Bài giảng Công nghệ hàn: Chương 7 - ĐH Bách khoa Hà nội

Ch.

7
VVP

th

cu

u

du
o

ng

Ứng xử của liên kết hàn
dưới tác dụng
của các loại tải trọng

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

1


VII.1. Tổng quan


 Liên kết hàn trong kết cấu (kết cấu thép nói chung, kết cấu cầu, kết cấu cơ
khí, kết cấu bình bồn – đường ống,…) phải chịu nhiều loại ứng suất khác
nhau và có thể bị phá hủy dưới nhiều dạng:

.c
om

Phá hủy do tải trọng tĩnh

Môđun đàn hồi của thép S355J2G3

th

an

co

ng

Phá hủy dẻo;
Phá hủy giòn;
Xé rách (lamellar tear);
Phá hủy do Mất ổn định.

Phá hủy do nhiệt độ

VVP

E(T C)
o

du
o

ng

Ảnh hưởng do nhiệt độ thấp 
phá hủy giòn;
Ảnh hưởng do nhiệt độ cao 
giảm giới hạn chảy ; (hình vẽ)

u

Phá hủy do tải trọng động

cu

Phá hủy do mỏi.

 Mỗi một kết cấu hay từng liên kết hàn trong đó phải có khả năng chịu ứng
suất mà khơng bị suy yếu đi trong suốt quá trình làm việc lâu dài.

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

2


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.1. Ứng suất dọc trục

VVP

cu

u

du

o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của liên kết hàn được xác định
thơng qua thí nghiệm thử bền kéo (tải trọng tĩnh).

Vật liệu có giai đoạn chảy dẻo
(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Vật liệu khơng có giai đoạn chảy dẻo
Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

3

VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh

VVP

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



cu

Rp = Giới hạn đàn hồi.

Re = Giới hạn chảy  2 giới hạn:
ReH = Giới hạn chảy trên
ReL = Giới hạn chảy dưới
(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Rp0,01 = Giới hạn đàn hồi
với biến dạng dư tương ứng
là 0,01%.
Rp0,2 = Giới hạn đàn hồi với biến dạng
dư tương ứng là 0,2%.
Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

4


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.2. Ứng suất đa trục

VVP

an

co

ng

.c
om

Khi một bộ phận của kết cấu tồn tại trong đó một trường ứng suất 
Nó khơng chỉ biến dạng theo phương tác động của ngoại lực mà còn
biến dạng theo các phương khác (phương ngang).
Thông thường:
Ứng suất kéo

Co thắt ngang
Ứng suất nén

Giãn ngang

th

Khi liên kết hàn làm việc trong miền “Đàn hồi tuyến tính”  Biến dạng

ng

ngang (εq) tỷ lệ thuận với Biến dạng dọc trục (εl). Quan hệ này thể hiện

du
o

qua hệ số Poisson - µ (Nhà tốn học người Pháp – 1781~1840)

cu

u

εq
ε q = − µ .ε l ⇒ µ =
εl

µ Là đại lượng khơng đơn vị,
(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

và = 0,3 đối với thép.

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

5


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.2. Ứng suất đa trục

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Biến dạng ngang thông thường xuất hiện một cách cục bộ tại những vùng
có sự thay đổi tiết diện đột ngột  “Notch”.

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

6


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.2. Ứng suất đa trục

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c

om

“Notch”  làm thay đổi đường truyền lực trong kim loại và thể hiện rất rõ
tại nơi chuyển tiếp giữa “Kim loại cơ bản” và “Mối hàn” .

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

7


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.2. Ứng suất đa trục

Vật liệu “Giòn”.



u
cu



du
o

ng

th

an

co

ng

 Vật liệu “Dai”

.c
om

Vùng vật liệu có hiện tượng “Notch” sẽ bị thay đổi sự ứng xử:

VVP

 Hình trên cho thấy: Tiết diện thay đổi càng lớn  Độ bền tăng và mất khả năng biến
dạng dẻo  Phá hủy giòn.
(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

8


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.3. Phá hủy dẻo và Phá hủy giòn.

VVP

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c

om

Phá hủy giòn là phá hủy xảy ra khi vật liệu vẫn đang làm việc trong miền
đàn hồi  Vật liệu không bị biến dạng dẻo trước khi phá hủy.

cu

Hạt kim loại bị biến dạng và
trượt trước khi phá hủy

(K52 - Cơ khí - 2010)

Hạt kim loại khơng bị biến
dạng và tách lớp khi phá hủy

PH DẺO

PH GIÒN

Thép C

Gang, Hợp kim Nhôm,…

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

9

VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


.c
om

VII.2.3. Phá hủy dẻo và Phá hủy giòn.

VVP

ng

Khi lựa chọn Mác vật liệu trong quá trình thiết kế cần phải quan tâm đến
các yếu tố sau:

co

 Nhiệt độ môi trường,

th

an

 Trạng thái ứng suất,

ng

 Tốc độ biến dạng,

du
o

 Mức độ thay đổi nhiệt độ,

cu

u

 Chiều dày (kích thước) kết cấu,
 Tính đồng nhất về khả năng chịu lực,
 Mức độ an tồn (n)

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

10


Bảng 1: Giới hạn nhiệt độ môi trường
đối với một số loại kết cấu
(tham khảo)

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

11


Bảng 2: Chiều dày lớn nhất cho phép của vật liệu

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

12


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh
VII.2.4. Phá hủy dạng xé rách “Lamellar tear”



VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Thông thường, ứng suất theo phương chiều dày của vật liệu thường thấp
hơn theo phương dọc và ngang. Tuy nhiên vẫn xảy ra hiện tượng các lớp
vật liệu theo phương chiều dày bị tách lớp  “Lamellar tear”.

“Lamellar tear” thường được
đặc biệt quan tâm đối với liên
kết hàn chữ T

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

13


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng

của tải trọng tĩnh


du
o

ng

cu

u

Thép có STRA từ 10~15% 
dùng cho liên kết hàn chịu lực
nhỏ.

.c
om
ng

co

an

th

Thép có STRA lớn hơn 20% 
có khả năng chống lại
“Lamellar tear” tốt,

VVP

STRA- Short Transverse
Reduction in Area

Yếu tố ảnh hưởng  Thành
phần Lưu huỳnh có trong thép
(%S).

Tỷ lệ giảm tiết diện làm việc (%)

VII.2.4. Phá hủy dạng xé rách
“Lamellar tear”

Thành phần S

Mối liên hệ giữa STRA và thành phần S đối với
thép tấm có chiều dày từ 12,5 đến 50mm
(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

14


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng

của tải trọng tĩnh


VII.2.4. Phá hủy dạng xé rách “Lamellar tear”

Tăng bề rộng
liên kết

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Các biện pháp hạn chế trong quá trình thiết kế liên kết hàn.

VVP

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Giảm thể tích
của một mối
hàn

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

15


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.4. Phá hủy dạng xé rách “Lamellar tear”

Ưu tiên thực hiện
liên kết hàn hai
phía.

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Các biện pháp hạn chế trong quá trình thiết kế liên kết hàn.

VVP

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Thiết kế lại dạng
vát mép.

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

16


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh
VII.2.4. Phá hủy dạng xé rách “Lamellar tear”

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Các biện pháp hạn chế trong quá trình thiết kế liên kết hàn.



Hàn đắp chân mối hàn chính bằng vật liệu có độ
bền thấp hơn

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

17


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.4. Phá hủy do mất ổn định.

.c
om

VVP

ng

- Kết cấu thường xảy ra hiện tượng
mất ổn định khi chịu nén hoặc cắt.

Dầm bị Uốn + Vênh

du
o

ng

th

Pth
P≤
Ko

an

co

- Mất ổn định dẫn đến giảm khả
năng chịu lực  Phá hủy một cách
bất ngờ.  điều kiện:

u

- Ko – Hệ số an toàn về ổn định.

cu

- Hai dạng mất ổn định:
Tổng thể
 Cục bộ

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Tấm bụng bị biến
dạng ngoài mặt
phẳng chịu lực
Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

18


VII.2. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của tải trọng tĩnh


VII.2.4. Phá hủy do mất ổn định.

.c
om

Biện pháp khắc phục:

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

 Giảm độ mảnh của kết cấu.
 Bố trí thêm các gân tăng cứng tại những vùng có nguy cơ mất ổn định cục bộ,

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

19


VII.3. Ứng xử của liên kết hàn dưới tác dụng
của nhiệt độ.


VII.3.1. Cơ tính của liên kết hàn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường
lv.
VVP

Mối quan hệ giữa Ứng suất và
Biến dạng phụ thuộc vào nhiệt độ
môi trường làm việc.

an

co

ng

.c
om

Thông thường, cơ tính của thép giảm khi nhiệt độ tăng.
 cơ tính của liên kết sẽ giảm do q trình hàn.

th

1- Thép C

cu

u

du
o

ng

2- Thép hợp kim thấp.

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

20


Bảng 3 – Cơ tính của một số Mác vật liệu phụ thuộc vào
nhiệt độ môi trường làm việc

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

21

Bảng 4 – Cơ tính của vật liệu phụ thuộc vào chiều dày và
nhiệt độ môi trường làm việc.

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

22


Bảng 5 – Độ giãn dài tương đối (%) phụ thuộc vào nhiệt độ
DIN EN 10028-2

VVP

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

23


Bảng 6 – Cơ tính của Nhơm

VVP

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om



cu

u

Bảng 7 – Mơ đun đàn hồi phụ thuộc vào nhiệt độ (DIN 4133)

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

24


VII.4. Vật liệu bị “nhão” - CREEP


cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Hiện tượng vật liệu bị biến dạng dẻo dưới một tải trọng tác động khôngVVP
đổi 
thép bị “Creep” đến khi phá hủy.
Được thể hiện thông qua đường cong biến dạng hoặc đường cong cường độ
biến dạng (hình vẽ)

Giai đoạn A – Đàn hồi và xuất
hiện biến dạng dẻo khi đặt tải.
Giai đoạn B – Vật liệu bị “nhão”
và mức độ “nhão” giảm.

Giai đoạn C – Mức độ nhão ổn
định.
Giai đoạn D – Mức độ nhão tăng
nhanh.

(K52 - Cơ khí - 2010)

CuuDuongThanCong.com

Chương 7 – ứng xử của liên kết hàn />dưới tác dụng của tải trọng

Trang

25