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 />