Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn MAG đến độ bền mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn MAG đến độ bền mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở tư thế 2G

1. BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G Học viên cao học: Đỗ Trung Kiên – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Dưới sự hướng dẫn khoa học: TS. Phan Miêng ABSTRACK Arc welding with melting electrode in protective gas environment (GMAW – Gas Metal Arc Welding) was used in the manufacturing of pressure tanks, large piping systems due to good quality of seam welding and high productivity. Moreover, it is easy to be both mechanization and robotize welding process. With welding process was automated, the quality of seam welding depend on accurate of equipment and especially optimal parameter of welding technology. Therefore, all project or topic which related to parameter of welding condition was studied. TÓM TẮT Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc Welding) được sử dụng rộng rãi trong chế tạo bồn bể chứa áp lực, các hệ thống đường ống lớn do có chất lượng mối hàn tốt, năng suất cao. Hơn thế nữa, phương pháp công nghệ hàn này cho phép cơ khí hóa cũng như robot hóa quá trình công nghệ hàn (QTCNH). Đối với các QTCNH đã được tự động hóa, Chất lượng mối hàn (CLMH) chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, tinh xảo của hệ thống thiết bị và đặc biệt là độ tối ưu thông số công nghệ hàn (CNH). Bởi vậy mảng đề tài liên quan đến thông số chế độ hàn (TSCNH) luôn được quan tâm nghiên cứu. GIỚI THIỆU Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu, tác giả đã trình bày cả phần cơ sở lý thuyết và phần nghiên cứu thực nghiệm về chế độ công nghệ hàn (CĐCNH) ảnh hưởng đến độ bền kéo của mối hàn ở tư thế 2G. Xây dựng mối quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn, điện áp hồ quang và tốc độ hàn tới độ bền kéo 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 1
2. BÀI BÁO KHOA HỌC VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM I. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Thực tế khảo sát tại Công ty cổ phần LILAMA 18, khi chế tạo bồn bể chứa thường dùng thép SS 400 có chi ều dày δ = 10 - 12mm. Để thử nghiệm với đề tài nghiên cứu tác giả chọn như sau: - Vật liệu thép SS400. - Kích thước phôi: được gia công theo TCVN8310:2010 (ISO 4136: 2001) đạt kích thước: 400x200x10 mm. - Tạo góc vát như hình vẽ, sau đó dùng máy mài cầm tay làm sạch 2 phía trước sau phôi cách mối hàn 15 ÷ 20mm. - Đính phôi 2 đầu ở phía mặt được hàn - Gá phôi cố định lên vị trí hàn 2G - Máy hàn PANA AA350, hãng sản xuất Panasonic. - Dây hàn E70S-G, hãng sản xuất Kim Tín – Việt Nam. - Khí bảo vệ CO2, độ tinh khiết tối thiểu 99,5%, lưu lượng khí tiêu hao 10 lít/phút. - Máy kéo nén WB1000. - Chọn chế độ hàn ngang (bảng 3-6 trang 111 Giáo trình công nghệ hàn – NXB Giáo dục) ứng với đường kính dây hàn ø 1.2 mm để thực hiện quá trình hàn. Đường Dòng Điện áp Tốc độ Tầm với kính Tiêu hao điện hàn hồ quang hàn điện cực dây hàn khí (l/ph) (A) (V) (cm/phút) (mm) (mm) 1.2 120– 180 18 – 26 24 – 32 10 – 12 10 – 40 Bảng 1: Bảng chế độ hàn ngang đối với dây hàn Ø1.2mm - Sau khi tiến hành hàn mẫu ở vị trí 2G, tiến hành tạo mẫu thử kéo theo TCVN 8310:2010 và thí nghiệm thử kéo các mẫu trên. Trang 2
3. BÀI BÁO KHOA HỌC II. XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM Sau khi tiến hành các thí nghiệm thăm dò và tham khảo một số tài liệu [4], [8], [13], tác giả đã chọn vùng khảo sát như sau: − 푍1: Là cường độ dòng điện hàn (Ih): 120 ÷ 180 (Ampe) − 푍2: Là điện áp hàn (Uh): 18 ÷ 26 (Vôn) − 푍3: Là vận tốc hàn (Vh): 24 ÷ 32 (mm/phút) Hàm mục tiêu: Y = f(z) với Y là chỉ tiêu độ bền kéo mối hàn. Đây là bài toán tối ưu phỏng định, giải bài toán theo phương pháp leo dốc. Phương pháp qui hoạch thực nghiệm : Phương pháp trực giao cấp 1 Các yếu tố theo tỉ lệ xích tự Các yếu tố trong hệ tọa độ mã hóa Thông số Số thí nhiên khảo sát nghiệm 퐳 퐳 퐳 퐱 퐱 퐱 퐱 퐘 1 120 18 24 + - - - 493,57 2 180 18 24 + + - - 471.2 3 120 26 24 + - + - 470,97 4 180 26 24 + + + - 512,43 5 120 18 32 + - - + 472,7 6 180 18 32 + + - + 506,7 7 120 26 32 + - + + 488,67 8 180 26 32 + + + + 505,43 9 150 22 28 0 0 0 0 486,7 10 150 22 28 0 0 0 0 485,1 11 150 22 28 0 0 0 0 488,67 Bảng 2: Ma trận thực nghiệm trực giao cấp I, k = 3 và kết quả Yếu tố Giá trị hàm hồi quy theo Z Z2 Z tính toán TN 1 (V) 3 (A) (cm/min) 푌 =0,462Z1+ 1,653Z2 + 1,2565Z3 + 637,256 1 150 22 28 778,104 2 151 22,5 28,5 780,0208 3 152 23 29 781.9375 4 153 23,5 29,5 783,8543 5 154 24 30 785,771 6 155 24,5 30,5 787,6876 7 156 25 31 789,6045 8 157 25,5 31,5 791,5213 Bảng 3: Kết quả thí nghiệm theo hướng leo dốc Trang 3
4. BÀI BÁO KHOA HỌC III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾT LUẬN Sử duṇ g phần mềm Matlap để biểu diêñ mối quan hê ̣các thông số đầu vào trong phương trình hàm thưc̣ 푌 =0,462Z1+ 1,653Z2 + 1,2565Z3 + 637,256. Khi cố điṇ h giá tri ̣Z 1(cường đô ̣dòng điêṇ ở mứ c cơ sở 150A) ta có đồ thi ̣ biểu diễn như hình bên. Từ đồ thị ta nhâṇ thấy rằng: Hình 3.1: Ảnh hưởng của điện áp hàn và vận tốc hàn tớ i đô ̣bền kéo  Khi giữ cố điṇ h I h ở mức cơ sở (150A), tăng hiêụ điêṇ thế hàn và tăng vâṇ tốc hàn thì giá trị độ bền kéo tăng. Tương tự, khi cố điṇ h giá tri ̣Z 2 (điêṇ áp ở mức cơ sở 22V) ta có đồ thi ̣bi ểu diễn như hình bên. Từ đây ta có nhận xét:  Khi giữ cố điṇ h U h ở mức cơ sở (22V), tăng cường đô ̣dòng điêṇ hàn và tăng vâṇ tốc han thi gia tri ̣đô ̣bền keo tăng. ̀ ̀ ́ ́ Hình 3.2: Ảnh hưởng của cường độ dòng điêṇ hàn và vâṇ tốc hàn tớ i đô ̣bền kéo Khi cố điṇ h giá tri ̣Z 3 (vâṇ tốc hàn ở mứ c cơ sở = 28 cm/min) ta có đồ thi ̣bi ểu diễn như hình bên. Ta có nhận xét:  Khi giữ cố điṇ h V h ở mức cơ sở (28cm/min), tăng hiêụ điêṇ thế hàn và tăng cường đô ̣dòng điêṇ hàn thì giá tri ̣ Hình 3.3: Ảnh hưởng của cường độ dòng đô ̣bền kéo tăng. điêṇ hàn và điêṇ áp hàn tớ i đô ̣bền kéo KẾT LUẬN:  Các yếu tố Ih; Uh; Vh đều ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng độ bền kéo.  Khi giữ cố điṇ h môṭ trong ba thông số trên và tăng 2 thông số còn laị thì giá tri ̣ đô ̣bền kéo tăng.  Căn cứ vào bảng thiết kế leo dốc thì giá tri ̣đô ̣bền kéo đaṭ tối ưu khi I h = 157 (A); Uh= 23,5 (V); Vh = 31,5 (cm/min) Trang 4
5. BÀI BÁO KHOA HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu trong nước 1. Hoàng Tùng, Nguyêñ Thúc Hà , Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang Hà n, Nhà xuất bản Khoa hoc̣ và kỹ thuâṭ , Hà Nội 1998 2. Trần Văn Niên, Trần Thế San, Thưc̣ hà nh hà n hồ quang – MIG – TIG – PLASMA, Nhà xuất bản Đà Nẵng 3. Ngô Lê Thông, Công nghê ̣hà n nó ng chảy tâp̣ 1, 2, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật , Hà Nội 2009. 4. Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh, Võ Văn Phong: Công Nghệ Hàn lý thuyết và ứng dụng, tái bản lần 2, nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội, 2003, trang 16. 5. Ngô Lê Thông: Hàn điện nóng chảy, nhà xuất bản ĐHBK Hà Nội. 6. TS. Nguyêñ Thúc Hà , TS. Bùi Văn Hạnh, Th.S. Võ Văn Phong; Giáo trình công nghệ hàn, NXB Giáo Duc̣ , 2005 7. Khoa hàn – Trườ ng LILAMA1, Giáo trình hàn tâp̣ 1, 2, 3, NXB Lao Đôṇ g, 2009 8. TS. Phan Miêng ; Ảnh hưởng của gió đối với dòng khí bảo vệ trong quá trình hàn CO2 – Tuyển tập các công trình nghiêng cứu khoa học 40 năm ĐHBK Hà Nội – 1996. 9. TS. Phan Miêng ; Xác định trường nhiệt hàn trong môi trường CO2 - tuyển tập 50 năm Viện KHCN GTVT. 10. TS. Phan Miêng ; Nghiên cứu công nghệ hàn trong môi trường CO2 để hàn thép hợp kim thấp. Bộ GD và ĐT , Hà Nội 1996 11. TS. Phan Miêng; Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường CO2. Báo cáo KH tổng kết đề tài đề tài n/c Khoa học cấp bộ. Bộ GTVT 6.1994 12. TS. Phan Miêng; Ứng dụng CNH tự động phục hồi trục và bánh xe tàu hoả. GTVT 9.2000 13. PGS.TS. Phùng Rân, Quy hoac̣ h thưc̣ nghiêṃ ứ ng duṇ g , Trườ ng ĐH SPKT Tp .HCM, 2006 Tài liệu ngoại văn 14. American Welding Society (AWS. D1.1). Structural welding code steel, 20th edition, Approved by American National standards Institute, November,29, 2005 15. Jian Lu: Handbook of Measurment of Residual stresses, Published by The Fairmont Press, INC 16. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 2007 edition, Section – IX welding and Brazing, published by The American Society of Mechanical Engineers, in July 2007. 17. Jeff Nadzam, Senior Application Engineer, Gas Metal Arc Welding Guidelines, Lincoln electric, 2009 18. Smith M .Welding of Revoling objects in CO2 Atmosphere using a two headed automatic welder. Stroi Wyrob August 1996. Ý kiến của cán bộ hướng dẫn khoa học Học viên thực hiện TS. PHAN MIÊNG ĐỖ TRUNG KIÊN Trang 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC Trang 6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.