Báo cáo TN kỹ thuật chế tạo 1

Mục Lục
BÀI 1. XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY
LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM-Zn).............................................................1
1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................1
2. Cơ sở lý thuyết................................................................................................1
2.1 Tính đúc của kim loại..................................................................................1
2.2 Tính chất cũa kẽm......................................................................................2
3.Dụng cụ thí nghiệm...........................................................................................3
Hình 1.1 Lò nung điện trở..............................................................................3
Hình 1.2 Kẹp phôi, kẹp cốc...........................................................................3
Hình 1.3 Thiết bị hỗ trợ rót kim loại...............................................................4
Hình 1.4 Khuôn kim loại................................................................................4
Hình 1.5 Máy cắt mẫu...................................................................................4
4. Thực hiện thí nghiệm.......................................................................................4
5.Bảng số liệu......................................................................................................5
Bảng 1.1 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép
5000C.............................................................................................................5
Hình 1.6 Mẫu nung 5000C sau khi rót vào khuôn..........................................5
Bảng 1.2 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép
5500C.............................................................................................................5
Bảng 1.3 Nhiệt độ của khuôn nhôm từng giây..............................................6
Hình 1.7 Đồ thị nhiệt độ khuôn nhôm theo từng giây....................................7
Hình 1.8 : Vật đúc sau khi đút khuôn.............................................................7
Bảng 1.4 Nhiệt độ khuôn thép từng giây.......................................................8
Hình 1.9 Đồ thị nhiệt độ khuôn thép theo từng giây......................................9
6. Nhận xét và rút ra kết luận...............................................................................9
BÀI 2. XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐÀN HỒI NGƯỢC TRONG BIẾN DẠNG UỐN...............10
1. Mục đích thí nghiệm......................................................................................10
2. Cơ sở lý thuyết...............................................................................................11
Hình 2.1 Hình quá trình uốn.........................................................................11
3. Dụng cụ thí nghiệm.....................................................................................13

Hình 2.2 Máy uốn kim loại...........................................................................13
4. Tiến hành thí nghiệm.....................................................................................13
4.1 Vật liệu thí nghiệm....................................................................................13
4.2 Thiết bị thí nghiệm....................................................................................13
4.3 Thực hiện thí nghiệm................................................................................13
Bảng 3.1: Tính đường kính trung bình........................................................14
5. Nhận xét kết quả thí nghiệm..........................................................................15
BÀI 3. XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ
QUANG (MIG/MAG)..........................................................................................15
1. Mục đích thí nghiệm......................................................................................15
2. Tóm tắc lý thuyết...........................................................................................15
2.1 Hàn hồ quang:..........................................................................................15
2.2 Hàn MIG/MAG:.........................................................................................16
2.3 Ứng suất và biến dạng mối hàn:..............................................................17
3.Dụng cụ thí nghiệm.........................................................................................19
Hình 3.1 Máy hàn hồ quang........................................................................19
4. Trình tự thí nghiệm........................................................................................19
5. Kết quả thí nghiệm.........................................................................................20
Bảng 3.1: Chiều dày thanh..........................................................................20
6. Nhận xét – đánh giá.......................................................................................24


BÀI 1. XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY
LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM-Zn)
1. Mục đích thí nghiệm
- Biết tính đúc của kim loại là gì, các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính đúc của
kim loại;
- Biết tính chất của một kim loại hoặc hợp kim (cụ thể là Kẽm);

- Biết cách chuẩn bị, tiến hành thí nghiệm kiểm tra, lấy số liệu và xử lý số
liệu thu được.
- Kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãng của kim loại đúc;
- Xác định nhiệt độ rót thích hợp.
- Biết thiết bị, mẫu thử cho kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy
loãng của kim loại đúc.
- …
2. Cơ sở lý thuyết
2.1 Tính đúc của kim loại
Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong
các ngành công nghiệp. khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 - 80%
tổng khối lượng của máy móc và trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm
đến 90% mà giá thành chỉ chiếm 20-25%. Tính đúc của hợp kim được xác
định bằng các yếu tố:
-

Tính chảy loãng: Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp
kim đúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ
nét. Có các yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy loãng của hợp kim đúc:

•

Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 nhất định) thì tính chảy loãng tăng.

•

Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất.

•

Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực.

• Ảnh hưởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại vào
khuôn.
•

Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc, mẫu thử rãnh.

•

Kim loại lỏng được rót vào cốc rót và chảy theo rãnh của mẫu thử.

• Độ chảy loãng của hợp kim đúc được xác định bằng chiều dài kim loại điền
đầy mẫu thử.
•

Chiều dài đó càng lớn thì độ chảy loãng càng lớn.
1


-

Tính thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng
phần của vật đúc.

Có 2 loại thiên tích:
• Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng
vùng của vật đúc. Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố trong hợp kim
khác nhau và trong từng phần phần của vật đúc có sự chênh lệch áp suất.
• Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau: Sự kết tinh

của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc; Ngay trong hạt kim loại cũng
lẫn xĩ và tạp chất; Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim không triệt
để.
- Tính co: Tính co là hiện tượng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi
T0 giảm xuống.
Có 2 loại:
• Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc.
Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc trước lớp trong. khí, nước trong kim
loại thoát ra ngoài.
• Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏi đúc
và nằm dưới lõm co.
-

Tính hoà tan khí: Tính hòa tan khí là sự hoà tan các khí: O2, H2, N2, CO,
CO2, CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí.

2.2 Tính chất cũa kẽm
- Kẽm là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp và có số nguyên tử là 30. Quặng
kẽm phổ biến là quặng sphalerit – một loại kẽm sulfua.
- Tính chất vật lí:
• Ánh kim bạc xám.
• Ở trạng thái rắn với nhiệt độ bình thường.
• Nhiệt độ nóng chảy: 419.5 °C.
• Nhiệt độ sôi: 907 0C.
• Mật độ: 7.14 g/cm3 (ở 0 OC, áp suất 101325 kPa).
• Mật độ ở thể lỏng tại nhiệt độ nóng chảy: 6,.7 g/cm3.
2


• Nhiệt lượng nóng chảy: 7.32 kJ/mol.

• Nhiệt bay hơi: 123.6 kJ/mol.
• Nhiệt dung: 25.470 kJ/mol
3.Dụng cụ thí nghiệm
Cốc nung, lò nung điện trở, kẹp phôi, kẹp cốc, găng tay, súng đo nhiệt độ,
mẫu thử, thiết bị hỗ trợ rót kim loại, khuôn kim loại, máy cắt mẫu, các loại thước
đo, …

Hình 1.1 Lò nung điện trở

Hình 1.2 Kẹp phôi, kẹp cốc

3


Hình 1.3 Thiết bị hỗ trợ rót kim loại

Hình 1.4 Khuôn kim loại

Hình 1.5 Máy cắt mẫu
4. Thực hiện thí nghiệm
Bước 1. Bật lò nấu ở nhiệt độ 5000C
Bước 2. Cắt mẫu phôi kẽm theo kích thước phù hợp cốc nấu
Bước 3. Cho mẫu vào cốc nấu và nấu mẫu phôi kẽm ở nhiệt độ 5000C đến
khi phôi kẽm chảy hoàn toàn.
4


Bước 4. Làm vệ sinh sạch khuôn mẫu thử, ráp khuôn mẫu thử, kiểm tra
độ kín khít, cố định vị trí rót, …
Bước 5. Tiến hành rót kẽm ở nhiệt độ 5000C vào khuôn mẫu thử, lượng

kim loại lỏng còn dư thì rót vào khuôn tạo phôi. Lưu ý, không để kẽm lỏng trong
cốc nấu.
Bước 6. Tháo khuôn mẫu thử, lấu mẫu thử và tiến hành đo các thông số
để xác định độ chảy loãng của kẽm ở nhiệt độ 5000C.
Bước 7. Nâng nhiệt độ lò lên 5500C và tiến hành giống các bước trước
đó.
5.Bảng số liệu
Bảng 1.1 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 5000C
Thanh rãnh
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
Bề dày thanh rãnh
3
4
7
9
6
5
2
Chiều dài thanh rãnh
0
9
39
238
35

11
0

Hình 1.6 Mẫu nung 5000C sau khi rót vào khuôn
Bảng 1.2 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 5500C
Thanh rãnh
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
Bề dày thanh rãnh
3
4
7
9
6
5
2
Chiều dài thanh rãnh
0
6
50
254
42
13
0

5


Bảng 1.3 Nhiệt độ của khuôn nhôm từng giây
Nhiệt độ ban đầu của khuôn nhôm: 43.7 0C
Giây
(s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Nhiệt
độ(0C)

44

Giây
(s)
21

Nhiệt
độ(0C)
92.3

Giây
(s)
41

Nhiệt
độ(0C)
132.6

Giây
(s)
61

Nhiệt
độ(0C)
154.6

45.1

22

94.9

42

134.6

62

155.2

45.8

23

98.2

43

135.6

63

155.1

46.2

24

102.7

44

136.1

64

157.5

46.6

25

104.3

45

138.1

65

158.3

46.9

26

107.2

46

139.9

66

158.8

46.9

27

107.7

47

140.4

67

159.8

49.9

28

110.7

48

141.7

68

162

51.1

29

112

49

143.2

69

161.7

53.5

30

114.5

50

144.3

70

163.9

57.9

31

115.7

51

145.2

71

164.8

63

32

118.8

52

145

72

161.3

67.3

33

119.9

53

146.7

73

161.2

73.4

34

120.7

54

147.7

74

162.3

75.6

35

123.7

55

148.6

75

165.2

78.4

36

126.8

56

149.2

76

162.2

86.1

37

126.5

57

150.7

77

165.1

86.9

38

128.4

58

151.3

78

167

88.3

39

129.8

59

152.7

79

166.7

89.3

40

131.7

60

153.7

80

166

6


0

C

Nhiệt độ khuôn từng giây

180
160
140
120

Nhiệt
độ
khuôn
từng
giây

100
80
60
40
20

s

0
1

4

7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79

Hình 1.7 Đồ thị nhiệt độ khuôn nhôm theo từng giây

Hình 1.8 : Vật đúc sau khi đút khuôn

7


Bảng 1.4 Nhiệt độ khuôn thép từng giây
Nhiệt độ ban đầu khuôn thép: 22.9 0C
Giây
(s)

Nhiệt
độ(0C)

Giây
(s)

Nhiệt
độ(0C)

Giây
(s)

Nhiệt
độ(0C)

Giây
(s)

Nhiệt
độ(0C)

1

23.3

22

39.5

43

76

64

122.1

2

23.8

23

45.8

44

82

65

126.5

3

23.8

24

46.2

45

81.9

66

129.5

4

23.8

25

46.5

46

87.4

67

131

5

24.1

26

52.5

47

91.8

68

130

6

24

27

51

48

95.9

69

126.4

7

28.3

28

56.8

49

98.6

70

122.2

8

29

29

62.1

50

101.4

71

124.2

9

28.3

30

61.9

51

108.2

72

122.5

10

28

31

67.1

52

100.3

73

122.5

11

28.9

32

64.3

53

103.2

74

124.8

12

28.5

33

69.5

54

106.1

75

123

13

26.3

34

71.4

55

107.6

76

127.2

14

25.5

35

75.1

56

111.7

77

124.8

15

25

36

79

57

110.5

78

125.2

16

25.9

37

76.2

58

110.1

79

126.3

17

27.3

38

79.1

59

111

80

129

18

27.9

39

70

60

115.1

81

128.6

19

28.5

40

67.9

61

116.1

82

128.5

20

31.4

41

66.4

62

116.2

83

128.7

21

35.1

42

69.2

63

118.6

84

130

8


Nhiệt độ khuôn thép từng giây
140
120

Nhiệt
độ
khuô
n
thép
từng
giây

100
80
60
40
20

1
4
7

10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
76
79
82

0

Hình 1.9 Đồ thị nhiệt độ khuôn thép theo từng giây
6. Nhận xét và rút ra kết luận

Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ rót tới độ chảy loãng của kim loại
đúc (Kẽm-Zn).
-

Ảnh hưởng của nhiệt độ rót tới tính chảy loãng:
+ Ở các nhiệt độ rót khác nhau tính chảy loãng của kim loại (Zn) khác nhau
rõ rệt.
+ Khi nhiệt độ rót tăng dần từ 500oC, 550oC chiều dài các rãnh được kim loại
điền đầy tăng lên ở nhánh L3,L4,L5,L6 nhưng ở những nhánh còn lại thì
chưa giảm vì có sai số hoặc thực hiên sai quy trình (rót không đều tay, rót
chậm..)
+ Đồng thời trong quá trình làm thí nghiệm ở các nhiệt độ cao quá trình rót dễ
dàng hơn, thời gian nguội của kim loại chậm hơn nên lượng khuôn được
điền đầy nhiều hơn.
+ Tuy nhiên khi nhiệt độ rót cao dễ gây các khuyết tật như lõm co, rỗ co,lỗ khí
trên bề mặt vật đúc. Do khi ở nhiệt độ càng cao kim loại nở ra càng nhiều
nên khi nguội kim loại co lại sẽ không đủ thể tích điền đầy khuôn gây ra các
khuyết tật.

9


Vậy có thể kết luận nhiệt độ rót là yêu tố ảnh hưởng quan trọng đến độ chảy
loãng của kim loại đúc. Nhiệt độ rót càng cao độ chảy loãng càng lớn. Tuy nhiên
nếu nhiệt độ rót quá cao dễ gây ra các khuyết tật cho vật đúc.
-

Ảnh hưởng của khuôn đến tính chảy loãng của kim loại đúc.
+ Khuôn có độ nhám cao, độ ẩm lớn sẽ làm tăng tính chảy loãng của kim

loại
+ Hệ số truyền nhiệt của khuôn ảnh hưởng tới thời gian đông đặc của vật
đúc. Thời gian đông đặc càng nhanh thì tính chảy loãng càng giảm do kim loại
đông đặc cảng trở phần kim loại lỏng chảy qua.
Thí nghiệm 2: Nhiệt độ của khuôn kim loại trong quá trình đúc
+Trong quá trình rót kim loại nhiệt độ khuôn đúc tăng dần đến điểm max rồi
hạ xuống.
+ Quá trình này là do khi ta rót kim loại nóng vào khuôn, thành khuôn kim loại
tiếp xúc với kim loại nóng truyền nhiệt nhanh làm nhiệt độ khuôn tăng lên.
+ Khi quá trình rót kết thúc kim loại trong khuôn bắt đầu nguội dần , lúc này
khuôn kim loại vẫn hấp thụ nhiệt.
+ Khi kim loại đúc nguội xuống nhiệt độ thấp khuôn kim loại cũng giảm nhiệt
độ lúc này đồ thị đi xuống.
+ Tuy nhiên trong thực tế kết quả đo có sự dao động lên xuống tại các điểm
gần nhau. Nguyên nhân là do các tác độ từ bên ngoài như thao tác của người đo
k tập trung giũ yên được 1 điểm, quạt máy, .. làm ảnh hưởng đến thiết bị đo.
 Trong quá trình đúc khuôn kim loại nhiệt độ khuôn tăng dần do hấp thụ
nhiệt của kim loại nóng chảy đến một giá trị max rồi bắt đầu nguội do
lượng kim loại lõng bên trong đã nguội xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
rót ban đầu.

BÀI 2. XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐÀN HỒI NGƯỢC TRONG BIẾN DẠNG UỐN
1. Mục đích thí nghiệm
- Làm quen với các loại uốn kim loại tấm.
- Xác định góc uốn, độ bù trừ góc uốn.
- Biết các thiết bị uốn, quy trình uốn và cách thực hiện.
- Cách thí nghiệm, thu thập số liệu và tính toán bài toán thực tế.
10

- Biết cách nhận xét và đưa ra kết luận về kết quả thí nghiệm và kết quả
tính toán.
2. Cơ sở lý thuyết
- Uốn là quá trình gia công kim loại bằng biến dạng dẻo để tạo thành chi tiết
có

góc xác định, tạo hình chi tiết mong muốn.
Hình 2.1 Hình quá trình uốn
-Trong quá trình uốn, các lớp kim loại phía trong góc uốn bị nén và co lại ở
hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang. Các lớp kim loại phía ngoài thì ngược lại,
chịu kéo và dãn dài ở hướng dọc và bị nén ở hướng ngang. Giữa các lớp co
ngắn và dãn dài là lớp trung hoà, độ dài của lớp trung hoà bằng độ dài của phôi.

11


- Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất
vật lý nào đó, có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp
phôi khác nhau.
- Bởi vì các vật liệu đều có mô đun đàn hồi, nên khi biến dạng dẻo vật sẽ
phục hồi lại một phần khi thôi tác dụng lực. Trong uốn, phục hồi này còn được
gọi là đàn hồi ngược. Như trong hình, góc uốn cuối cùng và bán kính uốn cuối
cùng sẽ lớn hơn góc và bán kính uốn ban đầu (đàn hồi ngược không chỉ xảy ra
trong vật liệu tấm, mà còn xảy ra trong thanh, dây, …).

- Công thức bên dưới được xây dựng từ thực nghiệm:
Trong đó:
• Ri (mm) là bán kính uốn.
• Rf (mm) là bán kính uốn nhận được sau khi đàn hồi ngược.
• T (mm) là bề dày của tấm thép.

• Y là giới hạn chảy của vật liệu.
• E là mô đun đàn hồi.
• φ là góc uốn nhận được sau khi đàn hồi ngược.
• α là góc uốn.
Trong bài thí nghiệm này, ta không đi xác định chính xác giới hạn chảy và
mô đun đàn hồi của vật liệu, mà ta chỉ đi tìm tỉ số của chúng, hay là tỉ số
Y/E.

12


3. Dụng cụ thí nghiệm

Hình 2.2 Máy uốn kim loại
4. Tiến hành thí nghiệm
4.1 Vật liệu thí nghiệm
Có 2 mẫu ban đầu dùng để thí nghiệm có 2 bề dày T1 và T2 khác nhau.
4.2 Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị uốn kim loại có bán kính uốn Ri = 80 (mm), các loại thước đo, …
4.3 Thực hiện thí nghiệm
- Bước 1: Nhận 2 mẫu có bề dày khác nhau, mài sơ lớp gỉ bên ngoài.
- Bước 2: Đo bề dày T1 và T2, mỗi mẫu đo 5 lần.
- Bước 3: Tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn là 80 (mm),
góc uốn là 90 độ. Giữ lực tại vị trí uốn là 5 giây mới thôi tác dụng lực và lấy
mẫu uốn ra. Lưu ý: trong quá trình uốn, lực tác dụng phải liên tục và ổn
13


định,
đánh dấu các vị trí tiếp tuyến giữa khuôn uốn và mẫu để tiến hành đo cho

thuận tiện. Lần lượt thực hiện từng mẫu.
- Bước 4: Tiến hành vẽ và đo góc uốn. Ghi nhận giá trị, lấy
giá trị trung bình.
- Bước 5: Từ các số liệu thu thập được, dùng công thức ở trên để tìm ra hệ
số
Y/E của vật liệu.
- Bước 6: Từ hệ số Y/E tính được từ số liệu, ta tiến hành tính góc uốn cần
thiết để sau khi đàn hồi ngược xảy ra thì ta được góc uốn 90 độ.
- Bước 7: Thực hiện tương tự các bước từ 1 đến 4 để kiểm tra giá trị góc
uốn
tính toán so với giá trị thực nghiệm thu được.
* Đối với mẫu sử dụng chung: Ri = 80 (mm) và α = 90º
Lần đo
1

2,2

2,1

2

2,1

2,1

3

2,16

2,14

4

2,06

2,1

5

2,14

2,2

Trung bình

2,132

2,128

Bảng 3.1: Tính đường kính trung bình
Sau khi thí nghiệm đo được mẫu: =

Từ phương trình trên ta tính được hệ số =0,003568
Ta tính lại hệ số:
Vậy với góc uốn mong muốn là , ta có góc cần uốn là :
Tiến hành đo lại: lệch so với mong muốn.
14


5. Nhận xét kết quả thí nghiệm

- Giữa kết quả tính toán và thực nghiệm có sự khác nhau. Sự khác nhau đó là
do quá trình vẽ tiếp tuyến để đo bán kính của mẫu sau uốn không thể chính
xác tuyệt đối, ngoài ra còn do sự không đồng đều của vật liệu mẫu.
- Trong thực tế, do không thể biết chính xác được giá trị của Y/E cho nên ta
phải đi làm thí nghiệm tương tự để tìm ra góc uốn thích hợp để có được góc
sau khi uốn như mong muốn.
- Nguyên nhân dẫn đến sai số đó là:
+ Trong quá trình tính toán đã có sai số làm lệch đi góc uốn.
+ Trong quá trình uốn kẹp mẫu không thẳng, lúc uốn tác dụng lực không đều.
+ Nguyên nhân dẫn đến sai số do sai lệch thiết bị trong quá trình làm thí nghiệm,
do đo bằng thước dẫn đến sai số trong quá trình đo.
+ Thông qua thí nghiệm, có thể nhận thấy với sự phân bố tiết diện khác nhau
giữa 2 thanh thép ảnh hưởng đến góc uốn, gây nên sai số trong quá trình uốn.
+ Trong quá trình uốn có thể hình thành các khuyết tật kim loại như tách và nếp
nhăn.

BÀI 3. XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ
QUANG (MIG/MAG)
1. Mục đích thí nghiệm
- Nắm vững lý thuyết về hàn hồ quang, các biến dạng khi hàn và tính ứng suất
cho mối hàn hồ quang.
- Biết sử dụng máy hàn MIG/MAG, kỹ năng hàn.
- Xử lý số liệu, tính toán và rút ra nhận xét.
2. Tóm tắc lý thuyết
2.1 Hàn hồ quang:
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính đúc của kim loại gồm:
Khi đầu que hàn tiếp xúc với bề mặt vật hàn sẽ sinh ra hiện tượng ngắn
mạch và tại vị trí tiếp xúc sẽ có nhiệt độ rất cao. Sau đó, khi nhất que hàn ra khỏi
vật hàn ở một khoảng cách nhất định thì khoảng không khí đó sẽ trở thành chất
dẫn điện và phát sinh dòng điện, sinh ra nhiệt và ánh sáng mạnh.

15


Hồ quang là hiện tượng phóng điện ổn định trong môi trường khí, giữa hai
điện cực âm và dương. Hồ quang bao gồm nguồn nhiệt lớn, ánh sáng mạnh và
tập trung.
Để có hồ quang xuất hiện, cần có các điều kiện sau:
- Giữa hai đầu điện cực (que hàn và vật hàn) cần phải có điện áp. Điện áp
tối thiểu để duy trì hồ quang cháy là ở mức 40÷80V.
- Giữa hai điện cực phải có khoảng hở để xuất hiện điện tử trung hòa.
- Quá trình xuất hiện hồ quang xảy ra trong thời gian rất ngắn nhưng có thể
mô tả thành 4 giai đoạn sau:

- Do bề mặt que hàn và vật hàn không phẳng nên hồ quang sẽ xuất hiện tại
vị trí vật hàn nhô cao hơn. (hình a).
- Vì hồ quang chỉ xuất hiện cục bộ nên tại vị trí đó sẽ sinh ra nhiệt lượng rất
lớn làm cho kim loại nóng chảy và điền đầy không gian giữa hai điện cực. Lúc
này kim loại nóng chảy đóng vai trò là dây dẫn giữa que hàn và vật hàn (hình b).
- Khi kéo que hàn ra khỏi vật hàn một khoảng cách nhất định, do tác dụng
của điện trường làm cho dòng kim loại bị dãn dài ra và tiết diện ngang bị giảm
xuống còn mật độ dòng điện thì tăng lên (hình c).
16


- Tại vị trí thắt, kim loại nóng chảy nhanh chóng đạt đến nhiệt độ sôi và bốc
hơi. Khi dòng kim loại lỏng bị đứt ra và chuyển vào bể hàn thì hồ quang được
hình thành (hình d).
2.2 Hàn MIG/MAG:
Hàn MIG/MAG thuộc nhóm GMAW (Tên gọi quốc tế của hàn hồ quang kim
loại trong môi trường khí bảo vệ là GMAW -Gas Metal Arc Welding ) là phương

pháp hàn sử dụng nguồn nhiệt từ hồ quang cháy giữa dây điện cực rắn cấp liên
tục nhờ một bộ cấp dây tốc độ không đổi. Trong hàn MIG, vũng cháy hình thành
được bảo vệ bằng dòng khí trơ; còn hàn MAG dùng dòng khí hoạt hóa. Phương
pháp này còn gọi là hàn bán tự động nhưng đó vẫn chưa phải là tên gọi đúng.
Trong công nghiệp khi hàn với khí bảo vệ là CO2, hàn MAG còn được gọi là hàn
dây hoặc hàn CO2.
Ba bộ phận quan trọng kiểm soát quá trình hàn
1. Súng hàn và cáp hàn
2. Thiết bị cấp dây
3. Nguồn điện hàn

17


Thiết bị hàn MIG/MAG
2.3 Ứng suất và biến dạng mối hàn:
Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do
bản thân quá trình hàn gây nên. Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc
và chất lượng sản phẩm. Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại
trong kết cấu hàn là do bản thân quá trình hàn gây nên. Chúng có ảnh hưởng lớn
đến khả năng làm việc và chất lượng sản phẩm.
Nguyên nhân gây ra biến dạng và ứng suất của biến dạng khi hàn:
- Nung nóng không đều kim loại vật hàn
- Độ ngót đúc của kim loại nóng chảy của mối hàn
- Các biến đổi cơ cấu trong vùng gần mối hàn.
Sau khi để nguội , chi tiết để tự do cong lõm về phía hàn. nó bị uốn cong do
momen uốn M và chuyển vị f được xác định theo công thức:
f 

ML2

8EI

Trong đó:
f : chuyển vị (mm)
18


M: momen uốn (Nmm)
L: Chiều dài tấm hàn
E: Mô đun đàn hồi.
I: momen quán tính của tấm hàn
Từ momen uốn ta tính được ứng suất uốn thông qua công thức:



M
W

bh 2
Wx 
6 là momen chống uốn.
Với

3.Dụng cụ thí nghiệm

Hình 3.1 Máy hàn hồ quang
4. Trình tự thí nghiệm
- Bước 1: Nhận 2 phôi và cắt phôi thành 4 mẫu với chiều dài lần lượt là 100-150150-200 (mm).
- Bước 2: Làm sạch các mẫu bằng giấy nhám và đo bề dày mẫu.
19

- Bước 3: Đo chiều dày của từng mẫu 5 lần. Sau đó kẽ đường hàn 100(mm) cho
2 mẫu và 150(mm) cho 2 mẫu còn lại
- Bước 4: Hàn 1 đường hàn đối với mẫu để tự do dài 100(mm) và 150(mm) sau
đó để nguội và đo chuyển vị f.
- Bước 5: Hàn 1 đường hàn đối với mẫu 150(mm) và 200(mm) đã được kẹp chặt
2 đầu với chiều dài sau khi kẹp là 100(mm) và 150(mm) sau đó để nguội và đo
chuyển vị f.
- Bước 6: Tính toán, xử lí số liệu và nhận xét, đánh giá.

5. Kết quả thí nghiệm
Mẫu nhỏ, dài 100 , 150 (mm) có bề dày trung bình 2,04 (mm), bề rộng
20(mm)
Mẫu nhỏ, dài 150 ,200 (mm) có bề dày trung bình 2,036 (mm), bề rộng
20(mm)

1
2
3
4
5
Trung bình

Bảng 3.1: Chiều dày thanh
Thanh 100 kẹp Thanh 150 kẹp
Thanh 100
2,12
2,11
2,08

2,18
2,12
2,10
2,11
2,13
2,08
2,12
2,14
2,08
2,11
2,11
2,09
2,128
2,122
2,086

Thanh 150
2,10
2,08
2,08
2,09
2,08
2,086

 Mẫu dài 100(mm) để tự do khi hàn có chuyển vị f lớn nhất là 2(mm)

20


Ta có: (Thanh bị cong xuống)

Với E=2.105 N/mm2 (đối với các loại thép thì E gần bằng 2,105 N/mm2)

Độ võng theo phương z không đáng kể nên bỏ qua.
( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)
Vậy momen uốn M là:
Momen chống uốn:
Vậy ứng suất uốn do mối hàn gây ra là:

 Mẫu dài 150(mm) để tự do khi hàn có chuyển vị f lớn nhất là 5,5(mm)

21


Ta có: (Thanh bị cong lên)

Với E=2.105 N/mm2 (đối với các loại thép thì E gần bằng 2,105 N/mm2)

( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)
Vậy momen uốn Mx là:
Momen chống uốn:
Vậy ứng suất uốn do mối hàn gây ra là:

 Mẫu dài 150(mm) có kẹp cố định khi hàn 100 (mm) có chuyển vị f lớn
nhất là 1,3 (mm)

22


Ta có: (Thanh bị cong lên)

Với (đối với các loại thép thì E gần bằng 2,105
Thanh có chiều dài 150mm chỉ hàn 100mm xem vùng nóng cháy, vùng biến
dạng dẻo không đáng kế. Nên lấy b=100mm

( với b là chiều dài mẫu; h là chiều dày mẫu)
Vậy momen uốn M là:
Momen chống uốn:
Vậy ứng suất uốn do mối hàn gây ra là:

 Mẫu dài 200(mm) có kẹp cố định khi hàn 150 (mm) có chuyển vị f lớn
nhất là 1(mm) theo phương dọc, 2(mm) theo phương ngang
 Xét theo phương dọc

Ta có: (thanh bị cong hướng lên)

Với E=2.105 N/mm2 (đối với các loại thép thì E gần bằng 2,105 N/mm2)

( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)
Vậy momen uốn M là:
23