Luận văn Mô phỏng biến dạng của vật hàn trong liên kết hàn hồ quang (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Mô phỏng biến dạng của vật hàn trong liên kết hàn hồ quang (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA VẬT HÀN TRONG LIÊN KẾT HÀN HỒ QUANG S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2015-04TĐ S KC 0 0 4 7 8 4 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ: TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM Mơ phỏng biến dạng của vật hàn trong liên kết hàn hồ quang Mã số: T2015-04TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. Huỳnh Nguyễn Hồng TP. HCM, 10/2015 2
3. MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH 4 DANH SÁCH CÁC BẢNG 7 DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả trong và ngồi nước.15 1.1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 15 1.1.2 Phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ 15 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước : 18 1.1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước. 19 1.2 Mục đích của đề tài 20 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 20 1.4 Phương pháp nghiên cứu 22 1.4.1. Cách tiếp cận 22 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu 22 1.5 Giá trị thực tiễn của đề tài. 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1. Mơ tả ngắn gọn về mơ hình tốn học của bài tốn. 24 2.1. Phương trình cân bằng nhiệt động lực học. 24 2.2. Cấu trúc phương trình cho quá trình mơ phỏng. 25 2.3. Phương trình truyền nhiệt. 27 2.4. Mơ hình nguồn nhiệt 28 2.2. Qui trình mơ phỏng quá trình hàn 29 2.3. Sự hình thành mối hàn 31 2.4. Cơng nghệ hàn hồ quang trong mơi trường khí bảo vệ. 34 2.4.1. Các nguyên lý vận hành 34 2.4.2. Các thơng số cơng nghệ hàn 37 2.4.3. Dịng điện hàn. 38 2.4.4. Điện áp hồ quang 38 1
4. 2.4.5. Tốc độ di chuyển 39 2.4.6. Chiều dài nhơ ra của điện cực 39 2.4.7. Kích cỡ của điện cực 40 2.5. Sự tạo thành ứng suất và biến dạng khi hàn 40 2.5.1. Hiện tượng vật lý xẩy ra trong quá trình hàn 40 2.5.2. Ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn đến kim loại 40 2.5.3. Cơ chế hình thành ứng suất và biến dạng trong mối hàn 43 2.5.4. Phân loại ứng suất và biến dạng hàn 44 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA VẬT HÀN TRƯỜNG HỢP HÀN GIÁP MỐI 2 MIẾNG GHÉP 47 3.1. Mơ hình bài tốn 47 3.2. Kết quả mơ phỏng trên simufact. 50 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của qui trình hàn tới biến dạng của vật hàn 52 3.4. NHẬN XÉT 60 3.5. KẾT LUẬN 61 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA VẬT HÀN TRƯỜNG HỢP HÀN GIÁP MỐI 3 MIẾNG GHÉP 62 4 1. Mơ hình bài tốn 62 4 2. Kết quả mơ phỏng trên simufact. 65 4 3. Khảo sát ảnh hưởng của qui trình hàn tới biến dạng của vật hàn 67 4 4. Kết quả mơ hình 2 69 4 5. NHẬN XÉT 75 4 6. KẾT LUẬN 76 CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CỦA VẬT HÀN TRƯỜNG HỢP HÀN GIÁP MỐI 3 MIẾNG GHÉP 77 5.1. Mơ hình bài tốn 77 5.2. Kết quả mơ phỏng trên simufact. 80 5.3. Khảo sát ảnh hưởng của qui trình hàn tới biến dạng của vật hàn 82 5.4. Kết quả mơ hình gốc chữ L 83 2
5. 5.5. NHẬN XÉT 85 5.6. . KẾT LUẬN 85 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 86 6.1. Vật liệu mẫu: 86 6.2. Thiết bị, vật liệu hàn, khí bảo vệ và dụng cụ đo kiểm . 86 6.3. Vật liệu hàn và khí bảo vệ : 88 6.4. Dụng cụ đo kiểm 88 6.5. Chọn chế độ hàn. 89 6.6. Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng . 91 6.7. Tiến hành hàn. 92 6.8. Hàn mẫu. 92 6.9. Đo biến dạng. 93 6.10. Kết quả. 95 6.10.1. Mơ hình 2 miếng ghép. 95 3.1. Đánh giá kết quả mơ phỏng và thực nghiệm 96 6.10.2. Mơ hình 3 miếng ghép. 98 6.10.3. Mơ hình hàn gốc chữ L 100 CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 101 7.1. Kết luận. 101 7.2. Kiến nghị. 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 3
6. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2. 1 Tương tác giữa các trường vật lý khác nhau trong quá trình hàn. 25 Hình 2. 2 Mơ hình nguồn nhiệt 28 Hình 2. 3 Sơ đồ qui trình mơ phổng trên simufact welding 30 Hình 2. 4 Mối hàn 31 Hình 2. 5 Vũng hàn 32 Hình 2. 6 Hình dạng và kích thước của bể hàn 33 Hình 2. 7 Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực 34 Hình 2. 8 Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ 35 Hình 2. 9 Thiết bị hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ 37 Hình 2. 10 Chiều dài điện cực phía ngồi mỏ hàn 38 Hình 2. 11 a - Hồ quang dài; b - hồ quang trung bình; c - hồ quang ngắn 40 Hình 2. 12 Tính chất của kim loại thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ 42 Hình 2. 13 Sự giản nở vì nhiệt của kim loại 43 Hình 2. 14 Sự biến dạng vì nhiệt của kim loại bị ngàm 2 đầu 44 Hình 2. 15 Biến dạng ngang mối hàn 46 Hình 2. 16 Biến dạng dọc mối hàn chữ T 46 Hình 3. 1 Mơ hình gá đặc phơi hàn 47 Hình 3. 2 Kích thước phơi hàn và đường hàn 48 Hình 3. 3 Chia lưới mơi hình mơ phỏng 48 Hình 3. 4 Mơ hình nguồn nhiệt 49 Hình 3. 5 Vùng phân bố nhiệt vật hàn 50 Hình 3. 6 Phân bố ứng suất vật hàn 50 Hình 3. 7 Biếng dạng vật hàn theo phương Z 51 Hình 3. 8 Biến dạng của vật hàn ( 3d) 51 Hình 3. 9 Sơ đồ phân bố các điểm khảo sát 51 Hình 3. 10 Qui trình hàn 53 Hình 3. 11 Đường khảo sát biến dạng 58 Hình 4. 1 Mơ hình 2 hàn giáp mí 3 miếng ghép 62 4
7. Hình 4. 2 Kích thước vật hàn và kích thước con hàn mơ hình hàn giáp mối 3 miếng ghép 63 Hình 4. 3 Chia lưới mơi hình mơ phỏng hàn giáp mối 3 miếng ghép 63 Hình 4. 4 Mơ hình nguồn nhiệt 64 Hình 4. 5 Vùng phân bố nhiệt vật hàn 65 Hình 4. 6 Phân bố ứng suất vật hàn 66 Hình 4. 7 Biếng dạng vật hàn 66 Hình 4. 8 Biến dạng của vật hàn (mơ hình 3d, scale 3) 66 Hình 4. 9 Đường đo kiểm biến dạng _ mơ hình 3 miếng ghép 67 Hình 4. 10 Qui trình hàn 68 Hình 4. 11 Đường khảo sát biến dạng 72 Hình 6. 12 Thể hiện biến dạng mơ phỏng 97 Hình 5. 1 Mơ hình hàn gốc chữ L 77 Hình 5. 2 Kích thước vật hàn và kích thước con hàn mơ hình hàn gốc chữ L 78 Hình 5. 3 Chia lưới mơi hình mơ phỏng hàn gốc chữ L 78 Hình 5. 4 Mơ hình nguồn nhiệt 79 Hình 5. 5 Vùng phân bố nhiệt vật hàn 80 Hình 5. 6 Phân bố ứng suất vật hàn 80 Hình 5. 7 Biếng dạng vật hàn 81 Hình 5. 8 Biến dạng của vật hàn (mơ hình 3d, scale 4) 81 Hình 5. 9 Đường đo kiểm biến dạng _ mơ hình hàn gốc chữ L 81 Hình 5. 10 Qui trình hàn 82 Hình 6. 1 Máycắt thủylực và sắt tấm sau khi cắt 86 Hình 6. 2 Máy hàn MAG NEOPULSE 270 87 Hình 6. 3 Gá mỏ hàn lên máy con rùa. 87 Hình 6. 4 Dây hàn 88 Hình 6. 5 Thiết bị quét biên dạng vật hàn. 89 Hình 6. 6 Màn hình hiển thị chế độ hàn. 90 Hình 6. 7 Cơ cấu kẹp sử dụng trong mơ hình thí nghiệm. 91 Hình 6. 8 Sơ đồ gá đặt chi tiết hàn 92 Hình 6. 9 Mẫu hàn mơ hình1_mơ hình hàn 2 miếng ghép 92 5
8. Hình 6. 10 Mẫu hàn mơ hình 3 miếng ghép 93 Hình 6. 11 Đo biến dạng theo phương ngang 93 Hình 6. 12 Đo biến dạng theo phương dọc 94 Hình 6. 13 Đo biến dạng theo phương dọc_mơ hình 3 miếng ghép 94 Hình 6. 14 Đo biến dạng theo phương dọc _ mơ hình hàn gốc chữ L 95 Hình 6. 15 Thể hiện biến dạng thực nghiệm 97 6
9. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2. 1 Cơ tính của thép các bon thấp thay đổi ở nhiệt độ khác nhau 41 Bảng 3. 1 Thơng số hàn 49 Bảng 3. 2 Thơng số vũng hàn 49 Bảng 3. 3 Thành phần hĩa học của kim loại hàn 50 Bảng 3. 4 Đặt tính của vật hàn 50 Bảng 3. 5 Kết quả mơ phỏng biến dạng theo phương vuơng gĩc hướng hàn. 51 Bảng 3. 6 Kết quả mơ phỏng theo phương dọc 52 Bảng 3. 7 Số liệu so sánh biến dạng theo phương ngang 58 Bảng 3. 8 Bảng số liệu so sánh mức độ biến dạng của vật hàn từ 3 qui trình hàn khác nhau 59 Bảng 3. 9 Kết quả mơ phỏng biến dạng trung bình ( Min + Max)/2 59 Bảng 3. 10 Kết quả mơ phỏng sai lệch biến dạng ( Max – Min ) 60 Bảng 4. 1 Thơng số hàn 64 Bảng 4. 2 Thơng số vũng hàn 64 Bảng 4. 3 Thành phần hĩa học của kim loại hàn 65 Bảng 4. 4 Đặt tính của vật hàn 65 Bảng 4. 5 Bảng biến dạng theo phương dọc_ mơ hình 2. 67 Bảng 4. 6 Bảng ma trận thí nghiệm 68 Bảng 4. 7 Kết quả mơ phỏng biến dạng theo phương dọc _ mơ hình 2 73 Bảng 4. 8 Kết quả mơ phỏng biến dạng trung bình ( Min + Max)/2 73 Bảng 4. 9 Kết quả mơ phỏng sai lệch biến dạng ( Max – Min ) 74 Bảng 5. 1 Thơng số vũng hàn 79 Bảng 5. 2 Thành phần hĩa học của kim loại hàn 80 Bảng 5. 3 Đặt tính của vật hàn 80 Bảng 5. 4 Bảng biến dạng theo phương dọc_ mơ hình hàn gốc chữ L 82 Bảng 5. 5 Kết quả mơ phỏng biến dạng theo phương dọc _ mơ hình 2 83 Bảng 5. 6 Kết quả mơ phỏng biến dạng trung bình ( Min + Max)/2 84 Bảng 5. 7 Kết quả mơ phỏng sai lệch biến dạng ( Max – Min ) 84 7
10. Bảng 6. 1 Mối quan hệ giữa đường kính que hàn và chết độ cơng nghệ hàn 89 Bảng 6. 2 Kết quả thực nghiệm đo biến dạng theo phương ngang 95 Bảng 6. 3 Kết quả thực nghiệm đo biết dạng theo phương dọc 96 Bảng 6. 4 Đánh giá kết quả mơ phỏng và thực nghiệm 96 Bảng 6. 5 So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm biến dạng theo phương ngang 97 Bảng 6. 6 So sánh kết quả mơ phỏng và kết quả trung bình thực nghiệm đo biến dạng theo phương dọc 98 Bảng 6. 7 Đánh giá kết quả mơ phỏng và thực nghiệm theo phương song song hướng hàn 98 Bảng 6. 8 Kết quả thực nghiệm đo biết dạng theo phương dọc 98 Bảng 6. 9 So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm đo biến dạng theo phương song song hướng hàn 99 Bảng 6. 10 So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm biến dạng theo phương ngang 99 Bảng 6. 11 Kết quả thực nghiệm đo biết dạng theo phương dọc 100 Bảng 6. 12 So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm đo biến dạng theo phương song song hướng hàn _ mơ hình hàn gĩc L 100 Bảng 6. 13 So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm biến dạng theo phương ngang 100 8
11. DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3. 1 Biểu đồ mơ phỏng biến dạng theo phương vuơng gĩc hướng hàn 52 Biểu đồ 3. 2 Biểu đồ mơ phỏng biến dạng theo phương dọc 52 Biểu đồ 3. 3 So sánh biến dạng theo phương ngang 58 Biểu đồ 3. 4 Kết quả so sánh biến dạng (từ 3 qui trình hàn 1,2,3) 59 Biểu đồ 3. 5 Biểu đồ mơ phỏng biến dạng trung bình 59 Biểu đồ 3. 6 Biểu đồ mơ phỏng sai lệch biến dạng 60 Biểu đồ 4. 1 Biến dạng theo phương dọc _ mơ hình hàn giáp mối 3 miếng ghép 67 Biểu đồ 4. 2 Kết quả mơ phỏng biến dạng theo phương dọc _ Mơ hình 2 73 Biểu đồ 4. 3 Kết quả mơ phỏng biến dạng trung bình ( Min + Max)/2 74 Biểu đồ 4. 4 Kết quả mơ phỏng sai lệch biến dạng ( Max – Min ) 74 Biểu đồ 5. 1 Biến dạng theo phương dọc _ mơ hình hàn gốc chữ L 82 Biểu đồ 5. 2 Kết quả mơ phỏng biến dạng theo phương dọc _ Mơ hình hàn gốc chữ L 84 Biểu đồ 5. 3 Kết quả mơ phỏng biến dạng trung bình ( Min + Max)/2 84 Biểu đồ 5. 4 Kết quả mơ phỏng sai lệch biến dạng ( Max – Min ) 85 Biểu đồ 6. 1 Biểu đồ đo biến dạng theo phương ngang 95 Biểu đồ 6. 2 Biểu đồ do bi biếng dạng theo phương dọc 96 Biểu đồ 6. 3 Biểu đồ so sánh biến dạng theo phương ngang giữa mơ phỏng và thực nghiệm 97 Biểu đồ 6. 4 Biểu đồ so sánh biến dạng theo phương song song hướng hàn giữa mơ phỏng và thực nghiệm 98 Biểu đồ 6. 5 Biểu đồ do bi biếng dạng theo phương dọc_mơ hình 3 miếng ghép . 99 Biểu đồ 6. 6 Biểu đồ so sánh biến dạng theo phương dọc giữa mơ phỏng và thực nghiệm _ mơ hình 2 99 Biểu đồ 6. 7 Biểu đồ do bi biếng dạng theo phương dọc_mơ hình hàn gốc chữ L100 Biểu đồ 6. 8 Biểu đồ so sánh biến dạng theo phương dọc _mơ hình hàn gốc chữ L100 9
12. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GMAW: Gas Metal Arc Welding QTCNH: Quá trình cơng nghệ hàn MIG: Metal Inert Gas MAG: Metal Active Gas 10
13. BM 08T. Thơng tin kết quả nghiên cứu TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: Trung Tâm Việt Đức Tp. HCM, ngày tháng 10 năm 2015 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thơng tin chung: - Tên đề tài: Mơ phỏng biến dạng của vật hàn trong liên kết hàn hồ quang. - Mã số: T2015-04TĐ - Chủ nhiệm: HUỲNH NGUYỄN HỒNG - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: Thơng qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, đề tài “Mơ phỏng biến dạng của vật hàn trong liên kết hàn hồ quang”. Sẽ làm rõ các các mục tiêu như sau: - Lập qui trình ứng dụng cơng cụ CAE trong dự đốn biến dạng và ứng suất dư của đường hàn. - Kiểm tra độ tinh cậy của qui trình CAE thơng qua phương pháp thực nghiệm và so sánh 3. Tính mới và sáng tạo: Hiện nay, các thong số hàn được xác định dựa vào các tiêu chuẩn hàn. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này chưa đề cập đến hiện tượng cong vênh và biến dạng của vật hàn. Vì vậy, đề tài này sẽ tập trung ứng dụng cơng cụ CAE trong quá trình dự đốn biến dạng của vật hàn. 4. Kết quả nghiên cứu: Qui trình Mơ phỏng biến dạng vật Hàn. 5. Sản phẩm: Bài báo đăng trên tạp chí trong danh mục của hội đồng chức danh GS, PGS cĩ điểm từ 0 - 1 11
14. (*) “SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME) – volume 2 Issue 11 – November 2015” 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Các kế quả nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho các cơ sở gia cơng cơ khí nhằm nâng cao khả năng sản xuất và dùng làm tài liệu tham khảo cho quá trình thiết kế qui trình hàn. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) HUỲNH NGUYỄN HỒNG 12
15. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Simulate the product deformation in arc welding process Code number: T2015-04TĐ Coordinator: Dr. Huynh Nguyen Hoang Implementing institution: HCMC University of Technology and Education Duration: 12 months 2. Objective(s): The product deformation in arc welding process will be studied by these targets: - Establish the CAE steps for the predicting of part defoormation in the arc welding process. - Examinate the welding simulation by experiment. 3. Creativeness and innovativeness: Nowadays, the welding parameters are often defined by many standards as AWS, API However, the defornmation of the welding product is still not mention in these standards. Therefore, in this study, the CAE tool will be applied for predicting the deformation of welding product. 4. Research results: According to this research, the procedure of simulation the part deformation in the arc welding process will be specified. 5. Products: 01 paper: “SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME) – volume 2 Issue 11 – November 2015” 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability: 13
16. The procedure of simulation the part deformation in the arc welding process will be discussed with the company for disseminating and having more co-operation. 14
17. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả trong và ngồi nước. 1.1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Hàn hồ quang bằng điện cực nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding) được sử dụng rộng rãi do cĩ chất lượng mối hàn tốt và năng suất cao. Hơn thế nữa, phương pháp cơng nghệ này cho phép cơ khí hĩa cũng như robot hĩa quá trình cơng nghệ hàn (QTCNH). Đối với các QTCNH đã được tự động hĩa, chất lượng sản phẩm hàn chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, tinh xảo của hệ thống thiết bị và đặc biệt là độ tối ưu thơng số cơng nghệ hàn, và qui trình hàn. Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã cĩ những bước phát triển mạnh mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày cao về cơng nghệ và vật liệu. Nhiều phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các cơng nghệ mới đã được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật Hàn, từ chỗ chủ yếu sử dụng cơng nghệ hàn hồ quang tay, đến nay nhiều phương pháp hàn mới đã được sử dụng Ngày nay hàn đã cĩ hàng trăm phương pháp khác nhau. Theo trạng thái hàn cĩ thể chia làm 2 nhĩm: GSAW - Phổ biến. - Tự động hĩa. - Hiệu suất cao Đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu cơng nghệ hàn MAG. 1.1.2 Phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ 15
18. Hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ (GMAW) là một phương pháp sử dụng hồ quang tạo ra giữa điện cực kim loại điền đầy được cấp liên tục vào vũng hàn. Phương pháp này được sử dụng với sự bảo vệ của khí được cấp bởi một nguồn bền ngồi và khơng cĩ áp lực. Khái niệm cơ bản về hàn hồ quang trong khí bảo vệ đã được giới thiệu từ năm 1920, nhưng đến tận năm 1948 nĩ mới được sử dụng rỗng rãi trên thị trường. Đầu tiên, người ta xem nĩ là một phương pháp hàn với cường độ dịng điện cao, sử dụng điện cực làm kim loại trần với đường kính điện cực nhỏ và khí trơ là khí bảo vệ. Ứng dụng ban đầu của phương pháp là để hàn nhơm. Chính vì vậy, thuật ngữ MIG (Metal Inert Gas) hay hàn với điện cực kim loại trần cĩ khí trơ bảo vệ đã được sử dụng và vẫn là sự ám chỉ phổ biến về phương pháp hàn này. Sự phát triển tuần tự điện một chiều mạch đập, ứng dụng được hàn một khoảng rộng hơn các vật liệu và sử dụng các loại khí cĩ hoạt tính cao (đặt biệt là CO2) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) và hỗn hợp khí làm mơi trường bảo vệ. Sự phát triển sau này đã dẫn đến sự chấp nhận chính thức về thuật ngữ GMAW do sử dụng khí trơ và khí hoạt tính để bảo vệ mối hàn. Một biến thể của phương pháp hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ là sử dụng một điện cực hình ống cĩ lõi chứa đầy bột kim loại để tạo nên những thành phần cơ bản của kim loại mối hàn (điện cực kim loại lõi thuốc). Những điện cực như thế khi sử dụng bắt buộc phải cĩ khí bảo vệ kim loại vũng hàn nĩng chảy khỏi tác động của khơng khí. Những điện cực cĩ lõi bột kim loại này được hiệp hội hàn Hoa Kì coi là một nhánh của GMAW. Các hiệp hội hàn ở các nước khác cĩ thể xếp điện cực này vào nhĩm điện cực cĩ lõi thuốc. Phương pháp hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ cĩ thể vận hành theo kiểu bán tự động hoặc tự động. Tất cả các kim loại quan trọng trong thương mại như là thép cácbon, thép hợp kim thấp độ bền cao, thép khơng rỉ, nhơm, đồng, titan và các hợp kim của niken cĩ thể hàn ở mọi tư thế bằng phương pháp này, chỉ cần lựa chọn được khí bảo vệ, điện cực và các thơng số hàn thích hợp.  Phạm vi ứng dụng và ưu điểm 16
19. Phương pháp hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ được sử dụng rỗng rãi ngày nay chính là dựa trên những ưu điểm của nĩ. Những ưu điểm quan trọng nhất như sau: - Đây là một phương pháp hàn với điện cực nĩng chảy, mà cĩ thể sử dụng để hàn kim loại và hợp kim - Phương pháp GMAW khắc phục được hạn chế về chiều dài điện cực cĩ giới hạn trong phương pháp hàn hồ quang bằng que hàn cĩ thuốc bọc - Phương pháp này cĩ thể thực hiện các cơng việc hàn ở tất cả các tư thế, một đặc điểm phương pháp hàn hồ quang ngầm dưới lớp thuốc khơng cĩ được - Tốc độ điền đầy là cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang với que hàn cĩ thuốc bọc vì điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền đầy mối hàn cao hơn. - Vì dây hàn được cấp liên tục, cĩ thể thực hiện được các mối hàn dài mà khơng phải dừng rồi gây lại hồ quang. - Khi sự chuyển kim loại dạng bụi được sử dụng, cĩ thể tạo nên những mối hàn cĩ tốc độ thâm nhập sâu hơn so với hàn bằng hàn hồ quang với que hàn cĩ thuốc bọc. Điều đĩ cho phép thực hiện những mối hàn gĩc với kích cỡ nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền tương đương. - Cơng tác làm sạch sau khi hàn là ít nhất do khơng cĩ xỉ nhiều Những ưu điển của phương pháp hàn này đặc biệt phù hợp với sản xuất lớn và các ứng dụng hàn tự động. Ưu điểm này bộc lộ rõ nét hơn khi sử dụng rơ bốt hàn, một lĩnh vực mà phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ chiếm ưu thế  Những hạn chế của phương pháp Cũng như bất kì những phương pháp hàn nào khác, cĩ những hạn chế nhất định giới hạn phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn hồ quang điện cực nĩng chảy trong khí bảo vệ. Những hạn chế này như sau: - Thiết bị hàn phức tạp hơn, đắt tiền hơn và kém cơ động hơn so với phương pháp hàn hồ quang que hàn cĩ thuốc bọc - Phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ khĩ sử dụng ở những vị trí khĩ tiếp cận do súng hàn lớn hơn so với kìm hàn khi sử dụng phương pháp hàn hồ quang que hàn cĩ thuốc bọc, và súng hàn cần phải bố trí liên kết trong khoảng cách từ 3/3 đến 3/4 inch, để đảm bảo rằng kim loại mối hàn bảo vệ một cách thích hợp 17
20. - Hồ quang hàn cần phải được bảo vệ chống lại tác dụng của khơng khí làm phân tán khí bảo vệ. Điều này làm hạn chế sử dụng phương pháp này ngồi trời, trừ khi vùng khí bảo vệ phải được đặt xung quanh vùng hàn hoặc được che chắn cẩn thận. - Mức độ bức xạ nhiệt và cường độ dịng điện cao cĩ thể làm cho người thợ vận hành khĩ chịu hơn với phương pháp hàn khác Ngành hàn Việt nam đã cĩ nhiều thay đổi tích cực trong 15 năm qua. Cùng với tiến trình hội nhập WTO, ngành hàn đang đứng trước nhiều cơ hội và nhiều thử thách , các mối hàn khơng chỉ dừng lại ở việc liên kết các chi tiết lại với nhau mà cịn phải đảm bảo được cơ tính thẩm mỹ và chính xác nữa. Trong quá trình nghiên cứu về lĩnh vực hàn cĩ một vấn đề tồn tại rất lớn là các biến dạng do quá trình hàn gây ra bởi vì biến dạng nhiệt của quá trình hàn hồ quan điện rất khĩ dự đốn, và rất khĩ để tính tốn chính xác được đây là một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp hàn, và cũng vì thế mà phương pháp hàn được đánh giá là cĩ độ chính xác thấp, nếu như chúng ta khống chế được các biến dạng và sai số về hình dáng hình học trong quá trình hàn, thì sẽ mở ra một cơ hội lớn hơn nữa đối với ngành hàn. Vì vậy tác giả chọn đề tài “ MƠ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA VẬT HÀN TRONG LIÊN KẾT HÀN HỒ QUANG”. 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước: Cĩ rất nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng phần mền mơ phỏng quá trình biến dạng của vật hàn, tất cả đều tập trung vào đối tượng là vật hàn dạng tấm mỏng (chiều dày từ 1.8  4 mm), mỗi tác giả sử dụng một phần mềm khác nhau cụ thể như: 1 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 phương pháp số để giải bài tốn nhiệt và mơ phỏng quá trình hàn ghép mí trên tấm mỏng cĩ kích thước (75 X 50 X 1.8) mm đồng thời phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến ứng suất khơng đi sâu vào độ biến dạng . 2 Laser pulsed welding in thin sheets of Zircaloy-4 Quhon Han, Dongwook Kim, Dongchoul Kim, Hyungyil Lee, Naksoo Kim (2012). 18
21. Bài báo này tập trung vào việc sử dụng phần mềm sysweld để mơ phỏng quá trình hàn và dự đốn độ biến dạng của tấm mỏng cĩ kích thước (80 x 15 x 0,6 )mm 3 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) 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 trường hợp mối hàn giáp mí cĩ kích thước (150x50x4) mm, và mối hàn gĩc cĩ kích thước (150x50x4 )mm. 4. Numerical and experimental study of thermally induced residual stress in the hybrid laser–GMA welding process, Fanrong Kong, Junjie Ma, Radovan Kovacevic, January 2011 Bài báo này sử dụng phần mềm ansys mơ phỏng quán trình hàn laser-GMA trên thép carbon A36 cĩ kích thước 60x60x6.  Tất cả các cơng trình nghiên cứu trên tập trung vào việc mơ phỏng biến dạng của vật hàn theo phương ngang nhưng thực tế biến dạng do quá trình hàn hồ quang theo cả 2 phương dọc và ngang. Xuất phát từ những vấn đề trên, tác giả tiến hành khảo sát biến dạng của vật hàn bằng phương pháp mơ phỏng và thực nghiệm trên cả 2 phương dọc và ngang, và để cĩ thể thấy được biến dạng theo cả 2 phương dọc và ngang một cách rõ ràng tác giả tiến hành khảo sát phơi hàn cĩ kích thước là 200mm (chọn kích thước vật hàn 200x50x3 mm). 1.1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước. Các cơng trình nghiên cứu cĩ liên quan đến lĩnh vực hàn nhưng chủ yếu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của chế độ hàn (U,I,v) tới chất lượng mối hàn, kích thước con hàn, cơ tính mối hàn và một số phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn cụ thể như: tt Tên tác giả Nội dung nghiên cứu năm 1. Nguy ễn Quốc Tuấn Tính tốn mối hàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn 2005 Nghiên cứu so sánh phương pháp kiểm tra siêu âm sử 2. Tơ Thanh Tuấn dụng đầu dị đa biến tử với phương pháp kiểm tra chụp 2011 ảnh phĩng xạ trong kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn Nguyễn Văn Xác định ứng suất dư mối hàn ống chịu áp lực bằng 3. 2011 Tường nhiễu xạ X-Quang 4. Nguy ễn Thị Kim Khảo sát tình trạng phân bổ ứng suất dư trong mối hàn 2011 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4