Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2016<br />
<br />
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI VÀ CHIỀU RỘNG<br />
TẤM TÔN BAO VỎ TÀU THỦY ĐẾN BIẾN DẠNG GÓC,<br />
BIẾN DẠNG DỌC KHI HÀN GIÁP MỐI<br />
THE STUDY ON THE LENGTH AND BREADTH OF HULL PLATE<br />
TO ANGULAR, LONGITUDINAL DISTORTIONS IN BUTT WELD<br />
Bùi Văn Nghiệp1<br />
Ngày nhận bài: 01/11/2015; Ngày phản biện thông qua: 14/01/2016; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Bài báo này công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tổng hợp hai yếu tố chiều dài và chiều rộng tấm đến<br />
biến dạng góc và biến dạng dọc của phôi do quá trình hàn gây ra khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu thủy. Nghiên<br />
cứu được thực hiện theo quy trình R-31/PA với các thông số chiều dài và chiều rộng tấm khác nhau. Kết quả<br />
cho thấy, biến dạng góc càng giảm khi tăng chiều rộng tấm và biến dạng góc càng tăng khi tăng chiều dài tấm,<br />
đồng thời biến dạng dọc cũng xảy ra cùng với biến dạng góc. Biến dạng góc trên từng vị trí mặt cắt ngang<br />
(theo chiều rộng) tấm là không giống nhau, bên cạnh đó biến dạng dọc cũng chỉ xuất hiện ở hai đầu mối hàn<br />
khi chiều dài tấm L≥1000mm còn khu vực giữa mối hàn không có biến dạng dọc và biến dạng góc cũng đồng<br />
dạng. Mặt khác kết quả thực nghiệm cũng chứng minh độ lớn của biến dạng góc không phải là hằng số như<br />
công thức tính biến dạng góc do Okerblom đề xuất.<br />
Từ khóa: biến dạng góc, chiều dài tấm, chiều rộng tấm<br />
ABSTRACT<br />
This paper performs results of study on effects between the length and breadth of steel plate to angular<br />
and longitudinal distortions while welding of ship hull. All experiments were conducted on the R-31/PA<br />
welding proceduce and specifications with different lengths and breadths of butted weld. The result shows that:<br />
if the breadth of plate steel had more extensive then the angular distortion reduced but the length of plate steel<br />
had more lengthened then the angular distortion increased, simultaneous, the longitudinal and the angular<br />
distortions occur together. The angular distortions along cross section of butted weld are different, beside<br />
that the longitudinal distortion occurs only on two the ends of butted weld when the welded length exceeds<br />
1000mm, remaining mid-span area has not longitudinal distortion but has similar of angular distortion. On<br />
the other hand, the experimental results demonstrate that the value of angular distortion is not constant as the<br />
Okerblom’s formular.<br />
Keywords: angular distortion, length of butted weld, breath of butted weld<br />
I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Khi hàn giáp mối các tấm tôn bao vỏ tàu<br />
thủy có rất nhiều kiểu biến dạng xảy ra đồng<br />
thời, đặc biệt là biến dạng góc, nó có giá trị<br />
lớn nhất, gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng<br />
1<br />
<br />
sản phẩm. Đã có rất nhiều nhà khoa học trên<br />
thế giới quan tâm nghiên cứu đến ứng suất và<br />
biến dạng hàn có thể kể đến như: Slavianov,<br />
Rosenthal Daniel, Okerblom, Ola Westby,<br />
Artem Pilipenko,... Ở Việt Nam, vấn đề<br />
<br />
Khoa Kỹ thuật giao thông – Trường Đại học Nha Trang<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 47<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2016<br />
<br />
biến dạng trong lĩnh vực hàn tàu thủy chưa<br />
được quan tâm nhiều. Trong những năm gần<br />
đây tác giả đã rất cố gắng và đã có nhiều<br />
nghiên cứu về lĩnh vực này [1, 2]. Nhưng thực<br />
tế, tại các nhà máy đóng tàu vấn đề biến dạng<br />
nói chung, biến dạng góc nói riêng vẫn đang tồn<br />
tại và là một trong những khuyết tật rất khó xử lý.<br />
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến<br />
dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu thủy<br />
[1,2 ], các yếu tố này được thực hiện nghiên<br />
cứu một cách độc lập nên chỉ mới đánh giá cho<br />
từng khía cạnh riêng lẻ về mức độ ảnh hưởng<br />
của chúng đối với vấn đề biến dạng góc mà<br />
chưa thể đưa ra được kết luận chung trên sản<br />
phẩm thực tế vì các yếu tố này luôn có mối<br />
quan hệ mật thiết với nhau.<br />
Trong rất nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng<br />
đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ<br />
tàu thủy đã được tác giả nghiên cứu độc lập thì<br />
chiều rộng và chiều dài tấm vật liệu có ý nghĩa<br />
quan trọng (có thể xem là yếu tố chính) vì kích<br />
thước của sản phẩm thực tế luôn thay đổi.<br />
Với mong muốn nghiên cứu chiều rộng<br />
và chiều dài tấm để tìm ra mối quan hệ, ảnh<br />
hưởng của chúng đến biến dạng góc, biến<br />
dạng dọc khi hàn giáp mối tấm tôn bao vỏ tàu<br />
thủy nhằm khuyến cáo nguy cơ xảy ra biến<br />
dạng trên sản phẩm cụ thể.<br />
Kết quả nghiên cứu này là dữ liệu cho các<br />
nghiên cứu tiếp theo, đồng thời cũng là cơ sở<br />
<br />
dữ liệu để mô phỏng số nhằm giảm thiểu chi<br />
phí thực nghiệm trong điều kiện tổ chức thực<br />
nghiệm trong lĩnh vực hàn tàu thủy khá tốn kém.<br />
Vì vậy, kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của<br />
hai yếu tố chiều rộng và chiều dài tấm đến biến<br />
dạng góc, biến dạng dọc khi hàn giáp mối tấm<br />
tôn bao vỏ tàu thủy mang nhiều ý nghĩa thực<br />
tế và cấp thiết.<br />
II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG<br />
PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu<br />
Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của<br />
chiều dài và chiều rộng tấm đến biến dạng góc<br />
khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy được thực hiện<br />
trên mối ghép giáp mối, tư thế hàn bằng do<br />
quá trình hàn hồ quang tay gây ra. Quy trình<br />
hàn lựa chọn nghiên cứu là R-31/PA (do tập<br />
đoàn Vinashin xây dựng và áp dụng cho các<br />
nhà máy đóng tàu trực thuộc), theo tiêu chuẩn<br />
VR [5], với các thông số cơ bản: Kiểu mối hàn<br />
giáp mối; Tư thế hàn bằng (1G); Vật liệu cơ<br />
bản ASTMA131; Cấp vật liệu AH36; Chiều dày<br />
tấm 10mm; Vật liệu hàn AWS E6013; Số lớp<br />
hàn 04; Kiểu vát mép chữ V (550±5). Chế độ<br />
hàn và quy cách mối hàn theo quy trình hàn<br />
R-31/PA được thể hiện trong bảng 1 và hình<br />
1. Phôi hàn được đặt tự nhiên trên mặt phẳng<br />
trong suốt quá trình hàn, không sử dụng các<br />
biện pháp công nghệ để khống chế biến dạng.<br />
<br />
Bảng 1. Chế độ hàn<br />
Lớp<br />
hàn<br />
<br />
Phương<br />
pháp hàn<br />
<br />
Điện cực<br />
(mm)<br />
<br />
Cường độ dòng điện<br />
(A)<br />
<br />
Điện áp<br />
(V)<br />
<br />
Tốc độ hàn<br />
(mm/s)<br />
<br />
1<br />
<br />
SMAW<br />
<br />
θ3.2<br />
<br />
70<br />
<br />
20<br />
<br />
3÷4<br />
<br />
2<br />
<br />
SMAW<br />
<br />
θ3.2<br />
<br />
100<br />
<br />
20<br />
<br />
3÷4<br />
<br />
3<br />
<br />
SMAW<br />
<br />
θ3.2<br />
<br />
100<br />
<br />
20<br />
<br />
3÷4<br />
<br />
4<br />
<br />
SMAW<br />
<br />
θ3.2<br />
<br />
110<br />
<br />
20<br />
<br />
3÷4<br />
<br />
Hình 1. Quy cách mối hàn nghiên cứu<br />
<br />
48 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Ghi chú<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
2. Qui hoạch thực nghiệm<br />
- Quy cách, số lượng phôi hàn thí nghiệm<br />
được tiến hành theo quy định [3] ở hình 2,<br />
với 5 trường hợp chiều dài (L) và chiều rộng<br />
(B) như sau: L1xB1 = (350x300)mm, L2xB2 =<br />
(500x500)mm, L3xB3 = (500x1000)mm, L4xB4 =<br />
(1000x1000)mm và L5xB5 = (12000x6000)mm,<br />
chiều dày tất cả các phôi là 10mm.<br />
- Các phôi hàn trường hợp 1, 2, 3, 4<br />
được thực hiện tại Trung tâm hàn kỹ thuật<br />
cao - Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường<br />
Đại học Nha Trang. Phôi hàn trường hợp<br />
5 được thực hiện tại Công ty TNHH NMTB<br />
Hyundai Vinashin.<br />
<br />
Hình 2. Kích thước phôi hàn nghiên cứu<br />
<br />
3. Tiến hành thực nghiệm<br />
Trên cơ sở tổng hợp lý thuyết chuyên<br />
<br />
Số 2/2016<br />
ngành, từ đó chúng tôi triển khai thực nghiệm<br />
theo các bước:<br />
Bước 1: Chuẩn bị vật liệu cơ bản, vật liệu<br />
hàn (mục II.2) và thiết bị liên quan<br />
Bước 2: Cắt phôi mẫu theo kích thước của<br />
từng trường hợp<br />
Bước 3: Hàn đính phôi mẫu theo quy<br />
định [3]<br />
Bước 4: Vạch dấu mạng lưới trên phôi<br />
mẫu để phục vụ công tác đo lấy kết quả biến<br />
dạng (hình 3)<br />
Bước 5 : Hàn phôi mẫu theo quy trình [3]<br />
Bước 6 : Đo kết quả thực nghiệm: khi phôi<br />
hàn nguội hoàn toàn, tiến hành đo biến dạng.<br />
Phương pháp đo biến dạng góc mối hàn được<br />
xác định bằng cách cho mẫu nằm trên mặt<br />
chuẩn, dùng thước thẳng đặt ngang qua bề<br />
mặt mẫu, dùng thước đo khe hở đặt vào giữa<br />
bề mặt mẫu và bề mặt thước sẽ cho kích thước<br />
độ hở eMcn (hình 3). Từ eMcn bằng phương pháp<br />
toán học tính được góc biến dạng β. Bằng<br />
cách đo tương tự xác định được các khe hở<br />
eGiữa và eMép theo chiều dọc của biến dạng để<br />
xác định biến dạng dọc.<br />
<br />
Hình 3. Phương pháp đo khe hở biến dạng eMcn<br />
<br />
Xác định góc biến dạng β theo công thức<br />
1, còn biến dạng dọc là giá trị khe hở eGiữa và<br />
eMép thể hiện độ cong vênh theo chiều dọc.<br />
β = 2.sin (e/b).180/π<br />
(1)<br />
trong đó: e là khe hở giữa thước và phôi tại mối<br />
hàn [mm], b = B/2 (B là chiều rộng mẫu) [mm]<br />
Bước 7: Thảo luận và đánh giá kết quả<br />
nghiên cứu.<br />
Cơ sở để thảo luận và đánh giá kết quả<br />
nghiên cứu dựa trên các yếu tố:<br />
Các kết quả nghiên cứu liên quan<br />
Công thức tính toán biến dạng góc do<br />
Okerblom đề xuất [4] (công thức này đang<br />
được dùng phổ biến để tính biến dạng góc<br />
trong lĩnh vực hàn):<br />
<br />
(2)<br />
trong đó: I : là cường độ dòng điện [A]; U : là<br />
hiệu điện thế [V]; ν : là tốc độ hàn [mm.s-1]; h:<br />
là chiều dày tấm [mm]<br />
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
1. Kết quả nghiên cứu trường hợp 1 với<br />
L1xB1 = (350x300)mm<br />
<br />
Trường hợp phôi hàn có kích thước L1xB1<br />
= (350x300)mm, kết quả biến dạng góc được<br />
thể hiện trên bảng 2,3 và hình 4, trong đó kết<br />
quả biến dạng góc trên mặt cắt ngang được đo<br />
tại vị trí cuối mối hàn.<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 49<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2016<br />
<br />
Bảng 2. Kết quả khe hở eMcntrên mặt cắt ngang<br />
của phôi hàn trường hợp L1xB1 = (350x300)mm<br />
Nửa chiều rộng<br />
B/2 (mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
90<br />
<br />
100<br />
<br />
110<br />
<br />
120<br />
<br />
130<br />
<br />
140<br />
<br />
150<br />
<br />
Khe hở eMcn (mm) 4.9 4.6 4.2 3.9 3.6 3.3 2.9 2.6 2.3 2.0 1.6 1.3 1.0 0.7 0.3 0.0<br />
góc trên chiều dài của phôi hàn trong trường<br />
hợp này được thể hiện trong bảng 3 và có quy<br />
luật biến dạng giống trường hợp 2, hình 6.<br />
<br />
Biến dạng góc trên mặt cắt ngang của phôi<br />
trong trường hợp L1xB1 = (350x300)mm tạo<br />
thành góc chữ V như hình 4, còn biến dạng<br />
<br />
Hình 4. Sự thay đổi khe hở eMcn của phôi theo chiều rộng trường hợp L1xB1 = (350x300)m<br />
<br />
Bảng 3. Kết quả tính biến dạng góc theo (1)<br />
trên chiều dài phôi hàn trường hợp L1xB1 = (350x300)mm<br />
STT<br />
<br />
L (mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
50<br />
<br />
100<br />
<br />
150<br />
<br />
200<br />
<br />
250<br />
<br />
300<br />
<br />
350<br />
<br />
1<br />
<br />
eMcn(mm)<br />
<br />
4.4<br />
<br />
4.5<br />
<br />
4.5<br />
<br />
4.6<br />
<br />
4.7<br />
<br />
4.7<br />
<br />
4.8<br />
<br />
4.9<br />
<br />
2<br />
<br />
eMép(mm)<br />
<br />
0.0<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.3<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.0<br />
<br />
3<br />
<br />
eGiữa(mm)<br />
<br />
0.0<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.3<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.0<br />
<br />
4<br />
<br />
β(độ)<br />
<br />
3.4<br />
<br />
3.4<br />
<br />
3.5<br />
<br />
3.5<br />
<br />
3.6<br />
<br />
3.6<br />
<br />
3.7<br />
<br />
3.7<br />
<br />
Kết quả nghiên cứu trường hợp 2 với L2xB2 = (500x500)mm<br />
Trường hợp phôi hàn có kích thước L2xB2 = (500x500)mm, kết quả biến dạng góc được thể hiện trên<br />
bảng 4,5 và hình 5,6, trong đó kết quả biến dạng góc trên mặt cắt ngang được đo tại vị trí cuối mối hàn.<br />
Bảng 4. Kết quả khe hở eMcn trên mặt cắt ngang<br />
của phôi hàn trường hợp L2xB2 = (500x500)mm<br />
Nửa chiều rộng B/2 (mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
90<br />
<br />
100÷250<br />
<br />
Phôi không biến dạng,<br />
6.5 6.3 6.0 5.5 5.1 4.9 4.6 4.3 4.0 3.7 eMcn giảm đều tuyến tính<br />
với Δe=0.3<br />
Biến dạng góc trên mặt cắt ngang của phôi hàn theo bảng 4 có thể biểu diễn dạng đồ thị như<br />
hình 5.<br />
Khe hở eMcn (mm)<br />
<br />
Hình 5. Sự thay đổi khe hở eMcn trên mặt cắt ngang của phôi hàn trường hợp L2xB2 = (500x500)mm<br />
<br />
50 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2016<br />
<br />
Bảng 5. Kết quả tính biến dạng góc theo (1)<br />
trên chiều dài phôi hàn trường hợp L2xB2 = (500x500)mm<br />
STT<br />
<br />
L (mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
50<br />
<br />
100<br />
<br />
150<br />
<br />
200<br />
<br />
250<br />
<br />
300<br />
<br />
350<br />
<br />
400<br />
<br />
450<br />
<br />
500<br />
<br />
1<br />
<br />
eMcn(mm)<br />
<br />
5.5<br />
<br />
5.5<br />
<br />
5.7<br />
<br />
5.7<br />
<br />
5.9<br />
<br />
5.9<br />
<br />
6.1<br />
<br />
6.1<br />
<br />
6.1<br />
<br />
6.3<br />
<br />
6.5<br />
<br />
2<br />
<br />
eMép(mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
0.8<br />
<br />
1.7<br />
<br />
3.0<br />
<br />
3.4<br />
<br />
3.5<br />
<br />
3.4<br />
<br />
3.2<br />
<br />
2.5<br />
<br />
1.2<br />
<br />
0<br />
<br />
3<br />
<br />
eGiữa(mm)<br />
<br />
0<br />
<br />
0.3<br />
<br />
1.5<br />
<br />
2.8<br />
<br />
3.0<br />
<br />
3.1<br />
<br />
3.1<br />
<br />
2.5<br />
<br />
1.8<br />
<br />
0.4<br />
<br />
0.0<br />
<br />
4<br />
<br />
β(độ)<br />
<br />
2.5<br />
<br />
2.5<br />
<br />
2.6<br />
<br />
2.6<br />
<br />
2.7<br />
<br />
2.7<br />
<br />
2.8<br />
<br />
2.8<br />
<br />
2.8<br />
<br />
2.9<br />
<br />
3.0<br />
<br />
Biến dạng góc và biến dạng dọc trên chiều dài phôi hàn theo bảng 5 có thể biểu diễn như hình 6.<br />
<br />
Hình 6. Hình dạng phôi sau khi hàn trường hợp L2xB2 = (500x500)mm<br />
<br />
Kết quả nghiên cứu trường hợp 3,4,5 với<br />
L3xB3 = (500x1000)mm, L4xB4 = (1000x1000)<br />
mm và L5xB5 = (12000x6000)mm<br />
Trường hợp phôi hàn có kích thước L3xB3<br />
= (500x1000)mm, L4xB4 = (1000x1000) mm<br />
<br />
và L5xB5 = (12000x6000)mm, kết quả biến<br />
dạng góc được thể hiện trên bảng 6, 7, 8<br />
và hình 7,8, trong đó kết quả biến dạng góc<br />
trên mặt cắt ngang được đo tại vị trí cuối<br />
mối hàn.<br />
<br />
Bảng 6. Kết quả khe hở eMcn trên mặt cắt ngang của phôi hàn trường hợp<br />
L3xB3 = (500x1000)mm, L4xB4 = (1000x1000)mm và L5xB5 = (12000x6000)mm<br />
Nửa chiều rộng B/2 (mm)<br />
<br />
Khe hở<br />
eMcn<br />
(mm)<br />
<br />
L3=500<br />
B3=1000<br />
<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
90<br />
<br />
5.9<br />
<br />
5.8<br />
<br />
5.6<br />
<br />
5.2<br />
<br />
4.7<br />
<br />
4.3<br />
<br />
4.1<br />
<br />
3.9<br />
<br />
3.7<br />
<br />
3.5<br />
<br />
100÷6000<br />
Phôi không biến<br />
dạng, eMcn giảm đều<br />
tuyến tính<br />
<br />
với Δe=0.2<br />
<br />
L4=1000<br />
B4=1000 15.3 15.2 15.0 14.7 14.3 14.1 13.9 13.8 13.7 13.6<br />
<br />
với Δe=0.1<br />
<br />
L5=12000<br />
B5=6000 72.2 72.1 71.9 71.5 71.0 65.6 65.3 65.1 65.0 64.9<br />
<br />
với Δe=0.1<br />
<br />
Kết quả biến dạng góc trên mặt cắt ngang của phôi hàn trường hợp 3, 4, 5 theo bảng 6 có thể<br />
biểu diễn dưới dạng đồ thị như hình 6.<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 51<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
