Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc mối hàn góc ngang bằng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.34 MB, 106 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
VŨ THANH QUYNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ
HÌNH THÀNH MỐI HÀN KHI HÀN TỰ ĐỘNG DƢỚI LỚP
THUỐC MỐI HÀN GÓC NGANG BẰNG THUỐC HÀN THIÊU
KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HÀ NỘI - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
VŨ THANH QUYNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ
HÌNH THÀNH MỐI HÀN KHI HÀN TỰ ĐỘNG DƢỚI LỚP
THUỐC MỐI HÀN GÓC NGANG BẰNG THUỐC HÀN THIÊU
KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. VŨ HUY LÂN
HÀ NỘI - 2015
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Vũ Thanh Quynh, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn - Khoá 2013B,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc
mối hàn góc ngang bằng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình”.
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Vũ Huy Lân. Ngoài các kiến thức c bản,
thông s , bảng bi u, tài liệu tham khảo đã được liệt kê
được ph p s d ng trong
nghiên cứu, học tập thì các s liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa
được ai công b trong bất cứ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2015
Học viên
Vũ Thanh Quynh
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết n sâu sắc tới TS. Vũ Huy Lân - Giảng
viên bộ môn Công nghệ hàn - Viện c khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong su t quá trình thực hiện đề tài này.
Tôi xin bày tỏ lời cảm n chân thành tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau
đại học, Viện C khí, thư viện Tạ Quang B u cùng các giảng viên trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã hướng dẫn tôi trong khóa học và hoàn thành đề tài này.
Cu i cùng, tôi xin g i tới toàn th bạn bè và đồng nghiệp lời biết n chân
thành về những tình cảm t t đẹp cùng sự giúp đỡ quý báu mà mọi người đã dành
cho tôi trong su t thời gian làm việc, học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài này.
Tác giả
Vũ Thanh Quynh
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AC
Alternating Curent
AWS
American Welding Society
ASTM
American Society for Testing of Materials
ASME
American Society of Machine Engineers
DC
Direct Current
DCEN, DC -
Direct Current Electrode Negative
DCEP, DC +
Direct Current Electrode Positive
DT
Destructive Testing
EN
European Standards
HAZ
Heat affected zone
IIW
International Institute Welding
ISO
International Standard Organization
JIS
Japanese Industrial Standards
KLCB
Kim loại c bản
NDT
Nondestructive Testing
PWHT
Post Weld Heat Treatment
SAW
Submerged Arc Welding
SMAW
Shielded Metal Arc Welding
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
VAHN
Vùng ảnh hưởng nhiệt
WPQR
Welding Procedure Qualiffication Recode
ak
Độ dai va đập
σch
Giới hạn chảy
σk
Độ bền k o
δ
Độ dãn dài tư ng đ i
Ψmh
Hệ s hình dạng m i hàn
Ψn
Hệ s ngấu m i hàn
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÀN TỰ ĐỘNG DƢỚI LỚP
THUỐC ......................................................................................................................5
1.1. Sơ lƣợc về quá trình hàn hồ quang tự động dƣới lớp thuốc........................5
. . . Sơ đ nguyên l hàn tự động dưới lớp thuốc ............................................5
. .2. Đặc điểm của quá trình hàn h quang dưới lớp thuốc và ứng dụng .......6
1.2. Thiết bị hàn hồ quang tự động dƣới lớp thuốc .............................................8
.2. . Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc ..........................................................8
.2.2. Trang thiết bị phụ trợ................................................................................11
.2.3. Sự hình thành mối hàn và các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng mối
hàn ............................................................................................................................11
1.3. Vật liệu hàn tự động dƣới lớp thuốc ............................................................25
1.3.1. Dây hàn .....................................................................................................25
.3.2. Thuốc hàn .................................................................................................29
1.4. Xác định nội dung nghiên cứu khi hàn tự động dƣới lớp thuốc hàn thiêu
kết hệ bazơ trung bình ............................................................................................33
.4. . Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................33
.4.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................33
.4.3. Sơ đ nghiên cứu của đề tài .....................................................................33
1.4.4. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................34
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ........................................................................................35
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ
THỰC NGHIỆM .....................................................................................................36
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2.1. Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm vào phƣơng pháp nghiên cứu ............36
2.1.1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu ...........................................................36
2. .2. Chọn các mức giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ....................38
2. .3. Kế hoạch thực nghiệm bậc 2 hai mức tối ưu ..........................................41
2. .4. Xây dựng phương trình h i quy ...............................................................43
2. .5. Kiểm tra sự tương thích của phương trình h i quy ................................45
2.2. Các bƣớc xác định các thông số chế độ hàn hợp lý ....................................47
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ........................................................................................48
CHƢƠNG 3: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG
CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN GÓC NGANG .......49
3.1. Tính toán sơ bộ các thông số chế độ ............................................................49
3. . . Các bước tính toán sơ bộ các thông số chế độ hàn .................................49
3. .2. Lựa chọn các thông số cố định ................................................................49
3.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm ..................................................................50
3.2. . Vật liệu mẫu hàn .......................................................................................50
3.2.2. Xác định các yếu tố ảnh hưởng................................................................50
3.2.3. Xác định số lượng mẫu thí nghiệm ..........................................................51
3.2.4. Chuẩn bị phôi ............................................................................................51
3.2.5. Thiết bị, dây hàn, thuốc hàn và thiết bị đo mối hàn. ...............................52
3.3. Kết quả thực nghiệm .....................................................................................59
3.3. . Mẫu thử nghiệm........................................................................................59
3.2.2. Các số liệu thí nghiệm ..............................................................................64
3.3.3. Phần mềm lập trình ..................................................................................65
CHƢƠNG 4: XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ
HÀN TỐI ƢU...........................................................................................................66
4.1. Xử lý số liệu thực nghiệm..............................................................................66
4. . . Phương pháp ác định các hệ số phương trình h i quy .........................66
4.1.2. Kết quả xây dựng các phương trình h i quy ...........................................66
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
4.2. Bi u di n ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn đến các hàm mục tiêu
...................................................................................................................................71
4.2. . Biểu di n các đường đặc trưng ................................................................71
4.2.1.1. Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào chế độ hàn ......................72
4.2.1.2. Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào chế độ hàn. ...............74
4.2.1.3. Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào chế độ hàn. ..............76
4.2.1.4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đối với cạnh trên (k2) của mối hàn ........78
4.2.1.5. Ảnh hưởng của chế độ hàn đối với cạnh dưới (k1) của mối hàn .......80
4.2.1.6. Sự phụ thuộc của lượng thuốc hàn nóng chảy vào chế độ hàn. ........82
4.2.2. Kết luận .....................................................................................................84
4.3. Xác định các thông số chế độ hàn tối ƣu .....................................................85
4.3.1. Giải bài toán tối ưu ác định các thông số chế độ hàn hợp l ...............85
4.3.2. Xây dựng bản hướng dẫn sử dụng thuốc hàn thiêu kết F7A(P)4-BK ..89
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ........................................................................................91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................92
1. Kết luận .............................................................................................................92
2. Kiến nghị ...........................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................94
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Chấp nhận khuyết tật hàn khi ki m tra VT ...............................................22
Bảng 1.2. Yêu cầu về c tính kim loại m i hàn theo AWS A5.17 - 80 ....................27
Bảng 1.3. Công th độ dai va đập của kim loại m i hàn ..........................................27
Bảng 1.4. Thành phần hoá học và một s thông s chủ yếu của dây hàn tự động
dưới lớp thu c theo AWS A5.17 – 80.......................................................................27
Bảng 2.1. Giá tr và khoảng biến thiên của các yếu t đầu vào ................................41
Bảng 2.2. Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao (với biến mã hóa) .....................42
Bảng 3.1. Thành phần hoá học của th p hàn SM400B, (%): ....................................50
Bảng 3.2. Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%): ......................................54
Bảng 3.3. Các chỉ tiêu c tính dây hàn EM12K: ......................................................54
Bảng 3.4. Thành phần xỉ hàn của thu c hàn (%): .....................................................55
Bảng 3.5. Giá tr và khoảng biến thiên của các yếu t ..............................................57
Bảng 3.6. Kế hoạch thực nghiệm thực trực giao bậc 2 .............................................58
Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm....................................................................................64
Bảng 4.1. Các giá tr giới hạn của các thông s chế độ hàn......................................86
Bảng 4.2. Các giá tr giới hạn của các hàm m c tiêu ................................................86
Bảng 4.3. Khoảng giá tr của các thông s chế độ hàn hợp lý (với log(D) khá cao)
cho dây hàn d = 4,0mm .............................................................................................87
Bảng 4.4. Giá tr các thông s chế độ hàn t i ưu ......................................................87
Bảng 4.5. Khoảng giá tr của các thông s chế độ hàn hợp lý cho dây hàn d=4,0 mm
...................................................................................................................................89
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. S đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thu c ..............................5
Hình 1.2. S đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thu c..............................................6
Hình 1.3. Một s hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thu c .................9
Hình 1.4. Hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thu c làm thực nghiệm .9
Hình 1.5. Các khả năng chuy n động của đầu hàn .....................................................9
Hình 1.6. S đồ nguyên lý xe hàn vạn năng .............................................................10
Hình 1.7. Hướng kết tinh của các tinh th m i hàn ..................................................12
Hình 1.8. Các đường đẳng nhiệt trên bề mặt m i hàn ..............................................12
Hình 1.9. Bề mặt m i hàn khi t c độ hàn cao ...........................................................12
Hình 1.10. Các kích thước đặc trưng của m i hàn giáp m i ....................................13
Hình 1.11. Các kích thước đặc trưng của m i hàn góc .............................................14
Hình 1.12. Sự thay đổi hình dạng m i hàn theo cường độ dòng điện hàn ................15
Hình 1.13. Sự thay đổi hình dạng m i hàn và mức tiêu th thu c hàn theo điện áp
hàn .............................................................................................................................16
Hình 1.14. Sự thay đổi hình dạng m i hàn theo điện áp hàn ....................................16
Hình 1.15. Sự thay đổi hình dạng m i hàn theo tiết diện điện cực ...........................17
Hình 1.16. Ảnh hưởng của t c độ hàn lên sự phân b lực trong hồ quang...............18
Hình 1.17. Ảnh hưởng của t c độ hàn lên sự phân b lực trong hồ quang...............18
Hình 1.18. Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực khi hàn m i hàn góc ...................19
Hình 1.19. Ảnh hưởng của tư thế vật hàn khi hàn m i hàn góc ...............................20
Hình 1.20 . Một s dạng khuyết tật phổ biến đ i với m i hàn góc ...........................20
Hình 1.21. Yêu cầu chiều sâu ngấu và chiều dày vật hàn đ i với m i hàn góc........21
Hình 1.22. Yêu cầu chiều rộng m i hàn và chiều sâu ngấu đ i với m i hàn góc ....21
Hình 1.23. Yêu cầu chiều cao lồi và chiều rộng hàn đ i với m i hàn góc ...............22
Hình 1.24. S đồ kí hiệu thu c hàn - dây hàn AWS A5.17 - 80. ..............................26
Hình 1.25. S đồ nghiên cứu của đề tài ....................................................................34
Hình 2.1. Các kích thước m i hàn góc ......................................................................37
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hình 3.1. Vật liệu mẫu hàn .......................................................................................50
Hình 3.2. Phôi hàn được gá đính dạng chữ T ...........................................................51
Hình 3.3. Một s hình ảnh chuẩn b trước khi tiến hành hàn ....................................52
Hình 3.4. Máy hàn tự động Dosun MZ1000 .............................................................53
Hình 3.5. Thước đo m i hàn đa năng ........................................................................55
Hình 3.6. Cách đo các thông s m i hàn ..................................................................56
Hình 3.7. Cân điện t ................................................................................................56
Hình 3.8. Gá lắp mẫu hàn và hàn th nghiệm ...........................................................59
Hình 3.9. Mẫu hàn thí nghiệm ..................................................................................60
Hình 3.10. Mẫu hàn cắt đ chuẩn b tẩm thực và đo kích thước m i hàn ................61
Hình 3.11. Một s mẫu hàn tẩm thực ........................................................................62
Hình 3.12. Một s mẫu xỉ hàn ...................................................................................63
Hình 4.1. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào cường độ dòng điện hàn ........72
Hình 4.2. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào điện áp hàn.............................72
Hình 4.3. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào vận t c hàn.............................72
Hình 4.4. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào I và U .....................................73
Hình 4.5. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào I và Vh ....................................73
Hình 4.6. Sự ph thuộc của chiều rộng m i hàn vào U và Vh ..................................73
Hình 4.7. Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào cường độ dòng điện hàn ...74
Hình 4.8. Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào điện áp hàn........................74
Hình 4.9. Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào vận t c hàn........................74
Hình 4.10 . Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào I và U .............................75
Hình 4.11. Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào I và Vh .............................75
Hình 4.12. Sự ph thuộc của chiều cao đắp m i hàn vào U và Vh ...........................75
Hình 4.13. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào cường độ dòng điện hàn76
Hình 4.14. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào điện áp hàn ....................76
Hình 4.15. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào vận t c hàn ....................76
Hình 4.16. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào I và U ............................77
Hình 4.17. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào I và Vh ...........................77
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hình 4.18. Sự ph thuộc của chiều sâu ngấu m i hàn vào U và Vh .........................77
Hình 4.19. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào cường độ dòng điện hàn ........78
Hình 4.20. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào điện áp hàn .............................78
Hình 4.21. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào vận t c hàn .............................78
Hình 4.22. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào Ih và U ....................................79
Hình 4.23. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào Ih và Vh...................................79
Hình 4.24. Sự ph thuộc của cạnh trên m i hàn vào U và Vh ..................................79
Hình 4.25. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào cường độ dòng điện hàn .......80
Hình 4.26. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào điện áp hàn ............................80
Hình 4.27. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào vận t c hàn ............................80
Hình 4.28. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào Ih và U ...................................81
Hình 4.29. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào Ih và Vh .................................81
Hình 4.30. Sự ph thuộc của cạnh dưới m i hàn vào U và Vh .................................81
Hình 4.31. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào cường độ dòng điện hàn 82
Hình 4.32. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào điện áp hàn .....................82
Hình 4.33. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào vận t c hàn .....................82
Hình 4.34. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào I và U hàn ......................83
Hình 4.35. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào I và Vh hàn .....................83
Hình 4.36. Sự ph thuộc của lượng thu c nóng chảy vào U và Vh hàn ...................83
Hình 4.37. M i hàn thực hiện bằng các giá tr thông s chế độ hàn t i ưu tìm được
...................................................................................................................................88
Hình 4.38. Hình dạng m i hàn thực hiện bằng các giá tr thông s chế độ hàn t i ưu
tìm được ....................................................................................................................88
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Lịch sử nghiên cứu
Năm 1929, người ta đã tìm ra phư ng pháp hàn tự động dưới lớp thu c trong
điều kiện thí nghiệm với thu c hàn s d ng là hỗn hợp của than gỗ, tinh bột, mùn
cưa và bồ hóng. Hàn tự động ra đời đã tăng được công suất hồ quang, bảo vệ được
vùng hàn t t, do vậy nâng cao được chất lượng m i hàn và tăng năng suất của quá
trình hàn, đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc cho người thợ hàn. Nhờ vậy
mà hàn tự động phát tri n một cách nhanh chóng cả về công nghệ và thiết b . Giải
quyết khó khăn của việc lắp gh p các phân đoạn, kết cấu lại với nhau cũng là một
vấn đề quan trọng mà chúng ta đã c gắng tìm cách sao cho công nghệ lắp gh p là
hiện đại, chính xác và hiệu quả nhất đ trong quá trình s d ng an toàn cho con
người.
Trải qua một thời gian dài ki m chứng trong thực tế thì công nghệ hàn dần
như đã khẳng đ nh được v trí quan trọng của mình trong ngành công nghiệp. Tuy
không phủ nhận hoàn toàn sự cần thiết của các phư ng pháp lắp gh p khác nhưng
có th khẳng đ nh công nghệ hàn đã và đang được s d ng rộng rãi trong tất cả các
nhà máy trên toàn thế giới cũng như ở đất nước ta hiện nay. Tính hiệu quả và tính
kinh tế của hầu hết các c sở công nghiệp (từ các nhà máy điện, chế tạo máy móc,
khai thác và lọc dầu, kết cấu xây dựng, hóa chất, dược phẩm, phân bón, đóng tàu)
đều liên quan chặt chẽ đến sự ứng d ng hợp lý các công nghệ hàn.
2. Lý do chọn đề tài
Trong quá trình xây dựng đất nước theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa
ở nước ta ngành hàn đang phát tri n rất mạnh mẽ với sự ra đời của nhiều phư ng
pháp hàn mới, các thiết b hàn ngày càng hiện đại nhằm giảm bớt sức lao động và
mang đến những sản phẩm mới với chất lượng ngày càng cao. Một trong những
công nghệ Hàn mới ở Việt Nam đó là công nghệ hàn tự động dưới lớp thu c.
Phư ng pháp này có rất nhiều ưu đi m và đặc biệt phù hợp với sản xuất lớn nhất là
khi hàn các m i hàn góc ngang trong kiến trúc xây dựng, cầu, đường cao t c, sàn
khoan dầu mỏ, v.v
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
1
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trong quá trình hàn góc ngang sự hình thành m i hàn khi hàn tự động dưới
lớp thu c ph thuộc nhiều vào vật liệu hàn và chế độ hàn, tuy nhiên vấn đề nghiên
cứu về ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành m i hàn góc ngang còn chưa
được chú ý đúng mức.
Do vậy, đề tài sẽ đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn khi hàn tự
động dưới lớp thu c đến sự hình thành m i hàn góc ngang, trên c sở đó cho phép
lựa chọn được chế độ hàn t i ưu đ hàn các m i hàn góc ngang khi hàn kết cấu
th p, vỏ tàu thuỷ,
giúp nâng cao chất lượng và năng suất hàn.
Được sự hướng dẫn của TS. Vũ Huy Lân tôi đã chọn đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự
động dưới lớp thuốc mối hàn góc ngang bằng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ
trung bình”.
3. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
a) Mục đích nghiên cứu.
- M c đích nghiên cứu là: Xác đ nh được ảnh hưởng của các thông s chế độ
hàn đ i với m i hàn góc ngang khi hàn tự động dưới lớp thu c thiêu kết hệ baz
trung bình.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và học tập
b) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đ i tượng nghiên cứu của đề tài là:
- Các chế độ hàn góc ngang (2F) khi hàn tự động dưới lớp thu c.
- Vật liệu c bản là thép cacbon thấp có mác SM400B - th p kết cấu hàn theo
JIS. G3106 -1998, chiều dầy vật hàn S = 15mm.
- Thu c hàn thiêu kết hệ baz trung bình (F7A (P)4-BK).
- Dây hàn 4 mác EM12K theo AWS A5.17 – 80.
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
2
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
4. Nội dung của đề tài
Bao gồm các chƣơng:
Chương : Tổng quan về quá trình hàn tự động dưới lớp thu c.
Chương 2: C sở lý thuyết phư ng pháp nghiên cứu và thực nghiệm.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình
thành m i hàn góc ngang.
Chương 4: X lý s liệu thực nghiệm và xác đ nh chế độ hàn t i ưu.
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực ti n của luận văn sau khi hoàn thành sẽ
có những đóng góp đáng k cho việc xây dựng các chế độ hàn phù hợp theo yêu cầu
thực tế cho m i hàn góc ngang khi hàn tự động dưới lớp thu c.
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho
c sở lý thuyết về nghiên cứu các ảnh hưởng của chế độ hàn tự động dưới lớp
thu c m i đ i với m i hàn góc ngang, lựa chọn chế độ hàn phù hợp cho vật liệu
th p cacbon thấp, ứng d ng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu
quả.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là c sở đ cải tiến chất
lượng sản phẩm chi tiết gia công ph c v cho thực ti n sản xuất, đặc biệt các kết
cấu th p dạng tấm, vỏ kích thước lớn, các dầm th p có khẩu độ và chiều cao, dầm
cầu vượt, kết cấu dầm cầu tr c, hộp, góc chữ I, trong công nghiệp đóng tàu v.v.
Chủ yếu được ứng d ng đ hàn các m i hàn ở v trí hàn bằng, hàn góc ngang
với các m i hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phư ng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm:
- Nghiên cứu c sở lý thuyết.
- Tiến hành thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
Sau một thời gian nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm được sự hướng dẫn
nhiệt tình của TS. Vũ Huy Lân đến nay luận văn của tôi đã được hoàn thành. Mặc
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
3
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
dù đã rất c gắng nhưng do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế, thời gian tìm hi u
thực tế không nhiều nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận
được sự góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2015
Tác giả
Vũ Thanh Quynh
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
4
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÀN TỰ ĐỘNG
DƢỚI LỚP THUỐC
1.1. Sơ lƣợc về quá trình hàn hồ quang tự động dƣới lớp thuốc
. . . Sơ đ nguyên l hàn tự động dưới lớp thuốc
Hàn hồ quang tự động là phư ng pháp hàn hồ quang mà các thao tác hàn
được thực hiện tự động (nếu chỉ có một s thao tác được thực hiện được gọi là hàn
hồ quang bán tự động).
Hàn hồ quang tự động dưới lớp thu c bảo vệ là phư ng pháp hàn hồ quang
chìm, quá trình hàn nóng chảy do hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn dưới một
lớp thu c bảo vệ.
Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thu c là quá trình hàn điện nóng chảy,
nguồn nhiệt do hồ quang điện sinh ra giữa điện cực hàn (dây hàn, băng hàn) và vật
hàn (gọi theo tiếng Anh là SAW (Submerged Arc Welding). Nhiệt lượng sinh ra do
hồ quang điện làm nóng chảy kim loại điện cực và kim loại c bản và thu c hàn, tạo
thành vòm vỉ bảo vệ vùng hồ quang và vũng hàn khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng có
hại của môi trường khí quy n xung quanh (nên còn gọi là phư ng pháp hàn hồ
quang ngầm).
Nguyên lý của quá trình hàn dưới lớp thu c được trình bày trên hình 1.1.
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
5
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Nguồn nhiệt của hồ quang hàn làm m p hàn, dây hàn và một phần thu c hàn
sát hồ quang b nóng chảy tạo thành vòm hồ quang vòm xỉ và vũng hàn. Dây hàn
được đẩy vào vũng hàn bằng một c cấu cấp dây với t c độ phù hợp với t c độ
nóng chảy của nó và đảm bảo duy trì hồ quang cháy ổn đ nh. Khi hồ quang hàn di
chuy n theo hướng hàn kim loại lỏng trong vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành
m i hàn. Trên mặt vũng hàn và phần m i hàn kết tinh hình thành một lớp xỉ có tác
d ng tham gia vào các quá trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho m i hàn
và sẽ tách khỏi m i hàn sau khi hàn. Phần thu c hàn chưa b nóng chảy có th được
s d ng lại nhờ bộ phận thu hồi và sàng lọc thu c hàn.
Theo mức độ tự động của các chuy n động cấp dây hàn, dao động điện cực
và chuy n động theo đường hàn có th chia thành hàn tự động và bán tự động dưới
lớp thu c.
Các nguyên công c bản của quá trình công nghệ hàn là: gây hồ quang, d ch
chuy n điện cực dọc theo tr c m i hàn đ hàn hết chiều dài m i hàn. Những nguyên
công này khi hàn tự động được thực hiện bằng máy.
1.1.2. Đặc điểm của quá trình hàn h quang dưới lớp thuốc và ứng dụng
Sự phân bố của nguồn nhiệt:
Trên hình 1.2 dưới đây là s
đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thu c.
So với hàn hồ quang tay, có sự khác biệt đáng k trong lượng nhiệt truyền vào kim
loại c bản. Một phần thu c hàn không s d ng hết sẽ được tái s d ng thông qua
hệ th ng thu hồi thu c hàn. Hệ th ng điều khi n đảm bảo cấp đề dây hàn xu ng
vùng hồ quang thông qua c cấu cấp dây hàn.
Hình 1.2. Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
6
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Với phư ng pháp hàn tự động dưới lớp thu c, các công đoạn sau đây đều
được tự động hóa: việc cấp thu c hàn xu ng vùng phía trước hồ quang, việc cấp
dây hàn xu ng đầu hàn và việc điều chỉnh chiều dài hồ quang và dao động ngang
của hồ quang (nếu cần).
Phạm vi ứng dụng của hàn hồ quang dƣới lớp thuốc:
- Ứng d ng đ hàn các kết cấu th p dạng tấm, vỏ kích thước lớn, các dầm
th p có khẩu độ và chiều cao, các ng th p có đường kính lớn, các bồn, b chứa,
bình ch u áp lực trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
- Phạm vi ứng d ng đ hàn các m i hàn ở tư thế hàn bằng, hàn góc, m i hàn
ngang với các đường hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không quá phức tạp, nếu
chi tiết hình tr thì đường kính không quá nhỏ.
Ƣu nhƣợc đi m của phƣơng pháp hàn tự động dƣới lớp thuốc:
Ưu đi m chung của hàn tự động dưới lớp thu c:
Môi trường hồ quang hàn cháy ngầm dưới lớp thu c trong vòm xỉ bảo vệ
vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác d ng có hại của môi trường xung quanh.
Hồ quang tập trung và nhiệt độ cao cho ph p hàn với t c độ lớn và có th
hàn những chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm mà không cần
phải vát m p, tiết kiệm kim loại và sức lao động chuẩn b m p hàn.
Chất lượng kim loại m i hàn cao do vùng hàn được bảo vệ t t khỏi tác d ng
của oxi và nit trong khí quy n xung quanh. Kim loại m i hàn đồng nhất về thành
phần hóa học, do khả năng tinh luyện kim loại m i hàn t t h n.
M i hàn có hình dạng đẹp, đều đặn, ít b các khuyết tật do tự động hóa.
Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn), không bắn tóe kim loại, nên hệ s đắp cao,
ít tổn thất. Năng suất hàn cao.
Điều kiện làm việc t t do hồ quang kín không làm hại mắt và da của thợ hàn.
Lượng khí thải ít, chỉ tiêu vệ sinh môi trường t t.
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
7
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
T c độ đắp và t c độ hàn cao. Có năng suất cao h n từ 5 ÷ 10 lần so với hàn
hồ quang tay (dòng điện hàn và t c độ hàn cao h n, hệ s đắp lớn). Vùng ảnh
hưởng nhiệt nhỏ, ít biến dạng sau khi hàn
D c khí hóa và tự động hóa quá trình hàn.
Nhược đi m của hàn tự động dưới lớp thu c:
Đòi hỏi kim loại c bản và vật liệu hàn phải sạch h n so với hàn hồ quang
tay. Chuẩn b trước khi hàn công phu h n.
Không th quan sát trực tiếp vũng hàn. Chỉ hàn được ở tư thế hàn sấp, với các
đường hàn có hình dạng tư ng đ i đ n giản (thẳng, tròn quay).
Thiết b có giá thành cao.
1.2. Thiết bị hàn hồ quang tự động dƣới lớp thuốc
1.2.1. Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc
Bộ thiết b c bản cho hàn tự động dưới lớp thu c bao gồm:
+ Bộ phận cấp dây hàn có chức năng cấp dây hàn tới vùng hồ quang thông
qua ng tiếp xúc của đầu hàn.
+ Nguồn điện hàn cung cấp dòng điện hàn cho dây hàn tại ng tiếp xúc.
+ Bộ phận giữ và cấp thu c cho hồ quang.
+ Bộ phận điều khi n dao động ngang.
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
8
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hình 1.3. Một số hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
Hình 1.4. Hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc làm thực nghiệm
Hình 1.5. Các khả năng chuyển động của đầu hàn
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
9
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Máy hàn tiêu bi u gồm biến áp hàn, bộ chỉnh lưu, cuộn cản, quạt
làm mát, bộ phận bảo vệ, biến áp điều khi n và contact điều khi n dòng hàn.
Mọi điều khi n điều thực hiện mặt trước máy.
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn năng
1. Xe tự hành.
2. Tr đứng.
3. Tay ngang.
4. Bảng điều khi n.
5. Hộp chứa cuộn dây hàn.
6. Động c cấp dây hàn.
7. Các con lăn đẩy dây.
8. Giá đỡ ng tiếp xúc.
9. Đầu dẫn hướng.
10. Hộp chứa thu c hàn.
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
10
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Xe hàn (xe tự hành chứa đầu hàn) có 2 bánh truyền động phía sau, 2 bánh b
động phía trước và động c đẩy một chiều có hộp giảm t c. T c độ xe được đặt
bằng tay từ 0,2 ÷ 2,0 m/phút (điều chỉnh điện từ). Hướng đi của xe được đặt trước
bằng công tắc. Xe có th làm cho đầu hàn thực hiện dao động ngang.
Cần đỡ đầu hàn và đầu hàn: Có th điều chỉnh chính xác chiều cao đầu hàn
và góc nghiêng của nó (cho hàn liên kết chữ T, nghiêng 45o). Đầu hàn chứa bộ phận
nắn và cấp dây từ cuộn dây vào ng tiếp xúc (có chức năng dẫn dòng điện hàn).
Bộ cấp dây gồm động c một chiều, 4 tr c đẩy dây, hộp giảm t c và cuộn
dây hàn. Có th dùng núm điều khi n trên bảng điều khi n đ thay đổi liên t c t c
độ cấp dây từ 0,1 ÷ 7,5 m/phút (t c độ này được điều khi n bằng điện từ). Đầu hàn
thường bao gồm cả bộ phận dẫn hướng đ dò v trí rãnh hàn ở phía trước m i hàn.
Một s thiết b hiện đại còn s d ng các đầu dò laser. Ngoài ra đầu hàn còn được
gắn phi u chứa thu c hàn.
Bảng điều khi n nằm trên xe hàn; chế độ hàn được điều khi n từ mặt trước
của bảng. Bảng điều khi n bao gồm đồng hồ chỉ t c độ xe hàn (m/phút), ampe kế và
vôn kế; chiết áp xoay đ đặt t c độ xe hàn và t c độ cấp dây; công tắc đổi chiều đi
của xe hàn; c cấu điều chỉnh dây lên xu ng; nút khởi động và tắt.
.2.2. Trang thiết bị phụ trợ
Các trang thiết b ph trợ được dùng tùy trường hợp và có th bao gồm:
+ Đường ray cho xe hàn – dùng cho m i hàn thẳng.
+ Bộ gá lắp đặc biệt khi xe hàn chuy n động trực tiếp trên vật hàn.
+ Bộ thu hồi thu c hàn chưa dùng hết (máy hút thu c hàn dư).
+ Đồ gá vật hàn và xe hàn (đầu hàn).
1.2.3. Sự hình thành mối hàn và các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng mối
hàn
a) Sự kết tinh và cấu trúc kim loại mối hàn:
Tổ chức kim loại m i hàn và tính đồng nhất của nó có ảnh hưởng quyết đ nh
đến tính chất của liên kết hàn. Tổ chức s cấp (kim loại kết tinh) của m i hàn nói
chung có dạng các tinh th hình tr như khi đúc; tr c chính của nó có hướng trùng
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
11
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
với hướng truyền nhiệt t i đa. Các đường đẳng nhiệt kết tinh trên bề mặt m i hàn có
dạng parabol và nói chung trùng với biên dạng bên ngoài của bề mặt m i hàn. Các
gradient nhiệt độ t i đa cũng như các tr c chính của các tinh th hình cột tại mỗi
đi m đều vuông góc với các đường đẳng nhiệt kết tinh. Các tinh th hình tr cũng
có hình dạng và hướng tư ng tự theo hướng tiết diện ngang.
Hình 1.7. Hướng kết tinh của các tinh thể mối hàn
Hình 1.8. Các đường đẳng nhiệt trên bề mặt mối hàn
Khi t c độ hàn cao, tại vùng giữa bề mặt m i hàn không hình thành các hình
vòng cung liên t c đặc trưng cho các đường đẳng nhiệt, mà trong đường hàn lại
thấy xuất hiện sự gợn sóng. Tiếp t c tăng t c độ hàn sẽ làm xuất hiện tại vùng giữa
đó các khuyết tật và lẫn xỉ hàn.
Hình 1.9. Bề mặt mối hàn khi tốc độ hàn cao
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
12
Học viên: Vũ Thanh Quynh
Luận văn Thạc sĩ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
b) Các kích thước và các hệ số cơ bản của mối hàn
Mối hàn giáp mối:
Việc xác đ nh các kích thước c bản và hình dạng m i hàn có ý nghĩa quan
trọng trong lựa chọn chế độ hàn, và do đó, cả chất lượng m i hàn. Hình dạng m i
hàn do các yếu t chiều sâu ngấu h, chiều rộng b và chiều cao đắp c hoặc chiều cao
toàn bộ H = c + h của m i hàn tạo nên.
Đ i với liên kết hàn giáp m i: hai hệ s đặc trưng cho hình dạng m i hàn là
hệ s ngấu (hệ s hình dạng bên trong) Ψn = b/h (thường có giá tr 0,8 ÷ 4, t i
ưu từ 1,3 ÷ 2) và hệ s hình dạng m i hàn (hệ s hình dạng bên ngoài) Ψmh = b/c
(thường có giá tr từ 7 ÷ 10).
Hình 1.10. Các kích thước đặc trưng của mối hàn giáp mối
So sánh với hàn hồ quang tay ta thấy, khi hàn hồ quang tay, hệ s hình dạng
trong m i hàn (hệ s ngấu) thường nằm trong khoảng Ψn = 5 ÷ 6,7; trong khi đó với
hàn dưới lớp thu c, Ψn = 1,3 ÷ 2 (giá tr chiều sâu ngấu lớn h n nhiều)
Nếu hệ s hình dạng bên trong nhỏ h n 0,8 m i hàn d b nứt nóng và khi nó
lớn h n 4 khả năng biến dạng của m i hàn sẽ rất lớn. Nếu hệ s hình dạng bên
ngoài nhỏ h n 7, sự chuy n tiếp kim loại từ m i hàn vào kim loại c bản không đều,
d gây tập trung ứng suất; khi hệ s này lớn h n 10, khả năng biến dạng m i hàn
tăng, làm giảm khả năng ch u tải trọng động.
Mối hàn góc:
Đ i với m i hàn góc trong các liên kết hàn chữ T, chữ thập,
các kích thước
c bản đặc trưng cho sự hình thành m i hàn như sau:
GVHD: TS. Vũ Huy Lân
13
Học viên: Vũ Thanh Quynh
