intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc đến độ bền mối hàn giáp mối trong kết cấu tàu thép

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

59
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc (chỉ xét ba thông số là cường độ dòng điện I, điện áp hàn U và vận tốc hàn V) đến độ bền mối hàn kết cấu tấm giáp mối trong tàu thép. Thông qua kết quả kiểm tra độ bền của 21 loạt mẫu thí nghiệm mối hàn giáp mối theo quy định của Quy phạm TCVN 6259-6:2010 với các chế độ hàn khác nhau được tính toán bằng lý thuyết, kết luận rằng chế độ hàn với cường độ dòng điện I = 1000(A), điện áp U = 35(V) và vận tốc hàn V = 27(m/h) cho kết quả tốt nhất.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc đến độ bền mối hàn giáp mối trong kết cấu tàu thép

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 4/2014<br /> <br /> KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC<br /> ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI TRONG KẾT CẤU TÀU THÉP<br /> THE ASSESSMENT EFFECTS ON SUBMERGED - ARC WELDING MODES<br /> TO THE STRENGTH OF BUTTED PLATE IN STEEL SHIP<br /> Ngô Hùng1, Huỳnh Văn Vũ2<br /> Ngày nhận bài: 18/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 06/5/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc (chỉ xét ba thông<br /> số là cường độ dòng điện I, điện áp hàn U và vận tốc hàn V) đến độ bền mối hàn kết cấu tấm giáp mối trong tàu thép. Thông<br /> qua kết quả kiểm tra độ bền của 21 loạt mẫu thí nghiệm mối hàn giáp mối theo quy định của Quy phạm TCVN 6259-6:2010<br /> với các chế độ hàn khác nhau được tính toán bằng lý thuyết, kết luận rằng chế độ hàn với cường độ dòng điện I = 1000(A),<br /> điện áp U = 35(V) và vận tốc hàn V = 27(m/h) cho kết quả tốt nhất.<br /> Từ khóa: chế độ hàn, hàn tự động dưới lớp thuốc, thông số hàn<br /> <br /> ABSTRACT<br /> This paper performs the result of effects on submerged-arc welding modes (including three parameters: amperage<br /> welding I, voltage welding U and velocity welding V) to the strength of butted plate in steel ship. Through the strength<br /> testing of specimens according to the rule TCVN 6259-6:2010, the 21 experiment specimens conducted by submerged-arc<br /> welding with some different modes, it concludes that the welding mode (amperage welding I = 1000(A), voltage welding<br /> U = 35(V) and velocity welding V = 27(m/h)) is the best.<br /> Keywords: welding mode, submerged-arc welding, welding parameters<br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Công nghệ hàn là một trong các lĩnh vực phức<br /> tạp, cần phải có sự phối hợp của các lĩnh vực khoa<br /> học khác như: Vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí,<br /> tự động hóa, kỹ thuật điện và điện tử. Chính vì<br /> thế chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu<br /> tố khách quan, chủ quan trong khi chế tạo các sản<br /> phẩm bằng phương pháp hàn. Trong các phương<br /> pháp hàn khác nhau, các yếu tố công nghệ cũng có<br /> những ảnh hưởng rất khác nhau. Công nghệ hàn hồ<br /> quang dưới lớp thuốc hay còn gọi là hàn hồ quang<br /> chìm SAW là phương pháp hàn dây điện cực nóng<br /> chảy dưới lớp thuốc bảo vệ đã được sử dụng ở các<br /> nước có nền công nghiệp phát triển [1].<br /> Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc (SAW)<br /> được ứng dụng rộng rải ở các nước phát triển [2, 6].<br /> Tuy nhiên ở Việt Nam nói chung và trong các nhà<br /> máy đóng tàu nói riêng và đặc biệt là trong các cơ sở<br /> 1<br /> 2<br /> <br /> dạy nghề, công nghệ này của tỉnh Khánh Hòa ít<br /> được chú trọng, bước đầu có tính thăm dò, chưa<br /> hình thành quy trình ổn định và phát triển mạnh. Vì<br /> vậy phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp<br /> thuốc phát triển mạnh khi ngành công nghiệp đóng<br /> tàu trong nước phát triển.<br /> Việc lựa chọn chế độ hàn trước đây chủ yếu<br /> dựa theo yêu cầu của nhà sản xuất hoặc chí ít cũng<br /> là kinh nghiệm được du nhập từ những nước có<br /> nền đóng tàu phát triển và cá biệt có những trường<br /> hợp không được coi trọng. Điều này rõ ràng chưa<br /> phù hợp với điều kiện môi trường, con người, thiết<br /> bị,… tại Việt Nam và ảnh hưởng không tốt đến chất<br /> lượng sản phẩm.<br /> Sau thời gian tham gia trực tiếp sản xuất, đào<br /> tạo công nhân hàn qua đặt hàng của các cơ sở<br /> đóng tàu trong việc cung cấp nguồn nhân lực về vấn<br /> đề này và qua tìm hiểu những nghiên cứu trước,<br /> <br /> Ngô Hùng: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2011 - Trường Đại học Nha Trang<br /> TS. Huỳnh Văn Vũ: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> nhận thấy việc lựa chọn các chế độ hàn hợp lý<br /> nhằm đảm bảo chất lượng các mối hàn chưa được<br /> đặt ra và quan tâm một cách đúng mức. Đặc biệt<br /> trong những trường hợp hàn có yêu cầu chất lượng<br /> cao như hàn các kết cấu tàu thép.<br /> Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của<br /> các thông số công nghệ đến chất lượng, tạo dáng<br /> mối hàn và quá trình hàn là việc làm cần thiết và<br /> cấp bách. Dựa trên các tài liệu đã có trong nước và<br /> nước ngoài, của các hãng thiết bị hàn trên thế giới<br /> đã thu thập và tập hợp được các thông số tối ưu về<br /> lý thuyết, từ đó bằng thực nghiệm nghiên cứu trên<br /> các mẫu tác giả tiến hành lựa chọn được các thông<br /> số thực nghiệm cho phù hợp với điều kiện của Việt<br /> Nam. Trong quá trình hàn khi khảo sát một yếu tố<br /> thì các yếu tố khác được giữ nguyên. Từ đó cho các<br /> yếu tố đầu ra: hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn<br /> và biến dạng hàn.<br /> <br /> Hình 1. Quy cách tấm hàn thử nghiệm<br /> <br /> Phương pháp hàn là hồ quang tự động dưới<br /> lớp thuốc SAW, với máy hàn hiệu KOBELCO,<br /> số hiệu DW-S43G của Việt Nam sản xuất, dây<br /> hàn thép cacbon AWS-A5.17-EH14 đường kính<br /> F4.0mm, thuốc bảo vệ AN-348-A của Nga sản<br /> xuất. Quá trình hàn thử nghiệm được tiến hành tại<br /> xưởng Cơ khí của Trường Trung cấp nghề Ninh<br /> Hòa, kiểm tra độ bền uốn, kéo của kim loại cơ bản<br /> <br /> Hình 3. Biểu đồ lực kéo – giãn dài thép cơ bản<br /> <br /> 150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Số 4/2014<br /> Dựa trên các kết quả thí nghiệm đánh giá được<br /> rằng khi các thông số hàn thay đổi thì hình dạng mối<br /> hàn, độ bền mối hàn và biến dạng hàn thay đổi thế<br /> nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao.<br /> Từ đó đi đến kết luận về việc lựa chọn các thông số<br /> cơ bản của công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc<br /> SAW một cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối<br /> hàn tốt nhất áp dụng trong đào tạo và sản xuất tại<br /> Việt Nam.<br /> II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 1. Đối tượng nghiên cứu<br /> Đối tượng nghiên cứu là ảnh hưởng của ba<br /> thông số cường độ dòng điện hàn I(A), điện áp hàn<br /> U(V), tốc độ hàn V(m/h) đến chất lượng mối hàn<br /> giáp mối của tấm kết cấu tàu thép theo quy định của<br /> Quy phạm TCVN 6259-6:2010 (hình 1) [7].<br /> <br /> Hình 2. Vị trí cắt mẫu kiểm tra độ bền<br /> <br /> và các mẫu thử mối hàn tại phòng thí nghiệm cơ<br /> tính của Viện Chế tạo tàu thủy - Trường Đại học<br /> Nha Trang.<br /> Tấm phôi thép nguyên liệu AH-36 được xác<br /> định độ bền kéo như hình 3 (ứng suất kéo lớn nhất<br /> σU= 545 kN/mm2, ứng suất chảy σY= 366 kN/mm2,<br /> độ giãn dài Dl = 26.7%) và độ bền uốn như hình 4<br /> (lực uốn lớn nhất Fm=56.59 kN).<br /> <br /> Hình 4. Biểu đồ lực uốn – giãn dài thép cơ bản<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 4/2014<br /> <br /> và khả năng tài chính cho phép thì việc kiểm tra tất<br /> 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> cả các mẫu là tốt nhất, tuy nhiên ở đây chỉ chọn<br /> Chọn chế độ hàn ứng với thép AH-36 có chiều<br /> những phôi hàn tốt nhất theo kiểm tra sơ bộ chất<br /> dày 16mm, đặt tên là loạt mẫu X1 có các thông số<br /> lượng bên ngoài để giảm bớt thời gian, kinh tế,<br /> cụ thể là I = 1000(A), U = 35(V), V = 27(m/h) [1, 3].<br /> công sức thực nghiệm và cũng thỏa mãn điều kiện<br /> Sau đó thay đổi giá trị của ba thông số bằng cách<br /> quy hoạch thực nghiệm.<br /> tăng lên hoặc giảm đi 20% so với giá trị tiêu chuẩn<br /> Phôi sau khi lựa chọn được cắt thành các mẫu<br /> ở trên, được đặt tên từ loạt mẫu X2 đến X7. Lần lượt<br /> thử tiêu chuẩn theo các vị trí quy định như hình 2<br /> các giá trị của các thông số tương ứng với nhóm<br /> để xác định các thông số độ bền như ứng suất kéo<br /> mẫu hàn thực nghiệm được trình bày ở bảng 1.<br /> lớn nhất, ứng suất chảy, lực uốn lớn nhất, biến dạng<br /> Với mỗi loạt mẫu Xi tiến hành hàn 3 phôi (Mj, Mj+1,<br /> dài, … Chẳng hạn hình ảnh phôi lựa chọn để thử<br /> Mj+2) vào các thời điểm khác nhau, sau đó lựa chọn<br /> nghiệm của loạt mẫu X1 (để đơn giản gọi là mẫu X1)<br /> 1 phôi có hình dạng tốt nhất đem phân tích đánh<br /> giá. Tất nhiên nếu điều kiện thời gian thí nghiệm<br /> như hình 5.<br /> Bảng 1. Chế độ hàn của 21 mẫu thử nghiệm<br /> TT<br /> <br /> I (A)<br /> <br /> U (V)<br /> <br /> V (m/h)<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 35<br /> <br /> 27<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> 9<br /> 10<br /> 11<br /> 12<br /> 13<br /> 14<br /> 15<br /> 16<br /> 17<br /> 18<br /> 19<br /> 20<br /> 21<br /> <br /> 1200<br /> <br /> 35<br /> <br /> 27<br /> <br /> 800<br /> <br /> 35<br /> <br /> 27<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 42<br /> <br /> 27<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 28<br /> <br /> 27<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 35<br /> <br /> 32.4<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 35<br /> <br /> 21.6<br /> <br /> Tên mẫu<br /> <br /> M1<br /> M2<br /> <br /> M3<br /> M4<br /> M5<br /> M6<br /> M7<br /> M8<br /> M9<br /> M10<br /> M11<br /> M12<br /> M13<br /> M14<br /> M15<br /> M16<br /> M17<br /> M18<br /> M19<br /> M20<br /> M21<br /> <br /> Loạt mẫu<br /> <br /> X1<br /> <br /> X2<br /> <br /> X3<br /> <br /> X4<br /> <br /> X5<br /> <br /> X6<br /> <br /> X7<br /> <br /> Hình 5. Phôi lựa chọn để thử nghiệm của loạt mẫu X1<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 151<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 4/2014<br /> <br /> Kết quả thử nghiệm độ bền của mẫu X1 so với giá trị của tấm thép cơ bản như bảng 2. Rõ ràng các giá trị<br /> về độ bền của mối hàn ở mẫu X1 đều tốt hơn vật liệu cơ bản, điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn của mẫu X1<br /> đạt yêu cầu.<br /> Bảng 2. So sánh giá trị độ bền của mẫu X1 với kim loại cơ bản<br /> Đại lượng<br /> <br /> Ứng suất kéo (MPa)<br /> <br /> Lực uốn (kN)<br /> <br /> Ứng suất chảy (MPa)<br /> <br /> Độ giãn dài (%)<br /> <br /> Mẫu kim loại cơ bản (KLCB)<br /> <br /> 545<br /> <br /> 56.59<br /> <br /> 366<br /> <br /> 26.7<br /> <br /> Mẫu thử X1 (MT)<br /> <br /> 540<br /> <br /> 56.50<br /> <br /> 360<br /> <br /> 28.4<br /> <br /> Tên<br /> <br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> Sau khi thực hiện xác định các thông số độ bền từ các mẫu thử cắt từ các phôi lựa chọn của loạt mẫu X1<br /> đến X7 nêu trên, kết quả thực nghiệm được tổng hợp ở bảng 3 như sau:<br /> Bảng 3. Tổng hợp kết quả độ bền của các mẫu thí nghiệm<br /> Loạt mẫu<br /> <br /> X1<br /> <br /> X2<br /> <br /> X3<br /> <br /> X4<br /> <br /> X5<br /> <br /> X6<br /> <br /> X7<br /> <br /> r (mm)<br /> Chiều rộng mối hàn<br /> <br /> 30<br /> <br /> 35<br /> <br /> 25<br /> <br /> 40<br /> <br /> 25<br /> <br /> 23<br /> <br /> 35<br /> <br /> h (mm)<br /> Chiều cao mối hàn<br /> <br /> 3<br /> <br /> 3<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> 5<br /> <br /> 5<br /> <br /> 4.5<br /> <br /> σU (kN/mm2)<br /> Ứng suất kéo lớn nhất<br /> <br /> 540<br /> <br /> 532<br /> <br /> 435<br /> <br /> 532<br /> <br /> 435<br /> <br /> 532<br /> <br /> 465<br /> <br /> σY (kN/mm2)<br /> Ứng suất chảy<br /> <br /> 360<br /> <br /> 355<br /> <br /> 303<br /> <br /> 355<br /> <br /> 303<br /> <br /> 355<br /> <br /> 303<br /> <br /> Fm (kN)<br /> Lực uốn<br /> <br /> 56.50<br /> <br /> 45.75<br /> <br /> 28.63<br /> <br /> 52.92<br /> <br /> 45.75<br /> <br /> 45.75<br /> <br /> 52.92<br /> <br /> ∆l (%)<br /> Độ giãn dài<br /> <br /> 28.4<br /> <br /> 26.7<br /> <br /> 27.5<br /> <br /> 26.7<br /> <br /> 27.5<br /> <br /> 26.7<br /> <br /> 27.5<br /> <br /> I (A)<br /> Cường độ dòng điện<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1200<br /> <br /> 800<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1000<br /> <br /> U (V)<br /> Điện áp hàn<br /> <br /> 35<br /> <br /> 35<br /> <br /> 35<br /> <br /> 42<br /> <br /> 28<br /> <br /> 35<br /> <br /> 35<br /> <br /> V (m/h)<br /> Vận tốc hàn<br /> <br /> 27<br /> <br /> 27<br /> <br /> 27<br /> <br /> 27<br /> <br /> 27<br /> <br /> 32.4<br /> <br /> 21.6<br /> <br /> Từ kết quả ở bảng 3, so với giá trị độ bền của<br /> <br /> ứng với các mẫu X2 đến X7 đều không đạt yêu cầu.<br /> <br /> vật liệu cơ bản (σU= 545 kN/mm2, σY= 366kN/mm2,<br /> <br /> Ngoài ra, từ bảng 3, có thể biểu diễn mối tương<br /> <br /> ∆l = 26.7%, Fm= 56.59 kN), có thể nhận thấy rằng độ<br /> <br /> quan giữa các thông số U, I, V với các thông số hình<br /> <br /> bền tại vị trí mối hàn của các mẫu từ X2 đến X7 đều<br /> <br /> học r, h, ∆l của 7 mẫu lựa chọn như đồ thị hình 6 và<br /> <br /> nhỏ hơn. Điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn tương<br /> <br /> các thông số độ bền σU, σY, Fm như đồ thị hình 6.<br /> <br /> 152 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 4/2014<br /> <br /> Hình 6. Mối tương quan giữa U, V với các thông số hình học r, h, ∆l<br /> <br /> Qua đồ thị ở hình 7, nhận thấy rằng:<br /> - Mẫu X1 có độ giãn dài lớn nhất, chứng tỏ độ<br /> dẻo dai của mẫu thử tốt nhất.<br /> - Khi tăng điện áp hàn U thì chiều rộng mối hàn r<br /> <br /> tăng theo, chiều cao mối hàn h giảm đi (mẫu X4) và<br /> ngược lại (mẫu X5).<br /> - Khi tăng vận tốc hàn V thì chiều rộng mối hàn<br /> r giảm (mẫu X6) và ngược lại (mẫu X7).<br /> <br /> Hình 7. Mối tương quan giữa U, I, V với các thông số độ bền σU, σY, Fm<br /> <br /> Qua đồ thị ở hình 6, nhận thấy rằng:<br /> <br /> IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ<br /> <br /> - Mẫu X1 có độ bền lớn nhất.<br /> <br /> 1. Kết luận<br /> <br /> - Khi tăng điện áp hàn U hoặc tốc độ hàn V thì<br /> <br /> Như vậy, qua tính toán lý thuyết để xác định các<br /> <br /> độ bền mối hàn tăng lên (mẫu X4, X6) và ngược lại<br /> <br /> thông số của chế độ hàn tiêu chuẩn, sau đó dùng<br /> <br /> (mẫu X5, X7), tuy nhiên vẫn không đạt độ bền như<br /> <br /> thực nghiệm để hàn các loạt phôi mẫu bằng cách<br /> <br /> mẫu X1.<br /> <br /> thay đổi các thông số đã có trong phạm vi 20%,<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 153<br /> <br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2