Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn thép Cacbon (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn thép Cacbon (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 NGÔ TẤN HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN HỒ QUANG ÁP LỰC ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP CACBON NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 1 5 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ TẤN HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN HỒ QUANG ÁP LỰC ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP CACBON NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2013
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGÔ TẤN HẢI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1971 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Châu Thành, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Thân Cửu nghĩa, Châu Thành, Tiền Giang Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0984.410.454 Fax: E-mail: ngotanhai1971@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/1989 đến 01/ 1994 Nơi học: Trường Sư Phạm Kỹ Thuật 4 Vĩnh Long Ngành học: Giáo viên dạy nghề Hàn 2. Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 10/ 2010 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: CAD/CAM-CNC nâng cao. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Năm 2010 Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp Giảng viên Năm 2011 Trường Cao đẳng nghề TP.HCM Giảng viên i
4. 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 18 tháng 09 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngô Tấn Hải ii
5. CẢM TẠ Trước tiên cho tôi gởi lời chân thành cảm ơn đến Thầy hướng dẫn PGS.TS Hoàng Trọng Bá đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Đồng thời xin chân thành cảm ơn: - Quí Thầy trong khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM và tất cả quý Thầy đang giảng dạy lớp Cao học Công nghệ Chế tạo máy khóa 2011 – 2013B đã cho tôi nhiều kiến thức bổ ích. - Ban Giám Hiệu và quí Thầy Cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long, Ban Giám Hiệu và quí Thầy Cô trong khoa Cơ khí chế tạo trường Cao đẳng nghề TP. HCM, Quản Đốc và tập thể anh em công nhân tổ hàn xưởng cơ khí Công ty Schindler - Khu Công nghiệp Bình Chiểu - quận Thủ Đức -TP. HCM đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi hoàn thành thực nghiệm cũng như đóng góp nhiều ý kiến rất thiết thực. - Các Thầy Cô phòng Thư viện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. - Giám Đốc Công ty cung cấp thiết bị hàn ArcTechnology Co. Limited đã cung cấp tài liệu và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng, có giá trị. - Cha mẹ, những người thân trong gia đình và bạn bè đã hổ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. iii
6. TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn trên thép cácbon” được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh từ tháng 02 năm 2013 đến tháng 08 năm 2013. Nội dung chủ yếu nói về những ưu điểm vượt trội của công nghệ hàn hồ quang áp lực (ForceArc) so với các công nghệ hàn hồ quang khác hiện nay. Công nghệ ForceArc là bước tiến quan trọng nhất về lĩnh vực hàn trong thập niên qua do trong quá hàn không có sự bắn tóe, không gây tiếng ồn, độ sâu nóng chảy rất cao, tiêu thụ ít năng lượng một cách đáng kể. Vì vậy hạn chế được sự thất thoát kim loại trong quá trình hàn, tạo môi trường làm việc tốt cho người thợ, giảm được số lớp hàn, tăng năng suất lao động, hạ giá thành sảm phẩm. Từ những ưu điểm vừa nêu, việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn ForceArc có ý nghĩa rất thiết thực trong việc cải thiện năng suất và chất lượng mối hàn, đồng thời mở rộng khả năng công nghệ trong lĩnh vực hàn trong giai đoạn hiện nay. Nội dung luận văn có kết cấu gồm 6 chương sau: Chương 1: Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu lý thuyết và thực hành nhằm xem xét đánh giá chung về công nghệ ForceArc để từ đó xác định mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết của công nghệ ForceArc, đồng thời nêu ra mô hình tính toán của quá trình hàn này. Chương 3: Phân tích và tính toán các thông số của chế độ hàn ForceArc. Chương 4: Lựa chọn phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn. Chương 5: Xác định các thông số ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình hàn và tiến hành thực nghiệm, tìm ra phương trình hàm mục tiêu, tìm ra miền tối ưu của các thông số hàn, kiểm tra chất lượng mối hàn. Chương 6: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng cho đề tài. iv
7. ABSTRACT The potential of the Force Arc Welding Process is easily in the creation of defect free welds in almost all of the carbon and alloy steels. The success and applicability of the process, however, will depend on the performance of the welds compared to other joining process. Experimental testing and evaluation are necessary for the determination of the mechanical respone of Force Arc Welds and vital to the development and optimization of the Force Arc Welding Process. The goal of experimental testing Force Arc Welds in this thesis is to obtain the data necessary to begin understanding the effects of parameters the Force Arc Welding to process. An attempt has been made to evaluate and compare modelling and experimental. v
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BẢNG xv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về phƣơng pháp hàn hồ quang áp lực 1 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 4 1.2.1 Ngoài nước 4 1.2.1.1 Tổng quan về lý thuyết, công nghệ, thiết bị 4 1.2.1.2 Những ngành công nghiệp đã ứng dụng công nghệ ForceArc 7 1.2.1.3 Những ứng dụng liên quan đến công nghệ ForceArc 9 1.2.1 Trong nước 10 1.3 Tính cấp thiết của đề tài 12 1.4 Tính mới của đề tài 13 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 13 1.5.1. Ý nghĩa khoa học 13 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn 13 1.6 Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu 13 1.6.1 Mục đích nghiên cứu 13 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 14 1.7 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 14 1.7.1 Nhiệm vụ của đề tài 14 1.7.2 Giới hạn của đề tài 14 vi
9. 1.8 Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện 14 1.8.1 Phương pháp nghiên cứu 14 1.8.2 Kế hoạch thực hiện 15 1.9 Kết luận 15 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Hồ quang hàn thông thƣờng và các tính chất của nó 16 2.1.1 Hồ quang hàn thông thường 16 2.1.2 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn 16 2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự dịch chuyển kim loại vào bể hàn 17 2.2.1 Các dạng dịch chuyển 17 2.2.1.1 Dịch chuyển dạng cầu 18 2.2.1.2 Dịch chuyển dạng phun 18 2.2.1.3 Dịch chuyển dạng ngắn mạch 19 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự dịch chuyển giọt kim loại vào bể hàn: 19 2.2.2.1 Trọng lượng của giọt kim loại lỏng 19 2.2.2.2 Sức căng bề mặt 19 2.2.2.3 Lực từ trường 20 2.2.2.4 Áp lực khí 20 2.3 Bản chất của hồ quang áp lực 21 2.4 Ƣu điểm của hồ quang áp lực so với hồ quang phun 25 2.5 Kết luận 25 Chƣơng 3: CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG ÁP LỰC 26 3.1 Chuẩn bị 26 3.1.1 Thiết bị dùng để thực nghiệm 26 3.1.2 Kiểu liên kết hàn 26 3.1.3 Vật liệu hàn 26 3.1.4 Chuẩn bị mép vát 27 3.2 Phƣơng pháp hàn và chế độ hàn 27 3.2.1 Phương pháp hàn 27 vii
10. 3.2.2 Chế độ hàn 28 3.3 Kết luận 32 Chƣơng 4: KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN 33 4.1 Ảnh hƣởng của khuyết tật đến cơ tính liên kết hàn 33 4.1.1 Ảnh hưởng chung 33 4.1.2 Ảnh hưởng của nứt 33 4.1.3 Ảnh hưởng của không ngấu 33 4.1.4 Ảnh hưởng của rỗ khí, lẫn xỉ 34 4.1.5 Ảnh hưởng của hình dáng mối hàn 34 4.1.6 Ảnh hưởng của lệch mép 35 4.2 Kiểm tra không phá hủy (NDT) 35 4.2.1 Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ (RT) 35 4.2.2 Kiểm tra bằng siêu âm (UT) 37 4.2.3 Kiểm tra bằng siêu âm màu ba chiều (PA-UT) 38 4.2.4 Kiểm tra bằng kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm (TOFD) 39 4.2.5 Lựa chọn phương pháp kiểm tra không phá hủy 40 4.3 Kiểm tra cơ tính mối hàn 40 4.3.1 Thử kéo tĩnh 41 4.3.2 Thử uốn tĩnh 42 4.3.3 Thử độ cứng 43 4.3.4 Thử độ dai va đập 45 4.3.5 Lựa chọn phương pháp kiểm tra cơ tính 46 4.3.5.1 Kích thước mẫu thử kéo (Tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010) 46 4.3.5.2 Yêu cầu đối với mẫu thử kéo 46 4.3.5.3 Phương pháp gia công mẫu 47 4.3.5.4 Tiến hành thử kéo 49 4.4 Kiểm tra tổ chức mối hàn (phân tích kim tƣơng) 50 4.4.1 Nguyên lý và quy trình 50 4.4.2 Tổ chức vi mô 51 viii
11. 4.5 Kết luận 53 Chƣơng 5: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 54 5.1 Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm 54 5.2 Hàm mục tiêu của hệ thống 54 5.3 Các thông số đầu vào ảnh hƣởng đến quá trình nghiên cứu 54 5.4 Cơ sở giới hạn các thông số nghiên cứu đầu vào 55 5.5 Các yếu tố nghiên cứu đầu vào 55 5.6 Phát biểu bài toán hộp đen 55 5.7 Qui hoạch thực nghiệm đơn yếu tố 56 5.7.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của góc vát cạnh 56 5.7.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn 57 5.7.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp hàn 58 5.8 Quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần 60 5.8.1 Mô hình hàm mục tiêu 60 5.8.2 Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số hồi qui 70 5.8.3. Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui 72 5.8.4 Tính hệ số xác định R2 73 5.9 Tối ƣu hóa nghiệm của phƣơng trình 74 5.10 Kết luận 77 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 78 6.1 Kết luận 78 6.2 Hƣớng phát triển của đề tài 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC ix
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt American Society of Mechanical ASME Hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ Engineers American Society for Testing Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm ASTM and Materials Mỹ AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Mỹ CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển chương trình số Deutsches Institut fur Normung DIN = German Institute for Viện tiêu chuẩn hóa Đức Standardization Tiêu chuẩn các quốc gia châu EN European Nations Âu FAW Force Arc Welding. Hàn hồ quang áp lực Hàn hồ quang điện cực nóng GMAW Gas Metal Arc Welding chảy trong khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực không GTAW Gas Tungsten Arc Welding nóng chảy trong khí bảo vệ HAZ Heat Affected Zone Vùng ảnh hưởng nhiệt JIS Japanese Industrial Standard Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Hàn hồ quang điện cực nóng MAG Metal Active Gas chảy trong khí hoạt tính Hàn hồ quang điện cực nóng MIG Metal Inert Gas chảy trong môi trường khí trơ NDT Non- Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy PA-UT Phased Array Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm tổ hợp pha RT Radiographic Tomography Chụp ảnh phóng xạ x
13. Hàn hồ quang điện cực không TIG Tungsten Inert Gas nóng chảy trong khí trơ TOFD Time of Flight Diffraction Kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm TWI Welding Institute UK Học viện hàn Vương Quốc Anh UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm Wire Electrical Discharge Máy gia công tia lửa điện điện WEDM Machining cực dây xi
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Chƣơng 1: Hình 1.1: Mối hàn được hình thành phía trong ống 1 Hình 1.2: Độ sâu nóng chảy của mối hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) 2 Hình 1.3: So sánh số lớp hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) 2 Hình 1.4: Ưu điểm của phương pháp ForceArc (a) so với phương pháp thông thường (b) khi hàn liên kết chữ T 3 Hình 1.5: Vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) 3 Hình 1.6: Máy hàn Phoenix 500 của hãng EWM, Đức 6 Hình 1.7: Máy hàn Alpha Q551 của hãng EWM, Đức 6 Hình 1.8: Máy hàn Taurus T551 của hãng EWM, Đức 7 Hình 1.9: Tàu điện của Locomotive Dragon 8 Hình 1.10: Tàu tuần tra của Sea-East 8 Hình 1.11: Ứng dụng trong chế tạo bồn bể 9 Chƣơng 2: Hình 2.1: Sự nóng chảy của điện cực khi hồ quang cháy 16 Hình 2.2: Sự dịch chuyển kim loại lỏng vào bể hàn dạng cầu 18 Hình 2.3: Hồ quang SprayArc 21 Hình 2.4: Đường biểu diễn sự thay đổi dòng điện và điện áp theo thời gian của hồ quang phun ngắn 22 Hình 2.5: Hình ảnh tĩnh của hồ quang ForceArc 23 Hình 2.6: Sự phân chia giai đoạn của loại hồ quang ngắn 23 Hình 2.7: Đường biểu diễn sự thay đổi dòng điện và điện áp theo thời gian của hồ quang áp lực 24 xii
15. Hình 2.8: Sự truyền kim loại vào bể hàn của hồ quang áp lực 25 Chƣơng 3: Hình 3.1: Liên kết hàn theo AWS D1.1/D1.1-M:2010 26 0 0 0 Hình 3.2: Các phôi hàn được vát góc 30 , 40 và 50 27 Hình 3.3: Chọn số Job theo vật liệu hàn và đường kính dây hàn 28 Hình 3.4: Job179 với dòng điện và điện áp hàn 28 Hình 3.5: Job180 với dòng điện và điện áp hàn 29 Hình 3.6: Job181 với dòng điện và điện áp hàn 29 Hình 3.7: Kích thước mối hàn và tiết diện ngang kim loại đắp 30 0 Hình 3.8: Phôi hàn với góc vát 40 sau khi hàn lớp thứ nhất 30 0 0 Hình 3.9: Số lớp hàn với góc vát 30 (3 lớp, hình a) và góc vát 50 (5 lớp, hình b) 31 Hình 3.10: Hình dáng mối hàn ở mặt trước (a) và mặt sau (b)(chỉ hàn một phía) 31 Chƣơng 4: Hình 4.1: Kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ (RT) 35 Hình 4.2: Thiết bị chụp ảnh phóng xạ ICM X-RAY 36 Hình 4.3:Phương pháp xung phản hồi (a) và phương pháp truyền qua (b) 37 Hình 4.4: Ứng dụng PA-UT để kiểm tra vật liệu 38 Hình 4.5: Kiểm tra mối hàn bằng PA-UT 39 Hình 4.6: Kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng kỹ thuật nhiễu xạ siêu âm 39 Hình 4.7: Kiểm tra mối hàn bằng thiết bị siêu âm Epoch 40 Hình 4.8: Kích thước mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 41 Hình 4.9: Kích thước mẫu thử uốn theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 43 Hình 4.10: Các phương pháp đo độ cứng thông dụng 44 Hình 4.11: Các vị trí cần thử độ cứng 45 Hình 4.12: Mẫu chuẩn thử độ vai va đập rãnh V (a) và rãnh U (b) 45 Hình 4.13: Kích thước mẫu thử kéo 46 Hình 4.14: Vị trí lấy mẫu thử kéo 47 Hình 4.15: Mẫu thử sau khi cắt rời 47 Hình 4.16: Gia công mẫu thử kéo trên máy phay CNC 48 xiii
16. Hình 4.17: Các mẫu thử kéo sau khi được gia công 48 Hình 4.18: Thử kéo trên máy INSTRON 49 Hình 4.19: Các mẫu thử sau khi kéo đứt 49 Hình 4.20: Hình dáng mặt cắt ngang mối hàn sau khi tẩm thực 51 Hình 4.21: Tổ chức vi mô vùng mối hàn 51 Hình 4. 22: Tổ chức vi mô vùng tiếp giáp (vùng viền chảy) 52 Hình 4.23: Tổ chức vi mô vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) 52 Hình 4.24: Tổ chức vi mô vùng kim loại cơ bản 52 Chƣơng 5: Hình 5.1: Mô hình hộp đen cho quá trình nghiên cứu 56 Hình 5.2: Dạng phương trình khi thay đổi góc vát 57 Hình 5.3: Dạng phương trình khi thay đổi cường độ dòng điện Ih 58 Hình 5.4: Dạng phương trình khi thay đổi điện áp hàn Uh 59 xiv
17. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Chƣơng 3: Bảng 3.1: Thành phần hóa học của thép CT3 27 Chƣơng 5: Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm khi thay đổi 57 Bảng 5.2: Kết quả thí nghiệm khi Ih thay đổi 58 Bảng 5.3: Kết quả thí nghiệm khi Uh thay đổi 59 Bảng 5.4: Bảng tổng hợp giá trị của các thông số đầu vào 64 Bảng 5.5: Bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm 65 Bảng 5.6: Đánh số mẫu thử 66 Bảng 5.7: Bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm mở rộng 69 Bảng 5.8: Số liệu để tính phương sai lặp lại 71 Bảng 5.9: Số liệu để tính phương sai tương thích 73 Bảng 5.10: Số liệu để tính hệ số xác định 74 Bảng 5.11: Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa 76 xv
18. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phƣơng pháp hàn hồ quang áp lực Ngày nay, vấn đề năng lượng và môi trường đang được thế giới quan tâm và luôn hướng đến sự hoàn thiện về mọi mặt. Do đó tất cả các ngành công nghiệp cũng cần nghiên cứu đổi mới công nghệ nhằm hạn chế tối đa năng lượng sử dụng, giảm lượng khí thải khi sản xuất. Trong lĩnh vực hàn, các phương pháp hàn tiên tiến như hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc hay trong môi trường khí bảo vệ, hàn plasma, hàn bằng tia laser, phần nào đáp ứng được các yêu cầu trên, tuy nhiên các phương pháp hàn trên vẫn còn tiêu tốn năng lượng rất nhiều. Phương pháp hàn hồ quang áp lực (ForceArc) được xem là phương pháp rất hữu hiệu và đang được quan tâm nhất hiện nay. Ưu điểm của phương pháp hàn hồ quang áp lực là: - Hàn được tất cả các kim loại và hợp kim, đặc biệt là các kết cấu dạng tấm, dạng ống dầy. Đối với các kết cấu này chỉ cần hàn một phía, phía còn lại mối hàn tự hình thành mà các phương pháp hàn khác chưa hàn được. Hình 1.1: Mối hàn được hình thành phía trong ống [10] - Chất lượng mối hàn cao, không nứt kết tinh, giới hạn bền cao hơn so với hàn hồ quang thông thường. 1
19. - Thay thế cho công nghệ hiện nay khi hàn lớp lót của mối hàn có vát cạnh phải thực hiện bằng phương pháp hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (Hàn TIG). - Do ảnh hưởng của áp lực hồ quang nên độ sâu nóng chảy rất cao, có thể giảm được góc vát cạnh. a) b) Hình 1.2: Độ sâu nóng chảy của mối hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) [10] - Số lớp hàn sẽ giảm do góc vát nhỏ, vì vậy có thể giảm được thời gian gia công chuẩn bị và thời gian hàn, đặc biệt là tiết kiệm điện năng tiêu thụ và lưu lượng khí bảo vệ. a) b) Hình 1.3: So sánh số lớp hàn khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b)[10] - Hạn chế được sự biến dạng của kết cấu do va nhiệt ít, nguồn nhiệt tập trung. 2
20. - Tránh được thất thoát kim loại do không có sự bắn toé kim loại lỏng trên bề mặt vật hàn. - Khắc phục được khuyết tật cháy cạnh trên khi hàn liên kết góc và chữ T. Cháy cạnh a) b) Hình 1.4: Ưu điểm của phương pháp ForceArc (a) so với phương pháp thông thường (b) khi hàn liên kết chữ T [10] - Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc. - Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn rất nhiều so với khi hàn bằng công nghệ thông thường. a) b) Hình 1.5: Vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn bằng phương pháp ForceArc (a) và phương pháp thông thường (b) [9] - Năng suất tăng lên nhờ tốc độ hàn cao hơn, hạ giá thành sản phẩm- một trong những tiêu chí rất quan trọng trong xu thế cạnh tranh hiện nay. 3
21. Để giúp cho các doanh nghiệp có điều kiện tốt hơn và thấy rõ hơn lợi ích của việc ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm cũng như hạ giá thành sản phẩm, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn trên thép cácbon” là nhiệm vụ chính của luận văn. Hàn hồ quang áp lực là bước tiến quan trọng nhất về lĩnh vực hàn trong thập niên qua do hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng và tiêu thụ ít lượng khí hàn, không có sự bắn tóe, ít biến dạng và không nứt kết tinh. Bất kỳ kim loại và hợp kim nào cũng có thể hàn được bằng công nghệ ForceArc, được ứng dụng cho hầu hết các liên kết hàn khác nhau như: Hàn giáp mí, hàn chồng mí, hàn góc, hàn chữ T, Theo thống kê của hãng HighTec Welding EWM (Đức), nếu thay thế phương pháp hàn hồ quang thông thường bằng phương pháp hàn ForceArc vào trong sản xuất sẽ giảm được 37% khối lượng kim loại đắp, 57% lưu lượng khí bảo vệ và điện năng tiêu thụ, tổng chi phí tiết kiệm được ước tính khoảng 40%, một con số rất hấp dẫn cho các doanh nghiệp trong nước. Với những đặc điểm nổi bật như trên thì đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn trên thép cácbon” là rất cần thiết trong xu thế hội nhập của nước ta hiện nay. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.2.1 Ngoài nƣớc 1.2.1.1 Tổng quan về lý thuyết, công nghệ, thiết bị  Về lý thuyết: Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ được phát minh vào năm 1920 bởi P.O.Nobel. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, phương pháp này không ngừng được các quốc gia trên thế giới nghiên cứu, đặc biệt là các quốc gia châu Âu và khu vực Bắc Mỹ (Đức, Pháp, Italy, Thụy Điển, Mỹ ) và đã cho ra đời rất nhiều phương pháp hàn mới mà tiên phong là hãng EWM của Đức đã phát minh và hoàn chỉnh phương pháp hàn hồ 4