Ứng suất và độ cong vênh khi hàn

Chia sẻ: Lều Mạnh Hoàng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

83
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ở bến tàu, con tàu đ-ợc cập bến. Nó v-ợt qua thử nghiệm thành công và bắt đầu cuộc sống trên biển. Sáng rất sớm, Biển hoàn toàn yên tĩnh. Một sự im lặng sâu lắng. Bỗng nhiên vang lên một âm thanh lớn bất ngờ giống nh- một tiếng nổ, con tầu bị gãy ra làm đôi. Cái đó xảy ra với con tàu của Mỹ “SKENEKTEDI” trong thế chiến thứ hai. Nguyên nhân gây ra tai hoạ là gì? Có thể con tàu bị tấn công bởi thuỷ lôi của tàu ngầm đối ph-ơng hoặc bị nổ do...

Chủ đề:

Ứng suất hàn

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng suất và độ cong vênh khi hàn

UNG SUAT VA BIEN DANG HAN øng suÊt vμ ®é cong vªnh khi hμn QuyÓn s¸ch nµy nãi vÒ ®iÒu g×! ë bÕn tµu, con tµu ®−îc cËp bÕn. Nã v−ît qua thö nghiÖm thµnh c«ng vµ b¾t ®Çu cuéc sèng trªn biÓn. S¸ng rÊt sím, BiÓn hoµn toµn yªn tÜnh. Mét sù im lÆng s©u l¾ng. Bçng nhiªn vang lªn mét ©m thanh lín bÊt ngê gièng nh− mét tiÕng næ, con tÇu bÞ g·y ra lµm ®«i. C¸i ®ã x¶y ra víi con tµu cña Mü “SKENEKTEDI” trong thÕ chiÕn thø hai. Nguyªn nh©n g©y ra tai ho¹ lµ g×? Cã thÓ con tµu bÞ tÊn c«ng bëi thuû l«i cña tµu ngÇm ®èi ph−¬ng hoÆc bÞ næ do bom cña kÎ thï ®−îc bÝ mËt gµi vµo hoÆc lµ cuèi cïng nã bÞ qu¸ t¶i? Kh«ng ph¶i ®iÒu thø nhÊt, thø hai, thø ba. Sù ph¸ vì con tµu tù x¶y ra tù nã kh«ng cã nguyªn nh©n râ rÖt nµo. Tõ th¸ng hai 1942 ®Õn hÕt th¸ng 4 – 1946 ë Mü ®· chÕ t¹o 4694 c¸c con tµu vËn t¶i b»ng kim lo¹i “LIBERTI”. Trong sè ®ã cã 970 con tµu cã 1442 vÕt nøt. Trong sè ®ã cã 127 con bÞ háng hoµn toµn, mét phÇn bÞ g·y lµm ®«i, phÇn lín x¶y ra gièng víi con tµu “SKENEKTEDI”, tù nã x¶y ra chØ nhËn thÊy râ nhÊt lµ vµo mïa ®«ng th−êng x¶y ra tõ th¸ng 11 vµ hÕt th¸ng 3. Ngµy 19-1-1937 ë BØ gÇn thµnh phè Khaccelta x©y dùng xong mét chiÕc cÇu cho ®−êng «t« cã kÕt cÊu hµn víi chiÒu dµi nhÞp 73,5 m qua kªnh Albert. cÇu ®−îc thö nghiÖm thµnh c«ng vµ ®−a vµo vËn hµnh. Sau 14 th¸ng, ngµy 14-3-1938 ®ét nhiªn nã ®æ sËp xuèng, mÆc dï trªn ®ã kh«ng hÒ cho vËn chuyÓn g×. Tr−íc ®ã ®· nhËn thÊy trêi trë l¹nh ®ét ngét. Râ rµng lµ tr−êng hîp thø hai tù ph¸ háng kÕt cÊu hµn. Trong qu¸ khø nguyªn nh©n chÝnh cña sù ph¸ huû kÕt cÊu hµn lµ do øng suÊt mµ nã lu«n xuÊt hiÖn trong c¸c kÕt cÊu sau khi hµn, vµ ®−îc gäi lµ øng suÊt hµn. Ng−êi ta cho r»ng chóng lµm gi¶m ®é bÒn vµ dÉn ®Õn ph¸ háng. Tõ ®ã ®−a ra kÕt luËn lµ viÖc hµn cßn ®−îc sö dông mét c¸ch thËn träng kh«ng ®−îc hµn nh÷ng kÕt cÊu quan träng tèt h¬n lµ chÕ t¹o chóng nhê c¸ch t¸n rivª. Nh−ng t¹i sao khi mµ hµng ngµn hµng v¹n kÕt cÊu hµn lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn khã kh¨n ( nÆng nÒ ) vÉn rÊt tèt. Thêi gian lµm viÖc dµi kh«ng chª vµo ®©u ®−îc. ë chóng tÊt nhiªn còng tån t¹i øng suÊt do hµn. Chóng ta nhËn biÕt r»ng c¸c gi¸ trÞ cña øng suÊt nµy lu«n t¨ng lªn mét c¸ch ®¸ng kÓ. Trong quyÓn s¸ch nhá nµy chØ nãi vÒ øng suÊt hµn lµ g×? T¹i sao còng nh− chóng suÊt hiÖn nh− thÕ nµo, nã lµm gi¶m ®é bÒn kÕt cÊu ®i bao nhiªu, cã thÓ ®iÒu chØnh gi¸ trÞ cña chóng nh− thÕ nµo, trong tr−êng hîp nµo cÇn gi¶i phãng chóng khái kÕt cÊu vµ lµm viÖc ®ã nh− thÕ nµo. Page 1 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Mét thî hµn ®Òu biÕt râ r»ng kÕt cÊu ®−îc hµn hoÆc c¸c chi tiÕt cña nã thay ®æi mét Ýt kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng so víi lóc chóng cã kÝch th−íc khi hµn l¹i víi nhau vµ chóng kh«ng ph¼ng n÷a chóng bÞ cong vªnh, chç th× låi, chç th× lâm, chiÒu dµi bÞ gi¶m kÓ c¶ tæng chiÒu réng cña tÊm. Trong tr−êng hîp nµy ta nãi r»ng c¸c tÊm ®· biÕn d¹ng vµ cã biÕn d¹ng hµn. BiÕn d¹ng hµn cã thÓ ®i tíi nhiÒu ®iÒu kh«ng hay. Chóng g©y khã kh¨n cho viÖc tæ hîp kÕt cÊu tõ c¸c chi tiÕt ®−îc hµn vµ c¸c côm, lµm mÊt ®i h×nh d¸ng bªn ngoµi cña s¶n phÈm. NÕu kh«ng ng¨n ngõa sù xuÊt hiÖn cña chóng hoÆc kh«ng lo¹i bá sù h×nh thµnh cña biÕn d¹ng th× ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o nµy kh«ng thÓ lµm ®−îc nh− chÕ t¹o kÕt cÊu b»ng c¸ch nèi c¸c khèi lín ®−îc hµn ®¬n lÎ. VËy trong thêi ®¹i hiÖn nay nh÷ng con l¨n vµ c¸c kÕt cÊu lín ®· ®−îc chÕ t¹o. BiÕn d¹ng hµn th−êng thÊy trong h×nh d¹ng kÕt cÊu vµ cÊu kiÖn cña nã cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña chóng vµ sau ®ã là ®Õn ®é bÒn cña chóng. V× vËy rÊt cÇn nhËn biÕt r»ng ng¨n ngõa sù ph¸t triÓn c¸c biÕn d¹ng lín, lo¹i bá biÕn d¹ng nÕu nh− chóng xuÊt hiÖn vµ v−ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. Nãi mét c¸ch ng¾n gän lµ cÇn häc c¸ch ®iÒu khiÓn c¸c biÕn d¹ng vµ c¸ch ®ã chØ cã thÓ lµm ®−îc khi hiÓu râ chóng xuÊt hiÖn nh− thÕ nµo t¹i sao chóng xuÊt hiÖn vµ nã cã tÝnh chÊt g×? TÊt nhiªn trong cuèn s¸ch nhá kh«ng phæ th«ng nµy kh«ng thÓ tr¶ lêi ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c quyÕt s¸ch mµ nã hoµn toµn kh«ng ®¬n gi¶n. Môc ®Ých cña chóng ta lµ th«ng b¸o cho ®éc gi¶ c¸c hiÓu biÕt ban ®Çu cho hä mét vµi lêi khuyªn thùc tÕ còng nh− chuÈn bÞ tµi liÖu cÇn thiÕt cho hä ®äc vÒ biÕn d¹ng vµ øng suÊt hµn. øng suÊt vµ biÕn d¹ng lµ g× vµ chóng cã quan hÖ nh− thÕ nµo c¸c c«ng tr×nh còng nh− c¸c m¸y mãc kh¸c nhau, c¸c phÇn riªng rÏ cña chóng tr·i qua nh÷ng t¸c dông t¶i träng mu«n hißnh mu«n vÏ (lùc). D©y thÐp treo vËt nÆng ®−îc cÇn trôc n©ng lªn nhËn ®−îc 1 lùc kÐo b»ng träng l−îng cña vËt ®ã. ¸p lùc khÝ (h¬i) trong xi lanh cña ®éng c¬ «t« ®−îc truyÒn qua piston, chèt piston vµ thanh truyÒn lªn trôc khuû. khÝ nÐn trong b×nh khÝ Ðp vµo b×nh nh− muèn lµm ®øt chóng. Tªn löa bay trong kh«ng gian vò trô d−íi t¸c dông cña lùc hót tíi c¸c thiªn thÓ ph¶n lùc do khÝ t¹o nªn, s¶n phÈm ®èt ch¸y cña nhiªn liÖu tªn löa, tÊt c¶ c¸c lùc nµy ®èi víi c¸c thiªn thÓ ®−îc nh¾c ®Õn nh− lµ lùc bªn ngoµi. C¸c lùc bªn ngoµi t¸c dông vµo vËt thÓ t¹o nªn ¸p lùc bªn trong, ®ã lµ c¸c lùc t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¸c phÇn nhá riªng biÖt cña vËt thÓ ( c¸c nguyªn tö hoÆc ph©n tö ). Nghiªn cøu c¸c lùc bªn trong dÉn ®Õn ph−¬ng ph¸p gäi lµ ph−¬ng ph¸p mÆt c¾t. H·y kÐo mét thanh dÇm b»ng lùc bªn ngoµi P ( h×nh 1a ). D−íi t¸c dông cña lùc nµy nã ®−îc c©n b»ng. Chóng ta t−ìng t−îng ®· c¾t thanh dÇm b»ng b»ng mét mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc cña nã. MÆt ph¼ng nµy chia Page 2 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN thanh dÇm thµnh hai phÇn trªn vµ d−íi. Chóng ta nghÜ lµ vøt bá 1 phÇn ®i thÝ dô lµ phÇn trªn ch¼ng h¹n. Quan s¸t phÇn d−íi ( h×nh 1δ ), Cã thÓ nãi r»ng nã ®−îc c©n b»ng d−íi t¸c dông cña lùc bªn ngoµi P vµ c¸c lùc bªn trong n mµ trong tr−êng hîp ®ã cÇn ph©n bè ®Òu theo mÆt c¾t, c¸c lùc n nµy kh¸c víi lùc bªn ngoµi P vµ ®−îc gäi lµ lùc bªn trong. Ch¾c ch¾n r»ng tæng tÊt c¶ c¸c lùc bªn trong b»ng lùc bªn ngoµi P ®Ó nã b¶o ®¶m sù c©n b»ng phÇn d−íi cña thanh dÇm. B©y giê chóng ta xem thÝ dô d−íi ®©y cã 3 thanh cïng gièng nhau c¶ mét vËt liÖu: mét cã tiÕt diÖn trßn, mét cã tiÕt diÖn vu«ng vµ mét cã h×nh d¸ng cong ( h×nh 2). Page 3 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN TÊt c¶ 3 thanh cã diÖn tÝch mÆt c¾t ngang kh¸c nhau. NhËn thÊy r»ng tõ 3 thanh ®ã thanh nµo chÞu t¸c dông lùc lín h¬n, chÞu øng lùc lín h¬n ®Ó dÉn tíi tù nã bÞ ph¸ huû ( bÞ ®øt ). Cã thÓ nãi r»ng thanh thø 3 cã tiÕt diÖn cong chÞu ®−îc t¸c dông lín nhÊt. Nh−ng nã cã diÖn tÝch mÆt c¾t ngang lín nhÊt. §Ó tr¶ lêi c¸c c©u hái ®−îc ®Æt ra râ rµng kh«ng biÕt r»ng lùc ®ã bªn trong nh− thÕ nµo t¸c dông lªn 1 ®¬n vÞ diÖn tÝch (1cm2) cña tiÕt diÖn ngang mçi thanh dÇm, ®ã chÝnh lµ c¸i chÞu ®¹i l−îng lùc bªn ngoµi trªn diÖn tÝch mÆt c¾t ngang t−¬ng øng c¸c thanh dÇm khi ®ã chóng ta cã: p1 3000kg = 2 = 500 kg cm 2 F1 6cm p 2 2500kg = 2 = 625 kg cm 2 F2 4cm p3 4000kg = 2 = 500 kg cm 2 F3 8cm Nh− vËy thanh thø 2 bÞ chÞu øng lùc lín nhÊt, thanh thø nhÊt vµ thø 3 lµ nh− nhau. KÕt qu¶ thu ®−îc khi tiÕn hµnh chia. ®¹i l−îng ®ã ®−îc gäi lµ øng suÊt. Ngoµi ra cong nãi lµ øng suÊt thÓ hiÖn b»ng sè b»ng lùc bªn trong lªn mét ®¬n vÞ mÆt c¾t. Trong tr−êng hîp cña chóng ta øng suÊt vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng tiÕt diÖn. øng suÊt nµy gäi lµ øng suÊt ph¸p vµ ky hiÖu lµ . Trong tr−êng hîp chung øng suÊt cã thÓ h−íng d−íi mét gãc nµo ®ã ®èi víi mÆt ph¼ng cña tiÕt diÖn quan s¸t (h×nh 3 ) Page 4 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Lóc ®ã ph©n nã ra hai phÇn lµ øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp ®−îc k hiÖu lµ . Trong thÝ dô trªn øng suÊt b»ng: Thanh ®Çu 1=500 kg/cm2 Thanh hai 2=625 kg/cm2 Thanh ba 3=500 kg/cm2 øng suÊt thÓ hiÖn kg/cm2 hoÆc kg/mm2 v× 1cm2=100mm2 nªn trªn 1mm2 sÏ t¸c dông 1 lùc bªn trong nhá h¬n 100 lÇn. ®Ó ®−a vµo kg/cm2 ph¶i tÝnh øng suÊt lín h¬n cÇn chia chóng cho 100. chóng ta ®−îc 1=5kg/mm2, 2 2 2=6,25 kg/mm , 3=5 kg/mm . Trong tr−êng hîp kÐo ®¬n øng suÊt trong mçi thanh ®−îc chia ®Òu theo tiÕt diÖn ngang toµn bé. Ngoµi ra kh«ng ph¶i còng nh− vËy. Khi kÐo ®¬n trong c¸c tiÕt diÖn ®i qua lç hoÆc c¸c r·nh c¾t øng suÊt ®−îc ph©n chia kh«ng ®Òu ( h×nh 4,a vµ β ). Page 5 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Chóng tËp trung gÇn ë c¸c vÕt c¾t vµ ë c¸c lç v× vËy ®−îc gäi lµ vÞ trÝ tËp trung øng suÊt. C¸c khuyÕt tËt hµn: Rç h¹t, vÕt nøt, r·nh c¾t, hµn kh«ng thÊu còng lµ n¬i tËp trung øng suÊt. T−¬ng tù cã thÓ thÓ hiÖn ph©n bè øng suÊt theo mÆt c¾t ë d¹ng ®å thÞ ( h×nh 4 δ ). c¸c ®å thÞ nµy gäi lµ biÓu ®å øng suÊt. Chóng chØ ra gi¸ trÞ øng suÊt trong c¸c phÇn diÖn tÝch kh¸c nhau , , . Tõ h×nh 4 chóng ta nhËn thÊy r»ng tËp trung øng suÊt cã vÞ trÝ cã tªn trong chç tËp trung ( I, II), trong khi ®ã ë c¸c mÆt c¾t ph©n bè xa chóng, tËp trung øng suÊt kh«ng cã vµ øng suÊt ®−îc ph©n bè ®Òu nhau ( III). Sù ph©n bè øng suÊt kh«ng ®Òu kh«ng ph¶i chØ do sù tån t¹i cña c¸c bé phËn tËp trung øng suÊt. Sù ph©n bè øng suÊt phô thuéc vµo viÖc ®Æt vµo vËt thÓ cho tr−íc nh− thÕ nµo? thÝ dô nÕu ®Æt thanh dÇm lªn 2 æ ®ì vµ ®Æt lùc h−íng vu«ng gãc víi trôc cña nã (h×nh 5a), trong tr−êng hîp nµy ta nãi r»ng thanh dÇm chÞu uèn vµ sù ph©n bè øng suÊt ph¸p trong mÆt c¾t ngang cña nã sÏ ®−îc chØ ra gièng nh− h×nh 5b vµ c. Page 6 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Trong phÇn trªn cña thanh dÇm øng suÊt sÏ lµ øng suÊt nÐn ( dÊu ký hiÖu lµ - ) vµ phÇn d−íi lµ øng suÊt kÐo (ký hiÖu lµ +) øng suÊt cã gi¸ trÞ lín nhÊt lµ ë vÞ trÝ c¸c ®−êng sinh däc trªn d−íi cña thanh dÇm vµ ë gi÷a chiÒu cao mÆt c¾t thanh dÇm b»ng 0. Kinh nghiÖm chØ ra r»ng lùc bªn ngoµi lu«n lu«n g©y nªn sù thay ®æi vÒ d¹ng vµ kÝch th−íc cña vËt thÓ tuy r»ng trong phÇn lín c¸c tr−êng hîp c¸c thay ®æi nµy rÊt nhá ®Õn nçi m¾t th−êng kh«ng nhËn thÊy ®−îc vµ ph¸t hiÖn d−îc nhê dông cô chÝnh x¸c ®Æc biÖt. Thanh dÇm chÞu t¸c dông cña c¸c lùc kÐo sÏ gi·n dµi ra. Khi ®ã c¸c kÝch th−íc ngang sÏ nhá ®i (h×nh 6a). Ngù¬c l¹i khi nÐn chiÒu dµi thanh dÇm gi¶m ®i trong khi ®ã kÝch th−íc ngang t¨ng lªn (h×nh 6b). Thanh dÇm th¼ng d−íi t¸c dông cña lùc ngang bÞ thay ®æi d¹ng ban ®Çu, bÞ uèn cong, tøc lµ ®−êng t©m cña nã lµ ®−êng cong (h×nh 6b). LÊy theo bÒ mÆt c¹nh cña tÊm l−íi (h×nh 6,z) sau ®ã uèn (h×nh 6, ). TÊt c¶ ®−êng ngang cña l−íi khi uèn vÉn gi÷ th¼ng. Cã nghÜa lµ c¸c mÆt c¾t ngang cña thanh dÇm sau khi uèn vÉn gi÷ ph¼ng, song m¾t m¹ng l−íi bÞ mÐo ®i. Tõ c¸c h×nh ch÷ nhËt chóng trë thµnh h×nh thang, chóng ta thÊy r»ng tõ phÝa uèn cña thanh dÇm bÞ uèn c¸c ®−êng sinh däc bÞ d¶m ®i theo chiÒu dµi, vµ tõ phÝa låi cña chóng bÞ dµi ra (bÞ kÐo). Sù thay ®æi chiÒu dµi ®−êng sinh cµng lín th× chóng cµng c¸ch xa khái t©m cña chóng. Muèn thanh dÇm cã thÓ xÈy ra kh«ng chØ do lùc chiÒu ngang mµ cßn c¶ lùc däc trôc nÕu nh− chóng ®−îc ®Æt c¸ch dêi t©m. Page 7 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Sù thay ®æi bÊt kú hoÆc lµ kÝch th−íc cña vËt thÓ ®−îc gäi lµ biÕn d¹ng. kÐo, nÐn, uèn ®−îc gäi lµ c¸c lo¹i kh¸c nhau cña biÕn d¹ng ngoµi chóng ra cßn c¸c kiÓu biÕn d¹ng kh¸c. Chóng ta trë l¹i h×nh 6,b d−íi t¸c dông cña lùc P thanh dÇm bÞ cong, vâng vµ chiÕm vÞ trÝ chØ ra b»ng ®−êng ®øt. NÕu lùc P kh«ng lín th× sau khi bá nã ®i thanh dÇm l¹i ®−îc th¼ng ra vµ trë l¹i vÞ trÝ ban ®Çu. BiÕn d¹ng mµ nã biÕn mÊt sau khi lo¹i bá lùc t¹o nªn nã ®−îc gäi lµ ®Çn håi, nÕu lùc P ®ñ lín th× sau khi lo¹i bá nã thanh dÇm kh«ng th¼ng l¹i hoµn toµn cßn bÞ cong gäi lµ biÕn d¹ng dÎo . B©y giê chóng ta xem xÐt ®¹i l−îng biÕn d¹ng phô thuéc vµo c¸i g× vµ gi÷a biÕn d¹ng vµ øng suÊt cã liªn quan ®Õn nhau nh− thÕ nµo. §Ó thanh dÇm cã chiÒu dµi ban ®Çu l ®−îc kÐo b»ng lùc P (h×nh 6,a) sau khi ®Æt lùc vµo chiÒu dµi cña thanh lµ l1. sù kh¸c nhau gi÷a l vµ l1 = Δl = l1 l l l NÕu nh− lùc P kh«ng lín l¾m, thanh dÇm sÏ bÞ uèn vµ biÕn d¹ng cña nã cã thÓ tÝnh ®−îc theo c«ng thøc Page 8 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN l= P.l E .F F: diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña thanh dÇm. E: m« ®un ®µn håi ph¸p ë c¸c vËt liÖu kh¸c nhau m«®un ®µn håi ph¸p cã gi¸ trÞ kh¸c nhau. §èi víi phÇn lín c¸c lo¹i thÐp cã thÓ tÝnh gÇn ®óng 2000000kg/cm2, ë ®ång vµng gi¸ trÞ m«dun nhá h¬n so víi thÐp gç thÊp 10 lÇn so víi ®ång vµng. σ = Δl nªn P V× = vµ = F l E V× vËy øng suÊt vµ biÕn d¹ng liªn quan chÆt chÏ víi nhau, ngoµi ra chóng cßn c©n ®èi lÉn nhau. Nh−ng sù c©n ®èi nµy ®−îc b¶o vÖ cho tíi khi vËt liÖu ®µn håi ®ã lµ khi øng suÊt kh«ng ®¹t tíi gi¸ trÞ tíi h¹n nµo ®ã mµ sau ®ã sÏ b¾t ®Çu biÕn d¹ng dÎo. Cßn giíi h¹n cña øng suÊt mµ nã ®¹t ®−îc sÏ b¾t ®Çu biÕn d¹ng dÎo râ nÐt ®−îc gäi lµ giíi h¹n ch¶y. Giíi h¹n ch¶y ®−îc ký hiÖu lµ . ë thÐp cacbon G.3 ®−îc sö dông réng r·i ®Ó chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu kh¸c nhau, giíi h¹n ch¶y lµ 2500kg/cm2. §Æc tr−ng quan träng kh¸c cña vËt liÖu lµ øng suÊt mµ nã dÉn tíi ph¸ huû nã. C¸c ®Æc tr−ng nµy gäi lµ giíi h¹n bÒn hoÆc lµ øng suÊt t¹m thêi. ë thÐp CT3 giíi h¹n bÒn b»ng 4000-5000kg/cm2. ë mét vµi thÐp hîp kim giíi h¹n bÒn cao h¬n gÊp vµi lÇn Cã thÓ cã tr−êng hîp ngo¹i lùc kh«ng tån t¹i mµ øng suÊt vÉn cã. C¸c b¹n ®· bao giê nghe thÊy tªn gäi lµ nh÷ng giät n−íc m¾t balaku ch−a? Cã thÓ thu ®−îc nã nÕu nh− nh÷ng giät thuû tinh nÊu ch¶y ®−îc ®æ vµo dÇu hoÆc n−íc. Do lµm l¹nh ®ét ngét c¸c giät thuû tinh nhanh chãng ®«ng l¹i vµ ®−îc t«i, chóng cã d¹ng h×nh qu¶ lª vµ cã mòi nhän. N−íc m¾t balaku cã tÝnh chÊt rÊt thó vÞ. Chóng gi÷ ®−îc h×nh d¸ng kh«ng bÞ ph¸ vì chÞu va ®Ëp chç phÇn dµy d¹n h¬n. Nh−ng bÒ mÆt bÞ x©y x¸t nÕu bÞ vËt cøng t¸c dông hay bÞ g·y phÇn du«i nhän gièng nh− t¸ch ra thµnh c¸c m¶nh nhá. C¸i ®ã còng diÔn ra nÕu nh− ®u«i nhän ®−îc hoµ tan vµo trong axit. Chóng ta thö bÎ g·y ®u«i cña giät theo phÇn nhá ®Ó trong cèc ®ùng n−íc. Khi ®ã giät thuû tinh kh«ng chØ bÞ vì tan tµnh thµnh c¸c m¶nh nhá mµ cèc còng bÞ vì. C¸c tÝnh chÊt nµy lµ nguyªn nh©n xuÊt hiÖn ë c¸c líp bÒ mÆt cña giät thuû tinh øng suÊt rÊt lín khi lµm l¹nh nhanh. Do giät thuû tinh ®ang n»m trªn bµn, kh«ng cã bÊt kú ngo¹i lùc nµo t¸c dông lªn nã. Trong nã kh«ng Ýt c¸c øng suÊt lín mµ nh− chóng ta ®· thÊy cã thÓ tù biÓu lé rÊt râ nÐt. C¸c øng suÊt nµy cã trong v¹t thÓ khi kh«ng cã ngo¹i lùc ®−îc gäi lµ øng suÊt riªng th«ng th−êng c¸c øng suÊt nµy suÊt hiÖn trong c¸c s¶n phÈm do hËu qu¶ cña c¸c nguyªn c«ng mµ ph¶i chÞu khi gia c«ng. Chóng ta cho phÐp ghÐp hai tÊm kim lo¹i víi nhau b»ng ®inh t¸n ®−îc ®èt nãng (h×nh 7δ). Khi lµm nguéi ®inh t¸n sÏ gi¶m chiÒu dµi cña chóng, lµm Page 9 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN trë ng¹i cho c¸c tÊm kim lo¹i. HÖ qu¶ ®inh t¸n sÏ kÐo chÖch c¸c tÊm vµ t¹o nªn cho chóng øng suÊt nÐn. Riªng ®inh t¸n sÏ chÞu øng suÊt kÐo. Mét thÝ dô øng suÊt riªng trong kim lo¹i c¸n. Sau khi c¸c phÇn kh¸c nhau cña thÐp ch÷ I nguéi kh¸c nhau v× chóng cã chiÒu dµy máng kh¸c nhau, khi ®ã tÝnh chÊt ®µn håi ë nhiÖt ®é cao sÏ mÊt ®i tr−íc khi trë l¹i nh− tr−íc kia, nã sÏ trë nªn cøng sÏ g©y c¶n trë sù co ngãt 2 phÇn dÇm ch÷ I bÞ ®«ng l¹i lÇn thø hai. KÕt qu¶ lµ sau khi nguéi toµn bé thÐp ch÷ I thµnh hai ®Çu xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo riªng vµ ë thµnh lµ øng suÊt nÐn (h×nh 7δ. Chóng suÊt hiÖn kh«ng nhanh mµ ®−îc gom gép tõ tõ , thay ®æi gi¸ trÞ cña nã theo møc ®é nguéi. Cuèi cïng nã cã d¹ng nh− h×nh vÏ. øng suÊt tøc thêi vµ øng suÊt d− sinh ra kh«ng chØ khi t¸n vµ c¸n. Chóng ®−îc biÓu hiÖn hÇu nh− ë tÊt c¶ c¸c thao t¸c c«ng nghÖ. TÝnh chÊt quan träng cña øng suÊt riªng lµ chóng ë bÊt kú mÆt c¾t nµo cña vËt thÓ ®−îc c©n b»ng lÉn nhau. Cã nghÜa lµ nÕu nh− ë bÊt kú mÆt c¾t nµo cã øng suÊt kÐo nhÊt ®Þnh ë ®ã còng cã øng suÊt nÐn . T¹i sao vµ ë ®iÒu kiÖn nung nµo dÉn ®Õn øng suÊt riªng vµ biÕn d¹ng. øng suÊt riªng cã thÓ ®−îc sinh ra theo c¸c nguyªn nh©n kh¸c nhau, nung nãng s¶n phÈm kh«ng ®Òu lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n ®ã. Chóng ta h×nh dung cã 1 thanh thÐp víi chiÒu dµi l ®−îc kÑp cøng mét phÝa (h×nh 8a). Sau ®ã nung nãng thanh nµy d·n dµi ra mét ®o¹n l nµo ®ã. NÕu b©y giê lµm nguéi thanh nh− nhiÖt ®é ban ®Çu. Page 10 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN NÕu kh«ng nung nãng ë nhiÖt ®é cao, thanh I chØ bÞ ®µn håi vµ trong nã kh«ng suÊt hiÖn biÕn d¹ng dÎo sau khi lµ nguéi hoµn toµn tÊt c¶ sÏ trë l¹i vÞ trÝ tr−íc. VËy chóng ta thÊy nung nãng kh«ng ®Òu dÉn ®Õn xuÊt hiÖn øng suÊt riªng tøc thêi vµ biÕn d¹ng ngoµi ra ®Ó sau khi lµm nguéi bªn trong kim lo¹i cã øng suÊt d− vµ biÕn d¹ng . Cµng nung nãng cao vµ cµng kh«ng ®Òu th× sù suÊt hiÖn cña biÕn d¹ng dÎo cµng râ h¬n vµ tiÕp ®ã lµ biÕn d¹ng vµ øng suÊt d−. Khi hµn c¾t kim lo¹i b»ng ngän löa nhiÖt ®é nung nãng cao cã phÇn vËt liÖu sÏ bÞ nung nãng Ýt v× vËy sÏ xuÊt hiÖn øng suÊt d− vµ biÕn d¹ng. Hµn ®¾p ®−êng hµn bªn c¹nh cña d¶i b¨ng Chóng ta lÊy mét d¶i b¨ng cã tiÕt diÖn gãc vu«ng vµ hµn ®¾p mét ®−êng hµn lªn c¹nh nã (h×nh 10a) sau khi hµn ®¾p vµ ®Ó nguéi d¶i b¨ng nhËn ®−îc biÕn d¹ng d−, nã bÞ cong vµ cong lâm vÒ phÝa n¬i diÔn ra hµn ®¾p (h×nh 10 ) ë c¸c mÆt c¾t ngang cña phÇn hµn ®¾p d¶i b¨ng xuÊt hiÖn øng suÊt d− ®−îc chØ ra ë h×nh 10δ. ®−êng hµn vµ c¸c phÇn d·i b¨ng gÇn víi nã chÞu nung nãng cao sÏ cã øng suÊt d− kÐo b»ng giíi h¹n ch¶y. PhÇn gi÷a d·i b¨ng bÞ nÐn vµ gÇn c¹nh sÏ cã øng suÊt d− kÐo. Page 11 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN §Ó hiÓu ®ù¬c t¹i sao chóng ta quan s¸t s¬ ®å ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ sau ®©y. Chóng ta cho r»ng lµ ®−êng hµn vµ vïng d¶i b¨ng gÇn nã (h×nh 10t) ®−îc ®èt nãng ®ång thêi theo toµn bé chiÒu dµi phÇn cßn l¹i cña d·i b¨ng khi ®ã vÉn cßn nguéi. Khi ®ã ®−êng hµn ®¾p vµ vïng bÞ nung nãng cña d·i b¨ng cã thÓ coi nh− mét thanh dÇm. Khi nung nãng thanh dÇm nµy cã xu hu−íng në ra vµ Ðp vÒ phÇn nguéi cña d·i b¨ng g©y nªn trong nã kÐo cïng víi uèn .tù thanh dÇm bÞ nÐn v× phÇn cßn l¹i cña d·i b¨ng c¶n trë sù gi¶n në nhiÖt cña chóng. KÕt qu¶ lµ bªn phÝa nung nãng bÞ cong låi vµ c¹nh d−íi cong lâm xuèng. Trong c¸c ®iÒu kiÖn nµy thanh dÇm ®−îc chóng ta ph©n chia bÞ nÐn Ðp dÎo sau khi nguéi nã bÞ ngãt l¹i mét gi¸ trÞ nÐn dÎo sù co ngãt nµy l¹i bÞ ng¨n c¶n bëi kim lo¹i xung quanh trong lóc nµy thanh dÇm sÏ bÞ nøt. Nh− vËy nÕu so s¸nh biÕn d¹ng tøc thêi vµ øng suÊt cña tÊm thÐp nung nãng vµ biÕn d¹ng vµ øng suÊt d− sau khi lµm nguéi chóng ta thÊy r»ng ®é vâng h−íng vÒ phÝa ®èi diÖn sù ph©n bè øng suÊt sÏ ng−îc l¹i theo dÊu . Trong thùc tÕ th−êng nãi r»ng biÕn d¹ng xuÊt hiÖn lµ do c¸c mèi hµn bÞ kÐo, nh−ng thùc chÊt l¹i kh«ng ph¶i nh− vËy. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn nèi c¸c tÊm thÐp. §Ó b¶o ®¶m hµn tèt c¸c tÊm hoÆc l¸ thÐp th× khe hë ®−îc ®Æt sao cho kh«ng lín. NÕu nh− c¸c tÊm kh«ng ®−îc kÑp chÆt tr−íc khi hµn. Page 12 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Sau khi hµn c¸c tÊm bÞ co l¹i h−íng cña chiÒu däc lÉn chiÒu ngang trªn c¸c phÇn kh¸c nhau cña tÊm co ngãt sÏ kh¸c nhau ®é co ngãt sÏ kh¸c nhau. Chóng ta nãi r»ng hµn nèi mèi hµn ch÷ X tõ mét phÝa g©y ra biÕn d¹ng mµ nã khong c¶n trë gi c¶. Khi hµn mèi hµn tõ phÝa thø hai g©y ra biÕn d¹ng gãc ë vÞ trÝ ®èi diÖn. Nh−ng phÇn ®· hµn cña mèi hµn sÏ g©y c¶n trë viÖc ®Æt h−íng biÕn d¹ng lÇn thø hai nµy. V× vËy theo gi¸ trÞ nã sÏ nhá h¬n vµ khong cã thÓ bï biÕn d¹ng tõ phÇn ®Çu cña mèi hµn. KÕt qu¶ biÕn d¹ng do mèi hµn ®Çu tiªn tuy nhá h¬n nh−ng tÊt c¶ còng sÏ cã vÞ trÝ nhÊt ®Þnh. V× vËy nÕu mèi hµn ch÷ X ®−îc hµn mét vµi ®−êng hµn trong khi hµn nªn lËt mét vµi ®−êng hµn vÒ ph¸i nµy phÝa kia. C¸i ®ã lµm gi¶m biÓu hiÖn (hiÖn t−îng) hµn kh«ng cïng thêi gian vµ biÕn d¹ng gãc. §o¹n èng ®−îc c¸n (lèc) chÝnh x¸c h×nh trô ®−îc hµn nèi däc trôc do cã biÕn d¹ng gãc nªn cã h×nh d¸ng chØ ra trªn h×nh 12 Nh− ®· nãi tõ biÕn d¹ng vÒ mÆt ph¼ng tiÕp theo ta sÏ nh¾c ®Õn vÒ mét biÕn d¹ng hµn n÷a – sù h×nh thµnh phÇn låi vµ phÇn lâm sau khi hµn c¸c tÊm máng gi¶i thÝch hiÖn t−îng nµy sÏ chËm h¬n mét chót. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn ch÷ T biÕn d¹ng kh¸ phøc t¹p x¶y ra khi hµnn thÐp ch÷ T (hinh 13.a) co ngãt däc cña mèi hµn g©y nªn sù gi¶m ®i mét Ýt th−êng kh«ng ®¸ng kÓ chiÒu dµi thÐp ch÷ T vµ cong râ nÐttheo mÆt Page 13 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN ph¼ng ®øng th−êng ®é cong lâ tõ phÝa t©m ®¸y ch÷ T. C¹nh tù do cña thµnh ®øng s÷ cong låi lªn. Th−êng ®é vâng sÏ ng−îc l¹i nÕu nh− mÆt c¾t (tiÕt diÖn) cña ®¸y lín h¬n nhiÒu tiÕt diÖn cña thµnh ch÷ T (h×nh 13.σ). Gi¸ trÞ ®é vâng f ®−îc t¨ng rÊt nhiÒu cïng víi gi¸ trÞ chiÒu dµi l cña thÐp T. §é vâng tû lÖ b×nh ph−¬ng víi chiÒu dµi ®ã. Chóng ta hµn cïng chÕ ®é nh− nhau 3 thanh ch÷ T chØ khac nhau vÒ chiÒu dµi (1m, 2m, 3m). Khi ®ã nh− ta chØ ra ë thanh T thø nhÊt cã ®é vâng 1,5mm ë thanh ch÷ T thø 2 sÏ lµ 1,3*(32/12) = 13.5 mm, ë thanh ch÷ T thø 3 sÏ lµ 1,5*(82/12) = 96mm. §ã ®ä vâng t¨ng rÊt nhiÒu khi t¨ng chiÒu dµi thanh T. Ngoµi biÕn d¹ng ®· m« t¶ khi hµn thÐp ch÷ T sÏ ®−îc quan s¸t biÕn d¹ng ®−îc gäi lµ biÕn d¹ng nÊm hoÆ biÕn d¹ng h×nh nÊm. KÕt qu¶ cña co ngãt ngang vïng ho¹t ®éng. Khi hµn hå quang tù ®éng d−íi bét hµn ®é hµn s©u cña kim lo¹i chÝnh ®Æc biÖt lín h¬n so víi hµn tay v× vËy c¶ d¹ng h×nh nÉm còng thÓ hiÖn m¹nh h¬n (b×nh 13.δ). Khi hµn thÐp ch÷ T mét phÝa co ngãt ngang lµm thµnh nghiªng vÒ ph¸i cã n¬i mèi hµn(h×nh 13. Γ). Ph©n bè øng suÊt d− däc xem h×nh 13.δ. ë ®©y gièng nh− tr−íc chóng ta thÊy r»ng vïng ho¹t ®éng (mèi hµn vµ c¸c phÇn phô th−îc kim lo¹i chÝnh) sau khi hµn bÞ kÐo. TuyÖt ®¹i ®a sè c¸c tr−êng hîp lµ nh− vËy. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn thÐp ch÷ I DÇm tiÕt diÖn ch÷ I (h×nh 14.a) ®−îc sö dông réng r·i trong lÜnh vùc x©y dùng vµ trong nghµnh c¬ khÝ. Chóng gåm thµnh ®øng vµ hai thµnh ngang ®−îc b¾t chÆt víi thµnh b»ng c¸c mèi hµn c¸nh. cóng th−êng ®−îc hµn c¸c g©n t¨ng cøng gi÷a c¸nh vµ thµnh. Khi hµn ch÷ I biÕn d¹ng vµ cã ®Æc tÝnh phøc t¹p (h×nh 14.σ). Tr−íc tiªn chóng ta nãi vÒ biÕn d¹ng chung. Page 14 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Chóng cã ë trong ngãt däc vµ uèn theo h−íng ®øng vµ ngang co ngãt däc g©y nªn kh«ng chØ ®é co ngãt däc cña c¸c mèi hµn c¸c cnh¸ mµ cßn ®é co ngãt ngang biÓu hiÖn chóng khi hµn g©n t¨ng cøng hoÆc khi hµn c¶ mèi nèi t¨ng cøng cña dÇm. Uèn trong mÆt ph¼ng ngang th−êng nhá kh«ng ®¸ng kÓ vµ chóng ta sÏ kh«ng chó ý ®Õn n÷a. Uèn trong mÆt ph¼ng ®øng th−êng míi nh×n chóng ta sÏ kh«ng thÓ gi¶i thÝch ®−îc. ThËt vËy cã lÏ nh− lµ tÊt c¶ c¸c mèi hµn vµ c¸c vïng ho¹t ®éng cïng víi chóng n»m ®èi xøng t−¬ng ®èi víi c¸c trôc cña dÇm. Co nghÜa lµ chóng cÇn kÐo ®èi xøng ch÷ I. Tõ ®©u cã sù uèn ®ã? T©t c¶ ®iÒu nµy ®Òu ®óng nÕu nh− c¸c mèi hµn ®−îc hµn ®ång thêi. ThËt ra chóng kh«ng ®−îc hµn cïng mét lóc. Theo møc ®é ®Æt mèi hµn ®é cøng cña dÇm thay ®æi, tøc lµ kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng cña nã. V× vËy vïng ho¹t ®éng cña mèi hµn ®· ®−îc hµn tr−íc sÏ g©y nªn biÕn d¹ng lín h¬n vïng ho¹t ®éng mèi hµn hµn sau. C¸i ®ã ph¸ vì sù c©n ®èi vµ dÉn ®Õn bÞ uèn. Chóng ta gi¶i thÝch c¸ ®iÒu trªn trong vÝ dô (h×nh 14.b) ®Ó ®Çu tiªn hµn c¸c mèi 1 vµ 2 cña c¸nh thÐp ch÷ T mµ tiÕt diÖn cña nã ë hinh 14.b ®−îc g¹ch chÐo mÆt c¾t sÏ ch«ng sl¹i ®é co ngãt däc cña vïng ho¹t ®éng cña chóng. C¸nh trªn ®−îc gi÷ chÆt víi c¸c phÇn cßn l¹i cña thÐp I chØ b»ng c¸c kÑp, thùc tÕ nã kh«ng lµm viÖc (ho¹t ®éng) vµ khong chèng l¹i uèn cong. KÕt qu¶ lµ dÇm cã vâng 1 Ýt f1; f2. Khi ®Æt mét c¾p mèi hµn thø 2hai 3,4 còng t¹o nªn vïng ho¹t ®éng. Nh−ng b©y giê kh«ng ph¶i chØ thÐp h×nh T mµ toµn bé ch÷ I sÏ chèng l¹i ®é co ngãt cña nã. §é vâng thÐp I lín ®¸ng kÓ so víi ë ch÷ T. §é vâng f3, f4 sÏ nhá dÇn theo gi¸ trÞ cña ®é vâng f1,2 vµ v× vËy kh«ng cã thÓ bï l¹i ®−îc. KÕt qu¶ dÇm cã ®é vâng lµ f = f1,2 – f3,4 vµ h−íng vÒ ph¸i mµ ®Çu cong vÒ ®ã do khi ®Æt mèi hµn 1 vµ 2. §Ó ®−a ®é vâng nµy ®Õn nhá nhÊt ph¶i hµn c¸c mèi theo thø tù 1-4-3-2 hoÆc 1-3-4-2 hoÆc hµn ®ång thíi mèi 1 vµ 3 sau ®ã còng ®ång thêi mãi hµn 2 vµ 4. Page 15 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Ngoµi c¸c biÕn d¹ng chung dÇm cßn bÞ biÕn d¹ng côc bé n÷a – D¹ng h×nh nÊm. ë mét vµi tr−êng hîp nÕu nh− daamf ®−îc chÕ t¹o tõ kim lo¹i máng cã thÓ xuÊt hiÖn c¶ c¸c phÇn låi côc bé. ë c¸c phÇn låi sÏ nãi ë phÇn sau. D¹ng h×nh nÊm cã quan hÖ khi nã xuÊt hiÖn do co ngãt ngang tÊt c¶ c¸c mèi hµn. KÕt qu¶ dÇm cã h×nh dËp næi phøc t¹p ®−îc chØ ra trªn h×nh 14.δ. Ph©n bè øng suÊt d− trong h×nh I hµn xem h×nh 14.Γ. Trong vïng ho¹t ®éng gièng nh− ®· quan s¸t, øng suÊt kÐo ho¹t ®éng ë c¸c phÇn cßn l¹i cña dÇm, øng suÊt nÐn cña chóng c©n b»ng nhau. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi ®èt nãng ®iÓm Khi hµn ®iÓm vµ hµn t¸n b»ng ®iÖn chóng ta ®èt mét nguån nhiÖt nµo ®ã, vÝ dô b»ng má ®èt khÝ mét ®iÖn trßn trong tÊm thÐp toµn bé chiÒu dµy tÊm (hinh 15.a). Kim lo¹i trßn mµ chóng ta coi nh− nguéi sÏ c¶n trë më réng nhiÖt cña ®iÓm trßn. KÕt qu¶ trong diÓm xuÊt hiÖn øng suÊt nÐn tõ c¸c phÝa. Khi ®èt nãng ®ñ cao øng suÊt ®¹t gi¸ trÞ gi−íi h¹n ch¹y khi nÐn (nã b»ng theo gi¸ trÞ giíi h¹n ch¶y khi kÐo) vµ ®iÓm cã nÐn dÎo vµ sÏ lµm cho kim lo¹i vßng trßn dµy h¬n (h×nh 15.δ). Khi nguéi ®iÓm sÏ cèng g¾ng nhá ®i vÒ ®−êng kÝnh tøc lµ ®−êng kÝnh sÏ nhá h¬n ban ®Çu mét ®¹i l−îng nÐn dÎo. Nhung ng−îc l¹i kim lo¹i nguéi bao quanh còng t¸c dông chèng l¹i diÒu ®ã. KÕt qu¶ cña t¸c dông ch«ng sl¹i Êy ®iÓm sau khi nguéi thÓ hiÖn trong tr¹ng th¸i kÐo ra c¸c phÝa (h×nh 15.b) khi nung nãng ®ñ cao c¸c øng suÊt nµy sÏ b»ng giíi h¹n ch¶y. Khi ®èt nãng cao h¬n n÷a trong ®iÓm sau khi nguéi cßn biÓu hiÖn kh«ng nh÷ng øng suÊt b»ng σT mµ cßn biÕn d¹ng kÐo dÎo. Nung nãng cµng cao gi¸ trÞ biÕn d¹ng kÐo dÎo cµng lín. §iÓm ®−îc lµm nguéi sÏ kÐo m¹nh kim lo¹i nguéi xung quanh t¹o nªn trong nã øng suÊt kÐo däc c¸c b¸n kÝnh – øng suÊt h−íng kÝnh σr vµ øng suÊt nÐn ë c¸c h−íng vu«ng gãc víi b¸n kÝnh – øng suÊt tiÕp σT. §Ó lµm râ h¬n ®Æc ®iÓm ph©n bè øng suÊt d− trong tÊm thÐp chóng ta t¸ch ra trong nã 1 phÇn tö ®−îc gi−ãi h¹n bëi hai vßng trßn ®ång t©m vµ hai b¸n kÝnh (h×nh 16.a) Trªn h×nh cho thÊy øng suÊt sÏ t¸c dông lªn phÇn tö. øng suÊt h−íng kÝnh σr ®−îc g©y nªn do t¸c dông kÐo cña ®iÓm, øng suÊt Page 16 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN tiÕp σT trong ®iÓm lµ øng suÊt kÐo vµ ngoµi ®iÓm lµ øng suÊt nÐn. Sù thay ®æi øng suÊt víi kho¶ng c¸ch tõ t©m cña ®iÓm chØ ra ë h×nh 16.δ vµ δ. Khi hµn ®iÓm tiÕp xóc vµ hµn ®Ýnh b»ng ®iÖn còng x¶y nung ®iÓm trßn. Nh÷ng ®iÓm nµy lµ vïng t¹o nªn øng suÊt vµ biÕn d¹ng. Khi ®ã ®−êng kÝnh vïng ho¹t ®éng sÏ nhËn ®−îc 2 – 4 lÇn lín h¬n ®−êng kÝnh ®iÓm t¸n ®inh b»ng ®iÖn. MÕu ®iÓm hµn hoÆc ®inh t¸n ®iÖn cã hµng l¹ot chóng sÏ g©y t¸c dông kÐo gièng nh− mèi hµn cña hµn hå quang. Tõ tÝnh chÊt cña vÝ dô chóng ta thÊy ®Æc ®iÓm biÕn d¹ng thÐp ch÷ T ®−îc hµn tõ 2 thanh vµ hai gãc cong nhê hµn ®iÓm (h×nh 17). §Æc tÝnh biÕn d¹ng uèn gièng nh− khi hµn hå quang thÐp T (h×nh 13). ViÖc n¾n th¶ng sù cong cña kÕt cÊu ®−îc ®Æt c¬ së tren t¸c dông kÐo c¸c ®iÓm bÞ nung nãng chóng ta sÏ nãi ®Õn tr−íc tiªn. T¹i sao cã biÓu hiÖn låi vµ lâm khi hµn kim lo¹i máng Page 17 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Ta lµm mét thÝ nghiÖm ®¬n gi¶n . CHóng ta lÊy mét thanh thÐp cã chiÒu dµi lín h¬n nhiÒu so víi kÝch th−íc ngang vÝ dô th−íc kÎ ch¼ng h¹n. Mét ®Çu chèng lªn bµn, ®Çu kia ta gi÷ tay sao cho lùc nÐn h−íng däc theo trôc däc cña th−íc kÎ (hinh 18.a). Chóng ta t¨ng dÇn lùc nÐn P. ®Çu tiªn khi P nhá th−íc sÏ lßn gi÷ ®−êng th¶ng, ®ã lµ thö biÕn d¹ng nÐn ®¬n gi¶n. Khi lùc P ®¹t tíi gi¸ trÞ tíi h¹n nµo ®ã, th−íc sÏ cong di cã h×nh d¹ng c©n b»ng mîi (hinh 18.δ). Nh− vËy d¹ng tr−íc ®ay ccan b»ng trë thµnh khong v÷ng ch¾c n÷a. §ay lµ biÓu hiÖn mang tªn sù mÊt m¸t tÝnh æn ®Þnh (mÊt æn ®Þnh). MÊt æn ®Þnh cã thÓ cã vÞ trÝ c¶ trong c¸c l¸ máng, chÞu t¸c dông cña øng suÊt nÐn (h×nh 18.b). Khi hµn kim lo¹i máng ë c¸c vÞ trÝ nèi xuÊt hiÖn øng suÊt d− nÐn còng cã thÓ x¶y ra mÊt tÝnh æn ®Þnh kÌm theo biÓu hiÖn låi hoÆc lâm. Trªn h×nh 18.Γ cho thÊt sù cong vªnh c¸c tÊm máng®−îc hµn nèi. Chóng ta biÕt r»ng øng suÊt d− kÐo t¸c dông trong mèi hµn vµ trong vïng xung quanh mèi hµn. øng suÊt nÐn ®−îc t¹o nªn mét vµi n¬i c¸ch xa mèi hµn. Bëi vËy låi vµ lãm sÏ hiÖn ë xa mèi hµn. NÕu nh− mét thanh víi tÊm máng t¸c dông nhiÖt lªn tÊm sÏ gièng nh− nung mét ®iÓm trßn (h×nh 15). Nung nãng nh− vËy nh− chóng ta ®· biÕt g©y nªn hiÖn t−îng øng suÊt d− nªn tiÕp tuyÕn bªn ngoµi ®iÓm nung nãng, øng suÊt nµy cã thÓ dÉn ®Õn biÓu hiÖn h×nh sãng trong tÊm gi«ng nh− ®· chØ ra ë h×nh 18σ. Page 18 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN Khi hµn kim lo¹i máng lu«n cã thÓ cã sù mÊt æn ®Þnh côc bé. V× vËy cÇn thiÕt pahØ cã biÖn ph¸p chèng l¹i c¸c biÓu hiÖn nµy. §ã lµ biÖn ph¸p sÏ nãi ë d−íi ®©y. øng suÊt vµ biÕn d¹ng hµn cã ¶nh h−ëng ®Õn ®é bÒn cña kÕt cÊu hµn ch¨ng? HiÖn nay hµn nhê tÝnh −u viÖt cña m×nh ®· hÇu nh− thay thÕ t¸n ®inh. Thuéc vÒ sè l−îngtÝnh −u viÖt ngoµi n¨ng suÊt cao vµ tÝnh kinh tÕ kh¶ n¨ng t¹o nªn d¹ng kÕt cÊu hµn hoµn h¶o cßn cã ®é bÒn cao, ®é tin cËy tµ tuæi thä cña chóng. C¸i ®ã ®−îc kiÓm nghiÖm b»ng sù vËn hµnh l©u dµi cña c¸c kÕt cÊu hµn cã d¹ng kh¸c nhau. Nhµ thiÕt kÕ ®· tiÕn hµnh thiÕt kÕ kÕt cÊu míi hoÆc c«ng tr×nh trong phÇn lín c¸c tr−êng hîpn chän ph−¬ng ¸n chÕ t¹o chung víi viÖc sö dông hµn. Nhung kh«ng ph¶i lu«n lu«n nh− vËy. Hµn kh«ng ngay lËp tøc chiÕm ®−îc vÞ thÕ v÷ng ch¾c nh− nã b©y giê. Kh«ng Ýt ng−êi hoµi nghi, kh«ng tin t−ëng vµo ®é tin cËy cña hµn. Khi ®ã mét trong nh÷ng sù ph¶n ®èi chèng l¹i hµn lµ do nã t¹o nªn øng suÊt d− mµ nã lµm gi¶m ®é bÒn cña kÕt cÊu hµn khi ®ã cßn rÊt Ýt hiÓu biÕt vÒ øng suÊt hµn vÒ b¶n chÊt cña chóngvÒ ¶nh h−ëng cña chóng tíi ®é bÒn. Sù h− háng kÕt cÊu hµn, biÓu hiÖn c¸c vÕt nøt ë chóng cã thÓ gi¶i thÝch lµ do t¸c dông cña øng suÊt hµn tuy r»ng ë hµng lo¹t tr−êng hîp chóng kh«ng cã lçi trong ®ã. Khã cã thÓ chèng l¹i bëi v× vÊn ®Ò øng suÊt ®−îc nghiªn cøu qu¸ yÕu ®ã lµ mét sù c¶n trë lín ®Ó ¸p dông hµn. V× vËy c¸c nhµ b¸c häc X« viÕt vµ ngo¹i quèc ®· ®−a ra kh«ng Ýt c«ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc ®Ó nghiªn cøu øng suÊt vµ biÕn d¹ng xuÊt hiÖn khi hµn vµ ¶nh h−ëng cña chóng ®Õn tÝnh chÊt vËn hµnh kÕt cÊu. C¸c nhf khoa häc ®· më ra ¸nh s¸ng cho nhiÒu vÊn ®Ò liªn quan tíi biÕn d¹ngvµ øng suÊt hµn, trong ®ã cã vÊn ®Ò ¶nh h−ëng cña chóng tíi ®é bÒn kÕt cÊu. §· chøng minh ®−îc r»ng trong rÊt nhiÒu tr−êng hîp øng suÊt hµn thùc tÕ kh«ng ¶nh h−ëng tíi ®é bÒn . NÕu nã kh«ng nhá th× lóc nµy thØnh tho¶ng trong c«ng viÖc chÕ t¹o s¶n phÈm hµn nguyªn c«ng khö øng suÊt b»ng sö lý nhiÖt ®−îc ®Þnh tr−íc. §Ó cho môc ®Ých nµy ng−êi ta x©y c¸c lß tiªu thô b»ng chÊt ®èt nhiªn liÖu hay n¨ng l−îng ®iÖn thêi gian chÕ t¹o kÕt cÊu bÞ kÐo dµi ra. vµ tÊt c¶ trong hµng lo¹t tr−êng hîp lµm vo Ých v× kh«ng biÐt ¶nh h−ëng cña øng suÊt hµn ®Õn ®é bÒn kÕt cÊu cã thËt kh«ng. Nh−ng cuéc sèng vÉn tiÕn vÒ ph¸i tr−íc. C¸c nhµ m¸y bá viÖc xö lý nhiÖt cña kÕt cÊu hµn trong tr−êng hîp khi mµ nã kh«ng cã c¨n cø vµ tõ thùc tÕ ®· chØ ra r»ng ®é bÒn kÕt cÊu kh«ng gi¶m ®i tÝnh kinh tÕ ®¹t cao h¬n. Trong tËp s¸ch máng phæ th«ng nµy chóng ta kh«ng cã kh¶ n¨ng dÉn gi¶i lý thuyÕt t¹i lµm sao øng suÊt hµn kh«ng chØ ra ¶nh h−ëng ®é bÒn . Chóng ta chØ cã thÓ chØ ra r»ng øng suÊt hµn kh«ng b»ng phÐp ®¹i sè ®¬n gi¶n mµ theo c¸ch ®Æc biÖt céng l¹i cïng víi c¸c øng suÊt do ngo¹i lùc. V× trong bÊt kú mÆt c¾t nµo øng suÊt hµn còng c©n b»ng nhau ®ã cã nghÜa lµ Page 19 of 41
UNG SUAT VA BIEN DANG HAN trong nã cã c¶ øng suÊt kÐo lÉn øng suÊt nÐn. NÕu nh− trong mÆt c¾t cho tr−íc ngo¹i lùc g©y lªn øng suÊt kÐo th× sÏ chØ nhËn ®−îc c¸c bé phËn nÐn cña tiÕt diÖn sau khi hµn, ®ã lµ c¸i phÇn mµ nã gi«ng nh− sù dù tr÷ phô ®é bÒ chèng l¹i sù kÐo. B¾ng c¸ch ¸p dông c¸c ngo¹i lùc cã c−êng ®é ®ñ nhá cã thÓ hoµn toµn lo¹i bá øng suÊt hµn. TÊt c¶ nh÷ng ®iÒu nãi ë trªn cã nghÜa r»ng øng suÊt hµn kh«ng bao giê gi¶m ®é bÒn, kh«ng cã thÓ t¹o nªn nh÷ng ¶nh h−ëng kh«ng tèt kh¸c nhau vµ kh«ng cÇn quan t©m tíi øng suÊt nµy? Trong mét vµi tr−êng hîp øng suÊt hµn cã thÓ g©y ph¸ vì kÕt cÊu. V× vËy cÇn chó ý ®Ó biÕt t×nh tr¹ng nµy nh− thÕ nµo vµ ng¨n ngõa tr−íc biÓu hiÖn cña chóng. Cã thÓ chøng minh ®−îc r»ng nÕu nh− kim lo¹i dïng ®Ó chÕ t¹o kÕt cÊu hµn vµ kim lo¹i hµn lµ dÎo cã kh¶ n¨ng chÞu biÕn d¹ng dÎo lín kÐo tíi ph¸ huû th× øng suÊt hµn kh«ng lµm gi¶m ®é bÒn cña kÕt cÊu. NÕu nh− kim lo¹i nµy rßn th× øng suÊt cã thÓ lµm gi¶m ®é bÒn râ rÖt. øng suÊt ë hai h−íng. §iÒu kiÖn nµy ®−îc t¹o ra nÕu nh−. VÝ dô: C¸c tÊm thÐp chiÒu dµy kh«ng lín ®−îc hµn b»ng c¸c mèi hµn c¾t nhau(h×nh 19.δ). NÕu nh− khèi c¬ b¶n trong kÕt cÊu chÞu øng suÊt nh− trªn h×nh 19,β ®ã sÏ nãi vÒ tr¹ng th¸i øng suÊt khèi. tr¹ng th¸i øng suÊt ®ã xuÊt hiÖn , vÝ dô khi hµn kim lo¹i cã chiÒu dµy lín hoÆc ë c¸c vÞ trÝ n¬i giao nhau ba mèi hµn vu«ng gäc víi nhau. øng suÊt ph¼ng vµ ®Æc biÖt kÐo theo khèi g©y trë ng¹i vµ gi÷ biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i, lµm nã chuyÓn sang tr¹ng th¸i rßn. §iÒu ®ã ®Æc biÖt cã h¹i khi t¶i träng va ®Ëp vµ t¶i träng rung. V× vËy nãi r»ng ¶nh h−ëng xÊu cña tËp trung øng suÊt khong chØ ë nh÷ng chç g¾n c¸c t©m tÝch tô cã øng suÊt cao h¬n mµ ë ®ã th−êng mang tÝch chÊt khèi. TiÕp theo trong tr−êng hîp ®ã khi Page 20 of 41