Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45-SKD61

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:126

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chung của đề tài là nghiên cứu đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – SKD61 trong chế tạo các chi tiết cơ khí. Qua đó, các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối bằng phương pháp hàn SMAW theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015 cũng được khảo sát và chỉ rõ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45-SKD61

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC VŨ NGHIÊN CỨU ÐỀ XUẤT QUY TRÌNH HÀN VÀ KỸ THUẬT HÀN NỐI HAI VẬT LIỆU C45 – SKD61 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520153 S K C0 0 5 9 1 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC VŨ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH HÀN VÀ KỸ THUẬT HÀN NỐI HAI VẬT LIỆU C45 – SKD61 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520153 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC VŨ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH HÀN VÀ KỸ THUẬT HÀN NỐI HAI VẬT LIỆU C45 – SKD61 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520153 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 i i
i
MSHV: 1680413 Ngành: Khóa: 2016-2018 nh ng: 2.1. Nh n xét v 2.2. Nh 2.3. Nh c tiêu nghiên c u, ph ng pháp nghiên c u s d ng trong LVTN 2.4. Nh n xét T ng quan c tài 2.5. n 2.6. kh ng d tài 2.7. Lu t sót và t n t i): Không II. CÁC V C N LÀM RÕ 45
TT Không 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x ” hay “ ”)
MSHV: 1680413 Ngành: Khóa: 2016-2018 nh ng: 0989166420 2.1. Nh n xét v 2.2. Nh 2.3. Nh c tiêu nghiên c u, ph ng pháp nghiên c u s d ng trong LVTN 2.4. Nh n xét T ng quan c tài 2.5. n 2.6. kh ng d tài 2.7. Lu t sót và t n t i): II. CÁC V C N LÀM RÕ 1 2 3 khác nhau hay không, vì sao? 4
TT Không 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x ” hay “ ”)
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ và tên: TRẦN QUỐC VŨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1990 Nơi sinh: Trà Vinh Quê quán: Trà Vinh Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Chuyên viên Thiết kế, Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ (SIHUB). Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp Ngãi Trung – Tập Ngãi – Tiểu Cần – Trà Vinh. Điện thoại cơ quan: (08) 37367127 (110) Điện thoại nhà riêng: 0987.506.015 Fax: (08)37367260 E–mail: tranquocvu11904ctu@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/ 2011 đến 09/ 2015 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM Ngành học: Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế bài giảng phương pháp kiểm tra đánh giá vật liệu”. Ngày và nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: tháng 7 năm 2015, Khoa cơ khí máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Thức 2. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, tương đương cấp độ B1. ii
3. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày và nơi cấp: Học vị: Kỹ sư; Cấp ngày 29/09/2015; Nơi cấp: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ tháng 09 đến Công ty Giày Da Mỹ Phong Bảo trì máy may tháng 12 năm 2015 Từ tháng 01 đến Công ty TNHH Toàn Đắc Lộc Nhân viên thiết kế tháng 03 năm 2016 Từ tháng 04 năm Trung Tâm Thiết Kế Chế Tạo 2016 đến tháng 12 Chuyên viên thiết kế Thiết Bị Mới (NEPTECH) năm 2017 Từ tháng 01 năm Trung Tâm Ứng Dụng Tiến Bộ Chuyên viên thiết kế 2018 đến nay Khoa Học Công Nghệ (SIHUB) IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 04 năm 2018 (Ký tên, đóng dấu) Người khai ký tên TRẦN QUỐC VŨ iii
LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: “Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45 – SKD61”. – GVHD: PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn – Họ tên học viên: Trần Quốc Vũ – MSHV: 1680413; Lớp: CKM16B – Số điện thoại liên lạc: 0987.506.015 Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. 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 04 năm 2018 Ký tên TRẦN QUỐC VŨ iv
LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian học tập ở trường tôi đã học hỏi được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu từ quý Thầy (Cô), bạn bè, đồng nghiệp. Điều đó đã giúp tôi có thể hoàn thành tốt luận văn Thạc sĩ này. Tôi xin viết lời cảm ơn này để bày tỏ lòng tri ân chân thành của mình đến: Thầy PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên, cung cấp tài liệu, đưa ra những lời khuyên, định hướng và bước đi đúng đắn trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Các Thầy (Cô) giáo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, những người đã tận tình truyền đạt những kiến thức nền tảng bổ ích trong suốt chương trình học Thạc sĩ tại trường. Các Thầy (Cô) giáo Khoa Hàn – Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế LILAMA 2, những người đã tận tình giúp đỡ tư vấn, thực nghiệm quy trình hàn. Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện, luôn ở bên hỗ trợ và động viên tinh thần cho tôi những lúc khó khăn nhất. Cám ơn Công Ty Trung Tín Á Châu, Trung Tâm Ứng Dụng Tiến Bộ Khoa Học Công Nghệ, Công Ty Cơ Khí Đại Kim,… đã giúp đỡ để hoàn thành luận văn. Và cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công đến quý Thầy (Cô), những người thân, bạn bè và đồng nghiệp của tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn! v
TÓM TẮT Nhu cầu sử dụng các chi tiết máy và các sản phẩm được chế tạo từ hai hoặc nhiều phần vật liệu ngày càng tăng nhờ chi phí vật liệu thấp, gia công khá dễ dàng mang lại tính cạnh tranh cao. Đặc biệt các chi tiết được chế tạo từ hai phần là thép cacbon trung bình C45 và thép hợp kim trung bình (SKD61) đã xuất hiện trong các kết cấu khuôn mẫu, dụng cụ cắt với cơ tính cao và giá thành thấp. Gần đây việc chế tạo các chi tiết từ hai phần là thép C45 và SKD61 ở Việt Nam được liên kết với nhau thông qua mối hàn giáp mối đã và đang được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, công nghệ hàn được áp dụng chưa được nghiên cứu sâu, chủ yếu dựa trên cơ sở kinh nghiệm của người thợ hàn nên chất lượng mối hàn không ổn định và không có cơ sở để áp dụng trên diện rộng, đặc biệt là ở quy mô công nghiệp. Đề tài trình bày các kết quả nghiên cứu quy trình hàn giáp mối dạng tấm và dạng thanh tròn từ hai vật liệu thép C45 và SKD61. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất được quy trình hàn gồm 4 bước dựa theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015. Đã tiến hành thử nghiệm kiểm định quy trình hàn giáp mối đã đề xuất trên 3 mẫu hàn dạng tấm và 5 mẫu hàn dạng thanh tròn. Các mẫu hàn đã được kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp chụp X quang, thử kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015. Kết quả kiểm tra khuyết tật mối hàn của mẫu hàn bằng phương pháp chụp X quang đã cho thấy chất lượng mối hàn tốt, không có khuyết tật. Về thử kéo, uốn mối hàn nối hai vật liệu C45 – SKD61 đạt giá trị từ 684,55 MPa đến 763,87 MPa (100% kim loại nền). Bên cạnh đó, kết quả chụp kim tương bằng kính hiển vi cũng chỉ ra tổ chức tế vi thuộc vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn. vi
ABSTRACT The demands of machine parts and products made from two or more of materials are increasing because the materials are low cost, the process is quite easy and these characteristic are competitive. Particularly the parts are made of two materials: C45 steel and alloy steel (SKD61) have been applied in the molds, cutting tools with high mechanical and low cost. Recently, the production of components from C45 and SKD61 steel in Vietnam are linked together through termite welding has been widely applied. However, the applied welding technology has not been studied extensively. Weld process is based on the experience welder, so the weld quality is not stable and have no fundamental for large application, especially for industrial scale. In this study, the welding end-end process of plate and round bar specimens which two materials C45 and SKD61 were examined. The study results suggest a four step process by following AWS D1.1 – 2015. Tested welding procedures have been proposed on three plate specimens and five round bars. Welded specimens were tested by RT (Radiography Testing), tensile tests by following AWS D1.1 – 2015 standard. Welding failure test results of the RT method showed good weld quality without defects. The tensile strenght reach values from 684,55 Mpa to 763,87 Mpa (100% base metal) for weld line of two materials C45, SKD61. In addition, the micro- structure in the heat-affected area of the weld joints was observed using optical microscope. vii
MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LVTN ................................................................i LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................... ii LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................iv LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................v TÓM TẮT .........................................................................................................vi ABSTRACT .................................................................................................... vii MỤC LỤC ...................................................................................................... viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................xi DANH SÁCH CÁC HÌNH.............................................................................. xii DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................... xvii MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2 2.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................xvii 2.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................. 1 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................... 2 3.1. Mục tiêu chung .................................................................................... 2 3.2. Mục tiêu cụ thể .................................................................................... 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 3 4.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 3 4.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 3 5. Kết cấu của luận văn ................................................................................... 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ............................... 5 Giới thiệu về vật liệu nền ........................................................................ 5 1.1.1. Thép C45 .......................................................................................... 5 1.1.2. Thép SKD61 ..................................................................................... 5 Thực trạng hàn nối hai vật khác nhau ở Việt Nam ................................. 6 viii
Các nghiên cứu trong và ngoài nước ....................................................... 8 1.3.1. Nghiên cứu trong nước ..................................................................... 8 1.3.2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước ................................................. 9 Nhận định và định hướng nghiên cứu ................................................... 10 1.4.1. Nhận định ....................................................................................... 10 1.4.2. Định hướng nghiên cứu .................................................................. 11 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 12 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 12 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 12 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ................................................. 12 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................... 12 Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................17 Phương pháp hàn SMAW ..................................................................... 17 3.1.1. Hồ quang hàn.................................................................................. 17 3.1.2. Cường độ dòng điện hàn (I) ........................................................... 18 3.1.3. Tốc độ hàn (Vh) .............................................................................. 19 3.1.4. Góc độ que hàn (φ) ......................................................................... 20 3.1.5. Chiều dài hồ quang (le) ................................................................... 21 3.1.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hàn (Th) ............................. 22 3.1.7. Hàn nối cùng một vật liệu .............................................................. 24 3.1.8. Hàn nối hai vật liệu khác nhau ....................................................... 25 Khuyết tật hàn ....................................................................................... 27 3.2.1. Nứt (Weld Crack) ........................................................................... 27 3.2.2. Rổ khí/ hốc khí (Cavities) .............................................................. 28 3.2.3. Ngậm xỉ (Solid inclusions) ............................................................. 30 3.2.4. Thiếu ngấu (Lack of fusion) ........................................................... 31 3.2.5. Lẹm chân và chảy loang ................................................................. 31 3.2.6. Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn .............................................. 32 Tính hàn của thép .................................................................................. 33 ix
3.3.1. Ảnh hưởng của cacbon .................................................................. 33 3.3.2. Ảnh hưởng của kết cấu và bề dày mối ghép................................. 34 Ảnh hưởng của năng lượng hàn ........................................................... 35 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.............................................................. 38 Các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61 bằng phương pháp hàn SMAW ........................................................ 38 4.1.1. Chi tiết hàn ..................................................................................... 38 4.1.2. Gia nhiệt thép S45C ....................................................................... 40 4.1.3. Gia nhiệt thép SKD61 .................................................................... 42 4.1.4. Vật liệu đắp .................................................................................... 43 4.1.5. Thiết kế chi tiết hàn ........................................................................ 43 Đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61. 44 4.2.1. Đề xuất quy trình hàn giáp mối tấm ............................................... 44 4.2.2. Đề xuất phương án hàn giáp mối thanh tròn .................................. 54 Hàn thực nghiệm và đánh giá chất lượng mối hàn thép S45C – thép SKD61 ........................................................................................................... 57 4.3.1. Hàn thực nghiệm mẫu tấm ............................................................. 57 4.3.2. Hàn thực nghiệm mẫu thanh tròn ................................................... 65 4.3.3. Kết quả kiểm tra mối hàn ............................................................... 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................78 1. Kết luận ..................................................................................................... 78 2. Kiến nghị .................................................................................................. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................80 PHỤ LỤC .........................................................................................................84 x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT NDT Non–Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy RT Radiography Testing Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ Hàn hồ quang tay với que hàn có SMAW Shielded Metal Arc Welding thuốc bọc Hàn hồ quang bằng điện cực không TIG Tungsten Inert Gas nóng chảy AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Hoa Kì American Society of ASME Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ Mechanical Engineers Hàn hồ quang trong môi trường khí MIG Metal Inert Gas trơ với điện cực nóng chảy Hàn hồ quang kim loại trong môi GMAW Gas Metal Arc Welding trường khí UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm Hàn hồ quang trong môi trường khí MIG Metal Inert Gas trơ với điện cực nóng chảy xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Trục vít sau khi được mài hoàn chỉnh [6] ...................................................8 Hình 2.1: Máy hàn MATRIC 4000 AC/DC [12] ...................................................... 13 Hình 2.2: Súng bắn nhiệt độ từ xa có 2 tia laser DT8780 [13] .................................14 Hình 2.3: Máy thử nghiệm kéo – nén – uốn vật liệu WEW–1000B [14] .................15 Hình 2.4: Kính hiển vi kim tương SINOWON IMS–300 [15] .................................16 Hình 3.1: Hệ thống thiết bị hàn SMAW và các phụ kiên liên quan ......................... 17 Hình 3.2: Mối liên hệ giữa cường độ và tốc độ đắp cho que hàn Ø4.8 mm [19] .....18 Hình 3.3: Hiện tượng dòng hàn quá thấp hoặc quá cao [20] ....................................19 Hình 3.4: Khuyết tật xảy ra khi tốc độ hàn quá nhanh [20] ......................................20 Hình 3.5: Góc độ que hàn ......................................................................................... 21 Hình 3.6: Chiều dài hồ quang [19] ............................................................................21 Hình 3.7: Chiều dài hồ quang [20] ............................................................................22 Hình 3.8: Biến dạng nhiệt do hàn..............................................................................23 Hình 3.9: Tính chất của kim loại thay đổi do nhiệt độ [22] ......................................23 Hình 3.10: Kích thước mẫu hàn ................................................................................24 Hình 3.11: Kích thước mối ghép ...............................................................................24 Hình 3.12: Trình tự thực hiện mối hàn đính ............................................................. 24 Hình 3.13: Bố trí các lớp hàn và thứ tự hàn các đường hàn ......................................25 Hình 3.14: Kích thước mẫu hàn ................................................................................25 Hình 3.15: Kích thước mối ghép ...............................................................................25 Hình 3.16: Trình tự thực hiện mối hàn đính [10] ...................................................... 26 xii