Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc liên kết giáp mối tư thế hàn ngang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.26 MB, 79 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------
PHÍ ĐẮC THỨC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN
SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN KHI HÀN TỰ ĐỘNG
DƯỚI LỚP THUỐC LIÊN KẾT GIÁP MỐI TƯ THẾ
HÀN NGANG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------
PHÍ ĐẮC THỨC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN
SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN KHI HÀN TỰ ĐỘNG
DƯỚI LỚP THUỐC LIÊN KẾT GIÁP MỐI TƯ THẾ
HÀN NGANG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PSG.TS. VŨ HUY LÂN
Hà Nội - 2018
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả là, học viên lớp Cao học chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí – Khóa
2015B, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tiến hành 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 liên kết giáp mối tư thế hàn ngang” dưới sự giúp đỡ, hướng dẫn của
thầy PGS.TS. Vũ Huy Lân.
Tác giả cam đoan rằng: ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, … đã
được trích dẫn trong các tài liệu tham khảo thì nội dung cơng bố cịn lại trong luận
văn này là của chính tác giả đưa ra. Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 29 tháng 03 năm 2018
HỌC VIÊN
Phí Đắc Thức
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
i
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI CÁM ƠN
Tác giả chân thành cám ơn PGS.TS. Vũ Huy Lân đã tận tình hướng dẫn, tạo
điều kiện về tài liệu và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành
bản luận văn này.
Tác giả xin trân trọng cám ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Hàn và Cơng nghệ
Kim loại – Viện Cơ Khí – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và
động viên tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn này.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới khoa Cơ khí – Trường Cao đẳng nghề Cơng
nghiệp Thanh Hóa, cùng các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ
sở vật chất phục vụ thí nghiệm, nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình tiến
hành thực nghiệm.
Trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Phí Đắc Thức
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
ii
HV: Phí Đắc Thức
x
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2.4.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................26
2.4.3. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................27
Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU ĐỠ THUỐC, GÁ PHÔI ....................28
3.1. Mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu .................................................28
3.2 Lựa chọn vật liệu ............................................................................................29
3.2.1. Vật liệu làm cơ cấu nâng phễu thuốc .......................................................29
3.2.2. Vật liệu làm cơ cấu đỡ thuốc hàn .............................................................30
3.2.3. Vật liệu làm cơ cấu đỡ phôi .....................................................................30
3.3. Thiết kế cơ cấu nâng phễu thuốc, đỡ thuốc hàn và gá phôi ...........................31
3.3.1. Cơ cấu nâng phễu thuốc ...........................................................................31
3.3.2. Cơ cấu, gá giữ phôi hàn ............................................................................32
3.3.3. Cơ cấu đỡ thuốc ........................................................................................32
Chương 4 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ............................................................34
4.1. Tính tốn sơ bộ các thơng số chế độ ..............................................................34
4.1.1. Các bước tính tốn sơ bộ các thơng số chế độ hàn ..................................34
4.1.2. Lựa chọn các thông số cố định .................................................................34
4.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm ...................................................................37
4.2.1. Vật liệu mẫu hàn.......................................................................................37
4.2.2. Xác định các yếu tố ảnh hưởng ................................................................38
4.2.3. Xác định số lượng mẫu thí nghiệm ..........................................................38
4.2.4. Chuẩn bị phôi ...........................................................................................39
4.2.5. Thiết bị, dây hàn, thuốc hàn và thiết bị đo mối hàn. ................................39
4.3. Kết quả thực nghiệm ......................................................................................46
4.3.1. Mẫu thử nghiệm .......................................................................................46
4.2.2. Các số liệu thí nghiệm ..............................................................................48
Chương 5 XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN HỢP LÝ ................50
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
iv
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
5.1. Kết quả xử lý số liệu ......................................................................................50
5.1.1. Phần mềm xác định các hệ số phương trình hồi quy................................50
5.1.2. Xây dựng các phương trình hồi quy .........................................................50
5.2. Biểu diễn các đường đặc trưng và kết luận....................................................53
5.2.1. Biểu diễn các đường đặc trưng .................................................................53
5.2. Kết luận ..........................................................................................................62
5.3. Xác định các thông số chế độ hàn hợp lý ......................................................62
5.3.1. Giải bài toán tối ưu xác định các thông số chế độ hàn hợp lý .................62
5.3.2. Kiểm tra đặc trưng ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn...................64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................66
1. Kết luận: .........................................................................................................66
2. Kiến nghị: .......................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................67
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
v
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu
Đơn vị
Ý nghĩa
Z1
I,A
Giá trị biến thực của dòng điện
Z2
U,V
Giá trị biến thực của điện áp
Z3
Vh,cm/p
Giá trị biến thực của vận tốc hàn
X1
Giá trị biến mã hóa của dịng điện
X2
Giá trị biến mã hóa của điện áp
X3
Giá trị biến mã hóa của vận tốc hàn
R2
Hệ số tương quan
p
mức tiêu hao của thuốc
b
mm
Chiều rộng của mối hàn
hđ
mm
Chiều cao lồi đáy
c
mm
Chiều cao mối hàn
N
Số lượng thí nghiệm
n
Số mức khảo sát
k
Số yếu tố ảnh hưởng
n0
Số thí nghiệm trung tâm
Ih
A
dòng điện hàn
U
V
điện áp hàn
Vh
cm/phút
tốc độ hàn
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
vi
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ý nghĩa
Viết tắt
ASME
ASTM
American Society Of Mechanical Engineers
(hiệp h i kỹ sư cơ khí Mỹ)
American Society for testing of Materials
(hiệp hội kiểm nghiệm vật liệu M
AWS
American Society Welding (hiệp hội hàn Mỹ)
DCEN
Direct current electrode negative (dòng điện một chiều cực thuận)
DCEP
Direct current electrode positive (dòng điện một chiều cực nghịch)
EW
Electro slag welding (hàn điện xỉ)
FCAW
Flux cored arc welding (hàn hồ quang điện cực lõi thuốc)
GTAW
GMAW
Gas tungsten arc welding (hàn hồ quang điện cực khơng nóng
chảy trong mơi trường khí trơ)
Gas metal arc welding (hàn hồ quang điện cưc nóng chảy trong
mơi trường khí bảo vệ)
JIS
Japanese Industrial Standard (tiêu chuẩn cơng nghiệp Nhật Bản)
ISO
International Organization for Standardization (tiêu chuẩn quốc tế)
MIG
Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong mơi trường khí trơ
PAW
plasma arc welding (hàn hồ quang plasma)
SMAW
Shielded metal arc welding (hàn hồ quang tay)
SAW
Submerged arc welding (hàn hồ quang dưới lớp thuốc)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
2G
Hàn ngang giáp mối
VT
Kiểm tra ngoại dạng bằng mắt
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
vii
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vị trí các mối hàn trong khơng gian theo tiêu chuẩn của Nga (GOST)......5
Hình 1.2. Vị trí các mối hàn giáp mối trong khơng gian theo tiêu chuẩn của ISO AWS ............................................................................................................................5
Hình 1.3. Các bồn, bể chứa dầu ..................................................................................7
Hình 1.4. Các bồn bể chứa khí ....................................................................................7
Hình 1.5. Các bồn bể chứa hóa chất............................................................................8
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc ............................11
Hình 2.2. Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc............................................12
Hình 2.3. Một số hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ...............15
Hình 2.4. Hình ảnh về máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc làm thực nghiệm
...................................................................................................................................16
Hình 2.5. Sơ đồ kí hiệu thuốc hàn - dây hàn AWS A5.17 - 80.................................20
Hình 3.1. Hàn bể chứa ở vị trí 2G .............................................................................28
Hình 3. 2. Cơ cấu đỡ thuốc và gá phơi ......................................................................29
Hình 3.4. Cơ cấu gá, giữ phơi hàn ............................................................................32
Hình 3.5. Cơ cấu đỡ thuốc hàn ..................................................................................33
Hình 4.1. Sơ đồ hình thành mối hàn ở vị trí 2G ........................................................35
Hình 4.2. Một số mối hàn khi hàn vát mép một tấm ở vị trí 2G ...............................35
Hình 4.3. Kích thước phơi chuẩn bị trước khi hàn ở vị trí 2G ..................................36
Hình 4.4. Góc độ mỏ hàn chuẩn bị trước khi hàn ở vị trí 2G ...................................36
Hình 4.5. Vật liệu mẫu hàn .......................................................................................38
Hình 4.6. Phơi hàn được gá đính vát mép một phía ..................................................39
Hình 4.7. Một số hình ảnh chuẩn bị trước khi tiến hành hàn ....................................39
Hình 4.8. Máy hàn tự động DRAGON 1200 SAW ..................................................40
Hình 4.9. Thước đo mối hàn đa năng ........................................................................43
Hình 4.10. Cách đo các thơng số mối hàn ................................................................44
Hình 4.11. Gá lắp mẫu hàn và hàn thử nghiệm.........................................................46
Hình 4.12. Mẫu hàn thí nghiệm ................................................................................46
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
viii
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 4.13. Hình dạng của một số mẫu hàn ...............................................................47
Hình.5.1. Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào cường độ dịng điện hàn, .......53
Hình 5.2. Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào điện áp hàn,............................53
Hình 5.3 . Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào vận tốc hàn,...........................54
Hình 5.4 . Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào I và U, ...................................54
Hình 5.5 . Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào I và Vh, ..................................55
Hình 5.6 . Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào U và Vh,Với I = 350A ..........55
Hình 5.7 . Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào cường độ dịng điện hàn. .56
Hình 5.8 . Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào điện áp hàn, .....................56
Hình 5.9 . Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào vận tốc hàn, .....................57
Hình 5.10 . Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào I và U, ............................57
Hình 5.11. Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào I và Vh .............................58
Hình 5.12 . Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào U và Vh ..........................58
Hình 5.13 . Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào cường độ dòng điện
hàn, với U = 35V và Vh = 35cm/ph ..........................................................................59
Hình 5.14 . Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào điện áp hàn, ..............59
Hình 5. 15. Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào vận tốc hàn. ..............60
Hình 5.16 . Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào I và U, .......................60
Hình 5.17 . Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào I và Vh, .....................61
Với U = 35V ..............................................................................................................61
Hình 5.18 . Sự phụ thuộc của chiều cao lồi đáy mối hàn vào U và Vh, ....................61
Hình 5.19. Mối hàn với giá trị các thơng số chế độ hàn hợp lý ................................64
GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân
ix
HV: Phí Đắc Thức
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Chấp nhận khuyết tật hàn khi kiểm tra VT ...............................................16
Bảng 2.2. Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80 ....................21
Bảng 2.3. Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn ..........................................21
Bảng 2.4. Thành phần hoá học và một số thông số chủ yếu của dây hàn tự động
dưới lớp thuốc theo AWS A5.17 – 80.......................................................................22
Bảng 2.5 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn theo thành phần hố học (tiêu chuẩn IIW –
545 -78) .....................................................................................................................25
Bảng 3. 1. Kí hiệu thép CT34 ...................................................................................30
Bảng 3. 2. Thành phần hóa học thép CT34 ...............................................................30
Bảng 4.1. Thành phần hoá học của thép hàn CT34, (%): .........................................37
Bảng 4.2. Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%): ......................................42
Bảng 4.3. Các chỉ tiêu cơ tính dây hàn EM12K: ......................................................42
Bảng 4.4. Thành phần xỉ hàn của thuốc hàn, (%): ....................................................43
Bảng 4.5. Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ..............................................44
Bảng 4.6. Kế hoạch thực nghiệm thực trực giao bậc 2 .............................................45
Bảng 4.7. Kết quả thí nghiệm....................................................................................48
Bảng 5.1. Chiều rộng của mối hàn ............................................................................50
Bảng 5.2. Chiều cao đắp của mối hàn .......................................................................51
Bảng 5.3. Chiều cao lồi đáy của mối hàn..................................................................52
Bảng 5.4. Các giá trị giới hạn của các thông số chế độ hàn......................................63
Bảng 5.5. Các giá trị giới hạn của các hàm mục tiêu ...............................................63
Bảng 5.6. Các giá trị của các thông số chế độ hàn có thể chấp nhận........................64
Bảng 5.7. Khoảng giá trị của các thông số chế độ hàn hợp lý cho dây hàn d 3,2mm
...................................................................................................................................64
x
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển cơng nghiệp hố hiện đại hóa đất nước hiện nay các
ngành khoa học công nghệ phát triển rất mạnh, trong đó ngành cơng nghệ hàn đóng vai
trị quan trọng trong việc chế tạo các kết cấu thép bằng hàn cho các ngành cơng nghiệp
mũi nhọn như ngành dầu khí, hóa dầu, cơng nghiệp đóng tàu, giao thơng, chế tạo máy,
lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, ... Ngày nay, để nâng cao năng suất và chất lượng hàn,
nhiều phương pháp hàn tiên tiến có mức độ cơ giới hóa, tự động hóa cao được ứng
dụng, trong đó phải kể đến phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc.
Trong quá trình làm việc, một kết cấu có thể có nhiều vị trí hàn hoặc chỉ một vị
trí hàn duy nhất, và trong q trình hàn mong muốn đưa về vị trí hàn thuận lợi nhất như
vị trí hàn 1G, 1F, 2F để thực hiện, đây là vị trí dễ thực hiện, cho năng xuất cao và tự
động hóa được. Tuy nhiên, trong thực tế kết cấu có vị trí hàn khác nhau như vị trí 2G,
3G, 4G, 5G, 6G, 3F, 4F. Trong các vị trí trên thì vị trí hàn 2G đã được ứng dụng nhiều
do sự ra đời của các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất... cần bồn bể lớn để chứa,
đựng. Việc ứng dụng hàn tự động dưới lớp thuốc ở vị trí hàn ngang là một trong những
quá trình hàn cho năng suất cao, chất lượng mối hàn tốt và đáp ứng một số yêu cầu đặc
biệt của mối hàn.
Quá trình hàn hàn tự động dưới lớp thuốc ở vị trí hàn ngang đã phát triển trên
thế giới. Ở Việt Nam các nhà máy, cơ sở chưa quan tâm, nghiên cứu phát triển hàn tự
động dưới lớp thuốc ở vị trí hàn ngang. Trong khi đó khả năng ứng dụng và hiệu quả
kinh tế của công nghệ này mang lại là rất lớn và đa dạng. Do đó việc nghiên cứu cơng
nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc ở vị trí hàn ngang là rất cần thiết và có ý nghĩa thực
tiễn cao, đặc biệt là trong chế tạo bồn chứa hóa chất với các yêu cầu cao về năng suất
và chất lượng. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc liên
kết giáp mối tư thế hàn ngang”. Với mục đích thiết kế, chế tạo cơ cấu đỡ thuốc và sử
dụng thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc sẵn có tại đơn vị để hàn được ở tư thế hàn
ngang.
1
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2. Lịch sử nghiên cứu
Năm 1929, người ta đã tìm ra phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc trong
điều kiện thí nghiệm với thuốc hàn sử dụng 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 tốt, do vậy nâng cao được chất lượng mối 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 triển một cách nhanh chóng cả về cơng nghệ và thiết bị. Giải
quyết khó khăn của việc lắp ghép các phân đoạn, kết cấu lại với nhau cũng là một
vấn đề quan trọng mà chúng ta đã cố gắng tìm cách sao cho cơng nghệ lắp ghép là
hiện đại, chính xác và hiệu quả nhất để trong q trình sử dụng an toàn cho con
người.
Trải qua một thời gian dài kiểm chứng trong thực tế thì cơng nghệ hàn dần
như đã khẳng định được vị trí quan trọng của mình trong ngành cơng nghiệp. Tuy
khơng phủ nhận hồn tồn sự cần thiết của các phương pháp lắp ghép khác nhưng
có thể khẳng định cơng nghệ hàn đã và đang được sử dụng 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 cơ 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 dụng hợp lý các cơng nghệ hàn.
3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
a) Mục đích nghiên cứu.
- Mục đích nghiên cứu là: Xác định được ảnh hưởng của các thông số chế độ
hàn đối với mối hàn ngang giáp mối khi hàn tự động dưới lớp thuốc.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và học tập
b) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
2
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
- Các chế độ hàn ngang giáp mối khi hàn tự động dưới lớp thuốc.
- Vật liệu thép cacbon thấp có mác là CT34 – TCVN 1765 - 75, chiều dầy vật
hàn S = 12mm, vát mép một tấm.
- Thuốc hàn CM143-KT.
- Dây hàn
3,2
4. Nội dung của đề tài
Bao gồm các chương:
TT
Nội dung
Chương 1
Tổng quan về công nghệ hàn ở vị trí 2G
Chương 2
Cơng nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc
Chương 3
Thiết kế, chế tạo cơ cấu đỡ thuốc, gá phôi
Chương 4
Thực nghiệm nghiên cứu
Chương 5
Xử lý số liệu và xác định chế độ hàn hợp lý
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn sau khi hồn thành sẽ
có những đóng góp đáng kể cho việc xây dựng các chế độ hàn phù hợp theo yêu cầu
thực tế cho mối hàn ngang giáp mối khi hàn tự động dưới lớp thuốc.
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho
cơ sở lý thuyết về nghiên cứu các ảnh hưởng của chế độ hàn tự động dưới lớp
thuốc mối đối với mối hàn ngang giáp mối, lựa chọn chế độ hàn phù hợp cho vật
liệu thép cacbon thấp, ứng dụng 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 cơ sở để cải tiến chất
lượng sản phẩm chi tiết gia công phục vụ cho thực tiễn sản xuất, đặc biệt chế tạo
các bồn, bể, chứa trong cơng nghiệp dầu khí, hóa chất, trong cơng nghiệp đóng tàu
v.v.
3
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Được ứng dụng để hàn các mối hàn ngang giáp mối với các mối hàn có chiều
dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm:
- Nghiên cứu cơ 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 PGS.TS. Vũ Huy Lân đến nay luận văn của tơi đã được hồn thành. Mặc
dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức, kinh nghiệm cịn hạn chế, thời gian tìm hiểu
thực tế khơng nhiều nên chắc chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận
được sự góp ý kiến của quý thầy cơ và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả
Phí Đắc Thức
4
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ HÀN Ở VỊ TRÍ 2G
1.1. Cơng nghệ hàn ở vị trí 2G, đặc điểm và ứng dụng
Khi kim loại lỏng chuyển dịch từ đầu điện cực vào vũng hàn và bản thân vũng
hàn chịu nhiều yếu tố tác động. Trong đó trọng lực là yếu tố có trị số lớn. Căn cứ vào
ảnh hưởng của trọng lực tới hình dáng kích thước của bể hàn người ta phân loại mối
hàn theo các vị trí khác nhau trong khơng gian.
Theo tiêu chuẩn của Nga, vị trí mối hàn trong khơng gian được chia trên 1/2
đường trịn với các vị trí tương ứng:
- Vị trí hàn 1G, 1F: Trong khoảng góc độ (00 600);
- Vị trí hàn 2G, 2F; 3G, 3F trong khoảng (600 1200);
- Vị trí hàn trần: 4G, 4F trong khoảng (1200 1800).
Hình 1.1. Vị trí các mối hàn trong khơng gian theo tiêu chuẩn của Nga (GOST)
Theo tiêu chuẩn ISO – AWS quy định các vị trí hàn giáp mối như sau:
Hình 1.2. Vị trí các mối hàn giáp mối trong khơng gian theo tiêu chuẩn của ISO AWS
Hàn ngang giáp mối (2G) là vị trí hàn khó thực hiện. Khi hàn, dưới tác dụng của
trọng lực giọt kim loại từ đầu điện cực đi vào vũng hàn gặp nhiều khó khăn, mối hàn
khó hình thành và có xu hướng chảy xệ hoặc mối hàn không ngấu.
5
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hàn 2G là vị trí hàn hầu hết trong các kết cấu đều có như đóng tàu, thủy điện,
nhiệt điện, khung nhà thép, chế tạo máy bay, tàu hỏa, bồn bể trong dầu khí, hóa chất...
Đặc biệt trong dầu khí, vị trí 2G được sử dụng nhiều để chế tạo bồn, bể chứa, đựng
dầu, hóa chất.
6
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 1.3. Các bồn, bể chứa dầu
Hình 1.4. Các bồn bể chứa khí
7
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 1.5. Các bồn bể chứa hóa chất
Vật liệu hàn ở vị trí 2G rất đa dạng, có thể là thép các bon, thép chịu mài mịn,
thép có tính chất đặc biệt như chịu nhiệt, độ cứng cao, bền nhiệt, chịu axít, nhơm, đồng,
thép khơng gỉ...
8
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ hàn dưới lớp thuốc ở vị trí
hàn ngang trong và ngồi nước
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới:
Việc nghiên cứu công nghệ hàn dưới lớp thuốc giáp mối vị trí hàn hàn ngang sử
dụng ở nhiều cơng trình, đặc biệt là trong chế tạo bồn bể chứa. Có rất nhiều hãng của
nhiều nước trên thế giới ứng dụng tại nhiều cơng trình
Hình 1.6. Ứng dụng hàn tự động dưới lớp thuốc để hàn bể chứa
9
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước:
Quá trình hàn dưới lớp thuốc giáp mối vị trí hàn ngang là một trong những quá
trình hàn đặc biệt được sử dụng để nâng cao năng suất và đáp ứng một số yêu cầu đặc
biệt của mối hàn ngang. Đây là quá trình hàn đã phát triển trên thế giới.Tuy nhiên, công
nghệ này chưa được quan tâm và thực hiện nghiên cứu nhiều ở Việt Nam, trong khi
khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của công nghệ này mang lại là rất lớn và đa
dạng. Do đó việc nghiên cứu công nghệ hàn dưới lớp thuốc giáp mối vị trí hàn ngang là
rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao, đặc biệt là trong chế tạo bồn chứa hóa chất với
các u cầu cao vì bề mặt tiếp xúc trực tiếp với hóa chất.
Hiện nay, ở Việt Nam công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc hầu hết sử dụng
hàn ở vị trí hàn bằng (1G, 1F). Trong khi đó việc ứng dụng hàn giáp mối vị trí hàn
ngang dưới lớp thuốc ít được nhà máy, xí nghiệp quan tâm, dẫn đến tình trạng lãng phí
trang thiết bị. Một phần là do chi phí chế tạo cơ cấu dưới lớp thuốc phức tạp, có giá
thành cao. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc liên
kết giáp mối tư thế hàn ngang” với mục đích thiết kế, chế tạo cơ cấu đỡ thuốc và sử
dụng thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc sẵn có tại đơn vị để hàn được liên kết giáp
mối vị trí hàn ngang.
10
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chương 2
CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC
2.1. Sơ lược về quá trình hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc
Hàn hồ quang tự động là phương pháp hàn hồ quang mà các thao tác hàn
được thực hiện tự động (nếu chỉ có một số thao tác được thực hiện được gọi là hàn
hồ quang bán tự động).
Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ là phương pháp hàn hồ quang
chìm, q trình hàn nóng chảy do hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn dưới một
lớp thuốc bảo vệ.
Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc là q 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 cơ bản và thuốc hàn, tạo
thành vòm xỉ bảo vệ vùng hồ quang và vũng hàn khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng có
hại của mơi trường khí quyển xung quanh (nên cịn gọi là phương pháp hàn hồ
quang ngầm).
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc
11
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguồn nhiệt của hồ quang hàn làm mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn
sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vòm hồ quang vòm xỉ và vũng hàn. Dây hàn
được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ
nóng chảy của nó và đảm bảo duy trì hồ quang cháy ổn định. Khi hồ quang hàn di
chuyển theo hướng hàn kim loại lỏng trong vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành
mối hàn. Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn kết tinh hình thành một lớp xỉ có tác
dụng tham gia vào các q trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn
và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn chưa bị nóng chảy có thể được
sử dụng lại nhờ bộ phận thu hồi và sàng lọc thuốc hàn.
Theo mức độ tự động của các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực
và chuyển động theo đường hàn có thể chia thành hàn tự động và bán tự động dưới
lớp thuốc.
Các ngun cơng cơ bản của q trình công nghệ hàn là: gây hồ quang, dịch
chuyển điện cực dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn. Những nguyên
công này khi hàn tự động được thực hiện bằng máy.
2.1.2. Đặc điểm của quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc và ứng dụng
Sự phân bố của nguồn nhiệt:
Trên hình 2.2 dưới đây là sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc.
So với hàn hồ quang tay, có sự khác biệt đáng kể trong lượng nhiệt truyền vào kim
loại cơ bản. Một phần thuốc hàn không sử dụng hết sẽ được tái sử dụng thông qua
hệ thống thu hồi thuốc hàn. Hệ thống điều khiển đảm bảo cấp để dây hàn xuống
vùng hồ quang thơng qua cơ cấu cấp dây hàn.
Hình 2.2. Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc
12
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Với phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc, các công đoạn sau đây đều
được tự động hóa: việc cấp thuốc hàn xuống vùng phía trước hồ quang, việc cấp
dây hàn xuống 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 dưới lớp thuốc:
- Ứng dụng để hàn các kết cấu thép dạng tấm, vỏ kích thước lớn, các dầm
thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đường kính lớn, các bồn, bể chứa,
bình chịu áp lực trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
- Phạm vi ứng dụng để hàn các mối hàn ở tư thế hàn bằng, hàn góc, mối hàn
ngang với các đường hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo khơng q phức tạp, nếu
chi tiết hình trụ thì đường kính khơng q nhỏ.
Ưu nhược điểm của phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc:
Ưu điểm chung của hàn tự động dưới lớp thuốc:
Môi trường hồ quang hàn cháy ngầm dưới lớp thuốc trong vòm xỉ bảo vệ
vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng có hại của mơi trường xung quanh.
Hồ quang tập trung và nhiệt độ cao cho phép hàn với tốc độ lớn và có thể
hàn những chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm mà không cần
phải vát mép, tiết kiệm kim loại và sức lao động chuẩn bị mép hàn.
Chất lượng kim loại mối hàn cao do vùng hàn được bảo vệ tốt khỏi tác dụng
của oxi và nitơ trong khí quyển xung quanh. Kim loại mối hàn đồng nhất về thành
phần hóa học, do khả năng tinh luyện kim loại mối hàn tốt hơn.
Mối hàn có hình dạng đẹp, đều đặn, ít bị các khuyết tật do tự động hóa.
Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn), khơng bắn tóe kim loại, nên hệ số đắp cao,
ít tổn thất. Năng suất hàn cao.
13
