Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề: Hàn) - CĐ Nghề Việt Đức, Hà Tĩnh

Chia sẻ: Ermintrudetran Ermintrudetran | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Tính toán kết cấu hàn cung cấp cho người học những kiến thức như: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn, tính toán độ bền mối hàn, ứng suất và biến dạng khi hàn, tính toán kết cấu tấm, dàn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề: Hàn) - CĐ Nghề Việt Đức, Hà Tĩnh

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun/Môn học: TÍNH TOÁN KẾT CẤU HÀN Nghề: HÀN Trình độ: CAO ĐẲNG Biên soạn: Nguyễn Văn Trúc Tài liệu lưu hành nội bộ Năm 2017 1
MỤC LỤC Bài 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN ........................................................ 6 1. Thép đinh hình................................................................................................... 6 2. Thép tấm. ........................................................................................................... 7 3. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn. ..................................... 7 3.1. Thép các bon thấp....................................................................................... 7 3.2. Thép hợp kim thấp. .................................................................................... 7 3.3. Thép không rỉ.............................................................................................. 7 3.4. Nhôm và hợp kim nhôm. ............................................................................ 8 4. Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn. ........................................................... 8 Bài 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN MỐI HÀN ................................................................. 8 1. Tính độ bền kéo, nén của mối hàn giáp mối. .................................................... 8 2. Tính độ bền kéo, nén của mối hàn góc. .......................................................... 10 2.1. Tính mối hàn đối xứng ngang. ................................................................. 10 2.2. Mối hàn đối xứng dọc. .............................................................................. 11 3. Tính độ bền uốn tổng hợp của các mối hàn. ................................................... 12 3.1. Mối hàn giáp mối chịu uốn. ..................................................................... 12 3.2. Mối hàn góc chịu uốn (hình 2-6)...................................................... 12 3.3. Mối hàn chịu xoắn. .................................................................................. 14 3.4. Các ví dụ tính toán.................................................................................... 14 4. An toàn lao động - Vệ sinh phân xưởng.......................................................... 16 Bài 3: ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN .................................................... 17 1. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp. ....................................................... 17 2. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối. ............................................... 18 2.1. Tính nội lực tác dụng. ............................................................................. 19 2.2. Tính nội lực phản kháng và ứng suất phản kháng khi hàn 2 tấm có kích thước khác nhau (hình 3-2). ............................................................................ 20 2.2.1. Nội lực phản kháng ở 2 tấm hàn được tính như sau:....................... 20 2.2.2. Ứng suất phản kháng được tính như sau. ........................................ 20 2.3. Tính mô men uốn. ..................................................................................... 20 2.4. Tính ứng suất uốn. .................................................................................... 21 2.5. Tính độ võng. ............................................................................................ 21 2.6. Các ví dụ và bài tập. ................................................................................. 22 3. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu thép góc. ................................... 23 3.1. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu chữ L. (hình 4- 4) ......... 24 3.1.1. Tính lực tác dụng. .............................................................................. 24 2
3.1.2. Tính ứng suất phản kháng. ............................................................... 24 3.1.3. Tính mô men uốn. .............................................................................. 24 3.2. Ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu chữ T. ........................................ 25 4. Các biện pháp giảm ứng suất và biến dạng khi hàn. ..................................... 26 4.1. Các biện pháp về kết cấu và công nghệ. .................................................. 26 4.2. Các biện pháp khử biến dạng................................................................... 27 4.3. Kẹp chặt chi tiết khi hàn. ......................................................................... 27 4.4. Các phương pháp giảm ứng suất. ............................................................ 27 4.4.1. Phương pháp tạo lực ép lên mối hàn. ............................................... 27 4.4.2. Nung nóng trước khi hàn và trong quá trình hàn............................ 27 4.4.3. Nung sau khi hàn. .............................................................................. 27 4.4.4. Nắn, sửa.............................................................................................. 27 5. An toàn lao động và vệ sinh phân xưởng. ....................................................... 28 I. Tính toán kết cấu dầm. .................................................................................... 28 1. Khái niệm và phân loại dầm............................................................................ 28 1.1. Khái niệm. ................................................................................................. 28 1.2. Phân loại dầm. .......................................................................................... 28 2. Tính toán thiết kế dầm. ................................................................................... 29 2.1. Tính chọn chiều cao của dầm. .................................................................. 30 2.2. Tính toán các thông số khác của dầm. ..................................................... 30 2.2.1. Tính mô men chống uốn. ................................................................... 30 2.2.2. Tính mô men quán tính của tiết diện. ............................................... 30 2.2.3. Tính mô men quán tính của tấm vách đứng có chiều cao hb chiều dày Sb. .......................................................................................................... 30 2.2.4. Tính mô men quán tính của 2 tấm đế. .............................................. 31 2.2.5. Tính ứng suất do uốn......................................................................... 31 2.2.7. Tính ứng suất tương đương. ............................................................. 31 2.3. Tính toán các mối hàn dầm. ..................................................................... 32 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn dầm. .............................................................. 33 4. Ứng dụng tính vật liệu gia công dầm. ............................................................. 37 4.1. Tính phản lực tại các gối đỡ. .................................................................... 38 4.2. Tính mô men uốn M. ................................................................................ 38 4.3. Tính chiều cao của dầm. ........................................................................... 38 4.4. Tính mô men chống uốn Wy. .................................................................... 39 4.5. Tính mô men quán tính J y. ....................................................................... 39 4.6. Tính mô men quán tính của tấm vách Jb. ................................................ 39 4.7. Tính mô men quán tính của tấm đế J d. .................................................... 39 4.8. Tính chiều cao hd. ..................................................................................... 39 3
4.9. Kiểm tra độ bền uốn. ................................................................................ 40 4.10. Tính ứng suất tiếp lớn nhất. ................................................................... 40 II. Tính toán kết cấu trụ. ..................................................................................... 40 1. Khái niệm, phân loại, trạng thái chịu tải trọng của trụ. ................................ 40 1.1. Khái niệm. ................................................................................................. 40 1.2. Phân loại trụ. ........................................................................................... 41 1.2.1. Loại trụ có mặt cắt ngang hình chữ I. .............................................. 41 1.2.2. Trụ có mặt cắt hình chữ . .................................................................. 41 1.2.3. Trụ có mặt cắt ngang hình................................................... 41 2. Tính toán thiết kế trụ....................................................................................... 42 2.1. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang của trụ. ............................................... 42 2.2. Tính toán mối hàn liên kết các phần tử của trụ. ..................................... 44 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn trụ.................................................................. 45 3.1. Các biện pháp giảm ứng suất khi hàn trụ. .............................................. 45 3.2. Các biện pháp giảm biến dạng khi hàn trụ. ............................................ 47 4. Ứng dụng tính toán vật liệu gia công trụ. ....................................................... 48 5. An toàn lao động - vệ sinh môi trường............................................................ 52 Bài 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU TẤM, DÀN ......................................................... 53 I. Tính toán kết cấu tấm. ..................................................................................... 53 1. Khái niệm, phân loại, trạng thái làm việc về kết cấu tấm. ............................. 53 1.1. Khái niệm chung về kết cấu tấm. ............................................................. 53 1.2. Phân loại kết cấu tấm và trạng thái làm việc của kết cấu tấm. .............. 53 1.2.1. Nhóm 1. .............................................................................................. 54 1.2.2. Nhóm 2. .............................................................................................. 54 2. Tính toán kết cấu tấm. ..................................................................................... 54 2.1. Kết cấu thùng chứa hình trụ đứng. ......................................................... 54 2.1.1. Tính toán phần thân thùng. .............................................................. 54 2.1.2. Tính toán đáy thùng. ......................................................................... 55 2.1.3. Tính toán nắp thùng. ......................................................................... 56 2.2. Tính các kết cấu bình chứa chất lỏng, chất khí áp suất cao. ................. 57 2.2.1. Tính chiều dày của bình. ................................................................... 57 2.2.2. Tính chiều dày đáy bình. ................................................................... 57 2.2.3. Các bình làm việc trong điều kiện dễ gây ra cháy nổ. ..................... 57 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn tấm. ............................................................... 57 3.1. Ứng suất và biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối các tấm tự do. .... 58 3.2. Ứng suất biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối có gá kẹp. ................ 67 4. Các ứng dụng tính toán vật liệu gia công tấm. ............................................... 69 II. Tính toán kết cấu dàn. .................................................................................... 70 1. Khái niệm, phân loại, trạng thái làm việc về kết cấu dàn. ............................. 70 4
1.1. Khái niệm về dàn. ..................................................................................... 71 1.2. Phân loại và các trạng thái làm việc của dàn. ......................................... 71 1.2.1. Dàn kèo nhà. ...................................................................................... 71 1.2.2. Các dàn cần trục thường có dạng như hình 5-14. ............................ 72 1.2.3. Dàn cầu. ............................................................................................. 73 2. Tính toán kết cấu dàn. ..................................................................................... 73 2.1. Tính tải trọng và ứng suất trong các thanh của dàn. .............................. 73 2.1.1. Tính tải trọng. .................................................................................... 73 2.1.2. Tính nội lực trong các thanh của dàn. .............................................. 73 2.2. Xác định tiết diện ngang các thanh của dàn. ........................................... 74 2.3. Tính toán nút dàn. .................................................................................... 75 2.3.1. Tính nút đế. ........................................................................................ 75 2.3.2. Tính nút đỉnh. .................................................................................... 76 2.4. Nối các thanh biên. .................................................................................. 76 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu dàn.................................................... 76 4. Ứng dụng tính vật liệu gia công dàn. .............................................................. 80 5. An toàn lao động - vệ sinh môi trường............................................................ 84 5
Bài 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN 1. Thép đinh hình. Thép đình hình là những loại có hình dạng đặc biệt hoặc có tiết diện ngang thay đổi chu kỳ theo chiều dài, loại này ít dùng trong kết cấu hàn. - Thép chữ L (thép góc): Đây là loại thép hình được sử dụng rất nhiều để chế tạo các loại kết cấu hàn, thép chữ L thường dùng để chế tạo các loại khung, dàn, hoặc các liên kết khác trong các kết cấu. Từ thép góc ta có thể chế tạo ra các loại hình khác nhau bằng cách ghép các thanh thép góc lại với nhau, ví dụ ghép hai thanh thép góc lại ta sẽ có kết cấu chữ [, hoặc chữ T, nếu ghép 4 thanh góc ta sẽ có kết vấu chữ , do vậy đây là loại thép hình có phạm vi sử dụng rất lớn trong thực tế. Thép hình chữ L có 2 loại là L cánh đều và L cánh lệch. + Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại được qui định trong TCVN 1656- 75. Loại nhỏ nhất có kích thước L20  3, nghĩa là mỗi cạnh có kích thước là 20mm, chiều dày có kích thước là 3mm. Loại lớn nhất có kích thước L250  20. Đây là loại thép được sử dụng rất nhiều để chế tạo kết cấu rất nhiều do tính công nghệ của nó rất cao, trong quá trình gia công người thợ không cần chú ý đến các cạnh của thanh thép, do cạnh của các thanh đều bằng nhau, chính đây là dặc tính rất ưu việt của loại thép góc này. + Thép chữ L cạnh không đều: Gồm có 47 loại được qui định trong tiêu chuẩn TCVN 1657-75. Loại nhỏ nhất là L25163,có nghĩa là cạnh thứ nhất 25mm, cạnh thứ hai 16mm, chiều dày 3mm. Loại lớn nhất có kích thước 250  160  20. Đây là loại thép góc mà hiện nay phạm vi ứng dụng không lớn, do tính công nghệ của thép không cao vì trong quá trình gia công người thợ cần phải chú ý đến các cạnh của thanh thép (do các cạnh không đều nhau) do vậy sẽ ảnh hưởng đến năng suất lao động. Vì vậy khi thiết kế kết cấu cần chú ý đến đặc điểm này để lựa chọn thép góc cho hợp lý. - Thép chữ : Đây là loại thép được sử dụng rất nhiều để chế tạo các loại kết cấu chịu uốn, nén . Theo TCVN 1655-75 thép chữ  có 23 loại, chiều cao loại nhỏ nhất là 100mm, loại lớn nhất là 600mm. Ngoài ra còn có thêm một số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" ở phía dưới. Thép chữ  là loại thép rất khó liên kết với nhau để tạo ra một loại mới. - Thép chữ [: Theo TCVN 1654-75 thép chữ [có 22 loại, chiều cao loại nhỏ nhất là 50, loại lớn nhất là 400mm ( đây là chiều cao của tiết diện ), ví dụ [ 22 chỉ loại này có chiều cao là h = 220mm. Chiều dài của thép chữ [ từ 4 - 13m. Ngoài ra còn có một số loại đặc biệt thì ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép [ 22 a . 6
Trong thực tế còn có cácloại thép hình khác như thép ống không hàn được dùng trong các kết cấu đường dẫn chất lỏng,chất khí. Đối với loại này thường chỉ thực, thép tròn, thép vuông. v.v. cũng thường được sử dụng. 2. Thép tấm. Thép tấm được dùng rộng rãi vì có tính vạn năng cao, có thể chế tạo ra các loại hình dáng, kích thước bất kỳ, thép tấm được dùng nhiều trong các loại kết cấu như vỏ tàu thuỷ, vỏ các bình chứa chất lỏng, bình chưa khí, các loại bồn chứa, bể chứa, các loại ống dẫn chất lỏng, chất khí. Ngoài ra thép tấm còn được dùng để chế tạo các loại chi tiết máy. v. v. Trong thực tế thép tấm có qui cách như sau: - Thép tấm phổ thông: Có chiều dày S = 4  60 mm; chiều rộng từ 160  1050 mm chiều dài từ 6000  12000 mm. - Thép tấm dày có chiều dày S = 4  160mm; chiều rộng từ 600  3000 mm; chiều dài từ 4000  6000mm. - Thép tấm mỏng có chiều dày S = 0,2  4mm rộng từ 600  1400 mm 3. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn. 3.1. Thép các bon thấp. Đây là loại vật liệu được sử rất nhiều để chế tạo các loại kết cấu hàn, do loại vật liệu này rất dể hàn và mối hàn dể đạt được chất lượng theo yêu cầu mà không cần phải có những biện pháp công nghệ phức tạp nào. Trong thực tế, thép các bon thấp sử dụng để chế tạo kết cấu hàn được chia ra hai nhóm chính là thép hình và thép tấm, và được tiêu chuẩn hoá theo Tiêu chuẩn Việt nam (TCVN). Đối với các loại thép này của các nước khác cũng đều được tiêu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế. 3.2. Thép hợp kim thấp. Đây là loại thép có tính hàn tốt chỉ đứng sau thép các bon thấp, do có tính hàn tốt cho nên các loại thép hợp kim thấp cũng rất hay được sử dụng để chế tạo các kêt cấu hàn có yêu cầu độ bền cao hoặc làm việc trong các điều kiện đặc biệt. Thép hợp kim thấp thường được dùng để chế tạo kết cấu hàn gồm các loại như thép Măng gan; thép Crôm - Silíc - Măng gan; Crôm - Măng gan - Môlipđen. Thép hợp kim thấp gồm các loại thép hình hoặc thép tấm, được chế tạo theo tiêu chuẩn . 3.3. Thép không rỉ. Được sử dụng để chế tạo các loại kết cấu hàn làm việc trong những điều kiện đặc biệt, như làm việc ở điều kiện nhiệt độ cao, làm việc trong điều kiện tiếp xúc với hoá chất, hoặc các thiết bị bảo quản, chế biến thực phẩm, thiết bị dụng cụ y tế .v.v. Phần 7
lớn các loại thiết bị thuộc các loại này thuộc dạng tấm, hiện nay do nhu cầu sử dụng các loại kết cấu được chế tạo từ thép không rỉ đang rất lớn cho nên rất nhiều các công nghệ gia công kết cấu thếp không rỉ hiện đại đã xuất hiện trong thực tế. Các loại thép không rỉ được sử dụng nhiều hiện nay đó là Crôm - Ni ken; Crôm - Ni ken - Bo; Niken - Môlíp đen - Crôm. Và một số loại thép chịu ăn mòn hoá học, chịu nhiệt, bền nhiệt. 3.4. Nhôm và hợp kim nhôm. Nhôm và hợp kim nhôm cũng được ứng dụng nhiều để chế tạo kết cấu hàn. Đặc biệt là hợp kim nhôm được dùng trong để chế tạo các kết cấu yêu cầu có trọng lượng nhỏ, hoặc các kết cấu yêu cầu chống rỉ. Thông thường hợp kim nhôm hay được dùng nhất là Duya-ra dùng cho các kết cấu đòi hỏi có độ bền nhiệt cao; còn hợp kim nhôm - ma nhê dùng cho các loại kết cấu như vỏ tàu loại nhỏ có tốc độ cao, các kết cấu xây dựng, các thùng chứa thực phẩm, chứa thức ăn, chứa nước .v.v. Nhôm và hợp kim nhôm thường được chế tạo ở dạng tấm. 4. Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn. Bài 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN MỐI HÀN 1. Tính độ bền kéo, nén của mối hàn giáp mối. 8
Mối hàn giáp mối là loại mối hàn được ứng dụng rất nhiều trong các kết cấu hàn, do mối hàn có nhiều ưu điểm như tốn ít kim loại cơ bản, ít ứng suất tập trung, công nghệ thực hiện dễ dàng hơn. Do mối hàn chịu kéo và chịu nén thì độ bền giống nhau nên ta chỉ cần tính toán, kiểm tra điều kiện bền cho trường hợp chịu kéo là đủ, để kiểm tra điều kiện bền kéo ta xét một mối ghép hàn giáp mối như (hình 1). N N b Hình 2-1: Mối hàn giáp mối Ta có chiều rộng của tấm nối là b cũng chính là chiều dài cần hàn, chiều dày của chi tiết hàn là S, lực kéo là N. Như vậy theo lý thuyết bền ta có. Để mối ghép hàn đảm bảo độ bền thì biểu thức sau phải được thoả mãn. N Ơmax =  [Ơ] k (2-1) Fh Trong đó: Ơmax là ứng suất lớn nhất sinh ra khi kết cấu chịu lực tác dụng, N là lực tác dụng, F h là diện tích mặt cắt của mối hàn, và được xác định như sau: F h = b  S với S là chiều dày chi tiết hàn Như vậy ta có: N Ơmax =   k (2-2) BS Từ công thức trên ta suy ra các bài toán cơ bản sau: - Bài toán 1: Kiểm tra điều kiện bền kéo theo cường độ, ta dùng công thức (2-2). - Bài toán 2: Xác định tải trọng, lúc này ta dùng công thức sau: N  b  S  [ơ]k (2-3) - Bài toán 3: Tính toán các kích thước mối hàn theo công thức sau: N   k B  S   k  N  B  (2-4) S Và: 9
N   k S B Trong trường hợp nếu kích thước của kết cấu không thay đổi, nhưng muốn tăng khả năng chịu tải trọng của kết cấu thì chúng ta thiết kế các mối hàn xiên như hình 2-2 N N b  s Hình 2-2: Mối hàn giáp mối xiên Trên hình vẽ ta có: N là lực tác dụng b là chiều rộng của tấm nối  là góc vát nghiêng của các chi tiết hàn Như vậy điều kiện bền của mối hàn lúc này sẽ là: N N  max   =  k Fh B s sin  Từ đó ta có: N .sin   K  max   s.b Mà α luôn luôn nhỏ hơn 90 0 cho nên ứng suất tác dụng lúc này bị giảm xuống, do vậy điều kiện bền tăng lên. 2. Tính độ bền kéo, nén của mối hàn góc. Khi kiểm tra độ bền cho mối hàn góc ta thực hiện quá trình kiểm mối hàn theo các dạng sau: 2.1. Tính mối hàn đối xứng ngang. Xét mối hàn ngang chịu lực như hình vẽ 2-3 h N S N 10
Ta có biểu thức xác định độ bền như sau: N    h 2.h.B (2-8) N Hình 2-4: Mối hàn đối xứng dọc Trong đó N là lực tác dụng, h là chiều cao của mối hàn, B là chiều dài đường hàn, do chiều cao của mối hàn h = k.Cosin450 = 0,7 và k = S trường hợp các tấm có chiều dày không bằng nhau, thì k được chọn theo tấm có chiều dày nhỏ hơn cho nên: N    h 1,4.S.B (2-9) 2.2. Mối hàn đối xứng dọc. Đối với mối hàn dọc đối xứng hình 2- 4 khi chịu lực thì điều kiện bền được xác định như sau. N    h 2.h.l (2-10) Trong đó: l- là chiều dài đường hàn. h- là chiều cao mối hàn. 11
Trong trường hợp mối hàn không đối xứng thì l  50.k điều kiện bền được xác định theo công thứ sau: N    h hl1  l 2  (2-11) 3. Tính độ bền uốn tổng hợp của các mối hàn. 3.1. Mối hàn giáp mối chịu uốn. P B ` Hình 2-5: Mối hàn giáp mối Điều kiện bền được xác định như sau: M  =   h (2-12) w Trong đó: ơ là ứng suất sinh ra do uốn. M là mô men uốn. w là mô men chống uốn được tính như sau: B 2 .S P.l w= 6   h và mô men M = 4 thay vào (2-12) biểu thức tính độ bền ta có. 6.P.l  = B 2 .S   h (2-13) 3.2. Mối hàn góc chịu uốn (hình 2-6). N M l 12 Hình 2-6:
Khi mối hàn góc chịu uốn điều kiện bền được xác định như sau: M    h h.l.B Trong đó: M -là mô men uốn h - là chiều cao mối hàn l -là chiều dài mối hàn cả 2 phía, B là chiều cao của tấm hàn. Khi mối hàn mối hàn chịu uốn và kéo hoặc nén thì điều kiện bền được xác định như sau: M N     h w h.l Trong đó: M -là mô men uốn N -là lự kéo w- là mô men chống uốn h- là chiều cao l -là tổng chiều dài đường hàn - Trong trường hợp mối hàn tổng hợp chịu uốn như hình vẽ 2-7 thì điều kiện bền sẽ M là: Id ld ln M Hình 2-7:  2   h (2-16) h.l h.l d .l n  n 6 Khi tính toán ta chọn trước ln cạnh của mối hàn k để xác định mối hàn ld . N M l.n l 13 d Hình 2-8:
- Khi mối hàn vừa chịu uốn vừa chịu kéo hoặc nén hình 2-16 thì điều kiện bền sẽ là: N M   2 h.L h.l n h.l n. .l d  6   h (2-17) ( L = 2 ld + ln ) 3.3. Mối hàn chịu xoắn. MX Hình 2-9: Đối với mối hàn chịu xoắn như hình 2-9 thì điều kiện bền sẽ là: Mx    h wx (2-18) Trong đó: MX là mô men xoắn wX là mô men chống xoắn 3.4. Các ví dụ tính toán. - Ví dụ 1: Cho mối ghép hàn như hình vẽ 2 - 10 biết rằng lực kéo N = 260 KN,  h  28KN / cm 2 vật liệu có S = 8 mm. Hãy xác định chiều dài đường hàn để kết cấu đảm bảo điều kiện bền. N 14 S Hình 2-10:
Bài giải: Từ điều kiện bền của mối hàn giáp mối ta thấy để đảm bảo điều kiện bền thì biểu thức sau phải được thoả mãn: Fh  N mà Fh = S. L.   h Do vậy: 260 L  116mm . Như vậy để đảm bảo điều kiện bền thì chiều dài của mối hàn 0,8.28 L =  116 mm, cho nên ta chọn tấm thép có chiều rộng B = 116 mm. - Ví dụ 2: Cho mối ghép hàn, chịu lực như hình vẽ, hãy xác định độ bền của mối hàn, nếu vật liệu chế tạo kết cấu là thép các bon thấp có  k = 28 KN/cm 2, N = 450 KN, S = 8 mm, B = 300 mm. N N B S Bài giải: Hình 2-11 Đây là mối hàn đối xứng ngang, do vậy để đảm bảo điều kiện bền thì biểu thức sau phải được thoả mãn công thức 2-8: N    h 2.h.B Trong đó:  h  0,65 k thay vào biểu thức trên ta có. 450   0,65.28 2h.30 450  h 2.30.0,65.28 h  0,48 cm Như vậy để mối hàn đảm bảo độ bền ta chọn chiều cao mối hàn h = 5 mm 15
- Ví dụ 3: Cho kết cấu hàn chịu lực như hình vẽ. Hãy kiểm tra điều kiện bền của mối hàn, nếu lực tác dụng P = 120 KN, B = 260 mm, chiều dày của chi tiết hàn L = 400 mm,vật liệu có  k  28 KN cm 2 B 500mm Hình 2-12: Bài giải: Để mối hàn đảm bảo điều kiện bền thì phải thoả mãn công thức 2- 4: M    h mà  h  0,65. k wu Cho nên P.50 120.50   0,65.28  h  0,34cm h.L.B 40.28.0,65.28 Như vậy để đảm bảo điều kiện bền ta chọn mối hàn có chiều cao h = 4 mm 4. An toàn lao động - Vệ sinh phân xưởng. Trong phân xưởng thường gặp nhiều trường hợp mất an toàn lao động cho người và trang thiết bị. Các nguyên nhân chủ yếu gồm: - Sự bất cẩn trong khi làm việc, thực hiện không đúng các thao tác . - Không tuân thủ triệt để các nguyên tắc quy định về an toàn lao động. - Sắp xếp công việc, vật tư,............. nơi làm việc không hợp lý. Ngoài ra, nguy cơ về tai nạn, khí độc hại, cháy nổ,....có thể xảy ra trong xưởng hàn, xưởng gò do đặc trưng công việc có thể có các nguy cơ tai nạn riêng, cần đặc biệt chú ý để đảm bảo năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, an toàn cho người và trang thiết bị, các yêu cầu cơ bản về an toàn trong phân xưởng bao gồm: - Trang bị bảo hộ lao động: Quần áo, giày, găng tay, kính bảo hộ....bảo đảm đúng quy định. - Khi sử dụng các dụng cụ máy móc có bộ phận quay ( máy khoan, máy cưa, máy uốn ống, máy cắt.....). Các bộ phân quay hoặc truyền động phải có che chắn an toàn. 16
- Dụng cụ trong khi làm việc phải được sắp xếp gọn gàng, đúng nơi quy định, theo thứ tự sử dụng, sử dụng đúng công cụ, đúng phương pháp,......kiểm tra dụng cụ trước khi làm việc. - Bảo quản và sử dụng hợp lý các loại dầu mỡ, dung dịch làm nguội, sơn. - Không được sử dụng máy móc khi chưa được chỉ dấn rõ ràng, chưa nắm vững các quy định an toàn về máy móc đó. Chỉ được sử dụng đúng theo yêu cầu công việc. - Trong khi sử dụng máy, phải đứng đúng vị trí, thao tác máy đúng quy định, dụng cụ phải sắp xếp đúng theo thứ tự. Kiểm tra máy móc trước khi cho máy hoạt động. Dừng máy và kiểm tra lại sau khi máy sau khi sử dụng. - Kết thúc công việc, phải làm vệ sinh sạch sẽ máy móc, nơi làm việc, dụng cụ....các phế liệu phải được đưa vào nơi quy định. - An toàn bản thân, an toàn cho mọi người, an toàn nơi làm việc là quyền lợi, trách nhiệm, nghĩa vụ, và lương tâm của người lao động. Bài 3: ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN 1. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp. Phụ thuộc vào kích thước tấm dài hay ngắn, tốc độ hàn, có kẹp chặt hay không mà có những dạng khác nhau, song nói chung sau khi nguội và để tự do thì đều bị công lõm về phía mối hàn. Hình 3-1: Ứng suất biến dạng khi hàn đắp 17
Khi các cạnh bị giới hạn thì không có hiện tượng cong và ứng suất dư do nội lực tác dụng dọc trục gây ra sẽ phân bố theo tiết diện ngang của tấm và có vùng ứng suất tác dụng bn thì ứng suất kéo sẽ đạt đến giới hạn chảy nếu: b n = 0,5.h Ta có nội lực tác dụng dọc trục là: P = F0 . σT = b n.δ.σT Theo điều kiện cân bằng của các nội lực dọc trục ta có P = b n.δ.σT = σ2.(h-bn).δ Trong đó: σ2 là ứng suất phản kháng ở ngoài vùng ứng suất tác dụng ( T .b n ). P σ2 =  (h  bn ). F  F Moomen gây ra bởi nội lực tác dụng là: P.h M= 2 Nếu tấm đế tự do thì nó bị uốn cong theo mômen trên và độ võng dư được xác định theo công thức sức bền thông thường: M .l 2 ƒ= 8.E.J Trong đó: E = 2,1.106 (KN/cm2)  .h 3 J= 12 3. T .bn .l 2 3. 2 .(h  b2 )l 2 Do đó: ƒ = hoặc ƒ = 4.E.h 2 4.E.h 2 Ta cũng có thể tính ngay được ứng suất gây ra do uốn là M 6.P.h 2 3. T .bn σu =   W 2. .h h 2. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối. b2 h b1 b0 bn Hình 3-1: Mối hàn giáp mối S 18
2.1. Tính nội lực tác dụng. Nội lực tác dụng là nội lực sinh ra trong vùng ứng suất tác dụng, nội lực tác dụng phụ thuộc vào diện tích của vùng có nhiệt độ nóng chảy đến 5500C, vùng này còn gọi là vùng ứng suất tác dụng, nội lực tác dụng được tính như sau. P =  T .Fc (3-2 ) Trong đó:  T là ứng suất sinh ra khi hàn và theo các giả thuyết trong lý thuyết kết cấu thường chọn bằng giới hạn chảy. Fc là vùng ứng suất tác dụng khi hàn, vùng này được xác định như sau. Fc = b 0.S (3- 3 ) Trong đó: S là chiều dày của chi tết hàn b 0 là chiều rộng của vùng ứng suất tác dụng được xác định như sau: b0 = b1 + b2 b 1 là vùng mối hàn và lân cận bao gồm vùng nóng chảy, vùng chảy dẻo. b 2 là vùng kim loại ở trạng thái đàn hồi 0,484.q b1 = (3- 4) v.S 0 .c..550 0 c Trong đó: - q là năng lượng hữu ích của nguồn nhiệt q = 0,24.u h. Ih.  (calo/s ) (3- 5) (   0,75 khi hàn hồ quang tay,   0,9 khi hàn tự động ) - v là vận tốc hàn ( cm / s.) - S0 là chiều dày tính toán của kết cấu hàn . - c là nhiệt dung của kim loại ( calo/ g.0c ) -  là khối lượng riêng của kim loại ( g/cm 3 ) Việc xác định b 2 phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như năng lượng riêng q0, chiều rộng tấm hàn h0 và các thông số khác, b2 có thể được xác định như sau : b2 = K2.( h - b 1 ) Trong đó: - K2 là hệ số phụ thuộc vào q0 và vật liệu chế tạo chi tiết - h là chiều rộng toàn bộ phần ứng suất tính toán, đối với hàn hồ quang tay thì h = 250 mm, đối với hàn tự động thì h = 300  350 mm. Thay b 1, b2 vào biểu thức (3 - 2 ) ta tính được nội lực tác dụng P. 19
Trong trường hợp nếu hàn 2 tấm có chiều rộng không bằng nhau hình 3-2 thì ta tính toán như sau : Pc c. bnc h bna a. Pa S Hình 3-2: Hai tấm hàn có chiều rộng bằng nhau P =   . Fc =   . ( bna + b nc ). S trong đó bna  bnc 2.2. Tính nội lực phản kháng và ứng suất phản kháng khi hàn 2 tấm có kích thước khác nhau (hình 3-2). 2.2.1. Nội lực phản kháng ở 2 tấm hàn được tính như sau: P a =  2 .a. S P c =  2 .c. S Trong đó: Pa, Pc là lực phản kháng của tấm hàn 1 và tấm hàn 2 a và c là chiều rộng của vùng phản kháng 1 và vùng phản kháng 2 S là chiều dày của các tấm 2.2.2. Ứng suất phản kháng được tính như sau. Theo nguyên lý cân bằng lực thì: P = Pa + Pc Thay các giá trị của chúng vào ta có.   b0. S =  2 . ( a+ c ).S Từ đó ta có:   .b na  b nc    .b 0 2   (3- 6 ) ac h  b0 2.3. Tính mô men uốn. 20