Xây dựng – Giáo trình Công nghệ kỹ thuật hàn. Nhà xuất bản
xây dựng - 2005
[6] Trần Văn Niên, Trần thế San (2007) – Thực hành hàn. Nhà xuất
bản Đá Nẵng
[7] Nguyễn Bá An (2003) - Sổ tay thợ hàn. Nhà xuất bản Xây dựng
[8] GS. TS Hoàng Tùng và tập thể giảng viên Bộ môn Hàn và công

nghệ kim loại Khoa Cơ khí – Sổ tay công nghệ Hàn.Trường
ĐHBK Hà Nội - 1997
[9] TS. Nguyễn Tiến Đào – Công nghệ chế tạo phôi. Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật
[10] Ngô Lê Thông (2007) – Công nghệ hàn điện nóng chảy tập 1 +
2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
[11] Nguyễn Văn Thông (1998) – Vật liệu và Công nghệ hàn. Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật
[12] Dipl. Ing Nguyễn Duy Ninh/2004 - Cơ Sở lý thuyết về tính toán
kết cấu. Trung tâm chuyển giao công nghệ Viêt - Đức HWC.
[13] Nguyễn Tiến Dương - Ứng suất và biến dạng hàn. NXB Đại
học Bách Khoa Hà Nội - 2009
[1]John E. Bringas, Editor. Handbook of Comparatives World Steel
Standards Third Edition ASTM DS67B. ASTM
[2] Wang Rui, Rashed, Serizawa Hiashi, JnaXun Zhang - “ Study on
Weding Inherent Deformations in Welded Structural Material.
Transaction of JWRI, vol.37 (2008), No.1
[3] M. HIROHATA và Y. ITOH1 - NUMERICAL SIMULATION OF
WELDING DEFORMATION AND RESIDUAL STRESS BY FEM
WITH SHELL ELEMENTS. Graduate School of Engineering,
Nagoya University, Japan
[4] Asifa Khurram, Li Hong, Li Li and

Khurram Shehzad -
Prediction of Welding Deformation and Residual Stresses in Fillet
Welds Using Indirect Couple Field FE Method. Research Journal of
Applied Sciences, Engineering and Technology 5(10): 2934-2940,
2013.