Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề: Hàn - CĐLT) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề: Hàn - CĐLT) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn; Tính độ bền của mối hàn; Tính ứng suất và biến dạng khi hàn; Tính toán kết cấu dầm và trụ;...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 - CĐLT) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TÍNH TOÁN KẾT CẤU HÀN NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LIÊN THÔNG Ban hành kèm theo Quyết định số:......./ QĐ-CĐCG ngày…...tháng…..năm 2022 của Trường Cao Đẳng Cơ Giới Quảng Ngãi ,năm 2022 (Lưu hành nội bộ)
1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2 LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, trước sự phát triển ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật. Nước ta đang trên đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Trong sự phát triển chung của các ngành kinh tế, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội. Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun. Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay. Để đáp ứng cho sự phát triển đó là việc cung cấp đầy đủ đội ngũ công nhânlành nghề. Đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật Hàn lành nghề với kiến thức và tay nghề vững vàng, nhằm nắm bắt được các công nghệ hàn tiên tiến hiện nay của thế giới đang trở nên cấp bách.Với mục tiêu “Chất lượng đào tạo là mục tiêu hàng đầu”. Nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung .Vì vậy giáo trình Tính toán kết cấu hàn được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao Đẳng Cơ Giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao Đẳng Cơ Giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Tính toán kết cấu hàn phục vụ cho công tác giảng dạy. Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun MĐ11 của chương trình đào tạo nghề Hàn ở cấp trình độ cao đẳng liên thông, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp xây dựng của bạn đọc, đặc biệt là các đồng nghiệp để cuốn giáo trình này ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cám ơn! Quảng Ngãi, ngày......tháng......năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Huỳnh Văn Mà Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............….
3 MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG 1. Lời giới thiệu 2 2. Mục lục 3 3. Bài mở đầu: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn . 10 4. 1. Thép định hình. 11 5. 2. Thép tấm. 16 6. 3. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn. 17 7. 4. Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn. 21 8. Bài 1: Tính độ bền của mối hàn. 26 9. 1. Tính toán mối hàn giáp mối. 27 10. 2. Tính toán mối hàn góc. 32 11. 3. Tính toán mối hàn tổng hợp. 35 12. Bài 2: Tính ứng suất và biến dạng khi hàn . 38 13. 1. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp. 40 14. 2. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối. 42 15. 3. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu thép chữ T. 44 16. Bài 3: Tính toán kết cấu dầm và trụ. 46 17. 1. Khái niệm về dầm trụ. 47 18. 2. Tính toán dầm trụ. 50 19. 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn dầm trụ. 57 20. 4. Tính vật liệu gia công dầm trụ. 67 21. Bài 4: Tính toán kết cấu dàn. 71 22. 1. Khái niệm về kết cấu dàn, tấm vỏ. 72 23. 2. Tính toán kết cấu dàn, tấm vỏ. 74 24. 3. Ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu tấm vỏ. 75 25. 4. Tính vật liệu gia công dàn, tấm vỏ. 80 26. Tài liệu tham khảo 85
4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: TÍNH TOÁN KẾT CẤU HÀN Mã mô đun: MĐ11 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun Tính toán kết cấu hàn học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là các môn học, mô đun: Vẽ kỹ thuật cơ khí; Kỹ thuật an toàn; Vật liệu học; cơ kỹ thuật và ; Quy trình hàn... - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Tính toán kết cấu hàn đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành Hàn, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của kỹ thuật hàn. Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản trong việc tính toán kết cấu hàn. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Cao đẳng liên thông nghề Hàn. Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: A1. Nhận biết chính xác các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn. A2. Giải thích rõ công dụng của từng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn. Tính toán đúng vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn khi gia công các kết cấu hàn. A3. Trình bày đầy đủ các bước tính ứng suất và biến dạng khi hàn. - Kỹ năng: B1. Tính toán nghiệm bền cho các mối hàn đơn giản như: Mối hàn giáp mối, mối hàn góc, mối hàn hỗn hợp phù hợp với tải trọng của kết cấu hàn. B2. Vận dụng linh hoạt kiến thức tình toán kết cấu hàn vào thực tế sản xuất. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Tuân thủ quy định, quy phạm trong tính toán. C2. Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, trung thực trong sinh viên.
5 1. Chương trình khung nghề hàn. Thời gian của môn học, mô đun (giờ) Mã Tên môn học, mô đun MH, Trong đó MĐ Số Lý Thực Kiể Tổng tín thuyết hành/ thí số m chỉ nghiệm/ tra bài tập I Các môn học chung 6 180 63 107 10 MH 01 Giáo dục quốc phòng 1 45 26 16 3 MH 02 Giáo dục thể chất 1 15 9 5 1 MH 03 Pháp luật 1 30 1 27 2 MH 04 Chính trị 1 30 15 14 1 MH 05 Tin học 1 30 0 19 1 MH 06 Ngoại ngữ 2 1 30 12 16 2 II Các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, chuyên môn nghề 36 1050 238 751 61 MH 07 Anh văn chuyên ngành 3 90 40 46 4 MH 08 Tổ chức và quản lý sản xuất 3 45 20 22 3 MĐ 09 Hàn TIG nâng cao 3 90 4 78 8 MĐ 10 Hàn ống công nghệ cao 5 165 3 155 7 MĐ 11 Tính toán kết cấu hàn 2 60 48 4 8 MĐ 12 Thực tập tốt nghiệp 6 180 73 98 9 MĐ 13 Hàn gang 4 120 30 84 6 MĐ 14 Hàn hồ quang dây lõi thuốc 6 180 8 164 8 (FCAW) nâng cao MĐ 15 Hàn thép hợp kim 4 120 12 100 8 Tổng cộng 42 1230 301 848 71
6 2. Chương trình chi tiết mô đun: Số Thời gian(giờ) TT Tổng số Lý Thực Kiểm thuyết hành, thí tra* Tên các bài trong mô đun nghiệm, thảo luận,bài tập Bài mở đầu: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn 1 4 4 2 Bài 1: Tính độ bền của mối hàn 16 14 1 1 Bài 2: Tính ứng suất và biến dạng khi hàn 3 14 12 1 1 Bài 3: Tính toán kết cấu dầm và trụ 4 14 12 1 1 Bài 4: Tính toán kết cấu dàn 5 8 6 1 1 Kiểm tra kết thúc Mô đun 6 4 4 Cộng 60 48 4 8 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề hàn,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các cách Tính toán kết cấu hàn trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
7 + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng liên thông hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 1 Sau 10 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 3 Sau 20 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, B2, 1 Sau 60 giờ học thực hành thực hành C1, C2, trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau
8 đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 5. Hướng dẫn thực hiện môn học 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng liên thông nghề Hàn. 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các phương pháp chế tạo phôi hàn. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9 6. Tài liệu tham khảo: [1]. Hoàng Tùng- Sổ tay hàn-NXBKHKT 2006 [2]. Kết cấu hàn- Trường ĐHBK Hà Nội- 2006 [3]. Đoàn Đình Kiến-Thiết kế kết cấu thép-NXB xây dựng 2004 [4]. Trung tâm đào tạo và chuyển giao công nghệ Việt – Đức, “Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế”, 2006. [5]. AWS D1.1 (2008) “Welding Structure Steel”, American Welding Society. [6]. The Welding Institute (TWI), “Welding Inspection”, Training and Examination Services.
10 BÀI MỞ ĐẦU: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Mã bài: MĐ11-01 Giới thiệu: Để chế tạo ra các kết cấu hàn khác nhau chúng ta phải sử dụng các loại vật liệu hàn khác nhau cho phù hợp với nhu cầu sử dụng đối với từng trường hợp cụ thể trong thực tế. Chương này trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại vật liệu dùng để chế tạo kết cấu hàn, công dụng của nó từ đó lựa chọn được loại vật liệu phù hợp để chế tạo nên kết cấu hàn. Mục tiêu: - Nhận biết các loại thép định hình U, I, V..., thép tấm, và các loại vật liệu khác như nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo kết cấu hàn. - Giải thích đúng công dụng của từng loại vật liệu khi chế tạo kết cấu hàn. - Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn chính xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao. - Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng. - Tuân thủ quy định, quy phạm trong phân loại vật liệu. - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác trong công việc. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho người học); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. Các bước quy trình thực hiện. - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực hiện thao tác theo hướng dẫn. Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Xưởng hàn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mô hình thực hành. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
11 ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra (hình thức: thực hành) Nội dung chính: 1.1 Thép định hình 1.1.1 Thép các bon a. Phân loại - Thép và gang là hợp kim đen của sắt (Fe), cacbon (C) và một lượng rất nhỏ các chất như oxy (O), phốtpho (P), silic (Si) ... - Quá trình luyện thép như sau: Quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4) luyện trong lò cao, được gang (được hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng cacbon lớn hơn 1,7%), đưa gang vào luyện trong lò luyện thép để khử bớt cacbon ta được thép. b. Phân loại theo thành phần hoá học của thép Thép cacbon: Hàm lượng cacbon dưới 1,7% không có các thành phần hợpkim khác. Tuỳ theo hàm lượng cacbon chia ra: - Thép cacbon thấp: Lượng cacbon dưới 0,22%. Đây là loại thép mềm,dẻo, dễ gia công, được sử dụng trong ngành xây dựng. - Thép cacbon vừa: Lượng cacbon từ 0,22% đến 0,6%. - Thép cacbon cao: Lượng cacbon từ 0,6% đến 1,7%. - Thép cacbon vừa và cao được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác. - Thép hợp kim: Thêm các thành phần kim loại khác như Crôm (Cr), kền (Ni), mănggan (Mn)... có tác dụng nâng cao chất lượng thép (tăng độ bền, tăng tính chống gỉ...). Tuỳ theo hàm lượng các kim loại khác chia ra: - Thép hợp kim thấp: Lượng kim loại thêm vào dưới 2,5%. Được sử dụng trong ngành kết cấu xây dựng. - Thép hợp kim vừa và cao: Lượng kim loại thêm vào trên 2,5%.
12 c. Theo phương pháp luyện thép - Luyện bằng lò bằng (Lò Martin): Thép luyện bằng phương pháp này có chất lượng tốt do có cấu trúc thuần nhất, nhưng nhược điểm của phương pháp này là năng suất thấp (thời gian luyện một mẻ từ 8 đến 12 giờ), do vậy giá thành thép cao. - Luyện bằng lò quay (lò Bessmer, lò Thomas): Phương pháp này có năng suất cao, nhưng chất lượng không tốt do lẫn tạp chất, bọt khí (thời gian luyện một mẻ chỉ khoảng 30 phút) nên giá thành thép giảm. Để khắc phục nhược điểm của các phương pháp trên, hiện nay người ta sử dụng lò quay tiên tiến, vừa cho thép chất lượng tốt, vừa cho năng suất cao. d. Theo phương pháp để lắng thép - Thép sôi: Chất lượng thép không tốt do có nhiều bọt khí làm thép dễ bịphá hoại giòn, lão hoá. - Thép tĩnh: Chất lượng thép tốt hơn do có thêm các chất khử oxy (nhưsilic, mănggan, nhôm) nhưng giá thành thép cao hơn. - Thép nửa tĩnh: là loại thép trung gian giữa thép tĩnh và thép sôi. 1.1.2. Cấu trúc và thành phần hoá học của thép a. Cấu trúc - Thép xây dựng có cấu trúc tinh thể, do các hợp chất sau tạo thành: - Ferit (Chiếm 99% thể tích): Là sắt nguyên chất, mềm và dẻo. - Xementit: Là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), cứng và giòn. - Peclit: Là hợp chất của Ferit và Xementit. - Màng Peclit nằm giữa hạt ferit quyết định sự làm việc, tính dẻo của thép. Thép càng nhiều cacbon thì màng pelit càng dày và thép càng cứng. b. Thành phần hoá học của thép - Thép cacbon: Ngoài sắt và cacbon, thép xây dựng còn có thêm các thànhphần: Mănggan (Mn): Mănggan có tác dụng tăng cường độ và độ dai của thép. Thông thường lượng mănggan chiếm 0,4 – 0,65%, nên không lớn quá 1,5% vì khi đó thép trở nên giòn. - Silic (Si): Silic có tác dụng tăng cường độ của thép nhưng có nhược điểmlà làm giảm khả năng chống ăn mòn và tính dễ hàn của thép. Vì vậy, nên khống chế lượng silic trong khoảng 0,12 – 0,3%. - Lưu huỳnh (S): Chất này làm cho thép giòn nóng nên khi ở nhiệt độ cao thép chịu tải trọng kém, đồng thời dễ bị nứt khi hàn. - Phốtpho (P): Phốtpho làm cho thép giòn, làm giảm tính dẻo của thép. - Lưu huỳnh và phốtpho là hai tạp chất có hại, vì vậy phải đảm bảo hàm lượng
13 của chúng theo quy định: không quá 0,07% đối với kết cấu thông thường, và không quá 0,05% đối với kết cấu quan trọng. - Ngoài ra còn có các chất khí như nitơ (N), oxy (O) trong không khí hoà vào kim loại lỏng làm thép giòn, giảm cường độ của thép, do đó cần khử hết các chất này. c. Ký hiệu * Thép cacbon thấp, cường độ thường - Thép cacbon thấp được chia làm các loại: CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5. Thép CT3 là loại thép mềm, có cường độ khá cao, có độ dẻo và độ dai, nên hợp lý khi dùng làm thép xây dựng. Thép CT1, CT2 là loại thép mềm, độ dẻo lớn nên trong xây dựng chỉ dùng làm thân đinh tán, bulông. Thép CT4, CT5 rất cứng, chắc nên dùng chủ yếu trong công nghiệp đóng tàu, ít dùng trong xây dựng. - Thép cacbon thấp có giới hạn chảy: 2200 – 2500 daN/cm2, giới hạn bền: 3700 – 4200 daN/cm2. * Thép cường độ khá cao - Thép cường độ khá cao là thép hợp kim thấp, ký hiệu: 09∋2C, 10∋2C1, 15XCH)... - Ý nghĩa ký hiệu: Đầu tiên là con số chỉ phần vạn của hàm lượng cacbon, tiếp theo là tên các thành phần hợp kim: ∋ là mănggan, C là silic, X là crôm, H là niken... - Thép cường độ khá cao có giới hạn chảy: 2900 – 3900 daN/cm2, giới hạn bền: 4300 – 5400 daN/cm2. * Thép cường độ cao Thép cường độ cao là loại thép hợp kim có nhiệt luyện, giới hạn chảy trên 4400 daN/cm2, giới hạn bền trên 5900 daN/cm2. 1.1.3 Thép hình a. Khái niệm Thép hình là loại thép công nghiệp được sử dụng chủ yếu trên thị trường xây dựng các công trình. Được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại theotiêu chuẩn chất lượng JIS3101 – Ss400 qua nhiều công đoạn xử lý như: Xử lý quặng, tạo quặng, tạo dòng thép nóng chảy, đúc trực tiếp nguyên liệu, cán và tạo thành phẩm. Chính vì vậy, chất lượng của các sản phẩm thép hình luôn được đảm bảo trong mọi điều kiện thiết kế cũng như thời gian sử dụng. Thêm vào đó, điểm đặc biệt của sản phẩm này so với các sản phẩm thép khác, đó là sảnphẩm thép hình có khả năng chịu lực rất tốt nhờ bề mặt rộng và kết cấu vững chắc b. Phân loại - 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
14 ghép các thanh thép góc lại với nhau, ví dụ ghép hai thanh thép góc lại ta sẽ có kết cấu chữ C, hoặc chữ T, nếu ghép 4 thanh góc ta sẽ có kết vấu chữ L, do vậy đây là loại thép hình có phạm vi sử dụngrất lớn trong thực tế. Thép hình chữ L có 2 loại là L cánh đều và L cánh lệch. Hình 1.1: Thép chữ L + Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại được qui định trong TCVN 1656-75. Loại nhỏ nhất có kích thước L20 x 3, nghĩa là mỗi cạnh có kích thước là 20mm, chiều dày có kích thước là 3mm. Loại lớn nhất có kích thước L250. 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 L25x16x3, có nghĩa là cạnh thứ nhất 25mm, cạnh thứ hai 16mm, chiều dày 3mm. Loại lớn nhất có kích thước 250 x 160 x 20. Đây là loại thép góc mà hiện nay phạm vi ứng dụng không lớn, do tínhcông 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 L: 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 L là loại thép rất khó liên kết với nhau để tạo ra một loại mới.
15 Hình 1.2: Thép chữ I - Thép chữ U: Theo TCVN 1654-75 thép chữ C có 22 loại, chiều cao loại nhỏ nhất là 50, loại lớn nhất là 400mm (đây là chiều cao của tiết diện), ví dụ U22 chỉ loại này có chiều cao là h= 220mm. Chiều dài của thép chữ U từ 4 - 13m. Ngoài ra còn có một số loại đặc biệt thì ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép U22 a . + Thép hình chữ U có đặc tính cứng vững, chắc chắn và bền bỉ vì vậy có cường độ chịu lực cao và chịu được những rung động mạnh. Thép hình chữ U cóthể tồn tại trong điều kiện môi trường khắc nghiệt với những tác động của hóa chất hoặc nhiệt độ. Vì lẽ đó, thép hình chữ U được ứng dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, sản xuất các thiết bị máy móc sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp hoặc dân dụng. + Thép hình chữ U có nhiều loại với kích thước và khối lượng khác nhau, mỗi loại có đặc tính kỹ thuật riêng biệt sử dụng chuyên biệt cho những côngtrình, dự án, những cấu trúc máy móc trong nhiều lĩnh vực khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật của mỗi công trình, dự án, thiết bị. Thép hình chữ U sẽ phát huy được những ưu điểm của mình khi được sử dụng trong các công trình xây dựng dân dụng, kết cấu nhà tiền chế, thùng xe, khung sườn xe, bàn ghế nội thất, tháp ăng ten, cột điện cao thế và các loại hàng gia dụng khác. Hình 1.3: Thép chữ U - Thép ống: Thép ống là loại thép được ứng dụng khá phổ biến trong nhiềucông trình xây dựng, thép ống cũng có rất nhiều loại để phù hợp với từng nhu cầu sử dụng cũng như từng công trình khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến nhất của thép ống là sử dụng để làm khung nhà tiền chế, làm giàn giáo, làm đường ống dẫn nước trong các tòa nhà cao tầng, làm cột đèn chiếu sáng, và một số những ứng dụng khác trong các nhà máy cơ khí. Kích thước từ 42 x 2,5 đến 500 x 15mm (ống không hàn, ống đúc). Thép
16 ống có tiết diện đối xứng, bán kínhquán tính của tiết diện tương đối lớn nên chịu lực hợp lý đặc biệt được dùng trong kết cấu chịu nén. Ngoài ra, thép ống có ưu điểm là chống gỉ tốt. Hình 1.4: Thép ống - Các loại thép ống đúc: + Ống thép đúc kết cấu: Loại ống thép này chủ yếu sử dụng trong cơ khí chế tạo máy, kết cấu máy. Các mác thép lựa chọn để sử dụng thường là thép cácbon 20, thép 45, thép hợp kim Q345, 40Cr, 20 CrMo, 30-35 CrMo, 42CrMo,…. + Ống thép đúc dùng trong lò áp: Loại ống thép này thường dùngtrong ngành công nghiệp luyện, làm đường ống dẫn áp lực như dẫn khí, dẫn dầu.....Nguyên liệu sử dụng thường là thép 10 và thép 20. + Ống thép đúc trong lò cao áp: Loại ống thép này thường được sửdụng để làm đường ống dẫn chất lỏng như nước, sử dụng ở các nhà máy cáp thoát nước, nhà máy thủy điện, lò hạt nhân... + Ống thép đúc chịu áp cấp I và II: Loại ống thép đúc này chủ yếutrong ngành công nghiệp đóng tàu, loại mác thép sử dụng thường là 360, 410, 460. + Ống thép đúc dẫn hóa chất: Là loại thép chuyên dùng để dẫn hóachất, các rác thải công nghiệp.... + Ống thép đúc dẫn dầu: Loại ống thép này được hiệp hội dầu mỏ quốc tế tại mỹ sử dụng để làm thành ống và giếng chứa và dẫn dầu. Nguyên liệuthép thường được sử dụng là J55, N80, P110. 1.2 Thép tấm Thép tấm được dùng rộng rãi vì có tính vạn năng cao, có thể chế tạo ra cácloại 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 chứa 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 x 60 mm; chiều rộng từ 160 x 1050 mm chiều dài từ 6000 x 1200 mm.
17 - Thép tấm dày có chiều dày S= 4 x 160mm; chiều rộng từ 600 x 3000 mm; chiều dài từ 4000 x 6000mm. - Thép tấm mỏng có chiều dày S= 0,2 x 4mm rộng từ 600 x 1400 mm * Phân loại: - Thép tấm cán nóng: Thép tấm cán nóng là loại phôi thép thành phẩm, được đưa vào máy cán nóng ở nhiệt độ cao, nhiệt độ tầm khoảng trên 1000 độ C. Lúc này tính chất vật lý và hóa học của thép đều có sự thay đổi. Thành phẩm thép tấm cán nóng sau khi được tạo ra thường có màu xanh đen đặc trưng, các góc cạnh của thép tấm thường không sắc cạnh. - Sản phẩm thép tấm này rất dễ bảo quản, quý khách hàng có thể bảo quản ở ngoài kho bãi mà không lo ảnh hưởng đến chất lượng của thép. Ứng dụng của thép tấm cán nóng là sử dụng trong gia công cơ khí, sử dụng trong ngành công nghiệp xe hơi và tôn lợp, đóng tàu, cán xà gồ và các công trình xây dựng dân dụng khác. - Thép tấm cán nguội: Sau khi phôi thép được tạo thành sẽ được đưa đến nhà máy cán nguội, nhiệt độ để cán thường là nhiệt độ phòng hoặc chênh lệch cao thấp không đáng kể. Với phương pháp cán nóng thì chỉ làm thay đổi tính chất vật lý của thép chứ không làm thay đổi tính chất hóa học của sản phẩm. Sảnphẩm thép tấm sau khi hoàn thành sẽ có màu sáng, độ bóng cao, các mép biên rất gọn gàng và không bị xù xì. 1.3 Các loại vật liệu thường dùng chế tạo kết cấu hàn 1.3.1 Thép hợp kim a. Thành phần hóa học Khác với thép cacbon, thép hợp kim là loại thép mà người ta đưa thêm vào các nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất cơ lý hoá. Các nguyên tố có lợi được đưa vào với lượng đủ lớn gọi là các nguyên tố hợp kim. Chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho từng nguyên tố như sau Mn≥0,8÷ 1% Ni ≥ 0,5÷ 0,8% Ti ≥ 0,1%Si:0,5-0,8 W: 0,1-0,5 Cu ≥ 0,3 Cr ≥ 0,5-0,8 Mo ÷ 0,05 ÷ 0,2 B ≥ 0,002% b. Đặc tính thép hợp kim * Cơ tính: Do một số yếu tố mà chủ yếu là tính thấm tôi cao hơn nên thép hợp kim có độ bền cao hơn
18 hẳn so với thép cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt ở thép sau khitôi + ram - Ở trạng thái không tôi + ram (ví dụ ở trạng thái ủ) độ bền của thép hợp kim không cao hơn thép cacbon bao nhiêu. Cho nên đã dùng thép hợp kim thì phải qua nhiệt luyện tôi + ram. Nếu dùng thép hợp kim ở trạng thái cung cấp hay ủ là sự lãng phí lớn về độ bền. - Do tính thấm tôi tốt, dùng môi trường tôi chậm dầu nên khi tôi ít bị biến dạng và nứt hơn so với thép cacbon luôn phải tôi nước. Do vậy các chi tiết có hình dạng phức tạp phải qua tôi (do đòi hỏi về độ bền) đều phải làm bằng thép hợp kim. - Khi tăng mức độ hợp kim hoá làm tăng được độ thấm tôi làm tăng độ cứng, độ bền song thường làm giảm độ dẻo, độ dai nên lượng hợp kim cần thiết chỉ cần đảm bảo tôi thấu tiết diện đã cho là đủ, không nên dùng thừa. Do vậy có nguyên tắc là chọn mác thép hợp kim cao hay thấp là phụ thuộc tiết diện và kích thước. - Tuy có độ bền cao hơn nhưng thường có độ dẻo, độ dai thấp hơn. Do vậy phải chú ý đến mối quan hệ này để có xử lý thích hợp (bằng ram) Tuy có ưu điểm về độ bền nhưng nói chung thép hợp kim có tính công nghệ kém hơn so với thép cacbon (trừ tính thấm tôi). * Tính chịu nhiệt: Các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuyếch tán của cacbon do đó làm mactenxit khó phân hoá và cacbit khó kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200oC, do vậytại các nhiệt độ này thép hợp kim bền hơn. Một số thép hợp kim với lớp vảy oxyt tạo thành ở nhiẹt độ cao khá xít chặt, có tính bảo vệ tốt. * Tính chất vật lý, hoá học đặc biệt: Bằng cách đưa vào thép các nguyên tố khác nhau với lượng lớn quy định có thể tạo ra cho thép các tính chất đặc biệt: như không gỉ, chống ăn mòn trong axit, muối, có từ tính hoặc không có từ tính, giãn nở nhiệt đặc biệt c. Phân loại thép hợp kim * Theo tổ chức cân bằng: Theo tổ chức cân bằng với lượng cacbon tăng dần có thể lần lượt được cácthép với tổ chức sau: - Thép trước cùng tích: peclit + ferit tự do - Thép cùng tích peclit - Thép sau cùng tích peclit + cacbit tự do - Thép lêđêburit (cacbit) có lêđêburit Riêng với thép hợp kim cao chủ yếu bằng 1 trong 2 nguyên tố Cr,Mn hay Cr-Ni sẽ có: - Thép ferit loại có Cr rất cao (>17%) và thường rất ít cacbon - Thép austenit có Mn rất cao (>13%) và thường có C cao loại có Cr
19 (>18%) và Ni (>8%) * Theo tổ chức thường hoá: - Thép họ peclit: loại hợp kim thấp - Thép họ mactenxit: loại hợp kim trung bình ( >4-6 )% và cao - Thép họ austenit: loại có chứa Ni >8% hoặc Mn >13% cao * Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim: - Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có trong thép từ thấp đến cao - Thép hợp kim thấp: loại có tổng lượng 10% ( thường là họ mactenxit và austenit ) * Theo công dụng: - Thép hợp kim kết cấu - Thép hợp kim dụng cụ - Thép hợp kim đặc biệt Trong đó hai nhóm đầu cũng có trong loại thép cacbon, còn nhóm thứ 3 không có. Đây là nhóm với tính chất vật lý - hoá học đặc biệt, thường chứa tổng lượng hợp kim cao và rất cao > 20%. Cách phân loại trên thường có quan hệ với nhau và có biết một số đặc trưng của thép. Thép austenit, ferit bao giờ cũng có loại thép đặc biệt, hợp kim cao hoặc rất cao, đắt và khó gia công. Thép mactenxit là loại thép rất dễ tôi song rất khó gia công cắt phôi ở trạng thái cung cấp. Thép ledeburit bao giờ cũng thuộc nhóm hợp kim cao- cacbon cao, rất cứng để làm dụng cụ. Thép Cr - Ni bao giờ cũng là thép kết cấu quý vì có độ thấm tôi cao và độ dai tốt. d. Tiêu chuẩn thép hợp kim TCVN 1759-75 quy định nguyên tắc ký hiệu thép hợp kim theo trật tự sau: - Số chỉ hàm lượng cacbon trung bình theo phần vạn, nếu ≥1% thì có thể không cần biểu thị. - Các nguyên tố hợp kim theo ký hiệu hoá học và ngay sau đó là hàm lượng theo phần trăm trung bình (thường được quy tròn thành số nguyên) xếp theo trật tự từ cao đến thấp. - Khi lượng chứa của nguyên tố khoảng 1% thì không cần biểu thị bằng số: - VD: Cr: thép có 0,36÷ 0,44%C, 0,8÷ 1%Cr90CrSi thép có 0,85-0,95%C, 1,2÷ 1,6%Si, 0,95÷ 1,25%Cr