Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn mag đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn mag đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G (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 NGUYỄN VĂN ĐỒNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S K C0 0 3 7 2 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐỒNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Đồng Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 15 - 07 - 1983 Nơi sinh: Thái Bình. Quê quán: Thụy Trường – Thái Thụy – Thái Bình. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 292c/09 – Nội Hóa 1 – Bình An – Dĩ An – Bình Dương. Điện thoại cơ quan: 0822158645 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: dong_nguyen37@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ./ . đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09 / 2005 đến 07/ 2007. Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. TPHCM. Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng phần mềm Pro/ Engineer Wildfine 3.0 thiết kế khuôn ép phun Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2007. Người hướng dẫn: Th.s : Nguyễn Hoài Nam III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2007-2010 Trường cao đẳng nghề đông nam bộ Giáo viên 2010 đến Trường cao đẳng công nghệ Thủ Giảng viên nay Đức Trang i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2012 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Đồng Trang ii
6. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học của trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sỹ, em đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để giải quyết một vấn đề thực tế. Đề tài của em là nghiên cứu và tìm hiểu ảnh hưởng các thông số chế độ công nghệ hàn MAG ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn PGS. TS. Hoàng Trọng Bá cùng với sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, trường cao đẳng nghề Lilama 2, trường cao đẳng công nghệ Thủ Đức. Cho đến thời điểm này luận văn của em củng đạt được những kết quả như mong muốn. Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Thầy PGS.TS. Hoàng Trọng Bá – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Thầy.TS. Phan Miêng – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Cao đẳng giao thông vân tải TP.HCM - Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Trường cao đẳng nghề Lilama 2 - Trương cao đẳng công nghệ Thủ Đức - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Học viên thực hiện luận văn Trang iii
7. TÓM TẮT Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy ( dây hàn) và kim loại nền, hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác động của môi trường xung quanh như oxy, nitơ. Khi phương pháp hàn sử dụng khí hoạt tính như khí CO2 làm khí bảo vệ, khi đó nó được gọi là: MAG (Metal Active Gas). Được sử dụng rộng rãi trong chế tạo bồn bể áp lực, các hệ thống đường ống lớn, chất lượng mối hàn tốt, năng suất cao. Hơn thế nữa, nó dễ dàng tự động hóa và vì vậy không đòi hỏi tay nghề người thợ cao. Để đạt được hiệu suất quá trình hàn cao, chất lượng mối hàn tốt thì các thông số chế độ hàn cần được nghiên cứu. Đề tài được thực hiện thời gian từ tháng 02/2012 đến 08/2012 tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP. HCM. Nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý thuyết công nghệ hàn MAG và thực hiện thí nghiệm tại trường Cao đẳng nghề Lilama 2 dưới dạng hàn mẫu và đo kích thước mối hàn, xử lý kết quả đo bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Kết quả đạt được của luận văn đã trình bày một cách đầy đủ và cô đọng lý thuyết và thực nghiệm về “Chế độ công nghệ hàn MAG ảnh hưởng đến hình dạng của mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G”. Tìm ra được mối quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn. Mối quan hệ giữa điện áp hàn với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn. Mối quan hệ giữa tốc độ hàn với chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu của mối hàn. Kết quả của đề tài là cơ sở để chúng ta chọn chế độ hàn, nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho kết cấu hàn. Đồng thời là phương pháp có thể áp dụng để kiểm tra cho các kết cấu hàn đang làm việc tại các nhà máy, xí nghiệp phục vụ cho công tác chế tạo và sửa chữa. Trang iv
8. ABSTRACT Arc welding with melting electrode in protective gas environment (GMAW: Gas Metal Arc Welding) is molten welding process in which the heat source is provided by arc created between the melting electrode (wire) and base metal, arc and molten metal is protected from the impact of the surrounding environment such as oxygen and nitrogen. When welding method using reactive gases such as CO2 shielding gas, then it is called: MAG (Metal Active Gas). Widely used in the manufacture of pressure tanks, large piping systems, weld quality, high productivity. Moreover, it is easy to automate and therefore does not require high-skilled workers. To achieve high performance welding process, weld quality welding mode, the parameters need to be studied.Time threads are made from 02/2012 to 08/2012 Technical Pedagogical University City. HCM. The content and methodology of the research is the study of MAG welding technology theory and the experiment in vocational colleges attracting 2 sample as welding and weld measuring, processing measurement results by experimental planning method. The results of the thesis presents a complete and concise theoretical and empirical "MAG welding technology Mode affects the shape of the weld when welding structural steel sheet in 2G position". Find out the relationship between the welding amperage with width, height,, matured depth of the weld. The relationship between welding voltage with width, height,, matured depth of the weld. The relationship between the welding speed and the width and height, matured depth of the weld. Results of the research is the basis for us to select welding mode, in order to improve the quality and longevity for structural welding. At the same time, the method can be applied to test for structural welding work at plants and factories for the manufacture and repair Trang v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các ký hiệu ix Danh sách các hình x Danh sách các hình xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề. 1 1.2. Tình hình nghiên cứu 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 2 1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu 3 1.6. Giá trị thực tiễn của lận văn 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. Một số vấn đề cơ bản về lý thuyết hàn 4 2.1.1. Sự hình thành mối hàn 4 2.1.1.1. Khái niện về mối hàn 4 2.1.1.2. Sự tạo thành bể hàn 4 2.1.1.3. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn 6 2.1.2. Cấu trúc của kim loại mối hàn 8 2.1.2.1. Vùng mối hàn 8 2.1.2.2. Vùng ảnh hưởng nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt 9 2.1.2.3. Đặc điểm 13 2.1.2.4. Phân loại hàn 13 2.2. Tổng quan về phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ 15 2.2.1. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm. 16 2.2.2. Những hạn chế của phương pháp. 17 2.3. Công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. 17 2.3.1. Các nguyên lý vận hành. 17 Trang vi
10. 2.3.2 Các thông số công nghệ hàn. 21 2.3.3. Dòng điện hàn. 22 2.3.4. Điệp áp hồ quang. 22 2.3.5. Tốc độ di chuyển. 22 2.3.6. Chiều dài nhô ra của điện cực. 23 2.3.7. Kích cỡ của điện cực. 24 2.4. Khí bảo vệ. 24 2.4.1. Tổng quan. 24 2.4.2. Khí bảo vệ Argon và Hêli. 28 2.4.3. Hỗn hợp khí Argon – Điôxít cacbon – Ôxi. 29 2.4.4. Điôxít cacbon 29 2.5. Sự hình thành mối hàn trong không gian. 30 2.5.1. Phân loại vị trí mối hàn trong không gian. 30 2.5.2. Vị trí hàn theo tiêu chuẩn AWS 31 2.5.3. Vị trí hàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 33 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 34 3.1. Vật liệu mẫu. 34 3.2. Thiết bị, vật liệu hàn, khí bảo vệ và dụng cụ đo 35 3.2.1. Thiết bị hàn 35 3.2.2. Vật liệu hàn và khí bảo vệ 36 3.2.3. Dụng cụ đo kiểm 37 3.3. Chế độ hàn 37 3.3.1. Chọn chế độ hàn đối với dây có đường kính Ф1.2mm 38 3.3.2. Tính các thông số hàn 38 3.3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng 39 3.3.4. Xác định số lượng mẫu thí nghiệm 40 3.4. Tiến hành hàn 40 3.4.1. Hàn mẫu 41 3.4.2. Cắt mẫu 42 3.4.3. Đo kích thước mối hàn trên các phôi mẫu 43 3.5. Xử lý số liệu thực nghiệm. 44 3.6. Tính các hệ số bj của mô hình chiều rộng mối hàn 47 3.7. Kết quả và thảo luận. 50 3.7.1. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều rộng mối hàn 50 3.7.2. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều cao mối hàn 52 Trang vii
11. 3.7.3. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều sâu ngấu của mối hàn 54 3.7.4. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 56 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60 4.1. Kết luận 60 4.2. Kiến nghị 61 4.3. Hướng phát triển đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Trang viii
12. DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU MÔṬ SỐ KÝ HIÊỤ Ih: Cường độ dòng điện hàn Uh : Hiệu điện thế hàn Vh : Tốc độ hàn c : Chiều cao mối hàn b : Chiều rộng mối hàn h : Chiều sâu ngấu của mối hàn Ψm: Hệ số hình dạng mối hàn Ψn: Hệ số ngấu của mối hàn MIG: Metal Inert Gas MAG : Metal Active Gas GMAW : Gas Metal Arc Welding ASME: Hiệp Hội Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ AWS: Hiệp Hội Hàn Hoa Kỳ 1G : Tư thế hàn bằng (hàn sấp) 2G : Tư thế hàn ngang 3G : Tư thế hàn leo ( Hàn đứng) 4G : Tư thế hàn trấn ( Hàn ngữa) 5G: Tư thế hàn ống vị trí nằm ngang cố định 6G : Tư thế hàn ống vị trí xiên 450 1F : Tư thế hàn góc bằng 2F : Tư thế hàn góc ngang 3F: Tư thế hàn góc leo 4F : Tư thế hàn góc trần Trang ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mối hàn 4 Hình 2.2: Bể hàn 5 Hình 2.3: Hình dạng và kích thước của bể hàn 6 Hình 2.4: Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực 7 Hình 2.5: Tổ chức kim loại của mối hàn 8 Hình 2.6: Tổ chức kim loại của mối của khu vực ảnh hưởng nhiệt 10 Hình 2.7: Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy khí bảo vệ 19 Hình 2.8: Thiết bị hồ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ 21 Hình 2.9: Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn 22 Hình 2.10: a – Hồ quang dài, b – Hồ quang trung bình, c – Hồ quang ngắn 24 Hình 2.11: Bề mặt và hình mẫu thâm nhập đối với các khí khác nhau 28 Hình 2.12: Sơ đồ minh họa độ dốc mối hàn 30 Hình 2.13: Sơ đồ minh họa chiều quay mối hàn 30 Hình 2.14: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn AWS 32 Hình 2.15: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn Việt Nam 33 Hình 3.1: Phôi hàn sau khi đã được vệ sinh sạch sẽ 34 Hình 3.2: Máy hàn MAG Miller 383 35 Hình 3.3: Dây hàn MAG nhãn hiệu Kim Tín Việt Nam 36 Hình 3.4: Thước đo mối hàn đa năng 37 Hình 3.5: Thông số hình học của phôi hàn 39 Hình 3.6: Phôi hàn được gá đúng vị trí 2G trong không 41 Hình 3.7: Mối hàn mẫu thí nghiệm 42 Hình 3.8: Các phôi mẫu sau khi hàn, cắt, mài và tẩm thực 42 Hình 3.9: Cách đo bề rộng mối hàn 43 Hình 3.10: Cách đo chiều cao mối hàn 43 Hình 3.11: Thí nghiệm đo hình dang mối hàn 44 Hình 3.12: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều rộng mối hàn 51 Hình 3.13: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều rộng mối hàn 51 Hình 3.14: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều rộng mối hàn 52 Hình 3.15: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều cao mối hàn 53 Hình 3.16: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều cao mối hàn 53 Hình 3.17: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều cao mối hàn 54 Hình 3.18: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều sâu ngấu mối hàn 55 Hình 3.19: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn 55 Hình 3.20: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn 56 Hình 3.21: Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hệ số hình dạng mối hàn 57 Hình 3.22: Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 68 Hình 3.23: Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến hệ số hình dạng mối hàn 68 Trang x
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1. Sự phụ thuộc của kích thước các vùng và chiều dài khu vực ảnh hưởng nhiệt vào các phương pháp hàn khác nhau 12 Bảng 2.2. Các khí bảo vệ trong phương thức chuyển kim loại dạng bụi 25 Bảng 2.3. Các khí bảo vệ trong phương thức chuyển kim loại dạng đoản mạch 27 Bảng 3.1. Bảng chế độ hàn 2G đối với dây hàn 1,2mm 38 Bảng 3.2. Giá trị và mức biến thiên của chế độ hàn 45 Bảng 3.3. Chuyển các giá trị của các biến thực sang các giá trị mã hóa 46 Bảng 3.4. Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thu được 47 Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm thu được chiều rộng mối hàn tại tâm phương án 48 Trang xi
15. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề. Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao về công nghệ và vật liệu. Nhiều phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật hàn. Các công nghệ hàn cổ điển, chủ yếu là thủ công và không liên tục đang dần trở nên lạc hậu. Tính hiệu quả và kinh tế của hầu hết các cơ sở công nghiệp từ các nhà máy điện, chế tạo máy móc, khai thác, lọc dầu, xây dựng các bồn bể chứa dầu khí, hóa chất đều liên quan chặt chẽ đến sự ứng dụng hợp lý của các công nghệ hàn. Hàn là công nghệ phức tạp, phối hợp nhiều ngành khoa học và kỹ thuật từ vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí, tự động hóa đến kỹ thuật điện và điện tử. Trong tình hình đất nước có nhiều đổi mới, đặc biệt khi nền kinh tế tăng trưởng liên tục các ngành công nghiệp cũng phát triển với tốc độ tăng dần tiến tới mục tiêu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Do vậy các yêu cầu về kiến thức khoa học công nghệ nói chung, cũng như khoa học công nghệ Hàn nói riêng đòi hỏi phải có sự đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển công nhiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Khoảng 10 năm gần đây, nhiều công nghệ hàn mới được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai. Hiện nay ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra đời của các phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn ngày càng hiện đại nhằm giảm bớt sức lao động và đem đến cho con người sản phẩm mới với chất lượng ngày càng cao. Một trong những công nghệ hàn mới ở Việt Nam đó là công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn này có rất nhiều ưu điểm và đặc biệt nó phù hợp với sản xuất lớn và các ứng dụng hàn tự động nhất là khi hàn các tấm kim loại, các đường ống, bồn bể chứa có đường kính và chiều dày lớn. Trang 1
16. Tuy nhiên trong quá trình hàn các kết cấu có kích thước, chiều dày lớn và hàn ở các vị trí hàn khó trong không gian, “chẳng hạn như hàn mối hàn 2G” thì sự hình thành mối hàn cũng khác nhau. Để có được mối hàn tương đối đồng đều về kích thước, hình dáng trong quá trình hàn ta phải điều chỉnh, thay đổi các thông số của quá trình hàn để đạt được hình dáng cũng như chất lượng mối hàn như mong muốn. Vì vậy tác giả chọn đề tài nghiên “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ công nghệ hàn MAG đến hình dạng mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tƣ thế 2G ” 1.2. Tình hình nghiên cứu. 1. K.Y. Benyounis, et al. “ Effect of welding parameters on heat input and weld bead profile ’’ 15 May 2005 2. K.Y. Benyounis, et al.“ Optimizing the laser-welded butt joints of medium carbon steel using RSM ”, 15 May 2005. 3. N. B. Mostafa and R. S Parmar. “Mathematical models to predict weld bead dimensions in FCAW’’ Dec. 16- 19, 2007. 4. Xác định ứng suất dư cho mối hàn ống chịu áp lực bằng nhiễu xạ X – quang Luận văn thạc sĩ Lâm Văn Tường 2011. 5. Nghiên cứa ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền của mối hàn Luận văn thạc sĩ Nguyễn Tấn Hải 2011 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu là nâng cao hiệu quả của quá trình hàn nhằm đạt chất lượng mối hàn thông qua việc lựa chọn chế độ hàn. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và khảo sát thực nghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chất lượng mối hàn, thông qua hình dạng mối hàn đối với trường hợp hàn kết cấu thép ở tư thế 2G 1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài - Tìm hiểu về tổng quan công nghệ hàn MAG, sự hình thành mối hàn, cấu trúc kim loại của mối hàn - Đặc biệt đi sâu nghiên cứu cụ thể sự ảnh hưởng của các thông số về năng Trang 2
17. lượng hàn, khi hàn ở tư thế 2G để chế tạo kết cấu thép thông dụng như: Bồn chứa, bể, thùng, Có chiều dày thông dụng nhất 10 mm. Những thông số có ảnh hưởng quyết định đến sự hình thành cũng như đến chất lượng mối hàn bao gồm: Cường độ dòng điện hàn Ih , Hiệu điện thế hàn Uh , Tốc độ hàn Vh 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu đối với hàn hồ quang điện với phương pháp hàn MAG. - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định chế độ công nghệ hàn thông qua các giá trị hình dạng mối hàn được khảo sát. Vật liệu nghiên cứu : - Thép các bon thấp có kích thước phôi 250x100x10mm - chọn dây hàn E70S-G theo tiêu chuẩn AWS hãng sản xuất Kim Tín Việt Nam đường kính: ø1.2 mm. - Khí bảo vệ: Khí CO2 có độ tinh khiết tối thiểu là 99,5% 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Dựa trên lý thuyết về công nghệ hàn MAG - Lý thuyết về kim loại học và nhiệt luyện. - Tham khảo tài liệu trên thế giới có liên quan đến công nghệ hàn. - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo mẫu thử nghiệm, dùng quy hoạch thực nghiệm để kiểm tra đánh giá kết quả thu được, xác định mối tương quan giữa các yếu tố chế độ công nghệ hàn và hình dạng mối hàn. 1.6. Giá trị thực tiễn của lận văn. - Kết quả của luận văn giúp cho người kỹ sư hoạc người thợ xác định được chế độ hàn phù hợp khi thiết kế quy tình hàn hoạc trong khi hàn. - Có thể dung làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành cơ khí, đặc biệt trong chuyên ngành hàn các học viên có thể làm tài liệu để làm tham khảo cho các đề tài liên quan Trang 3
18. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Một số vấn đề cơ bản về lý thuyết hàn 2.1.1 Sự hình thành mối hàn 2.1.1.1 Khái niệm về mối hàn. Mối nối được thực hiện bằng phương pháp hàn gọi là mối hàn. Mối hàn là mối nối liền không tháo được. Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn Trong hàn nóng chảy mối nối hàn gồm: Hình 2.1. Mối hàn + Mối hàn: Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành + Vùng tiệm cận mối hàn Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 1000C đến nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy. + Kim loại cơ bản Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong quá trình hàn 2.1.1.2 . Sự tạo thành bể hàn Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn. Trang 4
19. Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn, đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đuôi. Hình 2.2. Bể hàn + Phần đầu bể hàn Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ỏ phía trước bị nóng chảy + Phần đuôi bể hàn Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên mối hàn. Trong quá trình hàn, kim loại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong bể hàn là do tác dụng của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn bị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn. Hình dạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào: Công suất của nguồn nhiệt Chế độ hàn Trang 5
20. Tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn Hình dạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng: b- chiều rộng bể hàn h- Chiều sâu nóng chảy l- Chiều dài bể hàn Tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình dạng của bể hàn: = b/ l Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Nếu b/l lớn (bể hàn rộng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn có chất lượng cao. Ngược lai, nếu b/L nhỏ thì sau khi kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn. Hình 2.3 Hình dạng và kích thước của bể hàn 2.1.1.3 . Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không những ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng mối hàn. Khi hàn hồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí nào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn là do các yếu tố sau: + Trọng lực của giọt kim loại lỏng Trang 6
21. Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng vào bể hàn Lực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố này hoàn toàn không thuận lợi. + Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng nhỏ nhất, tức là làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại. Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có dạng hình cầu. Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung của nó. + Lực từ trường Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực của từ trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng của que hàn bị thắt lại. Hình 2.4. Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật độ và cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện Trang 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4