Luận văn Mô phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Mô phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC SƠN MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 6 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC SƠN MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015.
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: HỒ NGỌC SƠN Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 04-01-1990 Nơi sinh: TP. Vũng Tàu Quê quán: Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Phịng B12-05, Chung cƣ Mỹ Kim, Đƣờng Số 19, P.Hiệp Bình Chán, Q.TĐ, TP HCM E-mail: Hongocsonspkt@gmail.com SĐT: 0909671791 II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học phổ thơng: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 6/2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): THPT Chuyên Lê Quí Đơn, TP. Vũng Tàu, Tỉnh BR-VT 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 7/ 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH SPKT TPHCM. Ngành học: CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG. Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BỘ KHUƠN ÉP NHỰA CHO SẢN PHẨM KHỚP MỀM. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2012, ĐH SPKT TP HCM. Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Minh Thế Uyên III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Cơng việc Thời gian Nơi cơng tác đảm nhiệm 4/2013 – 10/2013 Cơng Ty TNHH VJ Engineering (Việt Nam) Nhân viên Học cao học tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm 10/2013 - Nay Học viên Kỹ Thuật TP. HCM i
4. TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHÕNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: HỒ NGỌC SƠN Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 04/01/1990 Nơi sinh: Tp. Vũng Tàu Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí MSHV: 138520103025 Khĩa: 2013B Mã ngành: 60520103 I. TÊN ĐỀ TÀI. MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG II. NHIỆM VỤ. Khái quát lý thuyết về hàn hồ quang nĩng chảy. Tìm hiểu lý thuyết về hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy (GTAW). Mơ phỏng biến dạng của ống bằng phần mêm ANSYS Workbench 14.0 Thí nghiệm hàn ống bằng phƣơng pháp hàn Tig So sánh giữa mơ phỏng và thực tế thí nghiệm. Từ đĩ rút ra kết luận. III. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI. IV. NGÀY HỒN THÀNH ĐỀ TÀI. V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS.PHẠM SƠN MINH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM KHOA BỘ MƠN QUẢN LÝ Nội dung và đề cƣơng luận văn thạc sĩ đã đƣợc hội đồng chuyên ngành thơng qua. Ngày 24 tháng 10 năm 2015 Phịng đào tạo sau đại học Khoa cơ khí chế tạo máy ii
5. CƠNG TRÌNH ĐÃ HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. MAI ĐỨC ĐÃI Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN ĐỨC NAM Luận văn đƣợc bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT Ngày 24 tháng 10 năm 2015 iii
6. LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, học trị kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:  Thầy TS. Phạm Sơn Minh – thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hồn thành luận văn.  Thầy ThS. Nguyễn Văn Sơn, ThS. Trần Minh Thế Uyên – các thầy đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trị trong suốt quá trình thực hiện.  Quý thầy, cơ giáo đã tham gia cơng tác giảng dạy, hƣớng dẫn học trị và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ khí 2013B trong tồn bộ khố học.  Quý thầy cơ trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Trƣờng cao đẳng nghề Q9.  Quý thầy, cơ giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phịng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng.  Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy, cơ thật nhiều sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 Học viên Hồ Ngọc Sơn iv
7. LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015 Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Hồ Ngọc Sơn v
8. TĨM TẮT Đề tài: “Mơ phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang” đƣợc tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm tại Đại học sƣ phạm kỹ thuật TPHCM. Sau quá trình nghiên cứu đề tài đã giải quyết đƣợc những vấn đề sau: - Hệ thống lý thuyết cơ bản về hàn hồ quang điện nĩng chảy. - Mơ phỏng sự biến dạng của ống khi hàn. - So sánh giữa mơ phỏng và thí nghiệm thực tế. - Xác định sự thay đổi biến dạng của ống khi thay đổi độ dày của ống. Học viên Hồ Ngọc Sơn vi
9. ABSTRACT Thesis: “ Simulation Welding deformation of tube on arc welding process " has been done at Ho Chi Minh City University of Technology and Education. After reasearch process, the thesis has solved these problem: - System elementary theory of Gas Shielded Arc Welding . - Simulated deformation of tube on welding process. - Compare simulation with experiments . - Define effect of pipe thickness on the structure deformation of welding process. Author Ho Ngoc Son vii
10. MỤC LỤC MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc 1 1.1.1 Tổng quan về lĩnh vực hàn hồ quang điện: 1 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc: 2 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc: 3 1.2 Mục tiêu của đề tài 4 1.3 Nhiệm vụ của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài 5 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài: 5 1.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu: 5 1.3.3 Giới hạn của đề tài: 5 1.4 Giá trị thực tiễn của đề tài 5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1. Hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ 7 2.2. Phân loại hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ 7 2.2.1 Hàn hồ quang bằng điện cực nĩng chảy trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding): 7 2.2.2 Hàn hồ quang bằng điện cực khơng nĩng chảy trong mơi trƣờng khí trơ (GTAW: Gas Tungsten Arc Welding): 11 2.3. Mơ hình tốn học của bài tốn: 14 2.4. Sự hình thành mối hàn 20 2.4.1. Khái niệm về mối hàn. 20 2.4.2. Sự tạo thành bể hàn 21 2.4.3. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn: 22 2.5. Các thơng số cơng nghệ hàn: 23 viii
11. 2.6. Ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn: 25 2.6.1. Hiện tƣợng vật lý xẩy ra trong quá trình hàn 25 2.6.2. Cơ chế hình thành ứng suất và biến dạng trong mối hàn: 25 2.6.3. Phân loại ứng suất và biến dạng hàn: 27 2.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình hàn: 29 CHƢƠNG 3: MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG ỐNG TRONG QUI TRÌNH HÀN HỒ QUANG 32 3.1. TRƢỜNG HỢP HÀN GIÁP MÍ 32 3.1.1 Mơ hình hình học, thơng số hàn và kim loại hàn của bài tốn: 32 3.1.2 Kết quả mơ phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ: 33 3.1.3 Nhận xét 35 3.2 TRƢỜNG HỢP HÀN VUƠNG GĨC SỬ DỤNG CO HÀN 37 3.2.1 Mơ hình hình học, thơng số hàn, và kim loại hàn của bài tốn: 37 3.2.2 Kết quả mơ phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ: 38 3.2.3 Nhận xét 40 3.3 TRƢỜNG HỢP HÀN CHỮ T 41 3.3.1 Mơ hình hình học, thơng số hàn, và kim loại hàn của bài tốn: 41 3.3.2 Kết quả mơ phỏng biến dạng, ứng suất và nhiệt độ: 42 3.2.3 Nhận xét 44 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH 46 4.1 Vật liệu mẫu: 46 4.2 Thiết bị, vật liệu hàn và dụng cụ đo kiểm 46 4.3 Dụng cụ đo kiểm 47 4.4 xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến độ biến dạng và hàn mẫu 48 4.5 Kết quả và so sánh: 49 4.5.1 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mơ phỏng trƣờng hợp hàn giáp mí: 49 4.5.2 Nhận xét: 54 4.5.3 Kết luận: 54 ix
12. 4.5.4 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mơ phỏng trƣờng hợp hàn vuơng gĩc sử dụng co hàn 56 4.4.5 Nhận xét: 61 4.5.6 Kết luận: 61 4.5.7 Biểu đồ so sánh biến dạng giữa kết quả thực nghiệm và kết quả mơ phỏng trƣờng hợp hàn chữ T 63 4.6.8 Nhận xét: 68 4.6.9 Kết luận: 68 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 70 5.1 Kết luận: 70 5.2 Đề nghị: 70 5.3 Hƣớng phát triển đề tài: 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 x
13. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ 9 Hình 2.2: sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nĩng chảy 10 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy 11 Hình 2.4 : Thiết bị hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy trong mơi trƣờng khí trơ 13 Hình2.5: Cấu tạo mỏ hàn TIG 13 Hình 2.6: Tƣơng tác giữa các yếu tố vật lý trong quá trình hàn 15 Hình 2. 1 Mơ hình nguồn nhiệt 19 Hình 2.7: cấu tạo mối hàn 20 Hình 2.8: Bể hàn 21 Hình 2.9: Tác dụng của lực từ trƣờng lên điện cực 23 Hình 2.10: a) Hồ quang dài; b) Hồ quang trung bình; c) Hồ quang ngắn 24 Hình 2.11: Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại khi bị cố định một đầu 26 Hình 2.12: Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại khi bị cố định hai đầu 26 Hình 2.13: Biến dạng ngang của mối hàn; a) Biến dạng mối hàn giáp mí; b) Biến dạng mối hàn chữ T 29 Hình 2.14: Biến dạng mối hàn chữ T 29 Hình 2.15: Tính chất của kim loại thay đổi do nhiệt độ 31 Hình 3.1: Mơ hình hình học của bài tốn 32 Hình 3.2: Que hàn phụ 33 Hình 3.3: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của lien kết hàn 33 Hình 3.4: Biểu đồ kết quả mơ phỏng 36 Hình 3.5: Mơ hình hình học bài tốn 37 Hình 3.6: Que hàn phụ 38 Hình 3.7: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của liên kết hàn 38 Hình 3.8: Biểu đồ kết quả mơ phỏng 40 Hình 3.9: Mơ hình hình học của bài tốn 41 xi
14. Hình 3.10: Que hàn phụ 42 Hình 3.11: Tọa độ và vị trí đo biến dạng của liên kết hàn 42 Hình 3.12: Biểu đồ kết quả mơ phỏng 44 Hình 4.0: Máy cắt dây và phơi sau khi cắt 46 Hình 4.1: Máy hàn HYO SUNG PRT500 47 Hình 4.2 : Que hàn phụ Yawata 47 Hình 4.3: Thiết bị đo kết hợp máy tiện 48 Hình 4.4: Thiết bị đo kết hợp máy phay 48 Hình 4.5: Mẫu sau khi hàn 49 Hình 4.6: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.5 mm 50 Hình 4.7: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.2 mm 51 Hình 4.8: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm 52 Hình 4.9: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.2 mm 53 Hình 4.10: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày 54 Hình 4.11: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.5 mm 56 Hình 4.12: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.2 mm 57 Hình 4.13: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm 58 Hình 4.14: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.2 mm 59 Hình 4.15: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày 60 Hình 4.16: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 2.5 mm 63 Hình 4.17: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 3.2 mm 64 Hình 4.18: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 4 mm 65 Hình 4.19: Biểu đồ biến dạng của mẫu dày 5.2 mm 66 Hình 4.20: Biểu đồ tổng hợp kết quả biến dạng thí nghiệm 4 loại chiều dày 67 xii
15. DANH MỤC BẢNG Bảng2.1 : Thành phần hĩa học của một số loại điện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12 - 80 12 Bảng 2.1: Cơ tính thép thay đổi do nhiệt thay đổi 30 Bảng 3.1: Kết quả mơ phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất 35 bảng 3.1.1: Bảng số liệu kết quả mơ phỏng biến dạng của 4 loại 35 Bảng 3.2: Kết quả mơ phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất 39 bảng 3.2.1: Bảng số liệu kết quả mơ phỏng biến dạng của 4 loại 40 Bảng 3.3: Kết quả mơ phỏng nhiệt độ, biến dạng và ứng suất 43 bảng 3.3.1: Bảng số liệu kết quả mơ phỏng biến dạng của 4 loại 44 Bảng 4.1 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 49 Bảng 4.2 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 50 Bảng 4.3 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 51 Bảng 4.4 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 52 Bảng 4.5 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày 53 Bảng 4.6 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 56 Bảng 4.7 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 57 Bảng 4.8 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 58 Bảng 4.9 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 59 Bảng 4.10 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày 60 Bảng 4.11 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm: 63 Bảng 4.12 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm: 64 Bảng 4.13 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 65 Bảng 4.14 bảng số liệu kết quả biến dạng của mơ phỏng và thí nghiệm 66 Bảng 4.15 bảng số liệu kết quả biến dạng của thí nghiệm 4 loại chiều dày 67 xiii
16. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc 1.1.1 Tổng quan về lĩnh vực hàn hồ quang điện: Hàn hồ quang điện trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ (GSAW: Gas Shielded Arc Welding) là cơng nghệ hàn đƣợc sử dung rất rộng rãi hiện nay . Trong nền cơng nghiệp hiện đại hàn hồ quang bằng điện trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nĩ khơng những cĩ thể hàn các loại thép kết cấu thơng thƣờng mà cịn cĩ thể hàn các loại thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng. Ngồi ra phƣơng pháp hàn này khơng những cĩ thể thao tác bằng tay mà cịn cĩ thể tự động hĩa, tạo mối hàn cĩ chất lƣợng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim. Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã cĩ những bƣớc phát triển mạnh mẽ, đáp ứng đƣợc các yêu cầu ngày cao về cơng nghệ và vật liệu. Nhiều phƣơng pháp Hàn mới đã xuất hiện, các cơng nghệ mới đã đƣợc áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật Hàn, từ chỗ chủ yếu sử dụng cơng nghệ hàn hồ quang tay, đến nay cĩ khoảng 130 phƣơng pháp hàn khác nhau đƣợc sử dụng rộng rãi. Cĩ thể chia cơng nghệ hàn thành 2 nhĩm nhƣ sau: 1
17. 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc: 1.2.1 Đề tài “ Nghiên cứu một số thơng số cơ bản ảnh hƣởng tới quá trình hình thành mối hàn và quá trình luyện kim trong hàn MIG, MAG ” - Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Đề tài đƣợc nghiên cứu vào năm 2004 do Th.s Phạm Văn Điều thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hồng Văn Châu. Nội dung của đề tài là xem xét ảnh hƣởng của các thơng số cơng nghệ đến việc tạo dáng mối hàn và ảnh hƣởng tới quá trình hàn. Dựa trên các cơ sở lý thuyết và các kết quả thí nghiệm để đánh giá khi các thơng số hàn thay đổi thì thành phần phần trăm các nguyên tố tổ chức kim loại mối hàn thay đổi thế nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao. Từ đĩ tác giả đƣa ra kết luận về việc lựa chon các thơng số cơ bản của cơng nghệ hàn MIG, MAG một cách tối ƣu, để đảm bảo chất lƣợng mối hàn tốt nhất áp dụng trong sản xuất. 1.2.2 Đề tài “ Nghiên cứu xác định ứng suất dƣ cho mối hàn ống chịu áp lực bằng nhiễu xạ X- Quang” - Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật. Đề tài đƣợc nghiên cứu vào năm 2011 do Th.s Nguyễn Văn Tƣờng thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lê Chí Cƣơng. Nội dung nghiên cứu đề tài là nghiên cứu lý thuyết khơng phá hủy (X – quang), áp dụng vào việc xác định các ứng suất dƣ các mối hàn ống giáp mối hàn theo phƣơng pháp lĩt TIG phủ điện và tiến hành đo đạc thực nghiệm để xác định ứng suất dƣ trên mẫu hàn ống, khảo sát so sánh hàm hấp thụ của mặt mối hàn ống so với mặt phẳng mà thiết bị hiện đang áp dụng. Thiện thực nghiệm dƣới dạng chọn mẫu và đo nhiễu xạ, xử lý kết quả đạt đƣợc và tiến hành tính tốn ứng suất dƣ. Kết quả mà luận văn đã đạt đƣợc là trình bày 1 cách đầy đủ và cơ đọng lý thuyết tƣơng đối mới về xác định ứng suất dƣ cho vật liệu hàn, kết cấu hàn. Quá trình thực nghiệm đã xác định đƣợc ứng suất dƣ của mối hàn ống chịu áp lực vật liệu A106 – GrB (theo ASTM) kích thƣớc mẫu O.D = 114mm và dày t = 8.56 mm tiến hành hàn theo qui trình LiLAMA 2 – 08, áp dụng tiêu chuẩn ASME – IX. Từ đĩ chứng minh đƣợc phƣơng pháp cĩ thể áp dụng để kiểm tra cho các kết cấu hàn đang đƣợc sử dụng tại các nhà máy nhiệt điện phục vụ cho cơng tác sửa chữa 2
18. bảo dƣỡng hệ thống đƣờng ống chịu áp cĩ chứa mối hàn là nơi cĩ thể bị hƣ hỏng do ứng suất dƣ tồn tại. 1.2.3 Đề tài “ Khảo sát tình trạng phân bố ứng suất dƣ trong mối hàn ma sát hợp kim nhơm 1060 dùng nhiễu xạ X – quang” – Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật. Đề tài đƣợc nghiên cứu vào năm 2011 do Th.s Nguyễn Thị Kim Uyên thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lê Chí Cƣơng. Nội dung đề tài là dùng phƣơng pháp hàn ma sát và nhiễu xạ tia X để khảo sát phân bố ứng suất dƣ trên hợp kim nhơm. Từ đĩ cho thấy các ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng pháp này, làm cơ sở để nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam. Máy đo nhiễu xạ là loại máy cố định đặt tại Trung Tâm Hạt Nhân Tp. Hồ Chí Minh, sử dụng phƣơng pháp đo Omega và tính tốn ứng suất đƣợc dựa trên phƣơng pháp. Kết quả thực nghiệm cho thấy trên mối hàn ma sát hợp kim nhơm 1060 ứng suất thay đổi trong khoảng từ -31 ÷ 0.99 MPa và trong giới hạn bền của vật liệu. Sự thay đổi ứng suất trƣớc và sau khi hàn là khoảng 31% và phân bố trong vùng ảnh hƣởng nhiệt. Từ đĩ rút ra đƣợc những ƣu điểm mà hàn ma sát vƣợt trội hơn so với các phƣơng pháp hàn khác. 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc: 1.3.1 Simulation and experimental study on distortion of butt and T- joints using WELD PLANNER Mohd Shahar Sulaiman, Yupiter HP Manurung, Esa Haruman, Mohammad Ridzwan Abdul Rahim, Mohd Ridhwan Redza, Robert Ngendang Ak. Lidam, Sunhaji Kiyai Abas, Ghalib Tham1 and Chan Yin Chau (June 23, 2011) Đề tài này sử dụng phần mềm weld planner để mơ phỏng biến dạng của vật hàn và so sánh kết quả với thực nghiệm trong cả hai trƣờng hợp mối hàn giáp mí cĩ kích thƣớc (150x50x4 ) mm, và mối hàn gĩc cĩ kích thƣớc (150x50x4 ) mm. 1.3.2 Multippurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation Andrea Capriccioli, Paolo Frosi (2009) Đề tài này sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn đa chức năng của phần mềm ANSYS để mơ phỏng nhiệt độ và biến dạng cơ trong hàn TIG và hàn laser. 3
19. 1.3.3 Modeling, Simulation and Experimental Studies of Distortions, Residual Stresses and Hydrogen Diffusion During Laser Welding of As-Rolled Steels T. Bưhme, C. Dornscheidt, T. Pretorius, J. Scharlack and F. Spelleken (2012) Bài báo này chủ yếu xây dựng mơ hình tốn và phƣơng pháp số để giải bài tốn nhiệt và mơ phỏng quá trình hàn ghép mí trên tấm mỏng cĩ kích thƣớc (75 X 50 X 1.8 ) mm đồng thời phân tích sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến ứng suất khơng đi sâu vào độ biến dạng . Kết Luận: Chƣa cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu tập trung mơ phỏng về biến dạng của ống trong quá trình hàn sử dụng phƣơng pháp hàn hồ quang. Vì vậy trong cơng trình nghiên cứu này sẽ tiến hành mơ phỏng sự biến dạng của ống, ứng suất dƣ tập trung trên ống do nhiệt của quá trình hàn hồ quang gây ra để từ đĩ cĩ thể dự báo trƣớc các biến dạng cĩ hại trong quá trình hàn nhằm giảm thiểu chúng, gĩp phần tiết kiệm đƣợc chi phí khi hàn. Ngồi ra tác giả sẽ thực hiện các thí nghiệm trên các vật hàn để so sánh với quá trình mơ phỏng, các vật hàn là các ống cĩ kích thƣớc chiều dài là 200 mm, đƣờng kính 60, 50; bề dày là 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm. 1.2 Mục tiêu của đề tài Trên cơ sở phân tích các kết quả của các đề tài nghiên cứu đã nêu ở trên thì cĩ thể thấy đƣợc vấn đề mơ phỏng biến dạng hàn đang đƣợc quan tâm và cĩ tầm ảnh hƣởng lớn. Vì vậy đề tài : “ Mơ phỏng biến dạng của ống trong qui trình hàn hồ quang” đƣợc thực hiện với các mục đích sau:  Hỗ trợ quá trình thiết kế qui trình hàn đạt đƣợc kết quả tốt hơn.  Cĩ thể dự báo trƣớc đƣợc các biến dạng khơng cĩ lợi, từ đĩ điều chỉnh lại qui trình hàn trong phần thiết kế để giảm thiểu các yếu tố gây hại, ảnh hƣởng đến năng suất và giá trị kinh tế.  Thơng qua quá trình thực hiện đề tài, các bƣớc mơ phỏng và thí nghiệm sẽ đƣợc tiếp tục sử dụng cho các nghiên cứu chuyên sâu về cơng nghệ hàn. 4
20. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài:  Nghiên cứu về cơng nghệ hàn hồ quang điện trong mơi trƣờng cĩ khí bảo vệ.  Lập qui trình mơ phỏng biến dạng của các liên kết hàn.  Tiến hành mơ phỏng quá trình hàn ống của các mối hàn. Từ đĩ thu nhận kết quả mơ phỏng và tiến hành phân tích.  Tiến hành làm thí nghiệm với các mẫu hàn, so sánh biến dạng của các mẫu hàn với kết quả mơ phỏng và rút ra kết luận. 1.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập tài liệu liên quan tới kỹ thuật hàn , các tiêu chuẩn liên quan tới quá trình hàn, từ khâu chuẩn bị mối ghép , vật liệu liệu hàn, chế độ hàn. Phƣơng pháp phân tích, so sánh: Dựa trên các kết quả của quá trình mơ phỏng , kết quả của các thí nghiệm để so sánh, rút ra các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả. So sánh sự tƣơng thích giữa kết quả mơ phỏng và thí nghiệm thực tế về sự biến dạng của vật hàn. Từ đĩ rút ra kết luận mang tính thuyết phục cao, cĩ thể dự báo trƣớc đƣợc những biến dạng cĩ hại, ảnh hƣởng đến năng suất hàn trong thực tế. 1.3.3 Giới hạn của đề tài: Chỉ nghiên cứu trong lĩnh vực hàn hồ quang. Phần mềm sử dụng: sử dụng phần mềm ANSYS Workbench 14.0 để mơ phỏng sự biến dạng của ống trong quá trình hàn hồ quang Liên kết hàn: Nghiên cứu liên kết hàn giáp mí, hàn chữ T, hàn vuơng gĩc sử dụng co hàn. Kích thƣớc của vật hàn: ống dài 20cm, đƣờng kính ngồi 60mm, bề dày 2mm, 3mm, 4mm, 5mm. Vật liệu của vật hàn: thép CT3 1.4 Giá trị thực tiễn của đề tài Kết quả của đề tài cĩ thể hỗ trợ quá trình thiết kế qui trình hàn hiệu 5
21. quả hơn thơng qua việc dự đốn trƣớc biến dạng, ứng suất dƣ của kết cấu hàn, nhằm làm giảm các yếu tố gây hại trong quá trình hàn, và giảm chi phí kinh tế. Cĩ thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành cơ khí, đặc biệt trong chuyên ngành hàn 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4