Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn tới biến dạng của liên kết hàn giáp mối thép các bon thấp ( Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÙI THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ HÀN TỚI BIẾN DẠNG CỦA LIÊN
KẾT HÀN GIÁP MỐI THÉP CÁC BON
THẤP
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

KHOA CƠ KHÍ
TRƢỞNG KHOA

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
i

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản thân thực hiện
và chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá
nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo
đƣợc trích dẫn.

Học viên

Bùi Thanh Bình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ii

/>

LỜI CẢM ƠN
Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học của tôi,
thầy giáo PGS. TS. Phan Quang Thế, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi
rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo
PSG. TS. Nguyễn Văn Dự đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn này.
Học viên bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban Giám hiệu và Khoa Sau đại học của
Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản luận
văn này.
Do năng lực bản thân còn có những hạn chế nên luận văn không 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 bạn đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn!
Học viên

Bùi Thanh Bình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iii

/>

MỤC LỤC
Trang phụ bìa……………………………………………………………..........i
Lời cam đoan…………………………………………………………….........ii
Mục lục…...………………………………………………………………….iii
Danh mục các chữ viết tắt dùng trong luận văn……………………………..vii
Danh mục các bảng dùng trong luận văn………………..…………………..vii
Danh mục các hình vẽ dùng trong luận văn…..……..……………………….iv
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU……………………………………………………..1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ…………………..………………………………………..1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU…….………………………………………..4
1.3. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN………………………………………….4
1.5. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC……………….…………………………...4
1.6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN………………………………………………..5
1.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1………………………………………………...5
CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN MỐI HÀN GIÁP MỐI .................................... 8
2.1. GIỚI THIỆU……………………………………………………………...8
2.2. CÁC KIỂU HÀN GIÁP MỐI…………………………………………….8
2.3. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN. ....................................................... 8
2.4. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DO CO DỌC GÂY RA
KHI HÀN GIÁP MỐI………………………………………………………...8
2.4.1. Xác định vùng ứng suất tác động và nội lực tác động….………………9
2.4.2. Tính ứng suất và biến dạng do co dọctrong trƣờng hợp hàn hai tấm có
chiều rộng bằng nhau………………………………………………………..17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iv

/>

2.5. ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DO CO NGANG GÂY RA KHI HÀN
GIÁP MỐI ....................................................................................................... 18

2.5.1. Tính ứng suât và biến dạng do co ngang gây ra khi hàn giáp mối các
tấm tự do………………………………………………………..……………18
2.5.2. Biến dạng góc do co ngang trong liên kết hàn giáp mối ....................... 27
2.6. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG MỘT VÀI
TRƢỜNG HỢP VỚI CÁC QUY TRÌNH HÀN KHÁC NHAU……………28
2.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2……………………………………………….32
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ……………...33
3.1. GIỚI THIỆU...…………………………………………………………..33
3.2. TRANG THIẾT BỊ TIẾN HÀNH DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM……33
3.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM……………………………………35
3.3.1. Xác định độ biến dạng do co dọc, độ võng của liên kết hàn giáp
mối...................................................................................................................36
3.3.2. Xác định độ biến dạng do co ngang và biến dạng góc của liên kết hàn
giáp mối……………………………………………………………...............37
3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ …..…………………………………………...39
3.4.1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………..40
3.4.2. KHI THAY ĐỔI CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I, GIỮ NGUYÊN
U,V…………………………………………………………………………..40
3.4.2.1. Kết quả……………………………………………………...………40
3.4.2.2. Thảo luận kết quả…………………………………………………...45
3.4.3. KHI GIỮ NGUYÊN CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I, THAY ĐỔI U,V,
THỰC HIỆN VỚI QUY TRÌNH HÀN SMAW………………...…………..46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
v

/>

3.4.3.1. Kết quả……………………………………………..….……………46
3.4.3.2. Thảo luận kết quả…………………………………………………...48
3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3….………………………………………….49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………….55
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………...57
PHỤ LỤC…………………………………………………………………....59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
vi

/>

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Ghi

Chữ viết tắt

Diễn giải

WSP

Các quy trình hàn

111/MMA/SMAW

Hàn hồ quang tay

135/MAG/GMAW

Hàn khí bảo vệ điện cực nóng chảy

141/TIG/GTAW

chú

Hàn khí bảo vệ điện cực không nóng
chảy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
vii

/>

DANH MỤC CÁC BẢNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN
TT

Bảng

Tên gọi

Trang

1

Bảng 3.1

Thiết bị SMAW của máy WP300

33

2

Bảng 4.1

3

Bảng 4.2

4

Bảng 4.3

5

Bảng 4.4

Thông số chế độ hàn, giữ nguyên các thông
số cho I tăng dần với quy trình hàn SMAW
Thông số chế độ hàn, giữ nguyên các thông
số cho I tăng dần với quy trình hàn GMAW
Bảng thông số chế độ hàn, giữ nguyên các
thông số chỉ tăng I với quy trình hàn GTAW
Biến dạng do co dọc và độ võng của mối
hàn giáp mối với quy trình hàn GTAW

40

40

41

42

Biến dạng do co dọc và độ võng của mối
6

Bảng 4.5

hàn giáp mối với quy trình hàn SMAW khi

43

giữ nguyên I và v, tăng U
Biến dạng do co dọc và độ võng của mối
7

Bảng 4.6

hàn giáp mối với quy trình hàn SMAW khi

44

giữ nguyên U và I, giảm v
8

Bảng 4.7

Giá trị chuyển vị góc của mối hàn giáp mối

45

SMAW

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
viii

/>

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình

Tên hình vẽ

Trang

Hình 2.1

Vùng phân bố ứng suất và nội lực lên mối hàn

9

Hình 2.2

Trạng thái tấm khi hàn đắp lên mép tấm

10

Hình 2.3

Hàn đắp lên mép tấm chiều dày δ

10

Hình 2.4

Trạng thái ứng suất biến dạng hàn đắp lên mép tấm

11

Hình 2.5

Ứng suất khi hàn đắp lên mép tấm

12

Hình 2.6

Liên kết hàn giáp mối ở trạng thái tự do

13

Hình 2.7

Tổng chiều dày truyền nhiệt trong một số loại liên kết

14

Hình 2.8

Đồ thị xác định hệ số k2

15

Hình 2.9

Chiều rộng tính toán h

16

Hình 2.10

Hàn giáp mối hai tấm rộng nhƣ nhau

17

Hình 2.11

Ứng suất ngang trên tiết diện ngang của tấm

19

Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 3.1

Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối
Xác định tiết diện ngang của mối hàn tại vị trí bắt đầu
có lực tác động do co ngang
Phân bố nhiệt độ tại tiết diện ngang x1
Máy hàn WP300

20

21
22
32

Hình 3.2

Vị trí lấy dấu các vị trí đặt thiết bị đo

34

Hình 3.3

Bàn gá và dụng cụ đo độ co dọc của liên kết hàn

35

Hình 3.4

Bàn gá và dụng cụ đo để đo độ võng của dầm

36

Hình 3.5

Đo chuyển vị góc của các điểm trên mối hàn

37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ix

/>

Hình 3.6

Chuẩn bị phôi

37

Hình 3.7

Hàn đính các phôi hàn

38

Hình 3.8

Lấy dấu trên các phôi hàn

38

Hình 3.9

Đo vị trí trƣớc khi hàn

39

Hình 3.10

Đo vị trí sau khi hàn

39

Hình 4.1

Đồ thị biến dạng do co dọc khi thay đổi các
thông số hàn, quy trình hàn SMAW

44

Đồ thị độ võng (độ cong), đo tại vị trí võng lớn nhất
Hình 4.2

( vị trí 5) khi thay đổi các thông số của quy trình hàn

44

SMAW
Hình 4.3
Hình 4.4

Đồ thị so sánh thị độ võng (độ cong), đo tại vị trí võng
lớn nhất
Đo chuyển vị góc các điểm của mối hàn

45
45

Đồ thị so sánh biến dạng góc do co ngang của 3 quy
trình hàn: SMAW, GMAW,GTAW khi thay đổi

Hình 4.5

cƣờng độ dòng điện I ( vị trí 5) giữa 3 quy trình hàn:

46

SMAW, GMAW, GTAW

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
x

/>

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hàn là phƣơng pháp nối các chi tiết máy thành một khối không thể tháo
rời đƣợc 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 trƣờng hợp không cần nung nóng mà chỉ dùng áp lực hàn kim loại
đạt đến trạng thái dẻo và dính lại với nhau.
Trong chế tạo vỏ tàu thủy, phƣơng pháp hàn đƣợc ứng dụng rất phổ
biến để thay cho phƣơng pháp ghép cũ bằng đinh tán và bulông. Bằng phƣơng
pháp hàn, giá thành 01 con tàu giảm 30 ÷ 40%. Trong lĩnh vực xây dựng, hàn
là phƣơng pháp phổ biến để tạo ra các kết cấu thép, ngoài ra nó còn đƣợc ứng
dụng rất rộng rãi trong chế tạo: dầm cầu, các thép hình xây dựng. Công
nghiệp hàn phục vụ nền công nghiệp chế tạo các trang bị quốc phòng chiếm tỉ
trọng 40 ÷ 50%.
Trong công nghệ hàn nói chung thì hàn thép các bon thấp không hợp kim
đƣợc sử dụng rộng rãi. Do thép các bon thấp không hợp kim là vật liệu đƣợc
sử dụng rất rộng rãi, có mặt gần nhƣ 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 thƣờng 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1

/>

hàn có thể đƣợc vát tƣơng 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, nhƣ 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 thƣờng đƣợc chọn theo kinh
nghiệm của công nhân hàn. Điều đó dẫn đến các mối hàn thƣờng bị biến
dạng, cong vênh, hình dáng kích thƣớc chi tiết không đảm bảo. Trƣờng hợp
nguy hiểm hơn, chế độ hàn chƣa hợp lý có thể gây nên hàng loạt vấn đề

chẳng hạn nhƣ. Ứng suất dƣ quá lớn, làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu
đặc biệt là khi làm việc dƣới 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
Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về biến dạng khi hàn giáp mối
Ứng suất và biến dạng hàn đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc rất
quan tâm. Với hƣớng chủ yếu trong nghiên cứu là ứng dụng tính toán các ứng
suất và biến dạng hàn trong quá trình hàn và qua đó đƣa ra chế độ công nghệ
hàn hợp lý nhằm đạt năng suất cao, chất lƣợng sản phẩm hàn tốt nhất. Có thể

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2

/>

Luận vận đậy đu ở file:Luận vận Full