Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kế

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào đang
sử dụng và các công trình đã đƣợc công bố (ngoại trừ các bảng số liệu tham khảo và
những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập nghiên cứu đƣợc phép sử dụng).
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình.
Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Ngọc Cảnh

1


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin cảmPGS.TS. Nguyễn Tiến Dƣơng, ngƣời đã hƣớng dẫn trực
tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hƣớng nghiên cứu, tổ chức thực hiện đến
quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào
tạo Sau đại học – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả trân cảm ơn lãnh đạo khoa cơ khí trƣờng Cao Đẳng Nghề Dịch Vụ
Hàng Không –AIRSERCO, Doanh nghiệp sản xuất cơ khí Tiến Tú đã tạo điều kiện
cho tôi hoàn thành phần thực nghiệm của luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà
khoa học và các đồng nghiệp.

Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Ngọc Cảnh

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ....................................................6
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...............................................................8
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................10
1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................10
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ................11
2.1. Mục đích nghiên cứu .................................................................................11
2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................11
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả ................................11
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................12
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................................13
1.1. Tổng quan về các liên kết hàn chữ T và ứng dụng của chúng .......................13
1.1.1. Tổng quan về các liên kết hàn chữ T ......................................................13
1.1.2. Ứng dụng của liên kết hàn chữ T ...........................................................15
1.2.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và
biến dạng liên kết hàn chữ T .................................................................................16
1.2.1.Tính kinh tế..............................................................................................16
1.2.2. Tính công nghệ .......................................................................................17
Kết luận chƣơng I ......................................................................................................18
CHƢƠNG 2. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN ..............................................................19
2.1. Phân tích lựa chọn phƣơng pháp hàn .............................................................19
2.1.1.Phƣơng pháp hàn hồ quang tay ...............................................................19
2.1.2.Phƣơng pháp hàn hồ quang dƣới lớp thuốc .............................................19
2.1.3.Phƣơng pháp hàn khí (hàn hơi) ...............................................................20

2.1.4.Phƣơng pháp hàn TIG .............................................................................20
2.2. Nguyên lý đặc điểm và ứng dụng của hàn MAG/MIG .................................21

3


2.2.1. Nguyên lý quá trình hàn .........................................................................21
2.2.2. Đặc điểm của quá trình hàn ....................................................................22
2.2.3. Phạm vi ứng dụng ...................................................................................22
2.3. Vật liệu và thiết bị hàn MAG/MIG................................................................23
2.3.1. Dây hàn (điện cực nóng chảy) ................................................................23
2.3.2. Khí bảo vệ...............................................................................................24
2.3.3. Thiết bị hàn MAG/MIG..........................................................................26
2.4. Chế độ và kỹ thuật hàn ..................................................................................29
2.4.1. Chế độ hàn ..............................................................................................29
2.4.2. Kỹ Thuật hàn MAG /MIG ......................................................................38
2.5. Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T .............................39
2.5.1. Cơ sở tính toán chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T ................................39
2.5.2. Xác định chế độ hàn cho liên kết hàn chữ T ..........................................40
Kết luận chƣơng 2 .....................................................................................................47
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN LIÊN KẾT
CHỮ T .......................................................................................................................47
3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T .............47
3.1.1. Ứng suất và biến dạng do co dọc trong liên kết hàn chữ T ....................47
3.1.2. Ứng suất và biến dạng do co ngang trong liên kết hàn chữ T ................54
3.2. Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T ................................59
3.2.1. Tính toán ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra .................................60
3.2.2. Ứng suất và biến dạng do co ngang .......................................................62
Kết luận chƣơng III ..................................................................................................63
CHƢƠNG 4. ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN

DẠNG LIÊN KẾT HÀN CHỮ T..............................................................................64
4.1. Chế độ hàn 1 ..................................................................................................64
4.2. Chế độ hàn 2 ..................................................................................................64
4.3. Chế độ hàn 3 ..................................................................................................67

4


CHƢƠNG 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG KHI
HÀN LIÊN KẾT CHỮ T ..........................................................................................72
5.1. Mẫu hàn thực nghiệm ....................................................................................72
5.2.1. Thiết bị hàn .............................................................................................72
5.2.2. Vật liệu hàn.............................................................................................74
5.3. Chế độ hàn các mẫu thử bảng 4-1..................................................................75
5.4. Sơ đồ nguyên lý và trình tự tiến hành thực nghiệm đo biến dạng .................75
5.4.1. Các thiết bị sử dụng để đo biến dạng .....................................................75
5.4.2. Sơ đồ đo biến dạng .................................................................................75
5.4.3. Tiến hành thực nghiệm ...........................................................................76
5.5. Kết quả thực nghiệm ......................................................................................82
5.5.1. Kết quả đo độ võng, đo độ co dọc ..........................................................82
5.5.2. Kết quả đo biến dạng góc .......................................................................84
5.6. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán .......................................84
Kết luận .....................................................................................................................85
CHƢƠNG VI. CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG
HÀN LIÊN KẾT CHỮ T ..........................................................................................86
6.1. Các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng hàn......................................86
6.1.1. Các biện pháp kết cấu để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn .............86
6.1.2. Các biện pháp công nghệ để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn. .......86
6.2. Các biện pháp xử lý ứng suất và biến dạng sau khi hàn ................................89
6.2.1. Biện pháp xử lý cơ..................................................................................89

6.2.2. Biện pháp xử lý nhiệt .............................................................................89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................91
1. Kết luận .............................................................................................................91
2. Kiến nghị...........................................................................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................93

5


CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu

Đơn vị

b

[mm]

Kích thƣớc các vùng tính toán



[mm]

Chiều dày vật liệu

h

[mm]

Kích thƣớc các chi tiết

F

[mm2]

Diện tích tiết diện

P

[KN]

Lực tác dụng

J

[cm4]

Mô men quán tính

б

[KN/cm2]

Ứng suất pháp

τ

[KN/cm2]

Ứng suất tiếp

E

[KN/cm2]

Mô đun đàn hồi

γ

[g/cm3]

Khối lƣợng riêng

μ

Nội dung

Hệ số Possion

YA

[mm]

Chuyển vị

F

[mm2]

Diện tích

V

[mm3]

Thể tích

m

[kg]

Khối lƣợng

δ

[%]

Độ dãn dài tƣơng đối

ak

[kp.m/cm2]

M

(KN.cm)

k

mm

Cạnh mối hàn

Ih

(A)

Cƣờng độ dòng điện hàn

Uh

(V)

Điện áp hàn

Vh

(m/h)

Tốc độ/ vận tốc hàn

qđ

(J/s)

Năng lƣợng đƣờng

Độ dai va đập
Mômen

6


7


HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Các loại liên kết hàn.................................................................................13
Hình 1-2. Các dạng liên kết hàn chữ T ....................................................................14
Hình 1-3. Các thế hàn liên kết chữ T trong không gian ..........................................14
Hình 1- 4. Các dạng vát mép mối hàn góc trong liên kết chữ T ..............................14
Hình 1- 5. Các mối hàn góc trong liên kết chữ T......................................................15
Hình 1-6. Hình minh hoạ ứng dụng hàn vách ngăn khoang Tàu ..............................15
Hình 1-7. Hình ảnh chế tạo dầm hàn chữ I đƣợc bắt đầu từ liên kết hàn chữ T hàn
đồng thời hai phía ......................................................................................................16
Hình 1-8. Ứng dụng liên kết hàn chữ T, hàn gân tăng cứng cột nhà công nghiệp ...16
Hình2-1. Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng
khí bảo vệ ..................................................................................................................21
Hình 2-2 . Thiết bị bán tự động hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi
trƣờng khí bảo vệ ......................................................................................................26
Hình2-3 . Súng hàn ...................................................................................................27
Hình 2-4. Mỏ hàn cổ cong, làm nguội bằng khí .......................................................27
Hình 2-5. Bộ cấp dây hàn..........................................................................................28
Hình 2-6. Van chỉnh áp khí bảo vệ ...........................................................................29
Hình 2-7. Hình dạng mối hàn và ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện hàn ..............30
Hình 2-8. Hình dạng mối hàn và ảnh hƣởng của mật độ dòng điện hàn ..................32
Hình 2-9. Hình dạng mối hàn và ảnh hƣởng của điện áp hàn ...................................33
Hình 2-10. Ảnh hƣởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn .................................35
Hình 2 -11. Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và quan hệ dòng điện – phần

nhô điện cực (b).........................................................................................................36
Hình 2-12. Ký hiệu liên kết hàn chữ T......................................................................40
Hình 3-2. Đồ thị tra hệ số k .......................................................................................49
Hình 3-3. Biểu đồ xác định nội lực ...........................................................................50
Hình 3-4. Biểu đồ ứng suất .......................................................................................51

8


Hình 3-5. Biểu đồ nội lực và ứng suất ......................................................................52
Hình 3-6. Biểu đồ biến dạng .....................................................................................54
Hình 3-7. Biến dạng góc khi hàn một phía ...............................................................55
Hình 3-8. Biến dạng góc khi hàn hai bên ..................................................................56
Hình 3 -9. Biến dạng do co ngang và uốn biên .........................................................57
Hình 3-10. Các trƣờng hợp biến dạng do uốn biên gây ra ........................................58
Hình 3-11. Ký hiệu liên kết hàn chữ T......................................................................59
Hình 3-12. Biến dạng sau khi hàn .............................................................................62
Hình 4-1. Đồ thị ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất ........................................70
Hình 4-2. Đồ thị ảnh hƣởng của chế độ hàn đến biến dạng ......................................70
Hình 5-1. Liên kết hàn chữ T ....................................................................................72
Hình 5-2. Thiết bị hàn thực nghiệm ..........................................................................73
Hình 5-3. Sơ đồ đo độ võng, độ co dọc ....................................................................75
Hình 5-4. Sơ đồ đo độ võng ......................................................................................76
Hình 5-5. Chế độ hàn chƣa hợp lý ............................................................................77
Hình 5-6. Chế độ hàn hợp lý .....................................................................................77
Hình 5-7. Chuẩn bị phôi ............................................................................................78
Hình 5-8. Gá đính chi tiết ..........................................................................................78
Hình 5-9. Đo độ võng và co dọc trƣớc khi hàn .........................................................79
Hình 5-10. Đo biến dạng góc trƣớc khi hàn..............................................................80
Hình 5-11. Chỉnh máy trƣớc khi hàn ........................................................................80

Hình 5-12. Hàn đồng thời hai mối hàn 1 2 .............................................................81
Hình 5-13. Chi tiết sau khi hàn xong ........................................................................81
Hình 5-14. Đo độ võng và co dọc sau khi hàn xong mối han 1 2 ..........................82
Hình 5-15. Đo biến dạng góc sau khi hàn .................................................................82
Hình 6-1. Các phƣơng án hàn liên kết chữ T ............................................................88
Hình 6-2. Biểu đồ xử lý nhiệt sau khi hàn ................................................................90

9


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành Hàn đã và đang
đóng một vai trò đặc biệt quan trọng.Ở đâu, chúng ta cũng bắt gặp các sản phẩm của
ngành Hàn từ gia đình đến cơ quan, tại các phân xƣởng sản xuất hay các công
trƣờng xây dựng. Đặc biệt các sản phẩm của ngành Hàn đang chiếm một tỷ trọng
lớn trong các lĩnh vực nhƣ: Đóng tàu, giao thông, xây dựng, y tế, …. . Hiện nay,
ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra đời của hang loạtcác phƣơng pháp
hàn mới không những hàn đƣợckim loại với kim loại mà còn hàn đƣợc kim loại với
phi kim, hàn đƣợc vật liệu dẻo và vật liệu composite. Các thiết bị hànngày càng
hiện đại từ từ hàn hồ quang tay đến hàn Bán Tự Động, hàn TựĐộngnhằm giải
phóng sức lao động cho con ngƣờivà đem lại hiệu quả kinh tế cao. Các sản phẩm
của ngành hàn ngày càng có tínhƣu việt từ chất lƣợng đến kiểu dáng mẫu mã.
Để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hàn, có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng
tới chất lƣợng sản phẩm nhƣ :thành phần hoá học của chi tiết hàn, củavật liệu hàn,
phƣơng pháp hàn, vị trí hàn…chúng ta còn phải quan tâm đặc biệt đến Ứng suất và
biến dạng Hànvì nó là nhân tố quyết định đến chất lƣợng sản phẩm
Hàn.Việcnghiêncứutínhtoántrạngtháiứngsuấtvàbiếndạngkhihàncómộtýnghĩahếtsứ
cquantrọng.Biếtđƣợcứngsuấtvàbiếndạngcủakếtcấusaukhihànchophépđánhgiákhản
ănglàmviệccủakếtcấu.Khichếtạovàlắpghépdocóứngsuấtvàbiếndạngnêncónhữngsai

sốnhấtđịnh,nhờviệcnghiêncứuvềchúngmàtacóthểđảmbảođƣợcđộchínhxáccủakết
cấuhàn.Tacầntínhtoánứngsuấtvàbiếndạngsẽxuấthiệndohàngâyrathìmớicóđƣợcquy
trìnhcôngnghệhànphùhợpđểgiảmứngsuấtvàbiếndạng.
Nhân tố ảnh hƣởng tới ứng suất và biến dạng hàn chính là chế độ hàn, với
mỗi chế độ hàn khác nhau sẽ đƣợc một giá trị ứng suất và biến dạng hàn khác
nhau.Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và
biến dạng là rất quan trọng.
Trong các loại liên kết hàn nhƣ: liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn góc,

10


liên kết hàn chồng, liên kết hàn chữ I, thì liên kết Hàn chữ T đƣợc sử dụng rất
nhiều trong việc chế tạo kết cấu đặc biệt là các kết nhà xƣởng, các công trình
giao thông vận tải, đóng tàu…, nơi mà khối lƣợng hàn chiếm tỷ trọng rất lớn.
Chính vì tính cấp thiết của việc nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn tác giả
đã chọn đề tài:
((Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn
chữ T))

2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Xác định chế độ hàn khi hàn liên kết chữ T;
- Xác định ứng suất và biến dạng liên kết chữ T;
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn
chữ T ;
- Đƣa ra đƣợc chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ
T.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là:

- Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết chữ T;
- Tính toán ứng suất và biến dạng liên kết hànchữ T;
- Ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn chữ T ;
- Xác định chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng liên kết hànchữ T.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dựa vào quá trình nghiên cứu ứng suất và biến
dạng hàn liên kết chữ T, thực nghiệm nghiên cứu ứng suất biến dạng khi hàn liên
kết chữ T, từ đó đƣa ra chế độ hàn hợp lý để làm giảm ứng suất và biến dạng khi
hàn liên kết chữ T.

3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Toàn bộ nội dung nghiên cứu đƣợc thể hiện trong các phần sau đây:
- Nghiên cứu tổng quan về liên kết hàn chữ T
- Tính toán và xác định chế độ hàn liên kết chữ T

11


- Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết chữ T
- Thực nghiệm xác định biến dạng khi hàn liên kết chữ T.
- Đƣa ra các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng liên kết hàn chữ T.
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ
có những đóng góp đáng kể cho các doanh nghiệp và nhà sản xuất kết cấu thép.
Ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với quá trình thực nghiệm
tại các cơ sở sản xuất, luận văn đƣa ra đƣợc ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết
chữ T.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào
việc nâng cao chất lƣợng của sản phẩm khi hàn liên kết chữ T tại các doanh nghiệp,
rút ngắn đáng kể về thời gian và các công đoạn trong quá trình sản xuất.
Làm cơ sở cho việc nghiên cứu, tính toán ứng suất và biến dạng hàn cho
các sản phẩm cơ khí khác nhƣ liên kết chữ I, liên kết hộp.

Đạt đƣợc năng suất cao nhất khi sản xuất các liên kết hàn chữ T nhƣng vẫn
đảm bảo chất lƣợng của sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
- Tiến hành thực nghiệm Doanh nghiệp sản xuất cơ khí Tiến Tú, Xƣởng thực hành
trƣờng Cao Đẳng Nghề Dịch Vụ Hàng Không - AIRSERCO.

12


CHƢƠNG I.TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về các liên kết hàn chữ T và ứng dụng của chúng
1.1.1. Tổng quan về các liên kết hàn chữ T
Trong ngành sản xuất cơ khí, các sản phẩm đƣợc sản xuất bằng công nghệ
hàn hoặc liên quan đến hàn chiếm một tỷ trọng rất lớn.Công nghệ hàn đã và đang
đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong ngành sản xuất cơ khí.Tại một số ngành,
có thể nói công nghệ hàn là không thể thiếu vì nó chiếm khối lƣợng rất lớn. Điển
hình là các ngành công nghiệp nhƣ: Đóng tàu, Ôtô, Xây dựng, giao thông v.v...
cácsản phẩm hàn rất đa dạng với nhiều kiểu dáng, kích thƣớc và khối lƣợng khác
nhau, đƣợc liên kết với nhau bởi các dạng liên kết cơ bảnnhƣ sau:

a)

b)

c)

d)

e)

Hình 1-1. Các loại liên kết hàn
a) Liên kết giáp mối, b) liên kết góc, c) liên kết chữ T,
d) liên kết chữ I, e) liên kết chồng.
Trong các dạng liên kết cơ bản trên tác giả nhận thấy liên kết hàn chữ T là
một trong những dạng liên kết rất quan trọng vì chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi và
khả năng chịu lực tốt do đó tác giả chọn liên kết chữ T để nghiên cứu trong đề tài.
-Liên kết hàn chữ T đƣợc cấu tạo từ hai tấm ghép lại với nhau bởi hai mối hàn góc

tùy vào vị trí hàn trong không gian ta có các hình dạng nhƣ hình vẽ sau:

13


Hình 1-2. Các dạng liên kết hàn chữ T
-Ký hiệu tƣ thế mối hàn góc chữ T theo tiêu chuẩn quốc tế
Tiêu chuẩn ISO 6947 cũng nhƣ tiêu chuẩn ASME của Mỹ quy định ký hiệu
tƣ thế hàn.

PAASME 1FPBASME 2FPGASME 3FdPFASME 3FuPDASME 4F

Hình 1-3. Các thế hàn liên kết chữ T trong không gian
PA (1F)hàn sấp; PB (2F) hàn ngang; PG (3Fd) hàn từ trên xuống;
PF (3Fu) hàn đứng từ dƣới lên;
PD (4F) hàn trần;
-Theo tiết diện ngang và tính liên tục của mối hàn theo chiều dài, có các loại mối
hàn góc sau:

+Theo tiết diện ngang

a)

b)

c)

Hình 1-4. Các dạng vát mép mối hàn góc trong liên kết chữ T
a) Mối hàn không vát mép;b) Vát mép từ một phía ;c) Vát mép từ hai phía
+Theo chiều dài, mối hàn góc có thể là hàn liên tục (hình 1-5a), hàn gián đoạn (hình
1-5 b).

14


a)

c)

b)

d)

e)

Hình 1- 5. Các mối hàn góc trong liên kết chữ T
+Theo bƣớc hàn, có phân bố các mối hàn kiểu gián đoạn so le (hình 1-5c), và
gián đoạn song song (hình 1-5 d).
1.1.2. Ứng dụng của liên kết hàn chữ T

Liên kết hàn chữ T là một loại liên kết rất quan trọng đƣợc ứng dụng rộng rãi
trọng các ngành công nghiệp nhƣ: chế tạo máy, xây lắp công trình công nghiệp và
dân dụng, giao thông vận tải, hóa chất…Liên kết hàn chữ T có độ bền cao, đặc biệt
đối với các kết cấu chịu tải trọng tĩnh.
-Một số hìnhảnh minh hoạ của liên kết hàn chữ T.

Hình 1-6. Hình minh hoạứng dụng hànvách ngăn khoang Tàu
-Các liên kết hàn chữ I đƣợc bắt đầu từ liên kết hàn chữ T khi đƣợc hàn thêm bản
cánh.

15


Hình 1-7. Hình ảnh chế tạo dầm hàn chữ I được bắt đầu từ liên kết hàn chữ T hàn
đồng thời hai phía

Hình 1-8. Ứng dụng liên kết hàn chữ T, hàn gân tăng cứng cột nhà công nghiệp

1.2.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng
suất và biến dạng liên kết hàn chữ T
1.2.1.Tính kinh tế
Trong quá trình chế tạo liên kết hàn chữ T, ứng suất và biến dạng hàn có vai trò
quyết định khả năng làm việc của kết cấu.

16


Những nhân tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng của quá trình sản xuất nhƣ nguồn hàn,
đồ gá hàn,….. chúng ta có thể khắc phục đƣợc một cách triệt để còn riêng ứng suất
và biến dạng trong quá trình hàn rất khó khống chế đƣợc triệt để.

Vì vậy muốn đạt đƣợc năng suất và hiệu quả sản xuất cao ta phải hạn chế tốt
đƣợc ứng suất và biến dạng hàn.
Từ đó ta thấy đƣợc giá trị của việc tính toán ứng suất và biến dạng hàn để
tìm ra biện pháp khắc phục chúng. Làm tăng khả năng làm việc của kết cấu và hạ
giá thành của sản phẩm.
1.2.2. Tính công nghệ

Các chi tiết đƣợc sản xuất bằng công nghệ hàn là một phƣơng pháp gia
công có độ biến dạng rất lớn và ứng suất tồn tại bên trong kết cấu có thể làm phá
hủy chi tiết trong quá trình làm việc.Vì vậy trong và sau khi gia công, các chi tiết
hoặc kết cấu thƣờng bị thay đổi về hình dáng cũng nhƣ kích thƣớc.Vấn đề này sẽ
đƣợc giải quyết khi ta tính toán ứng suất và biến dạng hàn để từ đó đƣa ra biện pháp
khắc phục.
Ví dụ: Khi hàn các chi tiết thƣờng bị co mộtđoạn Δl, nếu không tính toán độ
biến dạngđó thì khi lắp ráp các chi tiết sẽ bị hụt mộtđoạn Δl do đó không thể lắp ráp
đƣợc. Nhờ tính đƣợc độ biến dạng trƣớc khi hàn ta sẽ bù thêm phần chiều dài Δl
giúp cho việc lắp ráp chính xác hơn.
Bên cạnh đó, trong thực tế sản xuất, có nhiều dạng chi tiết hay kết cấu có
những đƣờng hàn phức tạp, có biên dạng đặc biệt nếu không tính toánứng suất và
biến dạng tì chúng ta sẽ không biết nên hàn đƣờng nào trƣớc, đƣờng nào sau để làm
giảm đƣợcứng suất và biến dạng.
Ví dụ: trong kết cấu hàn có đƣờng hàn góc, đƣờng hàn giáp mối thìƣu tiên
hàn mối hàn giáp mốitrƣớc , mối hàn góc sau. Vì mối hàn giáp mối có độ co ngang
lớn.
Sử dụng đồ gá hàn đểđƣa chi tiết về vị trí thuận lợi để hàn khi đó vừa giảm
đƣợcứng suất, vừa giảm đƣợc biến dạng hàn ví dụ: Khi hàn Tự Động dƣới lớp thuốc
ngƣời ta luôn đƣa chi tiết về vị trí hàn bằng.

17

Nhƣ vậy, đểđảm bảo tính kinh tế và tính công nghệ khi hàn lien kết chữ T thì
chúng ta phải nghiên cứuảnh hƣởng của chế độ hàn đếnứng suất và biến dạng trong
liên kết hàn chữ T

Kết luận chƣơng I
Trong chƣơng 1, tác giả đã hoàn thành đƣợc các nội dung sau:
- Tổng quan về các liên kết hàn chữ T và ứng dụng của chúng.
-Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến
dạng liên kết hàn chữ T
Từ những phân tích đó tác giả đi đến kết luận về tính cấp thiết của công việc
nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết
chữ T là phù hợp với khuôn khổ luận văn của mình.

18


CHƢƠNG 2. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN
2.1. Phân tích lựa chọn phƣơng pháp hàn
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật các phƣơng
pháp hàn ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi, ứng với mỗi loại vật liệu khác nhau, có
tính hàn khác nhau.Tính chất của liên kết, vị trí hàn mà ngƣời ta lựa chọn phƣơng
pháp hàn cho phù hợp.
Trong phần đề tài này, tác giả sử dụng vật liệu hàn là thép CT3 đây là loại
thép đƣợc sử dụng rộng rãi và có tính hàn tốt có thể áp dụng đƣợc nhiều phƣơng
pháp hàn khác nhau nhƣ: hàn điện hồ quang tay, hàn khí, hàn tự động dƣới lớp
thuốc, hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ v.v..mỗi phƣơng pháp hàn đều có nhữngƣu
nhƣợcđiểm riêng nhƣ:
2.1.1.Phương pháp hàn hồ quang tay
Ưu điểm:

- Hàn đƣợc ở mọi tƣ thế không gian khác nhau.
- Không yêu cầu khắt khe về gá lắp kết cấu.
Nhƣợcđiểm:
- Năng suất thấp do cƣờng độ dòng điện hàn bị hạn chế.
- Hình dạng, kích thƣớc và thành phần hóa học của mối hàn không đồng đều do tốc
độ hàn bị dao động, làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn bị thay đổi.
- Chiều rộng vùng ảnh hƣởng nhiệt tƣơng đối lớn do tốc độ hàn nhỏ.
- Điều kiện làm việc của ngƣời thợ hàn độc hại do bức xạ, hơi, khí độc.
- Chất lƣợng mối hàn phụ thuộc vàotay nghề ngƣời thợ.
2.1.2.Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc
Ƣu điểm:
- Không phát sinh khói; hồ quang kín, do đó làm giảm thiểu nhu cầu đối với trang
phục bảo hộ của thợ hàn. Không đòi hỏi kỹ năng cao của thợ hàn; điều kiện lao
động thuận lợi.

19


- Chất lƣợng kim loại mối hàn cao. Bề mặt mối hàn trơn và đều, không có bắn tóe
kim loại. Chất lƣơng mối hàn cao hơn so với hàn hồ quang tay do hình dạng và bề
mặt mối hàn tốt. Tiết kiệm kim loại do sở dụng dây hàn liên tục.
- Tốc độ đắp và tốc độ hàn cao. Có năng suất cao hơn từ 5÷10 lần so với hàn hồ
quang tay (dòng điện hàn và tốc độ hàn cao hơn, hệ số đắp lớn). Vùng ảnh hƣởng
nhiệt nhỏ, ít biến dạng sau khi hàn, dễ tự động hóa.
Nhƣợc điểm:
- Đòi hỏi kim loại cơ bản và vật liệu hàn phải sạch hơn so với hàn hồ quang tay.
Chuẩn bị trƣớc khi hàn công phu hơn.
- Không thể quan sát trực tiếp vũng hàn. Chỉ hàn đƣợc ở tƣ thế hàn sấp, với các
đƣờng hàn có hình dạng tƣng đối đơn giản (thẳng, tròn quay).
- Áp dụng cho các chi tiết có chiều dày lơn.

- Thiết bị hàn có giá thành cao.
2.1.3.Phương pháp hàn khí (hàn hơi)
-Chỉ hàn các chi tiết mỏng
-Vùngảnh hƣởng nhiệt lớn, biến dạng nhiều.
-Năng suất hàn thấp
-Ít đƣợc sử dụng.
2.1.4.Phương pháp hàn TIG
-Chủ yếu hàn thép không gỉ.
- Hàn lớp lót.
-Hay dùng hàn ống.
-Năng suất hàn thấp.
* Từ những phân tích cácƣu, nhƣợcđiểm của các phƣơng pháp hànở trên.
Ứng với liên kết hàn chữ T là thép CT38, có chiều dày là 5 mm, chiều dài đƣờng
hàn là 300 mm. Tác giả lựa chọn phƣơng pháp hàn hồ quang bằngđiện cực nóng
chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ (hàn MAG/MIG). Hàn MAG và hàn MIG chỉ
khác nhau ở khâu sử dụng khí bảo vệ và phạm vi ápdụng . Hàn MAG sử dụng khí
CO2, Hàn MIG sử dụng khí trơ (Ar, He) do khí trơ có giá thành đắt nên ngƣời ta

20


sửdụng hànkim loại màu và thép hợp kim. Đối với thép các bon ngƣời ta sử dụng
phƣơng pháp hàn MAGVìđây là phƣơng pháp hàn đƣợcáp dụng rộng rãi, chất lƣợng
mối hàn cao, có thể hàn đƣợc mội vị trí trong không gian.

2.2.Nguyên lý đặc điểm và ứng dụng của hàn MAG/MIG
2.2.1. Nguyên lý quá trình hàn
*Khi hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy, hồ quang giữa đầu
điện cực (dƣới dạng dây hàn ) và vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn.
Dây hàn đƣợc cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc

độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình của hồ quang không đổi).
Phần điện cực đƣợc nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo một trong các loại cơ
chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện hàn,
đƣờng kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn điện hàn, và loại khí bảo vệ.

Hình2-1.Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường
khí bảo vệ
Vì thiết bị hàn có khả năng tự độngđiều chỉnh các đặc trƣng của hồ quang (chiều dài
hồ quang và cƣờng độ dòngđiện hàn) và tốc độ chảy củađiện cực, với phƣơng pháp
hàn bán tự động ngƣời thợ hàn chỉ làm thao tác bằng tay việc đặt vị trí, hƣớng và
tốc độ dịch chuyển của sung hàn.

21


Nếu tất cả chuyển động cơ bản đƣợc cơ khí hoá thí đƣợc gọi là hàn hồ quang tự
động trong môi trƣờng khí bảo vệ.
Hàn hồ quang bằng khí bảo vệ trong môi trƣờng khí trơ (Ar, He) tiếng Anh gọi là
phƣơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên
không đƣợc ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim.
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí hoạt tính (thƣờng
dùng là khí CO2 hoặc hỗn hợp khí CO2 với một số loại khí khác nhƣ O2, Ar . . .)
tiếng Anh gọi là phƣơng pháp hàn MAG ( Metal Active Gas).
2.2.2.Đặc điểm của quá trình hàn
Khí bảo vệ có thể là khí trơ ( Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với
kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính ( CO2 ; CO2 + O2 ; CO2+
Ar, …) có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không khí ra khỏi vũng hàn để hạn chế tác
dụng xấu của nó.
Ƣu điểm của quá trình hàn:
- Mật độ dòng điện hàn cao, bảo đảm vùng ảnh hƣởng nhiệt hẹp.

- Có thể điều chỉnh thành phần hóa học của mối hàn thông qua thay đổi thành phần
hóa học của dây hàn và khí bảo vệ.
- Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao.
- Năng suất hàn cao.
2.2.3. Phạm vi ứng dụng
Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo
vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không chỉ hàn những loại thép kết cấu thông
thƣờng, mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng,
các loại thép hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim
có ái lực hoá học mạnh với oxi.
Phƣơng pháp hàn này có thể sử dụng đƣợc ở mọi vị trí trong không gian. Chiều dày
vật liệu từ 0,4 ÷ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép, từ 1,6 ÷ 10
mm hàn một có vát mép, còn từ 3,2 ÷ 25 mm thì hàn nhiều lớp.

22


2.3. Vật liệu và thiết bị hàn MAG/MIG
2.3.1. Dây hàn (điện cực nóng chảy)
Khi hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng nhƣ
các tính chất yêu cầu của mối hàn đƣợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do
vậy, những đặc tính của qúa trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng
và chất lƣợng dây hàn. Khi hàn MAG, đƣờng kính dây hàn từ 0,8 ÷ 2,4 mm.
Sự ổn định của qúa trình hàn cũng nhƣ chất lƣợng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều
vào tình trạng bề mặt dây hàn.Cần chú ý đến phƣơng pháp bảo quản, cất giữ và biện
pháp làm sạch dây hàn nếu dây bị gỉ hoặc bẩn.Một trong những cách để giải quyết
là sử dụng dây có bọc lớp mạ đồng.Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lƣợng bề mặt và
khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của qúa trình hàn.
Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dùng cho dây hàn thép C nhƣ sau:
ER 70 S- X

trong đó, ER: ký hiệu điện cực hàn hoặc que hàn phụ.
70: độ bền kéo nhỏ nhất (ksi).
S: dây hàn đặc.
X: thành phần hoá học và khí bảo vệ.

23


Bảng một số loại dây hàn thép cácbon thông dụng
Điều kiện hàn

Ký hiệu
theo

Cực

AWS

tính

Khí bảo
vệ

Cơ tính
Độ bền kéo của

Giới hạn chảy

liên kết

của mối hàn

(min-psi)

(min-psi)

Độ dãn dài
% (min)

E70S-2

DCEP

CO2

72000

60000

22

E70S-3

DCEP

CO2

72000

60000

22

E70S-4

DCEP

CO2

72000

60000

22

E70S-5

DCEP

CO2

72000

60000

22

E70S-6

DCEP

CO2

72000

60000

22

E70S-7

DCEP

CO2

72000

60000

22

DCEP là dây hàn nối với cực dƣơng của nguồn điện (đấu nghịch)
Thành phần hóa học (%)

Ký hiệu theo
AWS

c

E70S-2

0,6

Mn

Si

Các nguyên tố khác

0,40÷0,70

Ti: 0,05÷0,15; Zi: 0,02
÷0,12;
Al: 0,05÷ 0,15

E70S-3

0,06÷0,15

0,90÷1,40

0,45÷0,70

E70S-4

0,07÷0,15

0,65÷0,85

E70S-5

0,07÷0,19

0,30÷0,60

E70S-6

0,07÷0,15

1,40÷1,85

0,80÷1,15

E70S-7

0,07÷0,15

1,50÷2,00

0,50÷80

Al: 0,50 ÷ 0,90

2.3.2. Khí bảo vệ
Khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí xung quanh tiếp xúc với vùng
hàn và tác động đến: các đặc trƣng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại điện

24

cực vào vũng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu hƣớng cháy
lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt.
Khí Ar tinh khiết (~ 100%) thƣờng dùng để hàn các vật liệu kim loại màu. Khí He
tinh khiết (~ 100%) thƣờng đƣợc dùng để hàn các liên kết có kích thƣớc lớn, các vật
liệu có tính giãn nở nhiệt cao nhƣ Al, Mg. Cu... Argon là khí trơ thƣờng chứa trong
bình thép với áp suất 150 at, dung tích 40 lít. argon không cháy, không nổ và khi
làm việc phải đƣợc giảm áp suất từ 150 đến 0,5at và duy trì không đổi nhờ van giảm
áp tự điều chỉnh.
Khí CO2 dùng để hàn phải có độ sạch đến trên 99,5%, áp suất trong bình khoảng
(50 - 60) at. Đây là khí hoạt tính khi ở nhiệt độ cao nó phân ly ra CO và ôxy nguyên
tử, cho nên CO2 có tác dụng bảo vệ tốt vì CO ít hoà tan trong kim loại lỏng và có
tác dụng khử ôxy. CO2 đƣợc dùng rộng rãi để hàn thép C trung bình do giá thành
thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và độ
ngấu sâu.
Nhƣợc điểm của hàn trong khí bào vệ CO2 là gây bắn toé kim loại lỏng.
Một số loại khí bảo vệ tƣơng ứng với kim loại cơ bản
Khí bảo vệ

Đặc tính

Ar

Khí trơ

He

Khí trơ

Ar + 20  80% He

Khí trơ

Hợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt
lớn và ít rỗ khí
Hợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt
lớn và ít rỗ khí(tốt hơn 100% He)
Công suất nhiệt lớn, cho Cu(tốt hơn

Ar + 25  30% N2

Ar + 3  5% O2

Mọi kim loại, trừ thép

Công suất nhiệt lớn, cho Cu

N2

Ar + 1  2% O2

Các ứng dụng tiêu biểu

100% N2)
Oxi hóa

Thép hợp kim, một số hợp kim Cu đã

nhẹ

khử Oxi

Oxi hóa

Thép cacbon và một số thép hợp kim
thấp

25