1 han va cat_trong_dong_tau

KHOA ðÓNG TÀU

BỘ MÔN KẾT CẤU TÀU & CÔNG TRÌNH NỔI

HÀN CẮT KIM LOẠI TRONG ðÓNG TÀU

NGÀNH ðÓNG TÀU & THIẾT KẾ TÀU THUỶ

Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận

Mobile: 0912295039 – 0912389159

E–mail: [email protected]

Page: 3

Lời nói ñầu

ðể ñáp ứng nhu cầu học tập và giảng dạy môn học Hàn tàu và Hàn cắt kim loại

trong ñóng tàu cho các ngành Vỏ tàu thuỷ và ðóng tàu thuỷ trong Trường ðại học Hàng

hải, chúng tôi ñã biên soạn tài liệu Hàn cắt kim loại trong ñóng tàu.

Khi biên soạn tài liệu chúng tôi căn cứ vào yêu cầu thực tế và khuynh hướng áp

dụng các công nghệ hàn tiến tiến vào công nghiệp ñóng tàu.

Tài liệu bao gồm sáu chương:

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ HÀN.

CHƯƠNG 3: ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN.

CHƯƠNG 4: KHUYẾT TẬT HÀN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA.

CHƯƠNG 5: QUI ƯỚC VÀ KÝ HIỆU MỐI HÀN.

CHƯƠNG 6: TỐI ƯU HOÁ CÔNG NGHỆ HÀN.

Mặc dù ñã có nhiều cố gắng, song trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi

thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của bạn ñọc nhằm nâng

cao chất lượng tài liệu. Mọi góp ý ñề nghị gửi về Bộ môn Kết cấu tàu và công trình nổi -

Khoa ðóng tàu - Trường ðại học Hàng hải Vi ệt Nam , 484 Lạch Tray Hải Phòng.

Nhóm tác giả

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 4

MỤC LỤC

Chương mục Trang số

Lời nói ñầu 3

Mục lục 4

Chương 1 KHÁI NI ỆM CHUNG 6

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN. 6

1.2 THỰC CHẤT, ðẶC ðIỂM, CÔNG DỤNG CỦA HÀN. 7

1.3 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN. 10

Chương 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ HÀN 15

2.1 HÀN HỒ QUANG DƯỚI LỚP THUỐC TRỢ

DUNG. 15

2.2 HÀN HỒ QUANG ðIỆN CỰC NÓNG CHẢY

TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ. 24

2.3 HÀN HỒ QUANG ðIỆN CỰC KHÔNG NÓNG

CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TRƠ. 32

2.4 HÀN ðIỆN TIẾP XÚC. 47

2.5 HÀN ðIỆN XỈ. 48

2.6 HÀN ðIỆN KHÍ. 51

2.7 HÀN HỒ QUANG PLASMA 51

2.8 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÀN KHÁC 53

Chương 3 ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN 56

3.1 NGUỒN NHIỆT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ðẾN

KIM LOẠI VẬT HÀN 56

3.2 SỰ TẠO THÀNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG

HÀN 57

3.3 BIẾN DẠNG VÀ ỨNG SUẤT KHI HÀN GIÁP

MỐI. 61

3.4 BIẾN DẠNG ỨNG SUẤT KHI HÀN GÓC 69

3.5 BIẾN DẠNG HÀN VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM 77

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 5

BIẾN DẠNG HÀN.

Chương 4 KHUYẾT TẬT HÀN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

KIỂM TRA. 83

4.1 CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT HÀN VÀ CÁC BIỆN

PHÁP KHẮC PHỤC. 83

4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

LIÊN KẾT HÀN 93

Chương 5 QUI ƯỚC, KÝ HIỆU MỐI HÀN. 108

5.1 CÁCH BIỂU DIỄN MỐI HÀN TRÊN BẢN VẼ. 108

5.2 QUI ƯỚC KÝ HIỆU MỐI HÀN TRÊN BẢN VẼ. 109

5.3 SỰ ðƠN GIẢN HOÁ KÝ HIỆU MỐI HÀN. 113

5.4 . KÝ HIỆU TIÊU CHUẨN CỦA MỘT SỐ QUỐC

GIA, TỔ CHỨC 114

Chương 6 TỐI ƯU HOÁ CÔNG NGHỆ HÀN. 120

6.1 CÁC YÊU CẦU ðỐI VỚI QUI TRÌNH GIA CÔNG

KẾT CẤU HÀN. 120

6.2 ẢNH HƯỞNG CỦA TRÌNH TỰ LẮP RÁP ðẾN

BIẾN DẠNG HÀN. 122

6.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TRÌNH TỰ SẮP XẾP ðƯỜNG

HÀN ðẾN BIẾN DẠNG KẾT CẤU HÀN 125

6.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU CHO CÔNG

NGHỆ GIA CÔNG KẾT CẤU HÀN. 130

Tài liệu tham khảo 137

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 6

CHƯƠNG.1. KHÁI NI ỆM CHUNG

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRI ỂN CỦA NGÀNH HÀN.

Khoảng ñầu thời ñại ñồ ñồng, ñồ sắt loài người ñã biết hàn kim loại. Từ cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh. Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop ñã tìm ra hiện tượng hồ quang ñiện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó ñể làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư Benañớt ñã dùng hồ quang cực than ñể hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp ñã áp dụng cực ñiện nóng chảy - cực ñiện kim loại vào hồ quang ñiện.

Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp ñã sản xuất ñược các bit canxi và sau ñó 1906 hàn khí ra ñời.

Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benañớt tìm ra phương pháp hàn ñiểm, nhưng mãi ñến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong công nghiệp và ñặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới.

Một ñóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ quang là thành công của kỹ sư Thụy ðiển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn ñịnh quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung quanh bằng cách ñắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo ñảm chất lượng cao của mối hàn.

Thời kỳ phát triển mới của môn hàn ñã ñược mở ra vào những năm cuối ba mươi và ñầu bốn mươi với những công trình nổi tiếng của Viện sĩ E.O Paton về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn tự ñộng và sau ñó hàn nửa tự ñộng dưới thuốc ra ñời và ñược ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. ðó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện ñại. Từ khi ra ñời cho ñến nay hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hóa cơ bản trong kỹ thuật hàn.

Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn trong khi bảo vệ cũng ñược nghiên cứu và ñưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (heli acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô...) lúc ñó ñã làm cho các phương pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khi bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ ñược ứng dụng mỗi ngày một nhiều hơn.

Một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn ñiện mang tên B.O.Patôn (kiep Liên Xô) là hàn ñiện xỉ. Quá trình hàn ñiện xỉ ñược các nhà bác học Xô viết phát hiện năm 1949, nghiên cứu và ñưa vào sản xuất trong những năm mươi. Phương pháp hàn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 7

ñiện xỉ ra ñời và phát triển là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy móc hạng nặng như lò hơi, tuabin, máy ép cỡ lớn....

Những năm gần ñây loạt phương pháp hàn mới ra ñời như hàn bằng tia ñiện tử, hàn lạnh, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn hồ quang platsma vv..Hiện nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau.

Nói chung, các phương pháp hàn ngày càng ñược hoàn thiện hơn và ñược sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và ñặc biệt là trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện ñại.

Hàn ở Việt Nam cũng ñã xuất hiện từ thời thượng cổ, hồi ñó ông cha ta dã biết sử dụng hàn ñể làm ra những dụng cụ cần thiết phục vụ cho ñời sống và cải tiến ñiều kiện lao ñộng.

Trước cách mạng tháng tám, môn hàn rất ít ñược ứng dụng. Sau cách mạng tháng tám và trong thời kỳ kháng chiến, môn hàn ñược phát triển hơn, nó ñã ñóng góp vào nền công nghiệp quốc phòng mới mẻ của chúng ta. Sau hòa bình chúng ta ñã sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa. Nhiều công trình ñồ sộ ñã mọc lên sử dụng nhiều ñến hàn như lò cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp, tàu bè, nồi hơi vv....Tuy vậy việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp hàn tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa ñủ ñiều kiện ñể phát triển mạnh mẽ.

Với lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày càng ñông ñảo, chúng ta tin chắc rằng, kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày càng phát triển và ñược ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.

1.2. THỰC CHẤT, ðẶC ðIỂM, CÔNG DỤNG CỦA HÀN.

1.2.1. Thực chất

Hàn là quá trình nối hai ñầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với nhau bằng cách nung nóng chúng ñến trạng thái chảy hay dẻo. Khi hàn ở trạng thái chảy thì ở chỗ nối hàn của vật hàn chảy ra và sau khi ñông ñặc ta nhận ñược mối hàn. Khi hàn ở trạng thái dẻo thì chỗ nối ñược nung nóng ñến trạng thái mềm dẻo, khi ấy khả năng thẩm thấu và chuyển ñộng các phần tử của kim loại hàn tăng lên. Nên chúng nó có thể dính lại với nhau. Thường chỉ nung nóng chỗ nối hàn ñến trạng thái dẻo vẫn chưa bảo ñảm ñược mối hàn bền, nên ta phải tác dụng lên chỗ mối hàn một áp lực.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 8

1.2.2. ðặc ñiểm.

Hàn có những ñặc ñiểm sau:

a. So vói tán rive: Hàn tiết kiệm ñược 10 ñến 20% khối lượng, hình dáng chi tiết cân ñối hơn, giảm ñược khối lượng kim loại như phần ñầu rivê, kim loại mất mát do ñột lỗ vv....

So với ñúc hàn tiết kiệm ñược 50% vì không cần hệ thống rót

Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng lượng sườn, kèo, ñồng thời việc chế tạo và lắp ráp chúng cũng ñược giảm nhẹ, ñộ cứng vững của kết cấu lại tăng.

b. Giảm ñược thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng suất cao so với các phương pháp khác do giảm ñược số lượng nguyên công giảm ñược cường ñộ lao ñộng và tăng ñược ñộ bền chắc của kết cấu.

c. Hàn có thể nối ñược những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ như hàn kim loại ñen với kim loại ñen, kim loại màu với nhau và cả kim loại ñen với kim loại màu. Ngoài ra hàn còn có thể nối các vật liệu không kim loại với nhau.

d. Thiết bị hàn tương ñối ñơn giản và dễ chế tạo. Khi tán ñinh rivê ta dùng rất nhiều máy như máy khoan, lò nung, máy ñột vv...còn khi hàn ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 vôn hay 230 vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn.

e. ðộ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu ñược áp suất cao nên hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn vv...chịu áp lực cao.

g. Giảm ñược tiếng ñộng khi sản xuất vv....

Tuy nhiên hàn còn nhược ñiểm là sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt vv....sẽ giảm khả năng chịu tải trọng ñộng của mối hàn, vật hàn cong vênh.

1.2.3. Công dụng

Hàn ngày càng ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện ñại. Về công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt: chế tạo và tu sửa.

Về chế tạo như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà cầu, tàu thuyền, thân máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô và ngay cả ñến tàu du hành vũ trụ nữa. Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp, phải chịu lực tương ñối lớn, mà lại nóng ñều chế tạo bằng phương pháp hàn, vì nếu ñúc bằng gang thì nặng, nếu rèn thì vừa tốn công vừa chế tạo khó khăn, giá thành cao.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 9

Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh rạn, bánh xe răng bị nứt, mặt ñường ray bị mòn, những vật ñúc bị khuyết ñều có thể dùng phương pháp hàn ñể tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ.

Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn ñộng không nên hàn ra, không có chỗ nào không thể hàn ñược. Cho nên công nghệ hàn ñóng góp rất nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện ñại.

Một số khái niệm cơ bản về hàn.

• Hàn là quá trình nối tạo ra sự liên kết vật liệu của các chi tiết bằng cách nung nóng

chỗ nối tới nhiệt ñộ hàn, có thể sử dụng hoặc không sử dụng áp lực, hoặc chỉ sử dụng

áp lực, và có thể sử dụng hoặc không sử dụng kim loại phụ. Hàn ñược sử dụng ñể tạo

ra các mối hàn.

• Mối hàn là sự liên kết mang tính cục bộ của các kim loại ( hoặc phi kim loại ) ñược

tạo ra bằng cách nung nóng chúng tới nhiệt ñộ hàn, có hoặc không sử dụng áp lực, có

thể chỉ sử dụng áp lực. Mối hàn có thể cần kim loại bổ sung hoặc không cần kim loại

bổ sung.

• Sự liên kết là sự hợp nhất của các vật liệu tại chỗ hàn.

• Vật hàn là tổ hợp các bộ phận cấu thành ñược nối với nhau bằng hàn.

• Liên kết hàn, mối hàn là chỗ nối các phần tử kim loại, bao gồm mối hàn và vùng ảnh

hưởng nhiệt.

• Kim loại phụ là kim loại hoặc hợp kim ñược bổ sung vào mối hàn ñể tạo ra liên kết

hàn.

• Kim loại cơ bản là kim loại hoặc hợp kim của các phần tử ñược hàn.

• Kim loại mối hàn là toàn bộ phần kim loại cơ bản và kim loại phụ ñã ñược nung

chảy ( hoặc chuyển sang trạng thái dẻo ) trong quá trinh hàn và ñược giữ lại trong mối

hàn.

• Thợ hàn là người thực hiện việc hàn bằng tay hoặc hàn bán tự ñộng.

• Thợ vận hành thiết bị hàn là người thực hiện việc hàn bằng thiết bị hàn loại ñiều

khiển thích nghi, tự ñộng, cơ giới hoặc robôt.

• Quá trình hàn, phương pháp hàn là một nhóm các nguyên lý hoạt ñộng cơ bản (

luyện kim, ñiện, vật lý, hoá học hoặc cơ học ) ñược sử dụng khi hàn nhằm tạo ra sự

liên kết các chi tiết hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 10

Hàn nóng chảy Hàn ñồng Hàn áp lực

Các phương pháp hàn

1.3. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN.

1.3.1. Hàn nóng chảy

Hàn nóng chảy là nung nóng mép hàn và que hàn ñến trạng thái chảy, sau ñó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với phần lớn kim loại và hợp kim, ví dụ như thép, gang, niken, chì, kẽm, bạc, vàng, bạch kim, nhôm, ñồng, magiê và những hợp kim khác.

Dựa theo nguồn nhiệt năng sử dụng khi hàn phương pháp hàn nóng chảy chia làm hai loại:

a. Hàn ñiện hồ quang:

Là phương pháp dùng cực ñiện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang ñể sản ra nhiệt lượng ñốt nóng chảy mối hàn. Hàn ñiện hồ quang gồm: hàn hồ quang tay, hàn tự ñộng và nửa tự ñộng (hàn dưới thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn ñiện xỉ). Theo các quá trình hàn ñiện nóng chảy, có 6 cách phân loại sau.

a.1. Phân loại theo ñặc trưng nguồn nhiệt hàn: Theo cách này ta có thể chia hàn ñiện nóng chảy thành: hàn hồ quang, hàn ñiện xỉ, hàn chùm tia ñiện tử và hàn lazer

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 11

Hàn Laze: dạng ñặc biệt thuộc nhóm hàn nóng chảy, trong ñó kim loại ở chỗ nối ñược nung chảy bằng tia laze tập trung công suất lớn do máy phát lượng tử quang học tạo ra. Hàn laze thường dùng ñể nối các chi tiết lắp ở những chỗ khó chạm tới, hàn các chi tiết rất nhỏ, hàn vật liệu có ñộ chảy cao (như gốm).

a.2. Phân loại theo mức ñộ ñiều khiển quá trình hàn.

Tuỳ theo cách thức ñiều khiển quá trình hàn ( gây hồ quang, thao tác ñiện cực,

dịch chuyển ñiện cực theo ñường hàn, và cách kết thúc quá trình hàn, v.v.

• Hàn tay. Phương pháp hàn mà sự di chuyển hồ quang và chuyển dịch ñiện cực hàn

vào vũng hàn ñược thao tác bằng tay.

• Hàn bán tự ñộng. Phương pháp hàn mà sự dịch chuyển hồ quang ñược thao tác bằng

tay còn việc dịch chuyển ñiện cực vào vũng hàn ñược thực hiện thông qua cơ cấu tự

ñộng.

• Hàn cơ giới. Phương pháp hàn chỉ ñòi hỏi dùng tay tác ñộng vào bộ phận ñiều khiển

của thiết bị hàn ñể ñiều chỉnh mỏ hàn hoặc kìm hàn nhằm ñáp ứng các thay ñổi nhận

biết ñược thông qua quan sát bằng mắt.

• Hàn tự ñộng. Phương pháp hàn mà thiết bị hàn sử dụngkhông ñòi hỏi hoặc chỉ ñòi hỏi

tối thiểu việc quan sát quá trình hàn và không cần phải dùng tay ñiều chỉnh bộ phận

ñiều khiển của thiết bị.

• Hàn bằng robot. Phương pháp hàn mà mối hàn ñược thực hiện bằng robot.

• Hàn có ñiều khiển thích nghi. Phương pháp hàn có sử dụng một hệ thống ñiều khiển

cho phép xác ñịnh các thay ñổi về ñiều kiện hàn một cách tự ñộng và ra lệnh cho thiết

bị tiến hành các hoạt ñộng một cách thích hợp.

a.3. Phân loại theo dòng ñiện hàn.

Tuỳ thuộc vào việc sử dụng dòng hàn, dòng một chiều, dòng xoay chiều, nối

thuận, nối nghịch mà có các cách phân loại khác nhau.

a.4. Phân loại theo hồ quang.

Theo các loại hồ quang: hồ quang trực tiếp ( hồ quang giữa ñiện cực và kim loại

cơ bản ), hồ quang gián tiếp ( hồ quang giữa hai ñiện cực, kim loại cơ bản không tạo

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 12

thành một phần của mach ñiện hàn, hồ quang hỗn hợp ( loại này bao gồm cả hồ quang

trực tiếp và hồ quang gián tiếp )

a.5. Phân loại theo tính chất ñiện cực. Tuỳ theo dạng ñiện cực nóng chảy ( kim loại

mối hàn ñược bổ sung từ ñiện cực hàn ), ñiện cực không nóng chảy ( kim loại mối hàn

không ñược bổ sung từ ñiện cực hàn).

a.6. Phân loại theo môi trường bảo vệ vùng hàn.

Theo môi trường bảo vệ vùng hàn có:

• Hàn không có bảo vệ ( ít dùng )

• Hàn trong môi trường bảo vệ của xỉ hàn, hàn bằng que hàn vỏ bọc dày, hàn dưới

lớp thuốc trợ dung, hàn ñiện xỉ.

• Hàn trong môi trường khí bảo vệ.

• Hàn trong môi trường bảo vệ hỗn hợp ( khí và xỉ hàn ).

b. Hàn khí (hàn hơi)

Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy ñể nung nóng mối hàn ñến nóng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với nhau.

ðây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nóng chảy hiện nay ñang dùng ở nước ta.

Trong những năm gần ñây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, ñã xuất hiện thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nóng chảy như hàn bằng tia ñiện tử, hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv...

1.3.2. Hàn áp lực

Phương pháp hàn áp lực là ñốt nóng vật hàn ñến trạng thái dẻo, sau ñó ñược ép hoặc ñập ñể tăng khả năng thẩm thấu khuếch tán...của các phân tử vật chất làm cho chúng liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Phương pháp hàn này thích hợp với những kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua thể nhão. Những vật liệu khác (như gang) khi ñốt tới ñiểm nóng chảy thì lập tức biến từ thể rắn sáng thể lỏng, không qua thể nhão, thì không thể hàn bằng phương pháp hàn áp lực. Với thép chứa 0,4%C trở lên dùng phương pháp hàn áp lực cũng tương ñối khó khăn. Theo cách nung nóng, hàn áp lực có 3 loại dưới ñây:

a. Phương pháp hàn rèn

ðây là phương pháp cũ nhất mà những thợ rèn thủ công hay dùng ñể hàn những vật rèn. Vật rèn nói chung ñược nung nóng trắng khoảng 12000C - 13000C trong lò rèn, sau lấy ra ñặt lên ñe, dùng búa ñập. Khi ñập búa, phải ñập ở giữa trước, sau mới ñập bên

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 13

cạnh và bốn xung quanh, ñể cho xỉ tạp trong ngàm nối dễ trôi ra ngoài. Nhờ tác dụng ñập của búa rèn, xỉ sẽ không bị giữ lại làm ảnh hưởng ñến cường ñộ của mối hàn.

Phương pháp hàn rèn chỉ dùng ñể hàn một số vật hình dáng ñơn giản. Những vật như thùng tròn, bình chứa lớn..thì không thể hàn ñược. Hàn bằng khí than ướt (CO + H2) về nguyên lý cũng giống như hàn rèn, chỉ khác là ñổi nguồn nhiệt nung bằng cách dùng khí than ướt, cho nên hàn bằng khí than ướt là một loại ñặc biệt của phương pháp hàn rèn. Vì khí than ướt có thể dùng ống phun ñể ñốt, nên vừa nung vừa có thể dùng máy búa hoặc trục ép ñể hàn liên ñầu nối lại. Do tính hoàn nguyên của ngọn lửa khí than ướt rất mạnh cho nên ở mối hàn không cần dùng thuốc hàn, mà vẫn có thể có ñược mối hàn nhẵn chắc.

b. Phương pháp hàn nhiệt nhôm

Hàn nhiệt nhôm là một phương pháp hàn dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhóm với oxit sắt.

8Al +3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe

Phản ứng này phát ra một nhiệt lượng rất lớn, ñôi khi có nhiệt ñộ lớn hơn 30000C. Phương pháp hàn nhiệt nhôm có 3 loại dưới ñây:

• Phương pháp hàn áp lực bột nhôm sắt: Dùng xỉ và sắt nóng chảy làm nguồn nhiệt ñể nung vật hàn, sau ñó dùng áp lực ép cho chúng liền lại với nhau.

• Phương pháp hàn nóng chảy bột nhôm sắt: Dùng xi nung nóng vật hàn gần tới ñiểm nóng chảy, sau ñó ñồ sắt nóng chảy vào cho nó liền với vật hàn.

• Phương pháp hàn bột nhôm sắt hỗn hợp áp lực và hàn nóng chảy: Vật hàn một phần ñược lợi dụng nhiệt lượng của xi ñể nung nóng và nhờ áp lực ép mà chúng gắn lại với nhau, phần khác do sắt nóng chảy nên kim loại vật hàn và nguyên liệu hàn ñược kết chặt lại. Phương pháp này phần nhiều ñể hàn ñường ray của xe hỏa, xe ñiện.

Sau khi phát minh ra phương pháp hàn dùng khí axetylen phương pháp hàn nhiệt nhôm dần dần ít ñược dùng.

c. Phương pháp hàn tiếp xúc

Hàn ñiện tiếp xúc có rất nhiều phương pháp khác nhau, thực chất của phương pháp ñó là: Cho dòng ñiện có cường ñộ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có ñiện trở lớn sẽ bị nung nóng ñến trạng thái hàn và nhờ tác dụng của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc lại với nhau.

ðây là phương pháp chủ yếu của hàn áp lực mà chúng ta sẽ ñề cập ñến trong tài liệu này.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 14

Ngày nay, hàn bằng áp lực cùng xuất hiện thêm nhiều phương pháp mới như hàn bằng ma sát, hàn bằng siêu âm hàn nguội, hàn nổ, hành khuếch tán trong chân không vv...

1.3.3. Phương pháp hàn ñồng (Brazing) và hàn vảy (soldering).

Hàn vẩy còn gọi là hàn khác nguyên liệu, khi hàn chỉ cần ñốt nóng mối hàn ñến một nhiệt ñộ nhất ñịnh, sau ñó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống ñể nối vật hàn lại với nhau.

Chỗ khác nhau giữa nó với hàn là không cần ñốt nóng chảy vật hàn mà chỉ cần ñạt tới nhiệt ñộ có thể hỗn hợp với nguyên liệu hàn ñã nóng chảy ñể thành hợp kim là ñược, còn ñối với nguyên liệu hàn thì nhất ñịnh phải ñốt nóng chảy. Kim loại dùng làm nguyên liệu hàn thường khác hẳn vật hàn, cho nên gọi là hàn khác nguyên liệu.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 15

CHƯƠNG 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ HÀN.

2.1. HÀN HỒ QUANG DƯỚI L ỚP THUỐC BẢO VỆ.

2.1.1. Thực chất, ñặc ñiểm và phạm vi ứng dụng.

2.1.1.1. Thực chất và ñặc ñiểm.

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (ñiện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ.

Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn ñược ñẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu ñặc biệt với tốc ñộ phù hợp với tốc ñộ cháy của nó (H.2-1a).

Theo ñộ chuyển dịch của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (H.2-1b). Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn ñông ñặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các quá trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn chưa bị nóng chảy có thể sử dụng lại.

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể ñược tự ñộng cả hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang và chuyển ñộng hồ quang theo trục mối hàn. Trường hợp này ñược gọi là "Hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ". Nếu chỉ tự ñộng hóa khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang còn khâu chuyển ñộng hồ quang dọc theo trục mối hàn ñược thao tác bằng tay thì gọi là "Hàn hồ quang bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ".

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có các ñặc ñiểm sau:

• Nhiệt lượng hồ quang rất tập trung và nhiệt ñộ rất cao, cho phép hàn với tốc ñộ lớn. Vì vậy phương pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép.

• Chất lượng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong không khí xung quanh. Kim loại mối hàn ñồng nhất về thành phần hóa học. Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích. Mối hàn có hình dạng tốt, ñều ñặn, ít bị các khuyết tật như không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn tóe.

• Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn).

• Hồ quang ñược bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn. Lượng khói sinh ra trong quá trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay.

• Dễ cơ khí hóa và tự ñộng hóa quá trình hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 16

Hình 2.1. Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ

a) Sơ ñồ nguyên lý; b) Cắt dọc theo trục mối hàn

2.1.1.2. Phạm vi ứng dụng

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo như trong sản xuất:

Các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn, các dầm thép có khẩu ñộ và chiều cao, các ống thép có ñường kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong công nghiệp ñóng tàu v.v.

Tuy nhiên, phương pháp này chủ yếu ñược ứng dụng ñể hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ ñạo không phức tạp.

Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn ñược các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho ñến hàng trăm mm. Bảng 2-1 chỉ ra các chỉ các chiều dày chi tiết hàn tương ứng với hàn một lớp và nhiều lớp, có vát mép và không vát mép bằng phương pháp hàn tự ñộng dưới lớp thuốc.

Thuèc b¶o vÖNguån ®iÖn hµn

Hå quang

D©y hµn

tiÕp ®iÖn

c¬ cÊu cÊp d©y

h−íng hµn

thuèc hµn

®−êng cÊpthuèc hµn

§iÖn cùc hµn (d©y hµn)

XØ ®Æc XØ láng

Kim lo¹i c¬ b¶nKim lo¹i c¬ b¶n

Kim lo¹i c¬ b¶nvïng hå quang

Kim lo¹i nãng ch¶y (vòng hµn)

Kim lo¹i mèi hµn

a)

b)

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 17

Chiều dày chi tiết hàn tương ứng với các loại mối hàn Bảng 2 -1

mm Chiều dày

Chi tiết

Loại mối hàn 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 203..

Hàn một lớp không vát mép

Hàn một lớp có vát mép

Hàn nhiều lớp

Hình 2.2. Hàn mối hàn góc.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 18

Hình 2.3. Hàn mối hàn hông tàu.

2.1.2. Vật li ệu, thiết bị hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ.

2.1.2.1. Vật li ệu hàn.

Chất lượng của liên kết hàn dưới lớp thuốc ñược xác ñịnh bằng tác ñộng tổng hợp của dây hàn (ñiện cực hàn) và thuốc hàn. Dây hàn và thuốc hàn ñược lựa chọn theo loại vật liệu cơ bản, các yêu cầu về cơ lý tính ñối với liên kết hàn, cũng như ñiều kiện làm việc của nó.

Dây hàn, trong hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ, dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn, ñồng thời ñóng vai trò ñiện cực dẫn ñiện, gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang. Dây hàn thường có hàm lượng cácbon không quá 0,12%. Nếu hàm lượng cacbon cao, dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện nứt

trong mối hàn. ðường kính dây hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc từ 1,6 ÷ 6mm, còn

ñối với hàn hồ quang bán tự ñộng từ 0,8 ÷ 2mm.

Thuốc hàn có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn ñịnh hồ quang, khử ôxi, hợp kim hóa kim loại mối hàn và ñảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 19

2.1.2.2. Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ.

Thiết bị hàn hồ quang dướp lớp thuốc bảo vệ rất ña dạng, song hầu hết chúng lại rất giống nhau về nguyên lý cấu tạo và một số cơ cấu bộ phận chính, cụ thể là:

1. Cơ cấu cấp dây hàn và bộ ñiều khiển ñể gây hồ quang và ổn ñịnh hồ quang (ñầu hàn).

2. Cơ cấu dịch chuyển ñầu hàn dọc theo trục mối hàn 3. Bộ phận cấp và thu thuốc hàn. 4. Nguồn ñiện hàn và các thiết bị ñiều chỉnh quá trình hàn

Hình 2.4. Thiết bị hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ

Tùy theo từng loại thiết bị cụ thể, các cơ cấu này có thể bố trí thành một khối hoặc thành các khối ñộc lập. Ví dụ trong loại xe hàn hình 2.4 thì ñầu hàn và cả cơ cấu dịch chuyển ñầu hàn, cuộn dây hàn, cơ cấu cung cấp thuốc hàn và cả hệ thống ñiều khiển quá trình hàn ñược bố trí thành một khối. Nhờ vậy xe hàn có thể chuyển ñộng trực tiếp theo mép rất linh ñộng, nó có thể chuyển ñộng theo các quỹ ñạo khác nhau trên kết cấu dạng tấm, thậm chí có thể thực hiện ñược các mối hàn vòng trên các mặt tròn và ñường ống có ñường kính lớn.

ðối với máy hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ thì ñầu hàn ñược thay bằng mỏ hàn hay súng hàn nhỏ gọn, dễ ñiều khiển bằng tay. Cơ cấu cấp dây có thể bố trí rời hoặc cùng khối trong nguồn hàn với các cơ cấu khác.

Nguồn hàn

Cơ cấu cấp dây Thùng thuốc hàn

ñây hàn Thuốc hàn

Ray hàn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 20

Nguồn ñiện hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ phải có hệ số làm việc liên tục 100% và có phạm vi ñiều khiển dòng ñiện rộng từ vài trăm ñến vài ngàn Ampẹ

Trên hình 2-3 là hình ảnh của một loại ñầu hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuóc bảo vệ.

Hình 2.5. ðầu hàn tự ñộng.

Hình 2.6. Máy hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 21

2.1.3. Công nghệ hàn hồ quang dướp lớp thuốc bảo vệ

2.1.3.1. Chuẩn bị liên kết tr ước khi hàn

Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn hồ quang dướp lớp thuốc bảo vệ yêu cầu cẩn thận hơn nhiều so với hàn hồ quang tay.

Mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn ñều ñể cho mối hàn ñều ñặn, không bị cong vênh, rỗ.

Với hàn hồ quang dướp lớp thuốc bảo vệ, những liên kết hàn có chiều dày nhỏ hơn 20mm không phải vát mép khi hàn hai phía.

Những liên kết hàn có chiều dày lớn có thể vát mép bằng mỏ cắt khí, máy cắt plasma hoặc gia công trên máy cắt gọt.

Trước khi hàn phải làm sạch mép trên một chiều rộng 50 ÷ 60mm về cả hai phía

của mối hàn, sau ñó hàn ñính bằng que hàn chất lượng cao.

2.1.3.2. Chế ñộ hàn

1. Dòng ñiện hàn: Chiều sâu ngấu của liên kết hàn tỷ lệ thuận với dòng ñiện hàn. Tuy nhiên khi tăng dòng ñiện hàn, lượng dây hàn nóng chảy tăng theo, hồ quang chìm sâu vào kim loại cơ bản nên chiều rộng của mối hàn không tăng rõ rệt mà chỉ tăng chiều cao phần nhô của mối hàn, tạo ra sự tập trung ứng suất, giảm chất lượng bề mặt mối hàn, xỉ khó tách. Nếu dòng ñiện quá nhỏ thì chiều sâu ngấu sẽ giảm, không ñáp ứng yêu cầu. (H.2.7).

Dßng ®iÖn qu¸ nhá kh«ng ®ñ ngÊu

Dßng ®iÖn hîp lý Dßng ®iÖn qu¸ lín

chiÒu cao mèi hµn t¨ng

b e b e b e

Hình 2.7. ảnh hưởng của dòng ñiện hàn tới hình dáng mối hàn

2. ðiện áp hồ quang. Hồ quang dài thì ñiện áp hồ quang cao, áp lực của nó lên kim loại lỏng giảm, do ñó chiều sâu ngấu giảm và tăng chiều rộng mối hàn.

ðiều chỉnh tốc ñộ cấp dây có thể làm thay ñổi ñiện áp của cột hồ quang: tăng tốc ñộ cấp dây thì ñiện áp cột hồ quang sẽ thấp và ngược lại.

3. Tốc ñộ hàn. Tốc ñộ hàn tăng, nhiệt lượng hồ quang một ñơn vị chiều dài của mối hàn sẽ giảm, do ñó ñộ sâu ngấu giảm, ñồng thời chiều rộng của mối hàn cũng giảm.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 22

4. ðường kính dây hàn. Khi ñường kính dây hàn tăng mà dòng ñiện không ñổi thì chiều sâu ngấu giảm tương ứng. ðường kính dây hàn giảm thì hồ quang ăn sâu hơn vào kim loại cơ bản, do ñó mối hàn sẽ hẹp và chiều sâu ngấu lớn.

5. Các yếu tố công nghệ khác (ñộ dài phần nhô của dây hàn, loại và cực tính dòng ñiện hàn v.v.)

ðộ dài phần nhô của dây hàn tăng lên thì tác dụng nung nóng của kim loại ñiện cực trước khi vào vùng hồ quang tăng lên. Dây hàn cháy nhanh, ñồng thời ñiện trở ở phần nhô tăng lên, dòng ñiện hàn giảm xuống, ñặc biệt là khi hàn bằng dây hàn có ñường kính bé hiện tượng này càng rõ rệt hơn.

Khi hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng dướp lớp thuốc bảo vệ có thể dùng dòng ñiện một chiều hoặc xoay chiều. Thông thường khi hàn những tấm thép dày thì dùng ñiện xoay chiều, còn khi hàn những tấm thép mỏng thì dùng ñiện một chiều ñể giữ ñược hồ quang ổn ñịnh hơn. Với các loại thuốc hàn ñang dùng hiện nay, khi ñổi từ nối thuận sang nối nghịch chiều sâu ngấu sẽ tăng lên. Hàn bằng dòng xoay chiều có chiều sâu ngấu ở mức trung bình so với khi hàn bằng dòng một chiều nối thuận và nối nghịch.

Cỡ của hạt thuốc hàn có ảnh hưởng nhất ñịnh ñến ñộ ngấu của mối hàn. Thuốc hàn có cỡ hạt nhỏ sẽ làm giảm bớt tính linh hoạt của hồ quang và làm tăng chiều sâu ngấu.

2.1.3.3. Kỹ thuật hàn

Khi hàn giáp mối một lớp, ñể tránh cháy thủng, ñể có ñộ ngấu hoàn toàn và sự tạo hình tốt ở mặt trái của mối hàn ta có thể áp dụng các biện pháp như: hàn lót phía dưới, dùng ñệm thép, ñệm thuốc, ñệm ñồng, ñệm gồm hoặc dùng khóa chân.

Nếu chiều dày vật hàn tương ñối lớn, có thể hàn lót bằng các phương pháp, rồi sau ñó mới hàn chính thức (H.2.8a).

Trong trường hợp không thể hàn lớp lót ñược, có thể dùng ñệm thép cố ñịnh ñể có thể hàn ngấu hoàn toàn (H.2.8b).

Khóa chân (H.2.8c) tương tự như hàn với ñệm thép. Khóa chân hay dùng cho mối hàn của các vật hình trụ như ống, bồn chứa v.v.

Có thể dùng tấm ñệm rời bằng ñồng, hoặc ñệm ñồng kết hợp với thuốc như ở hình 2.8d.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 23

12

3

δ

δ

δn

5

δnδ

b n 4

a) b)

c) d)

Hình 2.8. Biện pháp chống kim loại chảy khỏi que hàn

δn = (0,3 - 0,5)δ ; bn = 4δ + 5

1)Chi tiết hàn; 2) Mối hàn; 3) Mối hàn lót; 4) ðệm thép(ñồng)

5) ðệm ñồng + thuốc hàn;

Khi hàn hồ quang tự ñộng hoặc bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ, tốt nhất nên dùng ñệm thuốc ñể ngăn kim loại lỏng chảy khỏi khe hở hàn. Hình 2.9 chỉ ra một số phương pháp ñệm thuốc thông dụng.

th u è c

A

A

A -A

1

2

4 3

a )b )

C h iÒ u q u a y

Hình 2.9. Phương pháp ñệm lớp thuốc hàn

1) ống ñàn hồi; 2) Cơ cấu ép; 3) Thuốc hàn; 4) Vật hàn

Khi hàn các liên kết chữ T và liên kết hàn góc có thể ứng dụng ñệm thuốc hoặc hàn lót phía bên kia (H.2.10). Các biện pháp này áp dụng cho vị trí hàn "lòng thuyền" khi mà kim loại lỏng có khả năng chảy khỏi khe hàn. Biện pháp ñặt vào khe hở hàn một tiếng átbét (amiăng) (H.2.10c) chỉ áp dụng cho hàn kim loại dày, vì sự tiếp xúc trực tiếp của átbét với kim loại lỏng thường sinh ra rỗ khí.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 24

1

2

1

2

Ðp

45

6

3

1 1 1

a) b)

c) d) e)

Hình 2.10 Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở

khi hàn góc ở vị trí lòng thuyền

a) Mối hàn góc trên ñệm thuốc; b) Hàn trên ñệm thuốc ñược ép vào mối nối chữ T

c) Hàn mối hàn góc với miếng átbét; d) Hàn mối hàn góc sau khi ñã hàn lót; e) Hàn một phía trên ñệm ñồng với thuốc.1. Dây hàn; 2. Thuốc hàn;

3. ống ép giữ thuốc; 4. Mối hàn lót; 5. Tấm ñệm ñồng; 6. Miếng átbét

2.2. HÀN HỒ QUANG ðIỆN CỰC NÓNG CHẢY TRONG MÔI TR ƯỜNG KHÍ BẢO VỆ

2.2.1. Thực chất, ñặc ñiểm và phạm vi ứng dụng

a. Thực chất và ñặc ñiểm

Hàn hồ quang bằng ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trong ñó nguồn nhiệt hàn ñược cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa ñiện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn: hồ quang và kim loại nóng chảy ñược bảo vệ khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. Tiếng Anh phương pháp này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding).

Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2; CO2 + O2; CO2 + Ar, ...) có tác dụng chiếm chỗ và ñẩy không khí ra khỏi vùng hàn ñể hạn chế tác dụng xấu của nó.

Khi ñiện cực hàn hay dây hàn ñược cấp tự ñộng vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây, còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn ñược thao tác bằng tay thì gọi là hồ quang bán tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 25

Hình 2.11. Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ.

Hàn hồ quang bằng ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không ñược ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng ñể hàn kim loại mầu và thép hợp kim.

Hàn hồ quang bằng ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2, ...) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 ñược ứng dụng rộng rãi do có rất nhiều ưu ñiểm:

- CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp;

Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay;

- Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau;

- Chất lượng hàn cao. Sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc ñộ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp;

- ðiều kiện lao ñộng tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí ñộc.

b. Phạm vi ứng dụng.

Trong nền công nghiệp hiện ñại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường, mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim ñặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, ñồng, các hợp kim có ái lực hóa học mạnh với ôxi.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 26

Phương pháp hàn này có thể sử dụng ñược ở mọi vị trí trong không gian. Chiều

dày vật hàn từ 0,4 ÷ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép, từ 1,6 ÷

10mm thì hàn một lớp có vát mép, còn từ 3,2 ÷ 25mm thì hàn nhiều lớp.

2.2.2. Vật li ệu và thiết bị hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ.

a. Vật li ệu hàn.

a.1. Dây hàn

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, sự hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm ñảm bảo các tính chất yêu cầu của mối hàn ñược thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do vậy, những ñặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và chất lượng dây hàn. Khi hàn MAG, thường sử dụng dây hàn có ñường kính từ 0,8 ñến 2,4mm.

Sự ổn ñịnh của quá trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Cần chú ý ñến phương pháp bảo quản, cất giữ và biện pháp làm sạch dây hàn nếu dây bị gỉ hoặc bẩn. Một trong những cách ñể giải quyết là sử dụng ñây có lớp mạ ñông. Dây mạ ñồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống gỉ, ñồng thời nâng cao tính ổn ñịnh của quá trình hàn.

Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dây hàn thép cacbon thông dụng như sau:

ER 70 S- X

Ký hiệu ñiện cực hàn

hoặc que hàn phụ

Thành phần

hóa học và khí bảo vệ

ðộ bền kéo nhỏ nhất

( ksi)

S = Dây hàn ñặc

Bảng 2-2 giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 27

Một số loại dây hàn thép cacbon thông dụng Bảng 2-2

ðiều kiện hàn Cơ tính

Ký hiệu theo AWS Cực tính Khí bảo vệ

Giới hạn bền kéo của liên

kết

min (psi)

Giới hạn chảy của kim loại mối hàn min

(psi)

ðộ dãn

dài

% (min)

E70S - 2

E70S - 3 E70S - 4 E70S - 5 E70S - 6 E70S - 7

DCEP

DCEP DCEP DCEP DCEP DCEP

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

72000

72000

72000

72000

72000

72000

60000

60000

60000

60000

60000

60000

22

22

22

22

22

22

Thành phần hóa học (%) AWS

C Mn Si Các nguyên tố khác

E70S - 2

E70S - 3 E70S - 4 E70S - 5 E70S - 6 E70S - 7

0,6

0,06 ÷ 0,15

0,07 ÷ 0,15

0,07 ÷ 0,19

0,07 ÷ 0,15

0,07 ÷ 0,15

0,90 ÷ 1,40

1,40 ÷ 1,85

1,50 ÷ 2,00

0,40 ÷ 0,70

0,45 ÷ 0,70

0,65 ÷ 0,70

0,30 ÷ 0,60

0,80 ÷ 1,15

0,50 ÷0,80

Ti - 0,05 ÷ 0,15; Zi - 0.02

÷ 0,12; Al - 0,05 ÷ 0,15

Al - 0,50 ÷ 0,90

ðối với thép hợp kim thấp thường sử dụng dây hàn có ký hiệu ER - 80S - 02 với khí bảo vệ CO2, OCEP.

a.2. Khí bảo vệ

Khí Ar tinh khiết (~ 100%) thường ñược dùng ñể hàn kim loại mầu. Khí He tinh khiết (~ 100%) thường ñược dùng ñể hàn các liên kết có kích thước lớn với các vật liệu có tính dẫn nhiệt cao A1, Mg, Cu,... Khi dùng khí He tinh khiết bề rộng mối hàn sẽ lớn so

với dùng loại khí khác, vì vậy có thể dùng hỗn hợp Ar + (50 ÷ 80%) He. Do khí He có

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 28

trọng lượng riêng nhỏ hơn khí Ar nên lưu lượng khí He cần dùng cao hơn 2 ñến 3 lần so với khí Ar.

Khi hàn các hợp kim chứa Fe có thể bổ sung thêm O2 hoặc CO2 vào Ar ñể khắc phục các khuyết tật như lõm khuyết, bắn tóe và hình dạng mối hàn không ñồng ñều.

CO2 ñược dùng rộng rãi ñể hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp, do giá thành thấp, mối hàn ổn ñịnh, cơ tính của liên kết hàn ñạt yêu cầu, tốc ñộ hàn cao và ñộ ngấu sâu. Nhược ñiểm của hàn trong khí bảo vệ CO2 là gây bắn tóe kim loại lỏng. Bảng 2-3 giới thiệu ứng dụng một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ

Một số loại khí bảo vệ tương ứng với kim loại cơ bản Bảng 2-3

Khí bảo vệ Kim loại cơ bản

Ar (He)

Ar + 1% O2

Ar + 2% O2

Ar + 5% O2

Ar + 20% CO2

Ar + 15% CO2 + 5% O2

CO2

Kim loại và hợp kim không có sắt

Thép austenit

Thép ferit (hàn ñứng từ trên xuống)

Thép ferit (hàn tấm mỏng, hàn ñứng từ trên xuống)

Thép ferit và austenit (hàn ở mọi vị trí)

Thép ferit và austenit (hàn ở mọi vị trí)

Thép ferit (hàn ở mọi vị trí)

b. Thiết bị hàn

Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ bao gồm nguồn ñiện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự ñộng, mỏ hàn hay súng hàn ñi cùng các ñường ống dẫn khí, dẫn dây hàn và cáp ñiện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo bộ ñồng hồ, lưu lượng kế và van khí.

Nguồn ñiện hàn thông thường là nguồn ñiện một chiều DC. Nguồn ñiện xoay chiều AC không thích hợp do hồ quang bị tắt ở từng nửa chu kỳ và sự chỉnh lưu chu kỳ phân cực nghịch làm cho hồ quang không ổn ñịnh.

ðặc tính ngoài của nguồn ñiện hàn thông thường là ñặc tính cứng (ñiện áp không ñổi). ðiều này ñược dùng với tốc ñộ cấp dây hàn không ñổi, cho phép ñiều chỉnh tự ñộng chiều dài hồ quang.

Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiếp ñiện ñể dẫn dòng ñiện hàn ñến dây hàn, ñường dẫn khí và chụp khí ñể hướng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, bộ phận làm nguội có thể bằng khí hoặc nước tuần hoàn, công tắc ñóng ngắt ñồng bộ dòng ñiện hàn, dây hàn và dòng khí bảo vệ .

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 29

2.2.3. Công nghệ hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ.

2.2.3.1. Chuẩn bị liên kết tr ước khi hàn

Các yêu cầu về hình dáng, kích thước, bề mặt liên kết trong phương pháp hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ tương tự như ở các phương pháp hàn khác. Tuy nhiên, do ñường kính của dây hàn nhỏ hơn so với hàn dưới lớp thuốc bảo vệ nên góc

vát mép sẽ nhỏ hơn (thường khoảng 45 ÷ 600), do dây hàn có khả năng ñưa sâu vào trong

rãnh hàn.

2.2.3.2. Các dạng truyền kim loại lỏng vào vũng hàn

1. Truyền kim loại dạng cầu. Giọt kim loại hình thành chậm trên ñiện cực và lưu lại ở ñây lâu. Nếu kích thước giọt kim loại lỏng ñủ lớn, nó sẽ chuyển vào vùng hàn theo các hướng khác nhau (ñồng trục hoặc lệch trục dây hàn) do trọng lực hoặc do sự ñoản mạch.

Kích thước giọt kim loại lỏng dạng cầu phụ thuộc vào loại khí sử dụng vào vật liệu và kích thước ñiện cực, ñiện áp hồ quang, cường ñộ dòng ñiện và cực tính. Khi ñiện áp hồ quang và kích thước ñiện cực tăng thì ñường kính giọt tăng, còn khi cường ñộ dòng ñiện tăng sẽ làm giảm ñường kính giọt.

Quá trình hàn với sự truyền kim loại dạng cầu ñược ứng dụng chủ yếu cho các liên kết ở vị trí hàn bằng.

2. Truyền kim loại dạng phun. ở dạng này kim loại ñi qua hồ quang ở dạng các giọt rất nhỏ ñược ñịnh hướng ñồng trục. ðường kính giọt kim loại bằng hoặc nhỏ hơn ñường kính ñiện cực.

Hàn hồ quang kiểu phun rất thích hợp ñể hàn các chi tiết tương ñối dày với dòng ñiện cao và hàn ở vị trí hàn ñứng từ trên xuống.

3. Truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt. Kỹ thuật hàn hồ quang ngắn mạch hoặc nhỏ giọt thích hợp khi hàn các tấm mỏng ở các vị trí hàn khác nhau.

Kỹ thuật hàn truyền kim loại dạng nhỏ giọt sử dụng dây hàn ñường kính nhỏ (0,8

÷ 1,6mm), ñiện áp hồ quang thấp (16 ÷ 22V), dòng ñiện thấp (60÷ 180A). Kỹ thuật hàn

này ít gây bắn tóe giọt kim loại lỏng.

2.2.3.3. Chế ñộ hàn

1. Dòng ñiện hàn. Dòng ñiện hàn ñược chọn phụ thuộc vào kích thước ñiện cực (dây hàn) dạng truyền kim loại lỏng và chiều dày của liên kết hàn. Khi dòng ñiện quá thấp sẽ không ñảm bảo ngấu hết chiều dày liên kết, giảm ñộ bền của mối hàn. Khi dòng ñiện quá cao, sẽ làm tăng sự bắn tóe kim loại, gây ra rỗ xốp, biến dạng, mối hàn không ñồng ñều.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 30

Với loại nguồn ñiện có ñặc tính ngoài cứng (ñiện áp không ñổi) dòng ñiện hàn tăng sẽ làm tăng tốc ñộ cấp dây, và ngược lại.

2. ðiện áp hàn. ðây là thông số rất quan trọng trong hàn GMAW, quyết ñịnh dạng truyền kim loại lỏng. ðiện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn, kiểu liên kết, kích cỡ và thành phần ñiện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn v.v… ðể có ñược giá trị ñiện áp hàn hợp lý, có thể phải hàn thử vài lần, bắt ñầu bằng giá trị ñiện áp hồ quang theo tính toán hay tra bảng, sau ñó tăng hoặc giảm theo quan sát ñường hàn ñể chọn giá trị ñiện áp thích hợp.

3. Tốc ñộ hàn. Tốc ñộ hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình ñộ tay nghề của thợ hàn. Tốc ñộ hàn quyết ñịnh chiều sâu ngấu của mối hàn. Nếu tốc ñộ hàn thấp, kích thước vũng hàn sẽ lớn và ngấu sâu. Khi tăng tốc ñộ hàn, tốc ñộ cấp nhiệt của hồ quang sẽ giảm, làm giảm ñộ ngấu và thu hẹp ñường hàn.

4. Phần nhô của ñiện cực hàn. ðó là khoảng cách giữa ñầu ñiện cực và mép pép tiếp ñiện. Khi tăng chiều dài phần nhô, nhiệt nung nóng ñoạn dây hàn này sẽ tăng, dẫn tới làm giảm cường ñộ dòng diện hàn cần thiết ñể nóng chảy ñiện cực theo tốc ñộ cấp dây nhất ñịnh. Khoảng cách này rất quan trọng khi hàn thép không gỉ, sự biến thiên nhỏ cũng có thể làm tăng sự biến thiên dòng ñiện một cách rõ rệt.

Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn, làm giảm ñộ ngấu và lãng phí kim loại hàn. Tính ổn ñịnh của hồ quang cũng bị ảnh hưởng. Nếu chiều dài phần nhô quá nhỏ, sẽ gây ra sự bắn tóe, kim loại lỏng dính vào mỏ hàn, chụp khí, làm cản trở dòng khí bảo vệ, gây ra rỗ xốp trong mối hàn.

2.2.3.4. Kỹ thuật hàn

Khi hàn một phía, cần phải có ñệm lót thích hợp ở dưới ñường hàn. ðôi khi có thể thực hiện ñường hàn chân (hàn lót) bằng kỹ thuật ngắn mạch ñể có ñộ ngấu ñồng ñều, sau ñó các lớp tiếp theo ñược thực hiện bằng kỹ thuật truyền kiểu phun với dòng ñiện cao.

Cũng như với mọi phương pháp hàn hồ quang khác, góc ñộ và vị trí mỏ hàn và ñiện cực với ñường hàn có ảnh hưởng rõ rệt tới ñộ ngấu và hình dạng mối hàn. Góc mỏ

hàn thường nghiêng khoảng 10 ÷ 20o so với chiều thẳng ñứng.

ðộ nghiêng của mỏ hàn hoặc vật hàn quyết ñịnh hình dạng của mối hàn. Kỹ thuật giữ mỏ hàn vuông góc thường dùng chủ yếu trong hàn SAW; không nên dùng trong hàn GMAW, do chụp khí làm hạn chế tầm nhìn của thợ hàn.

Các bảng 2-4, 2-5, 2-6 giới thiệu các thông số và một số chế ñộ hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 31

Chế ñộ hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ CO2

(dòng một chiều, cực nghịch). Bảng 2-4

ðường kính dây hàn (mm) Thông số hàn 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,5

Dòng hàn (A)

30-100 50-150 60-180 90-140 100-500 120-550 200-600 250-700

ðiện áp hồ quang (V)

18-20 18-22 18-24 18-42 18-45 19-46 23-40 24-42

Tầm với ñiện cực

(mm) 6-10 8-12 8-14 10-40 10-45 15-50 15-60 17-75

Chế ñộ hàn tự ñộng liên kết hàn giáp mối trong môi tr ường khí bảo vệ CO2

Bảng 2-5

Chiều

dày tấm (mm)

Số lớp hàn

(mm)

Khe hở hàn (mm)

ðường kính dây hàn (mm)

Ih(A) Uh)

(V)

Vh (m/h)

Tiêu hao khí

(l/ph)

0,6-1,0

1,2-2,0

3-5

6-8

8-12

1

1-2

1-2

1-2

2-3

0,5-0,8

0,8-1,0

1,6-2,2

1,8-2,2

1,8-2,2

0,5-0,8

0,8-1,0

1,4-2,0

2,0

2,5

50-60

70-120

280-320

280-380

280-450

18-20

18-21

22-39

28-35

27-35

20-30

18-25

20-25

18-24

16-30

6-7

10-12

14-16

16-18

18-20

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 32

Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng liên kết hàn góc

trong môi trường khí bảo CO2 Bảng 2-6

Chiều dày tấm (mm)

ðường kính dây hàn

(mm)

Cạnh mối hàn

góc (mm)

Số lớp hàn

(mm)

Dòng ñiện hàn

IA(A)

ðiện áp hàn Uh

(V)

Tốc ñộ hàn

(m/h)

Tầm với ñiện cực

Tiêu hao khí (l/ph)

1-1,3

1-1,3

1,5-2,0

1,5-3,0

1,5-4,0

3,0-4,0

5,0-6,0

5,0-5,0

Không nhỏ hơn cạnh

mối hàn

0,5

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

1,0-1,2

1,2-2,0

1,2-3,0

1,5-3,0

2,0-4,0

5,0-6,0

5,0-6,0

7,0-9,0

5,0-6,0

9,0-11,0

11,0-13,0

13,0-15,0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3

4

50-60

60-70

60-120

75-150

90-180

150-250

230-360

250-380

320-380

320-380

320-380

320-380

18-20

18-20

18-20

18-20

20-20

21-28

26-35

27-36

30-25

30-28

30-28

30-28

18-20

18-20

16-20

16-20

14-20

20-28

26-35

28-36

20-25

24-28

24-28

4-28

8-10

8-10

8-12

8-12

10-15

16-22

16-25

20-30

20-30

20-30

20-35

20-30

5-6

5-6

6-8

8-10

8-10

12-14

16-18

16-18

18-20

18-20

18-20

18-20

2.3 HÀN HỒ QUANG ðIỆN CỰC KHÔNG NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TR Ơ BẢO VỆ.

2.3.1. Thực chất, ñặc ñiểm và phạm vi ứng dụng

Hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (GTAW) là quá trình hàn nóng chảy, trong ñó nguồn nhiệt ñiện cung cấp bởi hồ quang ñược tạo thành giữa ñiện cực không nóng chảy và vũng hàn (H.2.12). Vùng hồ quang ñược bảo vệ bằng môi trường khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) ñể ngăn cản những tác ñộng có hại của oxi và nitơ trong không khí. ðiện cực không nóng chảy thường dùng là volfram, nên phương pháp hàn này tiếng Anh gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas).

Vùng hồ quang ñược chỉ ra trên hình 2.12. Hồ quang trong hàn TIG có nhiệt ñộ rất cao có thể ñạt tới hơn 61000C. Kim loại mối hàn có thể tạo thành chỉ từ kim loại cơ bản

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 33

khi hàn những chi tiết mỏng với liên kết gấp mép, hoặc ñược bổ sung từ que hàn phụ. Toàn bộ vũng hàn ñược bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí.

Phương pháp này có một số ưu ñiểm ñáng chú ý:

- Tạo mối hàn có chất lượng cao ñối với hầu hết kim loại và hợp kim.

- Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn

Hình 2.12. Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy

trong môi trường khí trơ (GTAW / TIG).

- Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát ñược trong khi hàn.

- Không có kim loại bắn tóe.

- Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian.

- Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc ñộ hàn, giảm biến dạng của liên kết hàn. Phương pháp hàn TIG ñược áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, ñặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng...

- Phương pháp hàn này thông thường ñược thao tác bằng tay và có thể tự ñộng hóa hai khâu di chuyển hồ quang cũng như cấp dây hàn phụ.

2.3.2. Vật li ệu và thiết bị hàn TIG

2.3.2.1. Vật li ệu

Vật liệu sử dụng trong phương pháp hàn TIG bao gồm khí bảo vệ, ñiện cực volfram, và que hàn phụ.

1. Khí bảo vệ - khí trơ

Ar là khí ñược ñiều chế từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế ñến ñộ tinh khiết 99,99%. Khí này ñược cung cấp trong các bình dưới áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt ñộ dưới -1840C trong các thùng chứa lớn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 34

He có trọng lượng riêng bằng khoảng 1/10 so với Ar ñược lấy từ khí tự nhiên, thường ñược chứa trong các bình dưới áp suất cao.

Sau khi ra khỏi chụp khí ở mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vùng hàn. Do nhẹ hơn, He có xu hướng dân lên tạo thành cuộn xoáy xung quanh hồ quang. ðể bảo vệ hiệu quả, lưu lượng He phải gấp 2-3 lần so với Ar.

ðặc tính quan trọng khác của He là ñòi hỏi ñiện áp hồ quang cao hơn với cùng chiều dài hồ quang và dòng ñiện so với Ar. Hồ quang He nóng hơn so với Ar ; He thường dùng ñể hàn các vật liệu có chiều dày lớn, có ñộ dẫn nhiệt cao (như Cu) hoặc nhiệt ñộ nóng chảy cao.

ðiểm khác biệt nữa là Ar cho tính ổn ñịnh hồ quang như nhau ñối với dòng ñiện xoay chiều (AC) và một chiều (DC), và có tác dụng làm sạch tốt với dòng AC. Trong lúc ñó He tạo hồ quang ổn ñịnh với dòng ñiện DC, nhưng tính ổn ñịnh hồ quang và tác dụng làm sạch với dòng AC tương ñối thấp. Do ñó khi cần hàn Al, Mg bằng dòng AC thì nên dùng Ar.

Các hỗn hợp Ar và He với hàm lượng He ñến 75% ñược sử dụng khi cần sự cân bằng giữa các ñặc tính của hai loại khí này.

Có thể bổ sung H2 và Ar khi hàn các hợp kim Ni, Ni - Cu, thép không gỉ.

2. ðiện cực wolfram

Wolfram ñược dùng làm ñiện cực do có tính chịu nhiệt cao (nhiệt ñộ nóng chảy là 34100C), phát xạ ñiện tử tương ñối tốt, làm ion hóa hồ quang và duy trì tính ổn ñịnh hồ quang. Wolfram có tính chống oxi hóa hồ quang. Bảng 2-7 giới thiệu thành phần hóa học của một số loại ñiện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12- 80.

Thành phần hóa học của một số loại ñiện cực Wolfram Bảng 2-7

Tiêu chuẩn

AWS

W (min)

%

Th

(%)

Zz

(%)

Tổng tạp chất (max)%

EWP

EWTh - 1

EWTh -2

EWTh 3

EWZr

99,5

98,5

97,5

98,95

99,2

-

0,8-1,2

1,7-2,2

0,35-0,55

-

-

-

-

-

0,15 - 0,40

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

Các ñiện cực wolfram có ñường kính 0,25 ÷ 6,4 (6,35) mm với chiều dài 76 ÷ 610

mm. Các ñiện cực wolfram có thêm thori (Th) có tính phát xạ ñiện tử, dẫn ñiện và chống nhiễm bẩn tốt, mồi hồ quang tốt hơn và hồ quang ổn ñịnh hơn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 35

Các ñiện cực wolfram có thêm zircon (Zr) có các tính chất trung gian giữa ñiện cực W và ñiện cực W - Th.

Bảng 2-8 chỉ ra một số ñặc ñiểm nhận diện của loại ñiện cực theo tiêu chuẩn AWS.

Màu nhận diện một số loại ñiện cực thông dụng Bảng 2-8

Ký hi ệu Thành phần Màu nhận diện

EWP

EWCe-2

EWLa - 1

EWTh - 1

EWTh - 2

EWZa - 1

EWG

Wolfram tinh khiết

97,3%W, 2% oxit ceri

98,3%W, 1 % oxit latnan

98,3%W, 1 % oxi thôri

97,3%W, 2 % oxi thôri

99,1%W, 0,25% oxit zircon

94,5%W

Xanh lá cây

Da cam

ðen

Vàng

ðỏ

Nâu

Xám

Một số yêu cầu khi sử dụng ñiện cực wolfram:

- Cần chọn dòng ñiện thích hợp với kích cỡ ñiện cực ñược sử dụng. Dòng ñiện quá cao sẽ làm hỏng ñầu ñiện cực, dòng ñiện quá thấp sẽ gây ra sự ăn mòn, nhiệt ñộ thấp và hồ quang không ổn ñịnh.

- ðầu ñiện cực phải ñược mài hợp lý theo các hướng dẫn kèm theo ñiện cực.

- ðiện cực phải sử dụng và bảo quản cẩn thận tránh nhiễm bẩn.

- Dòng khí bảo vệ phải ñược duy trì không chỉ trước và trong khi hàn mà cả sau khi ngắt hồ quang cho ñến khi ñiện cực nguội.

- Phần nhô ñiện cực ở phía ngoài mỏ hàn (chụp khí) phải ñược giữ ở mức ngắn nhất, tùy theo ứng dụng và thiết bị, ñể bảo ñảm ñược bảo vệ tốt bằng dòng khí trơ.

- Cần tránh sự nhiễm bẩn ñiện cực, sự tiếp xúc giữa ñiện cực nóng với kim loại mối hàn.

- Thiết bị, ñặc biệt là chụp khí, phải ñược bảo vệ và làm sạch. ðầu chụp khí bị bẩn sẽ ảnh hưởng tới khí bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn, do ñó làm giảm chất lượng mối hàn.

3. Que hàn phụ.

Que hàn phụ có các kích thước tiêu chuẩn ISO/R564 như sau: chiều dài từ 500mm

÷100mm với ñường kính 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2mm. Các loại que hàn phụ gồm có: ðồng

và hợp kim ñồng, thép không gỉ Cr cao và Cr - Ni; nhôm và hợp kim nhôm; thép cácbon thấp, thép hợp kim thấp v.v..

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 36

2.3.2.2. Thiết bị dùng cho hàn TIG

Thiết bị dùng cho hàn TIC có các bộ phận chính sau :

- Nguồn ñiện hàn, bao gồm cả hệ thống ñiều khiển khí bảo vệ, nước làm mát, dòng ñiện và ñiện áp hàn.

- Mỏ hàn.

- Chai chứa khí trơ và van ñiều khiển lưu lượng khí.

Mỏ hàn TIG. Chức năng của mỏ hàn TIG là dẫn dòng ñiện và khí trơ vào vùng hàn. ðiện cực wolfram dẫn ñiện ñược giữ chắc chắn trong mỏ hàn bằng ñai giữ với các vít lắp bên trong thân mỏ hàn (Hình 2.13). Các ñai này có kích thước phù hợp với ñường kính ñiện cực.

Khí ñược cung cấp vào vùng hàn qua chụp khí. Chụp khí có ren ñược lắp vào ñầu mỏ hàn, ñể hướng và phân phối dòng khí bảo vệ.

Mỏ hàn có các kích thước và hình dáng khác nhau phù hợp với từng công việc hàn cụ thể.

Mỏ hàn TIG ñược phân làm 2 loại theo cơ cấu làm mát:

- Mỏ hàn làm mát bằng khí - tương ứng với cường ñộ dòng ñiện hàn nhỏ hơn 120A.

- Mỏ hàn làm mát bằng nước - tương ứng với cường ñộ dòng ñiện lớn hơn 120A.

Hình 2.13. Cấu tạo mỏ hàn TIG

Nguồn ñiện hàn. Nguồn ñiện hàn cung cấp dòng hàn một chiều hoặc xoay chiều, hoặc cả hai. Tùy ứng dụng, nó có thể là biến áp, chỉnh lưu, máy phát ñiện hàn. Nguồn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 37

ñiện hàn cần có ñường ñặc tính ngoài dốc (giống như cho hàn hồ quang tay). ðể tăng tốc ñộ ổn ñịnh hồ quang, ñiện áp không tải khoảng 70 - 80V. Bộ phận ñiều khiển thường ñược bố trí chung với nguồn ñiện hàn và bao gồm bộ contactơ ñóng ngắt dòng hàn, bộ gây hồ quang tần số cao, bộ ñiều khiển tuần hoàn nước làm mát (nếu có) với hệ thống cánh tản nhiệt và quạt làm mát, bộ khống chế thành phần dòng một chiều (với máy hàn xoay chiều / một chiều).

1. Nguồn ñiện hàn xoay chiều thích hợp cho hàn nhôm, manhê và hợp kim của chúng. Khi hàn, nửa chu kỳ dương (của ñiện cực) có tác dụng bắn phá lớp màng ôxit trên bề mặt và làm sạch bề mặt ñó. Nửa chu kỳ âm nung kim loại cơ bản. Hiện nay có hai loại nguồn xoay chiều chính dùng cho hàn bằng ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ.

Loại nguồn xoay chiều thứ nhất có dòng hàn dạng sóng hình sin, ñiều khiển dòng hàn bằng cảm kháng bão hòa (cổ ñiển). Nó có ưu ñiểm là hồ quang cháy êm. Nhược ñiểm là phải thường xuyên gián ñoạn công việc hàn khi cần thay ñổi cường ñộ dòng hàn do có nhu cầu giảm dòng hàn xuống tối thiểu khi hàn ñể vũng hàn kết tinh chậm (không có ñiều khiển từ xa). Với hàn nhôm, do có hiện tượng tự chỉnh lưu của hồ quang ñặc biệt khi hàn dòng nhỏ nên cần dùng kèm bộ cản thành phần dòng một chiều (mắc nối tiếp bộ ắc quy có ñiện dung lớn, bộ tụ ñiện có ñiện dung lớn) nhưng lại có thể gây lẫn W nào mối hàn. Vì khi ñiện cực ở cực dương ñể khử màng ôxit nhôm, thì nó có thể bị nung nóng quá mức nếu bộ cảm kháng bão hòa không ñược thiết kế thích hợp ñể hạn chế biên ñộ tối ña dòng hàn xoay chiều, làm nó bị xói mòn thành các vụn nhỏ dịch chuyển vào vũng hàn). Phải sử dụng bộ cao tần (công suất nhỏ 250 - 300W, ñiện áp 2 - 3kV, tần số cao 250 - 1000 kHz bảo ñảm dòng ñiện này chỉ có tác dụng trên bề mặt, an toàn với thợ hàn) ñể gây hồ quang không tiếp xúc (khoảng 3mm) và tạo ổn ñịnh hồ quang trong suốt quá trình hàn.

Loại nguồn xoay chiều thứ hai có dòng hàn dạng sóng vuông cho phép giảm biên ñộ tối ña của dòng hàn so với dạng sóng hình sin (khoảng 30%) có cùng công suất nhiệt. Do ñó ít có khả năng làm lẫn W vào mối hàn. Một số máy hàn còn cho phép ñiều chỉnh ñược thời gian tác ñộng của từng bán chu kỳ của dạng sóng vuông, do ñó có thể làm sạch oxit nhôm hoặc ñạt tới chiều sâu chảy như mong muốn. Một lợi thế nữa là nó có thể duy trì ñược hồ quang mà không cần tiếp tục sử dụng bộ ổn ñịnh hồ quang tần số cao (chỉ cần ñể gây hồ quang) vì tần số ñổi chiều của dòng ñiện hàn là cao hơn nhiều so với dòng hàn dạng sóng hình sin.

2. Nguồn ñiện hàn một chiều không gây ra vấn ñề lẫn W vào mối hàn hay hiện tượng tự nắn dòng (như khi hàn nhôm bằng nguồn hàn xoay chiều). Tuy nhiên, ñiều quan trọng cần lưu ý khi sử dụng nó là việc gây hồ quang và khả năng cho dòng hàn sẽ tối thiểu. Hầu hết máy một chiều ñều sử dụng phương pháp nối thuận (nên 2/3 lượng nhiệt

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 38

của hồ quang ñi vào vật hàn). ðiện cực W tinh khiết như trong trường hợp máy xoay chiều ít ñược dùng ñể hàn một chiều cực thuận vì khó gây hồ quang. Thay vào ñó là ñiện cực W + 1,5 ñến 2% ThO2 hoặc ZrO2 hoặc oxit ñất hiếm LaO, v.v.. Nếu dùng dòng một chiều nối nghịch thì dòng ñiện tử sẽ bắn phá mạnh ñiện cực (2/3 lượng nhiệt của hồ quang ñi vào ñiện cực) và có khả năng làm nóng chảy ñầu ñiện cực. Vì vậy ñường kính ñiện cực phải lớn hơn so với hàn trường hợp bằng dòng một chiều nối thuận (6,4 mm so với 1,6 mm khi I = 125A). Dòng một chiều nối nghịch cho mối hàn nông và rộng hơn so với thuận. Công dụng chủ yếu của dòng một chiều nối nghịch là dùng ñể làm tròn ñầu ñiện cực cho hàn bằng máy xoay chiều (thực hiện bên trên bề mặt tấm ñồng ñể tránh nhiễm W vào vật hàn). Việc gây hồ quang cũng dùng cùng bộ cao tần như với máy xoay chiều (sau khi ñã gây ñược hồ quang, nó tự cắt chế ñộ tần số cao vì không cần nữa).

Các nguồn ñiện TIG thông dụng ở Việt Nam là máy hàn TG 160 của hãng WIM (Maysia), máy hàn Kepmi 2500 của hãng Kempi (Phần Lan).

2.3.3. Công nghệ hàn TIG

2.3.3.1. Chuẩn bị trước khi hàn.

Công việc chuẩn bị trước khi bao gồm:

- Xác ñịnh dạng liên kết;

- Lót ñáy mối hàn (nếu có);

- Kiểm tra thiết bị;

- Chuẩn bị khí bảo vệ, que hàn phụ...

1. Dạng liên kết

Các dạng liên kết cơ bản trong hàn TIG là liên kết giáp mối, liên kết chồng, liên kết góc, liên kết cùng mép và liên kết chữ T (H.2.14).

Các chi tiết hàn cần phải ñược làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học hoặc hóa chất. Làm sạch về mỗi bên mối hàn từ 30 ñến 50 mm. Sau khi vát mép (nếu có) và gá lắp có thể thực hiện các mối hàn ñính. Kích thước và số lượng mối hàn ñính phụ thuộc vào chiều dày và các kích thước khác của chi tiết hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 39

Hình 2.14. Các dạng liên kết hàn

Liên kết hàn ðặc ñiểm

1.Liên kết hàn giáp mối

a) Không vát mép

b) Vát mép chữ V

c) Gấp mép

d) Vát mép chữ X

- Liên kết hàn giáp mối không vát mép (A) là dạng liên kết thông dụng và dễ chuẩn bị nhất. Chủ yếu ñối với chiều dày

tấm δ < 6mm

Có thể sử dụng hoặc không sử dụng kim loại bổ sung từ que hàn phụ.

- Liên kết giáp mối chữ V (B) ñược sử dụng khi chiều dày chi tiết hàn =

6 ÷12mm với ñiều kiện ngấu hết chiều

dày. Góc vát α = 600 ÷ 700.

- Liên kết hàn giáp mối kiểu gấp mép â ñược sử dụng khi hàn các tấm rất

mỏng δ = 1,6 ÷ 2mm mà không cần kim

loại bổ sung từ que hàn phụ.

- Liên kết hàn giáp mối kiểu chữ X

(D) dùng khi hàn các tấm có chiều dày δ

> 12mm. Góc vát α = 600 - 700.

2 - Liên kết hàn chồng

- Loại liên kết này loại bỏ hoàn toàn nhu cầu chuẩn bị mép hàn. Tuy nhiên cần chú ý ñể các tấm tiếp xúc với nhau trên toàn bộ chiều dài phần chồng.

- Thường sử dụng khi hàn các tấm

có chiều dày δ <6mm.

- Có thể hàn với que hàn phụ hoặc không có que hàn phụ.

3. Liên kết hàn góc Liên kết hàn góc thường ñược sử dụng trong chế tạo các kết cấu dạng hộp, thùng chứa.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 40

a)

b)

c)

c

α

- Loại (A) dùng cho chiều dày tấm nhỏ hơn 3 mm và không cần dùng que hàn phụ.

- Loại (B) dùng các tấm dày hơn 3mm và sử dụng que hàn phụ.

- Loại (C) dùng cho tấm dày và

thường có góc vát mép α = ~ 500 và chiều

cao phần không vát là c = 1 ÷3mm.

4. Liên kết hàn chữ T

- Loại liên kết hàn chữ T cần phải sử dụng que hàn phụ.

- Số lớp hàn phụ thuộc vào chiều dày tấm và kích thước cần có của mối hàn.

5. Liên kết hàn cùng mép

- Loại liên kết này chỉ dùng khi hàn các tấm mỏng và không sử dụng que hàn phụ.

- Không thích hợp với mối hàn chịu kéo hay chịu uốn.

- Các mép hàn phải tiếp xúc ñều dọc theo ñường hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 41

2. Lót ñáy mối hàn (H.2.15)

Tấm lót ñáy có tác dụng bảo vệ mặt sau của mối hàn tấm mỏng tránh khỏi những ảnh hưởng có hại của không khí và ngăn kim loại lỏng chảy sụt khỏi mối hàn (có tác dụng ñỡ vũng hàn).

- Có thể lót ñáy bằng tấm kim loại, sử dụng ñệm thuốc hàn hoặc ñưa khí trơ vào bề mặt dưới của mối hàn, hoặc phối hợp cả hai phương pháp trên.

tÊm lãt ®¸y

tÊm lãt ®¸y Thuèc hµn (khÝ tr¬)

Hình 2.15. Dạng lót ñáy mối hàn

3. Kiểm tra thiết bị trước khi hàn

- Kiểm tra ñộ kín của hệ thống cung cấp, và tình trạng hoạt ñộng của van khí.

- Kiểm tra cường ñộ dòng ñiện hàn và lưu lượng khí bảo vệ ñã ñặt.

- Chọn kích cỡ chụp khí, ñường kính và góc vát ñầu ñiện cực hàn thích hợp.

- Kiểm tra lưu lượng nước làm mát mỏ hàn (nếu có).

- Kiểm tra việc ñấu ñiện như: chất lượng tiếp xúc ñiện và cực tính.

2.3.3.2. Chế ñộ hàn TIG

Chế ñộ hàn TIG gồm bộ thông số công nghệ sau:

- Cường ñộ dòng ñiện hàn.

- Thời gian tăng cường ñộ dòng ñiện hàn lên giá trị ñã chọn.

- Thời gian giảm cường ñộ dòng ñiện hàn ñến khi tắt hồ quang với mục ñích tránh lõm cuối ñường hàn.

- Tốc ñộ hàn.

- ðường kính ñiện cực W, que hàn (dây hàn) phụ.

- Lưu lượng khí bảo vệ và kích cỡ chụp khí.

- Thời gian mở và ñóng khí bảo vệ trước khi gây hồ quang và tắt hồ quang.

Hàn TIG bằng xung ñiện

ðây là phương pháp hàn TIG cải tiến, sử dụng dòng ñiện hàn một chiều (DC) có chu trình gián ñoạn ở dạng xung (H2.17). Giá trị của cường ñộ dòng ñiện hàn lần lượt thay ñổi giữa hai mức cao và thấp với khoảng thời gian nhất ñịnh lặp ñi lặp lại trong suốt

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 42

Dßng ®iÖn hµn

Ih

O A

B C

D E

thêi gian më khÝ b¶o vÖ truíc khi g©y hå quang

Thêi gian t¨ng dßng hµn lªn gi¸ trÞ lµm viÖc

Thêi gian æn ®Þnh cuêng ®é dßng hµn

Thêi gian gi¶m cuêng ®é dßng hµn

thêi gian duy tr× khÝ b¶o vÖ sau khi t¾t hå quang

I

O

thêi gian më khÝ b¶o vÖ truíc khi g©y hå quang

Thêi gian ®¹tcuêng ®é dßng ch©n

Thêi gian ®¹tcuêng ®é dßng ®Ønh

thêi gian duy tr× khÝ b¶o vÖ sau khi t¾t hå quang

Møc dßng thÊp nhÊt

Møc dßng ®iÖn ®Ønh Møc dßng ®iÖn ch©n

quá trình hàn. Chu kỳ và biên ñộ của hai mức dòng ñiện này có thể thay ñổi một cách ñộc lập ñể phù hợp với từng chu trình hàn cụ thể. Sự nóng chảy xảy ra khi cường ñộ dòng ñiện ở mức cao (ñỉnh), vũng hàn kết tinh cường ñộ dòng ñiện ở mức thấp (chân). ðiều này tạo ra sự nóng chảy gián ñoạn dọc theo ñường hàn và dãy các ñiểm nóng chảy xếp chồng lên nhau.

Hình 2.16. Chu trình cơ bản của hàn TIG

Quy trình hàn thích hợp khi tự ñộng hóa quá trình hàn TIG ở mọi vị trí cho các mối ghép theo chu vi thực hiện trên các ống thành mỏng. Nó có một số ñặc ñiểm nổi bật là:

- Không ñòi hỏi chặt chẽ về dung sai gá lắp như khi hàn không có xung.

- Cho phép hàn các tấm mỏng dưới 1 mm.

Hình 2.17. Chu trình hàn TIC bằng dòng ñiện hàn xung.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 43

- Giảm biến dạng do khống chế ñược công suất nhiệt (giảm sự tích lũy nhiệt).

- Dễ hàn ở mọi tư thế.

- Không ñòi hỏi trình ñộ tay nghề của thợ hàn thật cao.

- Chất lượng mối hàn ñược cải thiện ñáng kể.

- Thích hợp cho cơ khí hóa, tự ñộng hóa quá trình hàn.

- Thích hợp khi hàn các chi tiết quan trọng như ñường hàn lót mối hàn ống nhiều lớp, hàn các chi tiết chiều dày không ñồng nhất, hàn các kim loại khác nhau.

- Lực ñiện từ mạnh của các xung ñiện cho phép hạn chế rỗ xốp trong các mối hàn và tăng chiều sâu ngấu.

Hàn thép không gỉ

Phương pháp hàn TIG rất thích hợp cho hàn các loại thép không gỉ. Do ñược bảo vệ tốt, tránh ñược các tác nhân có hại của môi trường không khí nên mối hàn không chứa các tạp chất phi kim loại.

Hàn nhôm

Khi hàn nhôm phải sử dụng dòng ñiện xoay chiều (AC) do nó có thể kết hợp tốt khả năng dẫn ñiện, tính ñiều khiển hồ quang và tác dụng làm sạch của hồ quang. Nguồn

ñiện hàn thường là biến áp hàn một pha với ñiện áp không tải 80 ÷ 100V.

Các loại ñiện cực thích hợp là loại W và W - Zr. ðầu ñiện cực phải có hình bán cầu.

2.3.3.3. Kỹ thuật hàn TIG

Kỹ thuật hàn bao gồm việc gây và kết thúc hồ quang, thao tác mỏ hàn và dây hàn phụ ở các tư thế hàn khác nhau.

1. Gây hồ quang

Có hai cách gây hồ quang: bằng cao tần (không tiếp xúc) và tiếp xúc (TIG quẹt).

a. Gây hồ quang không tiếp xúc

- Bật dòng ñiện hàn; giữ mỏ hàn ở tư thế nằm ngang cách bề mặt vật hàn khoảng 50mm.

- Quay nhanh ñầu ñiện cực trên mỏ hàn về phía vật hàn cho tới khoảng cách chừng 3mm, tạo thành góc khoảng 750, hồ quang sẽ tự hình thành do hoạt ñộng của bộ gây hồ quang tần số và ñiện áp cao có sẵn trong thiết bị.

b. Gây hồ quang tiếp xúc

Khi hàn bằng dòng một chiều, ñặc biệt khi hàn trong khu vực ma tần số cao dễ gây nhiễu cho các thiết bị ñiện tử nhạy cảm thì có thể gây hồ quang bằng cách cho tiếp xúc

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 44

trực tiếp nhanh với bề mặt hàn hoặc tấm mồi hồ quang (không ñược làm bằng graphit). Bộ phận ñiều khiển tự ñộng trong thiết bị hàn sẽ tăng dần dòng ñiện từ lúc bắt ñầu có hồ quang lên giá trị dòng ñiện hàn ñã chọn.

2. Kết thúc hồ quang

Chuyển nhanh ñiện cực về tư thế nằm ngang

Chú ý. Thiết bị hàn cũng có thể ñược trang bị bộ phận ñiều khiển (bằng tay hoặc chân) ñể gây hồ quang, ñể thay ñổi cường ñộ dòng ñiện hàn và kết thúc hồ quang mà không cần thông qua chuyển ñộng của mỏ hàn. Trong hàn TIG hồ quang bị thổi lệch có thể là do:

- Từ trường,

- ðầu ñiện cực bị nhiễm cacbon,

- Mật ñộ dòng ñiện hàn thấp,

- Luồng không khí bên ngoài thổi.

ðể khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang, ta có thể dùng các kỹ thuật như khi hàn hồ quang tay hoặc che chắn gió lùa (nếu có), v.v..

3. Hàn mối hàn giáp mối

- Sau khi gây hồ quang, giữ mỏ hàn ở góc 750 so với bề mặt vật hàn.

- Nung ñiểm bắt ñầu hàn bằng cách cho mỏ hàn xoay tròn cho ñến khi thấy xuất hiện vũng hàn. ðầu của ñiện cực cần ñược giữ ở khoảng cách 3mm so với bề mặt vật hàn.

- Khi quan sát thấy vũng hàn sáng và lỏng, thì dịch chuyển chậm và ñều mỏ hàn với tốc ñộ ñủ tạo mối hàn có chiều rộng cần thiết. Trường hợp không sử dụng dây hàn phụ thì không cần dao ñộng ngang mỏ hàn khi dịch chuyển theo chiều dài mối hàn.

- Khi sử dụng dây hàn phụ, dây hàn ñược giữ ở góc 150 so với bề mặt vật hàn, tạo với trục mỏ hàn một góc gần 900 và cách ñiểm bắt ñầu hàn khoảng 25mm. Trước hết nung ñiểm khởi ñầu ñể tạo vũng hàn giống như khi hàn không có dây hàn phụ. Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch chuyển hồ quang về mép sau vũng hàn và bổ sung kim loại dây hàn bằng cách chạm nhanh ñầu dây hàn vào mép trước vũng hàn. Rút que hàn phụ lại và ñưa hồ quang quay trở về mép trước của vũng hàn. Khi vũng hàn trở lại sáng và lỏng, ta lại lặp lại các bước nêu trên trên toàn bộ chiều dài mối hàn. Tốc ñộ hàn và lượng dây hàn ñược bổ sung phụ thuộc vào chiều rộng và chiều cao cần thiết của mối hàn.

ðể thực hiện mối hàn trên bề mặt thẳng ñứng, mỏ hàn ñược giữ gần như vuông góc với bề mặt vật hàn. Hàn thường ñược tiến hành từ dưới lên trên. Khi sử dụng dây hàn phụ, thường nó ñược ñưa vào giống như mô tả ở trên.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 45

4. Hàn mối hàn góc trong liên kết chồng.

- Bắt ñầu bằng việc tạo vũng hàn trên tấm dưới.

- Khi vũng hàn sáng và lỏng, rút ngắn hồ quang xuống còn khoảng 1,6mm.

- Dao ñộng mỏ hàn trên vũng hàn cho ñến khi các tấm liên kết chắc với nhau.

- Một khi ñã hình thành mối hàn, ngừng dao ñộng.

- Di chuyển mỏ hàn dọc ñường hàn, với ñầu ñiện cực ở ngay phía trên mép tấm trên.

5. Hàn mối hàn trong liên kết góc và liên kết cùng mép

ðây là loại mối hàn dễ hàn nhất bằng ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ.

- Tạo vũng hàn tại ñiểm bắt ñầu.

- Di chuyển thẳng mỏ hàn dọc theo ñường hàn.

- Không cần dây hàn phụ.

6. Hàn mối hàn nhiều lớp

- Thường thực hiện với chiều dày vật hàn trên 3mm.

- Lớp hàn ñầu cần hàn ngấu hoàn toàn chân mối hàn.

- Các lớp sau có thể hàn bằng dòng ñiện hàn lớn hơn.

7. Kỹ thuật hàn ống

Các ưu ñiểm là: mối hàn mịn, ngấu hết, ít có khuyết tật phía chân mối hàn, khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với áp dụng các phương pháp hàn khác.

Ví dụ trong các liên kết ñường ống quan trọng, chất lượng bề mặt phía trong mối hàn rất ñược coi trọng. ðể ñạt ñược ñiều này, cần bảo vệ mối hàn từ phía trong ống thông qua việc ñưa vào duy trì khí trơ (có áp lực cao hơn 1 at một chút) ở phần trong ống, tức là phía mặt trái mối hàn.

ở ñiều kiện hiện trường khi có các ñường ống lớn, có thể dùng các túi chất dẻo ñặt bên trong ống rồi bơm phồng lên ñể bịt kín ống ở hai phía mối hàn (có ñể ñường dẫn khí bảo vệ vào vùng cần ñược bảo vệ).

Trong cả hai trường hợp, cần hạn chế Ar thoát ra bằng cách dùng băng mềm che phần khe giữa hai ống, và chỉ ñể dần từng phần ở phía trước mối hàn ñang hàn.

Xét trường hợp tiêu biểu là tư thế hàn bằng mối hàn giáp mối chữ V có góc vát 37,50 mỗi bên, mặt ñáy 1,6mm, khe hở từ 1,6 ñến 2,4 mm.

Khi hàn, khoảng cách phần nhô ra của ñiện cực (ñã ñược vát nhọn thích hợp) từ miệng chụp khí bảo vệ với ñầu ñiện cực nằm gần như ngang hoặc dưới bề mặt chi tiết

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 46

hàn một chút.. Hàn bắt ñầu từ vị trí thấp nhất lên phía trên cùng. Sau ñó lặp lại với phía ñối diện cũng từ dưới lên ñỉnh.

Sau khi ñã thiết lập ñược vũng hàn và bắt ñầu hàn, cần dao ñộng mỏ hàn (khi hàn thép thường)

Nếu thấy vũng hàn có xu hướng sụt, cần ñiều chỉnh tốc ñộ dịch chuyển và dao ñộng của mỏ hàn. Cũng có thể ñiều chỉnh bằng cách cho thêm kim loại phụ (dây hàn phụ) vào vũng hàn ñể làm nguội bớt vũng hàn. Trong một số trường hợp, ñể tránh ñầu mỏ hàn mắc kẹt vào rãnh hàn, cần sử dụng chụp khí có vát tròn ñầu .

Hàn ống nhiều lớp:

a. Hàn lớp ñáy (lớp 1)

Khống chế chiều sâu chảy là yếu tố quyết ñịnh thành công trong hàn lớp ñáy. Chỉ có thể ñạt ñược ñiều ñó qua thực hành ñể tích lũy kinh nghiệm và tạo thói quen.

- Hàn ñính và ñặt liên kết vào vị trí cần hàn.

- Gây hồ quang tại một bên mép và ñưa hồ quang xuống ñáy liên kết.

- Khi vũng hàn nối hai bên ñáy thì ñưa dây hàn phụ vào.

Cách nhận biết mối hàn ñáy ñã ngấu hoàn toàn hay chưa: Sau khi vũng hàn nối hai bên của liên kết, hồ quang ñược giữ một lát phía trên vũng hàn. Sau ñó vũng hàn sẽ dẹt ra và có dạng cái nêm (phía trước thẳng, với các góc tròn phía sau). ðó là lúc mối hàn ñáy ñã ngấu hoàn toàn.

b. Hàn các lớp ñiền ñầy (lớp 2 ñến n - 1):

- Dao ñộng ngang mỏ hàn khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp các ống ngang ở tư thế cố ñịnh (5G) hoặc xay (1G) sẽ tốn ít thời gian hàn.

- Không dao ñộng ngang mỏ hàn khi hàn thép hợp kim cao (ñể tránh tạo cacbit Cr) ở mọi tư thế và khi hàn ống ñứng cố ñịnh (2G) thép cacbon và thép hợp kim thấp.

c. Hàn lớp hoàn thiện (lớp thứ n trên cùng):

- Lớp hàn cần rộng hơn liên kết 3mm và ñều về hai bên.

- Phần nhô của mối hàn cần cao hơn bề mặt ống khoảng 1,6mm.

- Chuyển ñộng dao ñộng ngang của mỏ hàn: Như với các lớp ñiền ñầy nêu trên.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 47

2.4. HÀN ðIỆN TIẾP XÚC.

2.4.1. Thực chất, ñặc ñiểm và phạm vi ứng dụng.

Thực chất: Hàn ñiện tiếp xúc là một dạng hàn áp lực, dùng dòng ñiện có cường ñộ lớn ñi qua chỗ tiếp xúc giữa các chi tiết ñể sinh ra nhiệt lượng nung nóng vùng hàn ñến trạng thái dẻo hoặc chảy cục bộ, sau ñó dùng lực ép thích hợp ñể ép bề mặt tiếp xúc lại với nhau tạo thành mối hàn

Hình 2.18. Hàn ñiện tiếp xúc

ðặc ñiểm và ứng dụng.

• Dòng ñiện ñược sử dụng có cường ñộ rất lớn, thời gian tác dụng ngắn, không cần dùng que hàn phụ, thuốc hàn hay khí bảo vệ mà mối hàn vẫn ñảm bảo chất lượng, mối hàn ñược hình thành không có xỉ, ít biến dạng.

• ðây là phương pháp hàn dễ cơ khí hoá, tự ñộng hoá. Năng suất rất cao.

• ðược ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo.

2.4.2. Phân loại: Theo dạng ñường hàn, hàn ñiện tiếp xúc ñược chia thành hai dạng

Hàn ñiểm: Hai tấm kim loại ghép chồng lên nhau và ñược ép chặt với nhau bằng việc sử dụng cặp ñiện cực bằng ñồng (hoặc hợp kim ñồng) với việc sử dụng dòng ñiện có cường ñộ lớn chạy qua trong thời gian ngắn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 48

Nhiệt tác dụng trong thời gian ngắn vì vậy kim loại nóng chảy không bị ảnh hưởng của Oxy và Nitro trong không khí. Do ñó không cần bảo vệ vật liệu hàn khỏi khí tự nhiên.

Hàn ñường: Phương pháp hàn này có thể ñược xem như là phương pháp hàn ñiểm ñược thực hiện theo một trình tự liên tục. ðĩa quay ñược lăn trên các phần vật liệu ñược hàn thay vì việc sử dụng các ñiện cực dạng ñũa. Phương pháp này thường ñược ứng dụng cho các liên kết yêu cầu ñộ kín nước và kín dầu, kín khí như bồn chứa gas, chứa khí hoá lỏng, bồn chứa hoá chất, v.v ...

Hình 2 – 16. Hàn ñường, hàn ñiểm.

2.5. HÀN ðIỆN XỈ

2.5.1. Thực chất, nguyên lý, ñặc ñiểm.

Thực chất:

• Là quá trình hàn nóng chảy, trong ñó nhiệt lượng sinh ra khi có dòng ñiện chạy qua thuốc hàn bị nóng chảy ( còn gọi là bể xỉ hàn nóng chảy) trong rãnh hàn ñược ñiền ñầy bằng kim loại mối hàn từ dưới lên trên do kim loại nóng chảy ñược ñưa vào thông qua ñiện cực nóng chảy (dạng dây hàn hoặc dạng tấm dày).

• Hàn xỉ ñiện là phương pháp hàn phát triển của hàn hồ quang chìm ñược sử dụng cho việc hàn các chi tiết dày ở tư thế hàn leo.

Nguyên lý:

• Hai chi tiết hàn có chiều dày lớn ñược ñặt cách nhau 1 khoảng bằng khe hở hàn 25 – 35 mm. Hai tấm chắn (má trượt) bằng ñồng ñược làm mát bằng nước che khoảng trống giữa hai bên chi tiết hàn, cặp má trượt sẽ di ñộng từ dưới lên trên ñồng bộ với tốc ñộ hàn. Khi hàn, hồ quang ñược gây giữa ñiện cực và kim loại cơ bản làm chảy thuốc hàn và tạo bể xỉ nóng chảy. (thuốc hàn, ñiện cực, và một phần

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 49

kim loại cơ bản bị nóng chảy tạo thành vũng hàn). Khi bể xỉ ñủ lớn sẽ tiếp xúc với ñiện cực làm tắt hồ quang, dòng ñiện vẫn chạy qua bể xỉ, do ñiện trở của bể xỉ lớn, nhiệt lượng sinh ra ñủ nung chảy cả thuốc hàn(xỉ), ñiện cực, và một phần kim loại cơ bản ñể tạo lên vũng hàn. Sau khi kim loại lỏng kết tinh mối hàn sẽ ñược hình thành.

ðặc ñiểm:

• Hàn các chi tiết có chiều dày lớn, từ vài chục ñến vài nghìn mm. Năng suất hàn cao (gấp 4, 5 lần khi hàn các chi tiết có chiều dày >100mm so với hàn dưới lớp thuốc).

• Tiết kiệm thuốc hàn, mức ñộ tiêu hao khoảng 0,2 – 0,3 kg/m chiều dài mối hàn. So với hàn dưới lớp thuốc lượng thuốc hàn ít hơn 20 – 30 lần. Mức ñộ tiêu thụ thuốc chiếm dưới 5% lượng kim loại nóng chảy.

• Có thể sử dụng một hoặc nhiều ñiện cực, dạng dây, dạng tấm hoặc dạng dây, dạng tấm liên hợp.

• Chất lượng mối hàn cao: bể xỉ lỏng bảo vệ mối hàn khỏi không khí bên ngoài. Kim loại lỏng kết tinh từ dưới lên trên nên bọt khí, tạp chất dễ thoát lên trên bề mặt bể xỉ.

• Áp dụng cho hàn các kết cấu có chiều dày lớn. ñặc biệt dùng phương án hàn thay thế ñúc và rèn.

• Tiết kiệm ñiện năng do nhiệt lượng tạo mối hàn không cao.

• Giảm nguyên công trong việc chuẩn bị mép hàn, cũng như gá lắp vật hàn (do kích thước mối hàn lớn).

• Các trị số cơ tính như ñộ déo, dộ dai, sức bền mỏi thâp.Do lượng kim loại lỏng rất lớn nên vùng ảnh hưởng nhiệt rộng vì vậy phải tiến hành nhiệt luyện sau khi hàn ñể ñặt cơ tính mong muốn.

• Chỉ áp dụng ñối với tư thế hàn leo (hàn rơi).

• Trong quá trình tạo liên kết mối hàn phải ñược thực hiện một cách liên tục từ lúc bắt ñầu cho ñến khi kết thúc mà không có bất kỳ một sự gián ñoạn nào.

2.5.2. Thiết bị, và vật li ệu hàn.

Các yêu cầu ñối với thiết bị hàn ñiện xỉ.

• Có bộ phận cưỡng bức vũng hàn trong khe hở giữa các mép hàn.

• Cơ cấu dịch chuyển ñầu hàn và các hệ thống liên quan theo phương thẳng ñứng dọc theo mép hàn.

• Nguồn ñiện hàn có ñặc tính và các thông số ñảm bảo cho ñộ ổn ñịnh hồ quang của quá trình hàn.

• Có cơ cấu dao ñộng ngang dây hàn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 50

• Nguồn ñiện hàn: thường là biến áp hoặc chỉnh lưu có ñặc tính cứng, với dải cường ñộ dòng ñiện hàn từ 750 – 1000A, chu kỳ tải 100%, ñiện áp không tải 60V. Nguồn ñiện hàn còn bao gồm bộ khởi ñộng từ, bộ ñiều khiển từ xa ñiện áp thứ cấp, bộ ñiều khiển dòng ñiện hàn, vôn kế, ampe kế.

• ðầu hàn: bao gồm bộ phận ñiều khiển và một số bộ phận khác như bộ cấp dây hàn, cơ cấu nâng.

• Bộ cấp dây hàn: (tốc ñộ không ñổi) và bộ tạo dao ñộng ngang dây hàn. ñược bố trí tại ñầu hàn. Thông thường, mỗi dây hàn có bộ truyền ñộng riêng, với dây hàn ñường kính 2,4 và 3,2 mm, tốc ñộ cấp dây ñược ñặt trong khoảng 17 – 150m/s.

• Bộ phận ống dẫn hướng dây hàn, có má dẫn dây ñiện vào dây hàn.

• Má kẹp: bằng ñồng 1 cặp.

• Vật liệu hàn:

• Dây hàn (tấm hàn) thép các bon có hàm lượng các bon 0,08% C.

• Thuốc hàn là loại chuyên dụng hệ xỉ axit với thành phần tiêu biểu:

33-36% SiO2; 21 - 26% MnO; 4-7% CaO; 5-7, 5% MgO; 11-15% Al2O3; 13 – 19% CaF2; 1,5-3,5 Fe2O3; max 0,15% S, ,15%P

ðây là loại thuốc hàn nung chảy có ñộ hạt 0,35-0,4mm. ðể dễ gây hồ quang trong giai ñoạn ñầu, thuốc hàn có thể chứa thêm một lượng nhất ñịnh TiO2. Ngoài ra, cũng có

thể sử dụng thuốc hàn nung chảy thông thường (loại dùng hàn dưới lớp thuốc trợ dung)

Hình 2.20. Hàn ñiện xỉ.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 51

2.6. HÀN ðIỆN KHÍ.

• Phương pháp này sử dụng khí CO2 hoặc khí trơ thay thế xỉ nóng chảy của phương

pháp hàn xỉ ñiện. Nó cũng ñược sử dụng có hiệu quả cho các mối hàn theo chiều thẳng ñứng với chiều dày lớn như thân tàu.

• Ưu ñiểm của phương pháp hàn này so với phương pháp hàn xỉ ñiện là nếu khi việc hàn dừng lại thì hàn ñiện khí dễ thực hiện lại việc tiếp tục hàn hơn.

• Chi phí thấp và thao tác ñơn giản là ưu ñiểm của phương pháp này.

• Có sự biến dạng theo chu kỳ và hiệu suất hàn thấp nên phương pháp này chỉ áp dụng cho việc hàn các tấm mỏng.

• Cần một nguồn khí bảo vệ từ bên ngoài cung cấp trong quá trình hàn.

Hình 2.21. Hàn ñiện khí.

2.7. HÀN HỒ QUANG PLASMA.

Thực chất:

• là hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy nhưng hồ quang plasma có nhiệt ñộ cao hơn do nó ñược tăng cường bởi sự nhiễm ñiện của khí tạo plasma do vậy nó còn có tên là hàn hồ quang tăng cường..

• Khi hàn hồ quang plasma ñiện cực không nóng chảy Wolfram và một phần cột hồ quang nằm bên trong một buồng khí bao quanh bằng kim loại và ñược làm mát bằng nước. Buồng này ñược kết thúc bằng một lỗ phun hình trụ ñồng trục với ñiện cực.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 52

• Dòng khí tạo plasma khi ñi qua lỗ phun sẽ ñược ổn ñịnh về mặt thể tích và ñược nén lại. Một phần khí này ñi qua hồ quang bị Ion hóa và chuyển sang trạng thái plasma.

• Ngoài khí tạo plasma, còn có khí bảo vệ (dòng khí chảy xung quanh dòng khí tạo plasma với nhiệm vụ bảo vệ vùng tiếp xúc giữa hồ quang và vật hàn và bảo vệ vũng hàn nóng chảy).

• Như vậy có thể coi hàn hồ quang plasma là một quá trình hàn có hồ quang nén và kéo dài.

ðặc ñiểm, ứng dụng.

So với hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ,

• Nhiệt ñộ của cột hồ quang ñạt 5000-60000K và hồ quang có dạng hình nón . Hồ quang plasma có dạng hình trụ và là hồ quang nén có nhiệt ñộ cao hơn nhiều.

• Mức ñộ tập trung năng lượng cao hơn. Vết anod trên vật hàn mang tính ổn ñịnh, dòng nhiệt mang tính tập trung rất cao. ðiều này làm tăng chiều sâu chảy và làm giảm chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt.

• ðộ ổn ñịnh hồ quang cao hơn, ñặc biệt ở chế ñộ cường ñộ dòng hàn thấp.

• Dòng khí plasma có tốc ñộ cao hơn.

• Các thông số làm việc của vũng hàn ít phụ thuộc vào sự thay ñổi khoảng cách làm việc.

• Không xảy ra hiện tượng nhiễm vật liệu ñiện cực Wolfram vào vật hàn.

• Yêu cầu về thợ hàn thấp hơn so với hàn hồ quang tay

Nhược ñiểm:

• Thiết bị có giá thành cao.

• Tuổi thọ vòi phun thấp do nhiệt ñộ của hồ quang plasma rất cao (khí tạo plasma là

He cho nhiệt ñộ hồ quang plasma ñạt 200000K).

• Thợ hàn phải có hiểu biết sâu về quá trình hàn này.

• Mức ñộ tiêu thụ khí bảo vệ cao, do ngoài chức năng là khí bảo vệ nó còn có nhiệm vụ ñịnh hình plasma .

Ứng dụng.

• Thiết bị và kỹ thuật hàn hồ quang plasma hiện nay, ñặc biệt là các hệ thống hàn plasma chính xác cho phép hàn những kết cấu dày mà trước kia chỉ có thể hàn bằng các công nghệ hàn ñắt tiền như hàn bằng chùm tia ñiện tử, hàn laze. ðiều này cho phép giảm chi phí mua sắm và vận hành thiết bị cũng như chi phí dịch vụ kèm theo so với các công nghệ hàn lazer và hàn chùm tia ñiện tử.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 53

• Hàn plasma cho phép hàn tay, lẫn hàn cơ giới, hàn tự ñộng, hàn liên tục, gián ñoạn. Hàn plasma ñã ñược ứng dụng trong các trường hợp ñòi hỏi chất lượng cao như hàn 1 lượt bình chứa nhiên liệu, bồn chứa, bể chứa gas, khí hoá lỏng, bồn chứa hoá chất, vỏ tàu cánh ngầm, tàu ngầm. Việc ứng dụng hàn plasma vào hàn ống cho phép tăng tốc ñộ hàn 100%, ñặc biệt khi hàn ống có chiều dày 6 – 12 mm.

2.8. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÀN KHÁC.

HÀN DƯỚI NƯỚC:

Phương pháp hàn hồ quang ñiện ñặc biệt ñược tiến hành dưới nước. Que hàn có hai lớp thuốc bọc, lớp bên trong có tính năng như thuốc bọc que hàn thường, lớp bên ngoài có tính năng cách nước. Thuốc bọc que hàn dưới nước có ñộ bền cao, cách nước, cách ñiện cho lõi que (không bị hở ñiện trong nước) và giữ cho hồ quang cháy ổn ñịnh trong bong bóng khí, hình thành và khôi phục không ngừng do nước bao quanh bị phân tách và bốc hơi dưới tác dụng của phóng ñiện hồ quang. Hàn dưới nước thường dùng ñể sửa chữa tàu, thuyền, các công trình dưới nước (ống dẫn, ñập nước, vv.).

HÀN CAO TẦN:

Phương pháp hàn nóng chảy, trong ñó các mép hàn ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo bằng nguồn nhiệt của dòng ñiện cao tần (103 - 104 Hz), sau ñó ép lại thành mối hàn. Hàn cao tần ñược dùng nhiều trong công nghệ chế tạo ống và các sản phẩm sản xuất hàng loạt từ băng thép dải. Tốc ñộ hàn cao tới 50 m/min.

Hình 2.22. Hàn cao tần a) Hàn ống cao tần bằng phương pháp cảm ứng: 1.Ống; 2. Vòng cảm ứng; 3. Lõi; 4. Con

lăn ép;

b) Hàn ống cao tần bằng phương pháp tiếp xúc: 1. Ống; 2. Tiếp ñiểm trượt; 3. Lõi; 4.

Con lăn ép

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 54

HÀN MA SÁT:

Phương pháp hàn áp lực, trong ñó nguồn nhiệt ñể nung nóng chỗ nối ñến trạng thái dẻo là do tiếp xúc và ma sát khi có chuyển dịch tương ñối giữa hai bề mặt hàn dưới một lực ép sơ bộ, sau ñó dùng lực ép kết thúc ñể tạo mối hàn. Hàn ma sát thường dùng ñể nối hai chi tiết trụ ñặc (hoặc ống) cùng loại hoặc khác loại vật liệu (ví dụ. hàn chuôi khoan bằng thép kết cấu với mũi khoan thép gió).

HÀN KHUẾCH TÁN:

Dạng hàn áp lực ñược thực hiện trong chân không, sử dụng hiện tượng khuếch tán tương hỗ giữa các nguyên tử của bề mặt tiếp xúc mối nối ở nhiệt ñộ nhất ñịnh (bằng 0,7 - 0,8 giá trị nhiệt ñộ nóng chảy của kim loại hàn) và lực ép vào mối nối tạo ra lượng biến dạng dẻo tối thiểu. Hàn khuyếch tán thường dùng ñể hàn kim loại và hợp kim có nhiệt ñộ nóng chảy cao, ñể hàn kim loại với vật liệu gốm, không cần chất hàn, ñiện cực và chất trợ dung. Hàn khuyếch tán phục vụ chủ yếu trong công nghiệp ñiện tử, công nghiệp chế tạo dụng cụ chất lượng cao.

HÀN NGUỘI :

Dạng hàn áp lực, không nung nóng bằng các nguồn năng lượng ngoài. Quá trình hàn nguội thực hiện ở nhiệt ñộ bình thường, nhờ tác dụng của lực ép, kim loại biến dạng dẻo tự do hoặc chèn ép tạo ra mối nối. Hàn nguội thường dùng ñể nối các dây dẫn bằng nhôm, ñồng và hợp kim tương ứng. Còn dùng ñể hàn các vật liệu khác loại (thuỷ tinh, chất dẻo, vv.), ñể phủ ñồng lên thanh góp bằng nhôm, nối ống và vỏ nhôm có thành mỏng, vv.

HÀN NỔ:

Dạng hàn áp lực, tạo mối nối bằng sóng va ñập của quá trình nổ làm cho chỗ tiếp xúc của các bề mặt nối bị biến dạng dẻo dưới tác dụng của áp lực sóng. Tốc ñộ không khí trong vùng sóng (với biên ñộ áp lực khoảng 98066,5 Pa là 170 m/s). Sóng va ñập có áp lực hàng trăm atmôtphe với tốc ñộ 3 km/s. Thuốc nổ thường dùng là amonit. Hàn nguội dùng ñể chế tạo các kết cấu lưỡng kim (bạc ổ trục ñộng cơ ñốt trong, vv.).

HÀN SIÊU ÂM:

Dạng hàn áp lực, tương tự như hàn ma sát (x. Hàn ma sát). Ma sát ñược thực hiện trên một diện rất nhỏ chịu tác dụng của dao ñộng siêu âm (tần số khoảng 20 kHz) làm mối nối ñạt ñến trạng thái dẻo. Sau ñó dùng lực ép (cơ học hoặc khí nén) ñẩy các chi tiết nối lại gần nhau tới khoảng cách tương tác của lực giữa các nguyên tử sẽ phát sinh mối liên kết chặt chẽ thành mối hàn có cấu trúc kim loại thay ñổi ít nhất. Hàn siêu âm dùng ñể hàn các chi tiết kim loại có chiều dày khác nhau hoặc hàn nối các chi tiết bằng chất dẻo.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 55

Hình 2.23. Hàn siêu âm Sơ ñồ hàn vẩy bằng siêu âm: 1. ðầu hàn; 2. Nguồn siêu âm từ giảo; 3. Cuộn nối với máy

phát;

4. Cuộn nung mỏ hàn; 5. chất hàn vẩy; 6. Những bọt xâm thực phá huỷ màng ôxit; 7.

Màng ôxit

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 56

CHƯƠNG 3. ỨNG SUẤT VÀ BI ẾN DẠNG HÀN.

3.1. NGUỒN NHIỆT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ðẾN KIM LO ẠI VẬT HÀN.

3.1.1. Yêu cầu chính ñối với nguồn nhiệt ñể hàn

Như trên ñã biết, phần lớn công việc hàn chỉ tiến hành ñốt nóng cục bộ các chi tiết hàn ñến một nhiệt ñộ xác ñịnh tùy thuộc kim loại vật hàn và phương pháp hàn. Với các phương pháp hàn chảy thì nhiệt ñộ ñốt nóng chỗ ñịnh hàn Th phải lớn nhiệt ñộ chảy Tc. Khi hàn áp lực thì nhiệt ñộ hàn phải lớn hơn nhiệt ñộ tối thiểu T1 nào ñó ñể có thể hàn và thỏa mãn ñược các yêu cầu kỹ thuật. Th và T1 phụ thuộc vật liệu hàn.

Muốn sử dụng một cách có lợi nhất nguồn nhiệt hàn thì phải triệt ñể tập trung nhiệt ñể vật hàn chỉ bị ñốt nóng khối lượng tối thiểu cần thiết. Khi hàn ñốt nóng bằng ngọn lửa, thực tế năng lượng ngọn lửa không thể sử dụng toàn bộ ñược. Hiệu suất của ngọn lửa ñược tính như sau:

η = tc

C

Q

Q

Qc: Là năng lượng sử dụng hữu ích

Qtc: Là toàn bộ năng lượng ngọn lửa sản ra.

Hiệu suất càng lớn càng tốt. Các phương pháp hàn có khả năng giữ nhiệt trong quá trình hàn khác nhau thì hiệu suất cũng khác nhau:

• Hàn bằng ñiện cực không nóng chảy, η = 0,45 ÷ 0,6;

• Hàn ñiện cực nóng chảy có thuốc bọc; η = 0,65 ÷ 0,75;

• Hàn tự ñộng dưới lớp thuốc, η = 0,75 ÷0,9.

3.1.2. Ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn ñến kim loại vật hàn

Khi hàn, nhiệt sinh ra từ nguồn nhiệt hàn sẽ nung nóng chảy một khối lượng nhỏ kim loại tại vị trí hàn và truyền ra các vùng lân cận. Trong một thời gian rất ngắn, nhiệt ñộ kim loại ở chỗ hàn biến ñổi từ nhiệt ñộ bình thường (nhiệt ñộ của môi trường) ñến

nhiệt ñộ cao hơn nhiệt ñộ chảy (khoảng 2000 ÷ 30000C ñối với hàn khí và khoảng

4.0000C ñối với hàn hồ quang tay), sau ñó lại nguội dần vì không ñược nung tiếp (nguồn nhiệt di chuyển qua chỗ khác và do sự tản nhiệt). Nhưng vì nhiệt ñộ tối ña của các vùng vật thể khác nhau nên tốc ñộ nguội sau khi hàn ở mỗi vùng cũng không giống nhau, những vùng càng ở gần trục hàn thì nhiệt ñộ càng cao nên khi nguội tốc ñộ nguội càng lớn còn những vùng ở xa trục hàn thì tốc ñộ nguội sẽ giảm dần.

Như vậy ở vùng hàn sẽ có những phản ứng hóa lý của quá trình luyện kim còn kim loại ở các vùng lân cận và kim loại ở mối hàn ñã ñông ñặc thì xảy ra quá trình thay ñổi về

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 57

tổ chức và thay ñổi cả về thể tích, làm cho cơ lý tính của kim loại vật hàn cũng bị thay ñổi. Cơ tính của kim loại thay ñổi chủ yếu phụ thuộc vào trạng thái nhiệt ñộ của nó.

Hình 3.1. Cơ tính của thép phụ thuộc vào nhiệt ñộ.

Hiện nay người ta chưa nghiên cứu ñầy ñủ cơ tính của kim loại ở nhiệt ñộ cao, mới chỉ nghiên cứu tương ñối tỷ mỷ về cơ tính của kim loại trong vùng ñàn hồi. Hình 3.1

biểu hiện sự thay ñổi cơ tính của thép phụ thuộc vào nhiệt ñộ khi nung nóng ñến 500 ÷

6000C. Môñuyn ñàn hồi E khi ñốt nóng sẽ giảm từ từ, còn hệ số giãn nở nhiệt α sẽ tăng

lên: Trong vùng ñàn hồi của thép tích số:

α. E = 12 . 10-6. 2.1 . 107 ≈ 250 N/cm2 0C coi như không ñổi.

3.2. SỰ TẠO THÀNH ỨNG SUẤT VÀ BI ẾN DẠNG HÀN.

3.2.1. Khái niệm:

Trong quá trình hàn chi tiết nung nóng không ñều, những phần ở gần mối hàn có nhiệt ñộ cao, ở xa mối hàn có nhiệt ñộ thấp do ñó sự giãn nở nhiệt trong các vùng khác nhau (về mặt vị trí không gian) không ñồng ñều, tạo các trạng thái ứng suất khác nhau, dẫn ñến tạo ra ứng suất dư (ứng suất nhiệt).

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 58

- Vùng kim loại tổ chức mối hàn và một phần vùng ảnh hưởng nhiệt có sự chuyển biến về pha, tạo ra các tổ chức khác tổ chức ban ñầu dẫn ñến tạo ra ứng suất dư với phạm vi ảnh hưởng nhỏ.

- Ở nhiệt ñộ cao các chỉ tiêu cơ tính của vật liệu giảm rõ rệt, mô ñun ñàn hồi pháp tuyến E giảm, mô ñun trượt G giảm do ñó hình thành vùng xung yếu tại mối hàn (ñặc biệt là hợp kim ñồng và hợp kim nhôm).

Do ñó trong qúa trình hàn bao giờ cũng phát sinh ứng suất, dấu của ứng suất này thay ñổi phụ thuộc vào trạng thái khi nung. Khi ứng suất dư lớn hơn ứng suất chảy thì tạo ra biến dạng. Khi ứng suất dư lớn hơn ứng suất bền thì tạo ra vết nứt.

Vì vậy trong quá trình hàn việc tính toán và khống chế ứng suất dư là vô cùng quan trọng .Nó quyết ñịnh chất lượng của sản phẩm sau khi hàn. ðể thực hiện ñièu ñó chúng ta cần nghiên cứu về quá trình hình thành và quy luật phân bố của nó, thông qua ñó có các biện pháp giảm tác hại của ứng suất dư.

3.2.2. Mô tả qúa trình hình thành ứng suất co dọc khi hàn ñường.

Hình 3.2. Mô tả qúa trình hình thành ứng suất co dọc khi hàn ñường.

Coi mỗi dải có nhiệt ñộ trung bình bằng Ti (i = 1, n).

ðộ giãn dài của từng dải nếu các dải biến dạng tự do khi nung: ∆ li = α. Ti. L

Trong ñó:

α : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu

L : chiều dài của tấm hàn hoặc của vật hàn

Các dải này trong thực tế không biến dạng tự do, do tấm liên kết cứng tạo ∆lΣ, tạo các

vùng ứng suất có dấu khác nhau, do ñó ứng suất kéo ở vùng ứng suất trung tâm tạo ứng suất co dọc của mối hàn, có xu hướng làm cong chi tiết theo chiều dài mối hàn.

T’5

kéo 0C

nén

l ∆lΣ

T5

T4

T3

T2

T1

T’2

T’1

T’3

T’4

nén

kéo

σ+ σ+

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 59

Sau khi hàn xuất hiện xoắn.

Xu hướng xoắn khi hàn

3.2.3. ứng suất xuất hiện trên mặt cắt mối hàn.

Xảy ra lớn nhất khi hàn thép hình có dạng sau

Hình 3.3. ứng suất xuất hiện trên mặt cắt mối hàn

3.2.4. Ứng suất xuất hiện khi vật hàn có chiều dày khác nhau.

Thể hiện rõ nhất khi hàn giáp mối, tạo biến dạng góc khi hàn giáp mối.

Hình 3.4. Ứng suất xuất hiện khi vật hàn có chiều dày khác nhau

Ứng suất và biến dạng làm giảm cơ tính mối hàn, làm sai khác kích thước và vị trí không gian của liên kết hàn. Vì vậy cần phải loại trừ ứng suất và biến dạng trong qúa trình hàn.

Phân tích ứng suất khi hàn.

Khi hàn ta tiến hành nung nóng cục bộ và trong một thời gian ngắn ñạt ñến nhiệt ñộ rất cao. Do nguồn nhiệt luôn di ñộng lên phía trước nên những khối kim loại mới ñược nung nóng còn những phần kim loại ñằng sau dần dần ñồng ñều về nhiệt ñộ. Sự phân bố nhiệt ñộ theo phương thẳng góc với hướng hàn rất khác nhau, do ñó sự thay ñổi thể tích ở các vùng lân cận mối hàn cũng khác nhau, ñưa ñến sự tạo thành nội lực và ứng suất trong vật hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 60

Hình 3.5. Hình dạng và ứng suất khi ñốt nóng từ giữa tấm

a, Sự phân bố nhiệt ñộ và giãn nở.

b, Sự phân bố ứng suất khi nung nóng.

c, Sự phân bố ứng suất khi nguội.

Khi hàn ñắp giữa tấm hay hàn giáp mối, hai tấm hàn có cùng chiều dày thì sự phân bố nhiệt ñộ theo tiết diện ngang sẽ không ñều làm cho sự giãn nở của kim loại sẽ không ñều, ứng suất bên trong khi nung nóng và làm nguội cũng khác nhau. Ta giả thiết sự giãn nở của các dải kim loại của tấm là tự do và không ảnh hưởng lẫn nhau thì ñộ giãn nở tự do của mỗi một dải sẽ là:

∆l0 = α . T . l (mm)

Trong ñó:

- α: Hệ số giãn nở nhiệt của kim loại (1 / 0C).

- T: Nhiệt ñộ trung bình của dải ta xét (0C).

- l: Chiều dài của dải ñang xét (mm).

Thực ra không thể có sự giãn nhiệt tự do, bởi vì kim loại là một khối liên tục, giữa chúng có mối liên kết phân tử chặt chẽ. Những vùng nhiệt ñộ thấp hơn sẽ ngăn cản sự giãn nở kim loại của những vùng có nhiệt ñộ cao hơn. Vì khi hàn, sự phân bố nhiệt ñối xứng qua trục hàn nên biến dạng dọc thực tế của tất cả các thớ của tấm là như nhau và

bằng ∆l (theo giả thuyết tiết diện phẳng). Sự trái ngược giữa ñộ giãn nở nhiệt tự do ∆l0 và

ñộ giãn nở nhiệt thực tế ∆l là nguyên nhân tạo thành nội lực và ứng suất trong tấm hàn.

Khi hàn phần ở giữa của tấm ñược nung nóng nhiều (có xu hướng giãn nở nhiều) thì bị nén, còn các phần nung nóng ít và nguội thì bị kéo . Sau khi hàn nhiệt ñộ theo tiết diện ngang của tấm sẽ dần dần cân bằng, khi nguội các phần của tấm sẽ co lại. Biến dạng dọc co rút ở phần giữa phải lớn hơn vì ở ñó nhiệt ñộ cao hơn. Nhưng biến dạng co rút thực tế tất cả các phần của tấm phải bằng nhau theo giả thiết tiết diện phẳng, bởi vậy

T’5

kéo 0C

nén

l ∆lΣ

T5

T4

T3

T2

T1

T’2

T’1

T’3

T’4

nén

kéo

σ+ σ+

a, b, c,

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 61

phần giữa của tấm khi nung nóng bị nén dọc thì sau khi nguội hoàn toàn nó sẽ trở nên bị kéo. Những phần tiếp ñó không có sự co như phần giữa thị lại bị nén .Trạng thái ứng suất ñó gọi là “ứng suất dư” trong vật hàn. ứng suất dư trong kết cấu hàn kết hợp với ứng suất sinh ra do ngoại lực tác dụng khi làm việc sẽ có thể làm giảm khả năng làm việc của kết cấu và tạo khả năng suất hiện những vết nứt, gãy trong chúng. Biến dạng hàn thường làm sai lệch hình dáng và kích thước của các kết cấu, do ñó sau khi hàn phải tiến hành các công việc sửa, nắn.

3.2.5. Phương pháp tính toán biến dạng và ứng suất khi hàn.

Các bài toán về biến dạng và ứng suất khi hàn rất phức tạp, ñặc biệt là trong thực tế các kết cấu hàn thường gồm nhiều chi tiết hàn có nhiều ñường hàn, trong quá trình hàn sẽ gây những tác dụng tương hỗ làm cho sự tạo thành các ứng suất và biến dạng càng trở nên phức tạp. ở ñây chỉ trình bày một vài phương pháp tính toán biến dạng và ứng suất khi hàn trên cơ sở của nội ứng lực tác dụng trong mối hàn của các kết cấu ñơn giản. Việc tính toán này dựa trên các giả thiết sau:

- Ứng suất dư (là ứng suất sinh ra trong qúa trình nung nóng không ñề) khi hàn

ñược cân bằng trong vùng tiết diện ảnh hưởng và ñạt ñến giới hạn chảy σch.

- Tấm ñốt nóng không bị ảnh hưởng bên ngoài.

- Biến dạng của kết cấu hàn phù hợp với giả thiết tiết diện phẳng.

3.3. BIẾN DẠNG VÀ ỨNG SUẤT KHI HÀN GIÁP M ỐI

3.3.1. Xác ñịnh nội ứng lực tác dụng (hình 3.6)

Theo lý thuyết sức bền ta có nội lực tác dụng là:

P = σt. FC

σt - ứng suất sinh ra khi hàn

σt = α . E . T

α: Hệ số giãn nở nhiệt (1/ 0C )

E : Moñuyn ñàn hồi ( N/ cm2)

T : Nhiệt ñộ nung ( 0C )

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 62

Hình 3.6. Ứng suất do co dọc và các thông số cần thiết của mối hàn giáp mối.

ðối với thép thường ta có α ≈ 12. 10-6 (1/0C) và E = 2,1 . 107 (N/cm2). Do ñó

α.E ≈ 250 N/cm2 0C. Khi nhiệt ñộ nung tăng ñến 1000C thì σt ≈ 25000 N/cm2 tương ứng

với giới hạn chảy của thép thông thường. Khi nhiệt ñộ tiếp tục tăng lên, ứng suất sinh ra không còn tuân theo ñịnh luật Hoocke nữa và giới hạn chảy sẽ giảm xuống khi nhiệt ñộ

tăng lên. Trong tính toán ta lấy giá trị σt = σch nên

P = σch . Fe

Fc: tiết diện của vùng ứng suất tác dụng của mối hàn (hình 3.6)

Fc = bn . S (cm2)

S - Chiều dày tấm hàn (cm)

bn - Chiều rộng của vùng ứng suất tác dụng (cm)

Vì sự phân bố nhiệt theo hai phía của mối hàn là ñối xứng nhau nên kích thước của vùng ứng suất tác dụng ở hai phía của mối hàn cũng bằng nhau. Vùng ứng suất tác dụng của mỗi một tấm hàn có thể chia làm hai khu vực b1 và b2. Ta gọi b0 = b1 + b2 và bn = 2b0. Vùng b1 tiếp giáp ngay với trục hàn gồm kim loại chảy của mối hàn và kim loại cơ bản ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo; cơ bản ñược nung nóng ñến nhiệt ñộ thấp hơn 5500C nhưng vì nhiệt ñộ nung không ñều nên nó tạo tành biến dạng nén - dẻo và kim loại ở trạng thái dàn hồi - dẻo. ðộ lớn của vùng b1 phụ thuộc vào công suất của nguồn nhiệt, tốc ñộ hàn, khối lượng kim loại chảy và tính chất hóa lý của kim loại. Ta có thể tính b1 theo công thức kinh nghiệm sau:

b1 = C550..C.S.v

q484,00

0 γ

q - Năng lượng hữu ích của nguồn nhiệt (cal/s)

v - Tốc ñộ hàn (cm/s)

c - Nhiệt dung của kim loại (cal/g.0C)

S0 - Tổng chiều dày truyền nhiệt của các tấm hàn (cm)

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 63

S0 = 2S

S0 = 2S2 + S1 S0 = Sc + 2Sn

S0 = S1 + S2

S S

S 1

S n

S 2

Sc

Hình 3.7. Cách tính tổng chiều dày truyền nhiệt S0 của một số mối hàn.

Khi hàn ñắp vào mép các tấm thì S0 = S, do ñó:

b1 = C550.C.S.v

q484,00

Xác ñịnh vùng biến dạng dẻo - ñàn hồi b2 là một ñiều rất khó khăn. Người ta ñã tiến hành nhiều thí nghiệm và thấy rằng nó không những phụ thuộc vào nhiệt ñộ xác ñịnh theo tiết diện ngang lúc hàn mà còn phụ thuộc vào ñộ cứng vững của tấm hàn. ðộ cứng vững của tấm hàn phụ thuộc vào mômen quán tính tiết diện ngang và ñộ bền cơ học,

ñược biểu thị bởi chiều rộng toàn bộ vùng ứng suất của tấm h và giới hạn chảy σch. Ngoài

ra vùng b2 còn phụ thuộc vào năng lượng nhiệt riêng phần q0, q0 ñược xác ñịnh theo công thức sau:

q0 = 0vS

q (cal/cm2)

q: Năng lượng hữu ích của nguồn nhiệt (cal/s)

v - Tốc ñộ hàn (cm/s)

S0 - Tổng chiều dày truyền nhiệt (cm)

Như vậy vùng biến dạng dẻo - ñàn hồi b2 là hàm số của các biến số q0, h, σch, b2 =

f (q0, h, σch...). Khi tăng q0, h thì sẽ làm tăng vùng b2 vì nó làm tăng phần ñược ñốt nóng

và tăng trở lực giãn dài tự do của các thớ bị nung. Còn khi tăng σch thì sẽ làm giảm b2 vì

nó làm tăng trở kháng của kim loại khó tiến ñến trạng thái dẻo - ñàn hồi. Người ta tính b2 theo công thức:

b2 = k2 ( h - b1)

k2 - Hệ số phụ thuộc vào q0. Bằng thực nghiệm, người ta ñã thành lập ñược giản

ñồ xác ñịnh hệ số k2 theo q0 cho phép cacbon thấp có σch = 22.000 N/cm2 và thép chấp

lượng cao có σch = 28.000 N/cm2

OTO-HUI.COM

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 64

Hình 3.8. Giản ñồ biểu thị mối quan hệ giữa hệ số k2 và

năng lượng nhiệt riêng phần q0

Các loại thép khác có thể nội suy theo công thức:

κ2 = κ2 ch

ch

'σσ

σ'ch - là giới hạn chảy của loại thép cần xác ñịnh k'2

h: Chiều rộng toàn bộ vùng ứng suất của tấm hàn. ðối với hàn tự ñộng thì h

khoảng 300 ÷350mm, ñối với hàn hồ quang tay h < 250 mm.

Dựa vào nhiệt ñộ ban ñầu và nhiệt ñộ ñốt nóng tối ña ta có thể ñưa ñến một công thức ñơn giản tổng quát ñể tình vùng ứng suất tác dụng b0 của một tấm hàn là:

b0 =

m.E..q.484,0

h...c1

h

0

ch

ασγ

+

Lấy c . γ = 1,25; αE = 250N/cm2 0C

m - là hệ số tính ñến các trạng thái truyền nhiệt, lấy gần ñúng m ≈ 1. Ta sẽ có:

0,12

0,24

0,20

0,28

0,16

500 1500 2500 3500 q0 cal/cm2

k2 = f(q0)

σch = 22000 N/cm2

σch = 28000 N/cm2

σch = 25000 N/cm2

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 65

b0 =

0

ch

q 8,96

h.1

h

σ+

3.3.2. Xác ñịnh ñộ co dọc của vật hàn

Xác ñịnh ñộ co dọc của vật hàn có thể tính theo ứng suất phản kháng dư σ2 - là

ứng suất sinh ra ở những vùng không ñược nung nóng trực tiếp - ở dải bị nén dọc ñàn hồi

sau khi nguội. Trị số ñộ co dọc ∆l ñược tính theo công thức:

∆l = E2σ

. l

ứng suất σ2 sinh ra do nội ứng lực tác dụng P gây nên nén dọc, ñược xác ñịnh theo

công thức sau:

σ2 = cFF

P

−

F : Tiết diện ngang toàn bộ vùng ứng suất của vật hàn

Fc : Tiết diện ngang của vùng ứng suất tác dụng

σ2 = ( ) n0

nch

n0

nch

bh

b.

Sbh

S.b.

−σ

=−

σ

Khi hàn ñắp vào mép của vật hàn thì ứng suất phản kháng sẽ là:

σ2 = S.h

P

F

P =

Hình3.9. Biến dạng và ứng suất khi hàn ñắp vào mép tấm hàn

S σ0 = σch

h

σtổng σ2 σu

l

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 66

3.3.3. Xác ñịnh ñộ võng khi hàn

Khi hàn các vật mà ñường hàn không trùng với trục trung tâm của vật hàn thì nó sẽ sinh ra mômen uốn lệch và làm cho tấm bị cong (hình 3.10).

b0

b2b1h

∆l σ2

σch

Pc

P

Paa

c

Ma

Mc

Hình 3.10. Tính ñộ võng liên kết hàn giáp mối.

Khi ñó ta vẫn có nội lực tác dụng.

P = σch . bn . S

Nhưng nội lực phản kháng do ứng suất hản kháng σ2 sinh ra ở hai phía của mối

hàn khác nhau:

Pa = σ2 aS và PC = σ2cS

Vì nội lực cân bằng nên P = Pa + Pc tức là:

σch bn S = σ2S (a + c)

Ta rút ra:

σ2 = n0

nchnch

bh

b

ca

b

−σ

=+

σ

Lấy mômen của các nội lực phản kháng ñối với tâm của vùng ứng suất tác dụng ta có:

Ma = Pa 2

ba n+; Mc = Pc

2

bc n+

Mômen tổng sẽ là:

M = Ma - Mc = Pa 2

ba n+ - Pc

2

bc n+

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 67

M = σ2aS 2

ba n+ - σ2cS

2

bc n+

Thay trị số σ2 vào ta ñược :

M = )(2

..

no

nch

bh

bS

−σ

(a + bn + c) (a - c)

a + bn + c= h0 và σch . S . bn = P

M = ( )

( )n0

0

bh2

caPh

−−

Trong công thức này nếu như c = 0 (tức là khi hàn ñắp vào mép tấm) thì mômen sẽ là cực ñại; còn khi c = a (tức là khi hàn giáp mối hai tấm có chiều rộng bằng nhau) thì mômen uốn sẽ bằng không.

Ứng suất uốn sinh ra do mômen uốn sẽ là:

σu = ( )

( ) 200

0

2

6

Shbh

caPh

W

M

n−−=

σu = ( )

( )n00

nch

bhh

cab3

−−σ

W - mômen chống uốn của tiết diện toàn bộ vật hàn. Do mômen uốn M làm vật hàn bị cong ñi (như ñường chấm chấm trên hình 3.10). Theo lý thuyết sức bền, ñộ võng tại một ñiểm bất kỳ x ñược tính theo công thức:

f(x)= ( )EJ

xxM

2

1)(22−

x - là tọa ñộ của ñiểm mà ta cần xác ñịnh ñộ võng tại ñó với gốc tọa ñộ là ñường trung tâm của ñường hàn và cạnh của vật hàn thẳng góc với ñường trung tâm ấy.

J - là mômen quán tính tại tiết diện ta xét

Từ công thức trên ta nhận thấy rằng, ñộ võng cực ñại f khi x = 0,51

f = ( )

( )nbhEJ

caIPh

EJ

Ml

−−

=0

20

2

2.88

f = ( )

( )n

nch

bhEh

lcab

−−

020

2

5

3σ

Khi hàn ñắp vào cạnh tấm thì c = 0; h0 - bn = a

f = 20

2nch

Eh4

lb3σ

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 68

S

b/2 b/2 b dx

x

θ/2

hx S

θ β

3.3.4 Biến dạng do co ngang khi hàn giáp mối

Khi hàn giáp mối mỗi vật hàn ngoài tình trạng co dọc còn bị co ngang gây ra do ứng suất tác dụng theo phương thẳng góc với mối hàn. Sự co ngang tạo nên một biến dạng nguy hiểm là biến dạng góc.

Xét trường hợp mối hàn một tấm kẹp chặt còn một tấm kẹp chặt còn một tấm ñể tự do.

Hình 3.11. Biến dạng góc do co ngang.

Người ta có thể tính góc quay β theo phương pháp giải tích như sau:

Chiều rộng góc vát ở thớ ngoài:

b = 2S . tg2

θ

Sau khi hàn xong và nguội ñi, thớ ngoài của mối hàn co lại một lượng là ∆b.

∆b = α . T . b

∆b = 2 . T . S . tg 2

θ.α

Xét một thớ x bất kỳ ta sẽ có: ∆x = α . T . x

hay : d∆x = α . T . dx

Vi phân góc quay β tại thớ x sẽ là:

dβ = xh

xd∆

dβ = 22 Sx

dx.T.

+α

Lấy tích phân cả hai vế ta có

góc quay toàn phần là :

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 69

β = 2α . T ∫ +

2/b

022 Sx

dx

β = 2α T. ln

+

+ 1S2

b

S2

b2

β = 2αT.ln

++ 1

222 θθ

tgtg

Nếu ta lấy gần ñúng hx = S và coi góc quay là rất nhỏ thì góc quay toàn phần sẽ là:

β ≈ tg β = xh

x∆= 2α . T . tg

2

θ

Khi mối hàn nguội từ 6000C ñến 00C thì ñộ co tương ñối của kim loại sẽ là:

αT = 0,0072; Với α = 12.10-6 [1/0C]

Cuối cùng ta có biến dạng góc β là: β = 0,0144 . tg 2

θ

3.4. BIẾN DẠNG VÀ ỨNG SUẤT KHI HÀN GÓC.

Trong công nghệ hàn, các kết cấu hàn góc cũng ñược sử dụng khá nhiều, nó gồm các loại kết cấu: chữ T, thước thợ và hàn chồng. Những nguyên nhân sinh ra ứng suất và biến dạng như ñã trình bày ở trên, chỉ có dạng kết cấu khác nhau thì biến dạng khác nhau.

3.4.1. Biến dạng và ứng suất của mối hàn góc thước thợ

Xét mối hàn thước thợ như hình vẽ( 3.12)

Vùng ứng suất tác dụng của mối hàn này xác ñịnh giống như trường hợp hàn giáp mối các tấm. Dựa vào ñó mối hàn này xây dựng giống như trườg hợp hàn giáp mối các tấm. Dựa vào ñó mà ta tính ñược tiết diện vùng tác dụng là:

Fc = 2bnS = (2b1 + 2b2) S

S - là chiều dày của tấm hàn

Trị số của nội lực P tác dụng dọc trục mối hàn sẽ là:

P = σch . Fc = σch . 2bn . S

bn = b1 + b2

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 70

σ2

σch σch

θ

b2

b1 bn

h - bn

S

o

oc

y0

Hình 3.12. Mối hàn thước thợ.

Ứng suất phản kháng chiều trục ở các dải ngoài vùng tác dụng là:

σ2 = n

nch

c bh

b.

FF

P

−σ

=−

F - là tiết diện ngang toàn bộ vùng ứng suất của vật hàn

Fc - là tiết diện ngang của vùng ứng suất tác dụng.

Do ảnh hưởng của nội lực nên tạo thành mômen uốn M1 ở mỗi tấm là:

M1 = 2

h.P1

P1 - là nội lực tác dụng lên mỗi tấm. Trong trường hợp này thì:

P1 = 2

P

Kết quả là mômen uốn tác dụng lên mối hàn góc sẽ bằng tổng hình học của mômen nội lực trong mỗi tấm:

M = 2M1 . cos 2

θ =

2

h.P. cos

2

θ

Như vậy khi θ =thì nó sẽ giống như trường hợp hàn ñắp vào mép tấm và M = 2

.hP , còn

khi θ =180ο thì M = 0 giống như trường hợp hàn giáp mối hai tấm có cùng chiều rộng.

Ứng suất sinh ra do mômen uốn sẽ là:

W

Mu ¦

=σ

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 71

ðộ võng của nó sẽ ñược xác ñịnh theo công thức sau:

f = EJ

Ml

8

2

l - là chiều dài của mối hàn.

3.4.2. Biến dạng và ứng suất của mối hàn chồng:

Tùy thuộc vào vị trí của mối hàn, góc tương ứng với phương của ngoại lực tác dụng và kết cấu của các tấm hàn mà người ta chia mối hàn chồng ra làm nhiều loại giới thiệu trên hình(3.13).

Hình 3.13 Các kết cấu hàn chồng.

ðặc tính của quá trình ñốt nóng mối hàn chồng là trục nóng chảy nằm trên bề mặt một tấm, còn tấm kia thì bị ñốt nóng một cạnh. Do ñó vùng ảnh hưởng nhiệt ñối với một tấm thì giống như trường hợp hàn ñắp lên bề mặt của tấm, còn ñối với tấm kia thì giống như trường hợp hàn ñắp vào mép của tấm. Vùng nung nóng dến trạng thái dẻo ñược xác ñịnh như sau:

b1 = CCSv

q

o0550....

484,0

γ

Trong ñó: So = 2S1 +S2

Vùng biến dạng dẻo - ñàn hồi b2 xác ñịnh cho từng tấm một theo công thức: b2 = k2 ( h - b1)

k2 là hệ số xác ñịnh theo biểu ñồ hình 3.8

5S

Q

M

Q Q Q Q

S

M

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 72

Hình 3.14. Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn chồng

Từ tiết diện ngang Fc của vùng ứng suất tác dụng là:

Fc = (2b1 + b21 + b'21 )S1 + ( b1 + b22)S2 +

2

2K

Trong ñó:

- b1 - là chiều rộng của vùng ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo.

- b21 và b'21 - là chiều rộng của vùng ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo-ñàn hồi của

tấm dưới.

- b22 - là chiều rộng của vùng ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo-ñàn hồi của tấm trên.

- S1, S2 - là chiều dày của các tấm hàn.

- K - là cạnh của góc vuông mối hàn

Trị số của nội lực P tác dụng dọc trục mối hàn sẽ là: P = σch . Fc

Ứng suất phản kháng σ2 là: σ2 = cFF

P

−

F - là tiết diện toàn bộ vùng ứng suất của vật hàn.

Trong mối hàn chồng, nội lực sinh ra do cong ngang ở góc mối hàn ñạt ñển một trị số tương ñối lớn. Vì vậy nó sinh ra biến dạng góc và làm cho tấm bị cong lên. Xét trường hợp hàn chồng một tấm ñể tự do không bị kẹp chặt, còn tấm kia ñặt cố ñịnh trên mặt phẳng.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 73

Sau khi hàn song, ñể nguội dưới tác dụng của lực co ngang tấm hàn ñược ñể "tự

do" sẽ tự quay ñi một góc β. Trị số co ngang δ ở những thớ ngoài của kim loại mối hàn

ñược tính theo công thức:

δ = α.Ttb.β

Ttb - là nhiệt ñộ của kim loại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái ñàn hồi, ñối với thép lấy bằng 6000C.

b - là cạnh huyền của góc mối hàn b = 1,4 S. Như vậy nếu chiều dày càng lớn, b sẽ

càng lớn và ñộ co ngang δ cũng sẽ càng lớn.

Từ ñó góc quay của tấm tự do β ñược xác ñịnh theo công thức:

tbTb

.22 αδβ ==

ðối với thép β = 2.12.10−6.600 = 0,0144 rañian.

Khi hàn chồng hai phía, hai tấm ñều ñể tự do thì vật hàn sẽ biến dạng như hình 3.15.

Hình 3.15. Biến dạng góc khi hàn chồng

3.4.3. Biến dạng và ứng suất khi hàn kết cấu chữ T và chữ I

Kết cấu chữ T và chữ I ñược sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy, xây dựng và ñóng tàu.

3.4.3.1 Kết cấu chữ T

Hình 3.16. Khảo sát liên kết hàn chữ T

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 74

Kết cấu chữ T thường gồm hai tấm thép, bản thành và bản cánh hàn ghép lại với nhau bằng hai mối hàn góc như hình (3.16)

Vùng ứng suất tác dụng ñược tính toán như các trường hợp trên và ta có:

Fc = (2b1 + 2b21 + S2 )S1 + ( b1 + b22)S2 +K2

Trị số của nội lực P tác dụng dọc trục mối hàn sẽ là:

P = σch . Fc

ứng suất phản kháng σ2 là:

σ2 = cFF

P

−

F - là tiết diện toàn bộ vùng ứng suất của vật hàn.

Sơ ñồ nội lực phản kháng P1 và P2 biểu thị trên hình (3.17)

Ta có: P = 2P1 + P2

P1 - Là nội lực phản kháng tác dụng lên phần còn lại của mỗi một nửa bản cánh dầm chữ T:

P1 = σ2 (h1 - b1- b21 - 2

S 2 ) S1

P2 - Là nội lực phản kháng tác dụng lên phần còn lại của bản thành dầm chữ T

P2 = σ2 (h2 - b1 - b22) S2

Mômen uốn sinh ra do các nội lực phản kháng sẽ là:

1122 Y.P2Y.PM −=

Y2 - là khoảng cách từ ñiểm ñặt của lực phản kháng P2 ñến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng.

Y1 - là khoảng cách từ ñiểm ñặt của các lực phản kháng P1 ñến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 75

Hình 3.17. Biến dạng và ứng suất khi hàn kết cấu chữ T.

Dưới tác dụng của mômen uốn gây nên một ứng suất uốn là: W

Mu =σ

Dưới tác dụng của nội lực, dầm hàn bị võng. ðộ võng ñược tính theo công thức:

EJ8

MIf

2

=

Trong những trường hợp phức tạp, người ta tính sự chịu lực của vật hàn với mức

ñộ xấu nhất tức là: ứng suất chịu ñựng σo bằng tổng của ứng suất tác dụng σch và ứng

suất phản kháng σ2: 2cho σ+σ=σ

Vì vậy nội lực tác dụng lớn nhất có thể xảy ra (còn gọi là nội lực khả dĩ) trên tiết diện tác dụng Fc là:

c2chcoo F).(FP σ+σ=σ=

Do ñó mômen ñược tính theo công thức sau: oo Y.PM =

Yo : là khoảng cách từ trọng tâm của dầm ñến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng.

`

Hình 3.18.: Biến dạng khi hàn kết cấu chữ T.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 76

3

1 2

4

3.4.3.2. Kết cấu chữ I

Kết cấu chữ I gồm ba tấm thép, một tấm bản thành và hai tấm bảm cánh ghép lại. Vùng ứng suất tác dụng bn, nội lực tác dụng và nội lực phản kháng cũng như các thông số khác ñược tính toán theo lý thuyết cơ bản trên. Song loại kết cấu dầm này gồm bốn mối hàn và tùy theo trình tự công nghệ và biến dạng của kết cấu có khác nhau.

Hình 3.19. Hàn kết cấu chữ I.

Xét trường hợp quy trình công nghệ hàn như hình vẽ thì sau khi hàn mối hàn 1,2 kết cấu sẽ có một mômen uốn M1 tạo nên một ñộ võng f1:

f1 = 1

21

EJ8

lM

M1- Là mômen uốn của nội lực xuất hiện sau khi hàn hai mối 1 và 2.

M1 = P01 . Y0

l - Là chiều dài của dầm

J1 - Là mômen quán tính của dầm khi chưa có bản cánh trên.

Khi ta quay ngược dầm 1800 và hàn nốt hai mối 3 và 4; khi ñó ta lấy gần ñúng khoảng cách từ trọng tâm của dầm ñến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng của mối hàn 3 và 4 là bằng thì:

M2 = 2

h.P 202

P02 - Là nội lực tác dụng khả dĩ của mối hàn 3 và 4

h2 - Là chiều cao của vách dầm

= 02 Y2

h

Mômen uốn M2 tạo nên ñộ võng f2 ở bản cánh trên là:

f2 = EJ8

l.M 22

ở ñây J là mômen quán tính tiết diện ngang toàn bộ của dẫm chữ I

ðể tính ñộ võng tổng cộng của dầm chữ I, ta xét tỷ số sau:

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 77

12

0

221

21

2

1

J.h

J.Y2

lM.EJ8

EJ8.lM

f

f==

Y0 : Là khoảng cách từ trọng tâm của dầm chữ T ñến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng khi hàn hai mối hàn 1, 2.

Trị số Y0 của dầm chữ T khi hàn dầm chữ I bằng 1/4 ñến 1/3 chiều cao của bản thành và mômen quán trình của dẫm chữ I lớn hơn khoảng hai lần dầm chữ T, do ñó:

12

0

Jh

JY2 = (0,5 ÷ 0,66) 1

J

J

1

>

Rút ra: 1f

f

2

1 >

Bởi vậy khi hàn dầm chữ I thì thường có ñộ võng dư f0 ở ñế dưới sau khi ñã hàn ñế trên và trị số của nó ñược tính bằng số hiệu số tuyệt ñối của ñộ võng f1 và f2 :

f0 = f1 - f2

ðể loại trừ ñộ võng f2 này, ta cần phải có f1 = f2, nghĩa là trước hết phải có P01 và P02 là nội lực tác dụng khả dĩ khi hàn mối hàn 1, 2 và 3,4.

3.5. BIẾN DẠNG HÀN VÀ BI ỆN PHÁP GIẢM BI ẾN DẠNG.

Khi chế tạo các kết cấu kim loại bằng phương pháp hàn ta thường gặp hiện tượng biến dạng kết cấu do hàn gây ra. Nguyên nhân chủ yếu là do kết cấu bị ñốt nóng không ñồng ñều và nơi bị ñốt lại không giãn nở tự do. Biến dạng hàn có thể phân ra làm biến dạng chung và biến dạng cụ bộ. Biến dạng chung là loại biến dạng gây thay ñổi kích thước và hình dạng toàn bộ kết cấu, còn biến dạng cục bộ chỉ gây biến ñổi hình dáng của từng chi tiết (bộ phận) riêng biệt trên toàn bộ kết cấu.

Biến dạng chung thường biểu hiện ở dạng co ngang, co dọc và uốn.

Biến dạng cục bộ thường biểu hiện ở dạng gấp góc, mất ổn ñịnh tấm mỏng.

Hình 3.20. Biến dạng do hàn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 78

Các biến dạng hàn gây nhiều khó khăn trong công tác chế tạo, lắp ráp phân ñoạn, tổng ñoạn trên triền ñà ñồng thời còn giảm sức bền thân tàu và một số ñặc tính sử dụng của tàu.

ðể giảm biến dạng do hàn, ñảm bảo các chi tiết kết cấu có kích thước hình dáng ñúng yêu cầu thiết kế quy ñịnh, có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau.

3.5.1. Những biện pháp kết cấu

ðể giảm biến dạng chung và biết dạng cục bộ ngay từ khi thiết kế phải lưu ý sao cho tại các mối hàn có thể tích nóng chảy ñắp thêm phải nhỏ nhất. muốn thế ta cần phải.

• Thay kiểu vát mép chữ V bằng vát mép chữ X, nếu chiều dày vật hàn cho phép.

• Sử dụng mối hàn liên tục thay cho mối hàn gián ñoạn (ở các mối hàn góc). Do thể tích kim loại lỏng ở mối hàn gián ñoạn lớn hơn.

• Với các mối hàn góc không tính ñến sự chịu ñựng mà chỉ xác ñịnh giá trị tối thiểu của mối hàn ( thiết lập liên kết ) thì sử dụng mối hàn gián ñoạn.

• Với các mối hàn góc tấm mỏng (2-5 mm) nên dùng phương pháp hàn ñiểm.

Hình 3.22. Giảm thể tích kim loại lỏng thông qua thay kiểu vát mép

Thông thường ñộ co dọc trên cùng một ñơn vị chiều dài, nhỏ hơn chiều so với ñộ co ngang, cho nên khi phân chia thân tàu thành các phân ñoạn, cụm chi tiết ta cần ñặt mối hàn song song với hướng mà ta cần biến dạng chung nhỏ.

Hình 3.23. ðặt mối hàn song song theo hướng cơ cấu.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 79

ðể tránh các tấm mỏng khỏi bị mất ổn ñịnh, khi thiết kế phải tăng chiều dày tấm hoặc giảm khoảng cách giữa các khung xương hoặc tăng gia cố phụ. ðối với các mỏng (2mm - 5 mm) nên xắp xếp khung xương song song theo một hướng và các mối hàn ñặt song song với hướng ñó và nên bố trí gần khung xương ñể tránh ñộ uốn.

Khi thiết kế cố gắng rút bớt số lượng chung mối hàn trong kết cấu bằng cách dùng tấm kích thước lớn và thay các khung xương bằng kết cấu dập gân.

Hình 3.24. Sử dụng kết cấu vách sóng.

ðể tránh ứng suất phẳng và ứng suất khối, không nên thiết các mối hàn tập trung giao nhau (nhất là khi các kết cấu ñó chịu tải trọng ñộng)

Không nên thiết kế các mối ghép có kích thước nhỏ (ví dụ các miếng vá) vì nó phát sinh ứng suất phẳng lớn.

Khi hàn giáp mối nếu chiều dày hai tấm không bằng nhau thì cần vát bớt chiều dày tấm dày hơn.

ðể giảm uốn chung, các mối hàn cần phải bố trí ñối xứng với trục của mặt cắt ngang và cắt dọc của kết cấu.

Khi thiết kế thân tàu cần chia thân tàu thành các phân ñoạn và tổng ñoạn sao cho khi lắp ráp chung khối lượng hàn nhỏ nhất.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 80

ðặt các nẹp cứng phụ tạm thời và hàn vào tôn bao bằng các mối hàn cỡ nhỏ sẽ có thể giảm biến dạng của tấm.

Không vát mép tấm có chiều dày lớn.

Vát bớt mép tấm có chiều dày lớn.

Hình 3.25. Ứng suất khi hàn giáp mối hàn tấm chiều dày khác nhau.

3.5.2. Biện pháp công nghệ

Khi hàn các vật dày, các loại thép dễ bị tôi thì cần phải tiến hành ñốt nóng trước, ñồng thời cần phải giảm bớt cường ñộ dòng ñiện hàn hoặc công suất ngọn lửa hàn ñể tránh hiện tượng nứt nẻ.

Chế ñộ hàn cần chọn sao cho vùng ứng suất tác dụng có thể tích nhỏ. Tăng mật ñộ dòng ñiện ñể tăng ñộ ngấu, san bằng co ngang theo chiều dày giảm biến dạng góc. Trong trường hợp khi hàn mối hàn thứ hai ñối xứng với mối hàn thứ nhất, thì nên tăng chế ñộ hàn (Ih) ñể tăng vùng ứng suất tác dụng, như vậy có thể khử toàn bộ ñộ uốn do mối hàn thứ nhất gây nên.

Hàn theo phương pháp phân ñoạn nghịch thì sẽ giảm biến dạng vì nội lực sinh ra chỉ ở từng khu vực nhỏ và hướng về vùng lân cận ñối diện.

Khi hàn nên làm nguội bằng tấm ñệm hoặc bằng nước ñể giảm vùng ứng suất tác dụng và co dọc hoặc làm nguội chấmau khi hàn.

ðể khử uốn người ta tiến hành uốn trước hoặc trước khi hàn ñặt vật ngược với chiều bị uốn sau khi hàn, như vậy sẽ giảm ñược ứng suất và biến dạng dư.

Hình 3.26. Cách khử biến dạng khi hàn giáp mối

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 81

ðể giảm biến dạng chung khi vạch trình tự lắp ráp và hàn phải ñảm bảo sao cho các chi tiết có thể dãn nở tự do không nên gia cố quá mức các mối hàn.

Các phân ñoạn và tổng ñoạn nên ñược lắp ráp và hàn từ các cụm chi tiết ñã ñược gia công trước.

ðể tránh biến dạng góc cũng như ñộ uốn các chi tiết khi hàn ráp với nhau có thể tạo phản biến dạng (Hình vẽ 3.26) ñể sau khi hàn, có kích thước hình dáng yêu cầu.

Sử dụng hàn tự ñộng và bán tự ñộng vì vùng nhiệt tác ñộng nhỏ nhất.

Khi hàn mối hàn X giáp mối nhiều lớp cần phải hàn ñối xứng hai phía và với trình tự hàn sao cho không biến dạng góc quá lớn.

ðể giảm biến dạng của các phân ñoạn tấm mỏng (dưới 5mm), trước khi hàn khung xương vào cần hàn ñính ñường bao của tấm vào bệ lắp ráp. sau khi hàn song ta cần làm phẳng bằng các co lăn nặng rồi dũi các mối hàn ñính ñi.

ðể giảm biến dạng chung của kết cấu, khi lắp ráp cần ñặc biệt lưu ý tới khe hở chân mối hàn, phái ñảm bảo các khe hở ñó nằm trong phạm vi cho phép.

Dùng các bệ lắp ráp cứng cũng khống chế ñực biến dạng kết cấu.

Tuy có thể dùng mọi biện pháp phòng chống biến dạng hàn nhưng trong thực tế không thể loại trừ ñược hoàn toàn biến dạng ñó cho nên khi chế tạo phải dùng ñến lượng dư ñể bù ñắp lại những những ñộ co dọc, co ngang tích tụ lại trong quá trình hàn. Còn ñối với biến dạng góc thường ñược bù ñắp lại bằng lượng phản biến dạng. ðối với phân ñoạn khối hoặc tổng ñoạn việc tạo phản biến dạng tương ñối phức tạp, ñòi hỏi phải tính toán kỹ lưỡng và xác lập ngay từ khi lập dưỡng mẫu.

3.5.3. Các biện pháp công nghệ sau khi hàn

Thông thường sau khi hàn vật hàn vẫn tồn tại ứng suất dư và bị biến dạng. ðể khắc phục những ứng suất dư và biến dạng này nhằm nâng cao chất lượng của kết cấu hàn, người ta thường dùng những biện pháp sau ñây:

3.5.3.1. Biện pháp ủ

ðối với những kết cấu hàn hỏ có thể ñêm ủ toàn bộ kết cấu trong lò nhiệt luyện với nhiệt ñộ nung khoảng 600 - 650oC và giữ ở nhiệt ñộ ñó trong thời gian 3 ph/(mm chiều dài). Có thể tiến hành ủ cục bộ bằng cách ñem nung nóng vùng cạnh mối hàn khoảng 600oC.

3.5.3.2. Biện pháp nắn nguội

Chủ yếu là tác ñộng vào những phần biến dạng ñể ñạt kích thước và hình dáng như thiết kế. Song nó sinh ra biến cứng và tăng ứng suất dư làm cho vật hàn bị nứt nẻ, thậm trí có khi bị gẫy. Ngoài ra, nắn nguội là một công nghệ phức tạp nên nói chung ít dùng.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 82

3.5.3.3. Biện pháp nắn nóng

Là biện pháp ñược dùng rộng rãi vì nó ñơn giản và kinh tế nhất. Người ta tiến hành nung nóng bằng ngọn lửa khí hoặc bằng ñiện, mục ñích làm co những khu vực mà chiều dày của chúng lớn hơn vùng ứng suất tác dụng của mối hàn trong kết cấu. Chọn khu vực nung và chế ñộ nung và chế ñộ nung không hợp lý có thể lại làm cho biến dạng thêm phức tạp.

Cơ sở lý thuyết của nắn nóng là:

- Xác ñịnh mặt phẳng uốn và mô men uốn gây ra do nội lực tác dụng.

- Xác ñịnh tiết diện, khối lượng và hình dáng hợp lý của vùng ứng suất tác dụng ở khu vực nung nóng, bảo ñảm tạo ra nội ứng lực làm biến dạng kết cấu theo hướng ngược lại.

- Chọn chế ñộ nung hợp lý.

Hình 3.27. Nắn nóng khử ñộ uốn dư.

Ví dụ ñể khử ñộ uốn dư của kết cấu như hình 3.27 cần phải tạo ra mô men uốn theo chiều ngược lại. Do ñó hoặc phải nung nóng theo ñường (co dọc) hoặc nung nóng theo hình dải quạt (co ngang).

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 83

CHƯƠNG 4. KHUYẾT TẬT HÀN VÀ CÁC PH ƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

4.1. CÁC DẠNG KHUY ẾT TẬT HÀN VÀ BI ỆN PHÁP KHẮC PHỤC.

Những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so

với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, làm giảm ñộ bền và khả năng làm việc của

nó, ñược gọi là những khuyết tật hàn.

Mối hàn có rất nhiều khuyết tật, thường là: nứt, rỗ hơi, lẫn xỉ, hàn không thấu, hàn

thành cục, khuyết cạnh, kích thước mối hàn không phù hợp . vv...

Những khuyết tật này do rất nhiều nguyên nhân gây nên. Nó có liên quan tới các

mặt như: kim loại vật hàn, chế ñộ hàn và quy trình công nghệ. Sự tồn tại của những

khuyết tật ñó sẽ ảnh hưởng trực tiếp ñến ñộ bền của ñầu mối nối hàn. Do ñó, người thợ

hàn phải chọn qui trình hàn và nghiêm chỉnh chấp hành các quy trình hàn.

4.1.1. Nứt

Nứt là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn. Nứt có thể

xuất hiện trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và ở vùng ảnh hưởng nhiệt (Hình 4.1).

Trong quá trình sử dụng cấu kiện hàn, nếu mối hàn có vết nứt thì vết nứt ñó sẽ rộng dần

ra làm cho kết cấu bị hỏng.

Vết nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt ñộ khác nhau.

- Nứt nóng: xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt ñộ còn khá

cao (trên 10000C).

- Nứt nguội: xuất hiện sau khi kết thúc quá trình hàn ở nhiệt ñộ dưới 10000C. Nứt

nguội có thể xuất hiện vài giờ thậm chí vài ngày sau khi hàn.

Vết nứt có các kích thước khác nhau, có thể là nứt tế vi hay nứt thô ñại. Các vết

nứt thô ñại có thể gây phá hủy kết cấu ngay khi làm việc. Các vết nứt tế vi, trong quá

trình làm việc của kết cấu sẽ phát triển rộng dần ra tạo thành các vết nứt thô ñại.

Có thể phát hiện bằng mắt thường hoặc ño với kính lúp ñối với vết nứt thô ñại và

nằm ở bề mặt liên kết hàn. ðối với vết nứt tế vi và nằm bên trong mối hàn có thể dùng

các phương pháp kiểm tra như siêu âm, từ tính, chụp X quang, v.v... ñể xác ñịnh chúng.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 84

Bảng 4-1 Giới thiệu một số phương pháp hạn chế sự phát sinh vết nứt

Các dạng nứt, nguyên nhân và biện pháp khắc phục Bảng 4.1

Dạng

vết nứt

Phương pháp

kiểm tra Nguyên nhân Giải pháp công nghệ

Nứt dọc

1. Quan sát bằng mắt thường.

2. Dùng bột từ

3. Dùng thất chỉ thị màu

4. Chụp X quang

5. Siêu âm

1. Sử dụng vật liệu hàn chưa ñúng.

2. Tồn tại ứng suất dư lớn trong liên kết hàn.

3. Tốc ñộ nguội cao

4. Liên kết hàn không hợp lý.

5. Bố trí các mối hàn chưa hợp lý

1. Sử dụng vật liệu hàn phù hợp.

2. Giải phóng các lực kẹp chặt cho liên kết hàn khi hàn. Tăng khả năng ñiền ñầy của vật liệu hàn.

3. Gia nhiệt trước cho vật hàn, giữ nhiệt cho liên kết hàn ñể giảm tốc ñộ nguội.

4. Sử dụng liên kết hàn hợp lý, vát mép, giảm khe hở giữa các vật hàn v.v...

5. Bố trí so le các mối hàn.

Nứt ở vùng gây và kết thúc hồ quang

-nt-

1. Vị trí kết thúc hồ quang bị lõm, tồn tại nhiều tạp chất.

2. Hồ quang không ñược bảo vệ tốt.

1.Sử dụng thiết bị hàn phù hợp, có chế ñộ riêng cho lúc gây và kết thúc hồ quang.

2. Sử dụng các bản nối công nghệ ở vị trí bắt ñầu và kết thúc hồ quang, ñể các vết nứt này nằm ngoài liên kết hàn.

Nứt ngang -nt-

1. Sử dụng vật liệu hàn chưa ñúng.

2. Tốc ñộ nguội cao

3. Mối hàn quá nhỏ so với liên kết.

1. Sử dụng vật liệu phù hợp

2. Tăng dòng ñiện và kích thước ñiện cực hàn.

3. Gia nhiệt trước khi hàn

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 85

Hình 4.1. Các kiểu nứt

Hình 4.2. Nứt dọc mối hàn.

4.1.2. Rỗ khí

Rỗ khí sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại lỏng của mối hàn không kịp thoát

ra ngoài khi kim loại vũng hàn ñông ñặc.

Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong hoặc ở bề mặt mối hàn. Rỗ khí có thể nằm ở

phần ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại ñắp (Hình 4.3).

Hình 4.3. Rỗ khí

Nứt dọc kim loại cơ bản

Nứt ngang mối hàn

Nứt dọc mối hàn

Nứt ở kim loại cơ bản

Rỗ bề mặt Rỗ tập trung Rỗ riêng lẻ

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 86

Rỗ khí có thể phân phối tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn.

Sự tồn tại của rỗ khí trong liên kết hàn sẽ làm giảm tiết diện làm việc, giảm cường

ñộ chịu lực và ñộ kín của liên kết.

Hình 4.4. Rỗ bễ mặt

Nguyên nhân:

- Hàm lượng cacbon trong kim loại cơ bản hoặc trong vật liệu hàn quá cao

- Vật liệu hàn bị ẩm; bề mặt chi tiết hàn khi hàn bị bẩn, dính sơn, dầu mỡ, gỉ, hơi

nước,v.v....

- Chiều dài cột hồ quang lớn, tốc ñộ hàn quá cao.

Biện pháp phòng tránh:

- Dùng vật liệu hàn có hàm lượng cacbon thấp.

- Trước khi hàn, vật liệu hàn phải ñược sấy khô và bề mặt hàn phải ñược làm sạch.

- Giữ chiều dài cột hồ quang ngắn, giảm tốc ñộ hàn.

- Sau khi hàn, không gõ xỉ hàn ngay, kéo dài thời gian giữ nhiệt cho mối hàn.

- Riêng ñối với hàn có khí bảo vệ (MIG/MAG...): Sử dụng khí bảo vệ phù hợp,

kiểm tra hệ thống cấp khí, làm sạch chụp khí. Lựa chọn khoảng cách giữa chụp

khí với vật hàn ñảm bảo bảo vệ tốt hồ quang. Kiểm tra lưu lượng khí tránh quá cao

hoặc quá thấp.

- ðối với hàn tự ñộng dưới lớp thuốc, thuốc hàn phải ñảm bảo không bị ẩm, ñược

cung cấp thuốc ñầy ñủ trong quá trình hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 87

Xỉ bề mặt

Xỉ tập trung Xỉ nằm ở biên giới kim

loại mối hàn và KLCB

4.1.3. Lẫn xỉ (kẹt xỉ)

Lẫn xỉ (hoặc một số tạp chất khác) là loại khuyết tật rất dễ xuất hiện rong mối hàn.

Xỉ hàn và tạp chất có thể tồn tại trong mối hàn 1, cũng có thể nằm trên bề mặtt mối hàn 2,

chỗ giáp ranh giữa kim loại mối hàn và phần kim loại cơ bản 3 hoặc giữa các lượt hàn 4

(Hình 4.5)

Xỉ ở mép vật hàn. Xỉ ở chân ñường hàn

Hình 4.5. Lẫn xỉ

Lẫn xỉ ảnh hưởng lớn ñến ñộ bền, ñộ dai va ñập và tính dẻo của kim loại, mối hàn,

giảm khả năng làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng ñộng.

Nguyên nhân:

- Dòng ñiện hàn quá nhỏ, không ñủ nhiệt lượng ñể cung cấp cho kim loại nóng chảy

và xỉ khó thoát lên khỏi vũng hàn.

- Mép hàn chưa sạch, khi hàn ñính hay hàn nhiều lớp chưa gõ sạch xỉ.

- Góc ñộ hàn chưa hợp lý và tốc ñộ hàn quá lớn.

- Làm nguội mối hàn qúa nhanh, xỉ hàn chưa kịp thoát ra ngoài.

Biện pháp phòng tránh:

- Tăng dòng ñiện hàn cho thích hợp. Hàn bằng hồ quang ngắn và tăng thời gian

dừng lại của hồ quang.

- Làm sạch vật hàn trước khi hàn, gõ sạch xỉ ở mối hàn ñính và các lớp hàn

- Thay ñổi góc ñộ và phương pháp ñưa ñiện cực hàn cho hợp lý. Giảm tốc ñộ hàn,

trành ñể xỉ hàn chảy trộn lẫn vào trong vũng hàn hoặc chảy về phía trước vùng

nóng chảy.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 88

4.1.4. Không ngấu

Hàn không ngấu là loại khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. NGoài ảnh

hưởng không tốt như rỗ khí và lẫn xỉ, nó còn nguy hiểm hơn nữa là dẫn ñến nứt, làm

hỏng liên kết. Nhiều kết cấu hàn bị phá hủy do khuyết tật hàn không ngấu.

Hàn không ngấu sinh ra ở góc mối hàn, mép hàn hoặc giữa các lớp hàn

Hình 4.6. Hàn không ngấu

Nguyên nhân:

- Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý. Góc vát quá nhỏ.

- Dòng ñiện hàn quá nhỏ hoặc tốc ñộ hàn quá nhanh.

- Góc ñộ ñiện cực hàn (que hàn) và cách ñưa ñiện cực không hợp lý.

- Chiều dài cột hồ quang quá lớn.

- ðiện cực hàn chuyển ñộng không ñúng theo trục mối hàn

Biện pháp khắc phục:

- Làm sạch liên kết trước khi hàn, tăng góc vát và khe hở hàn.

- Tăng dòng ñiện hàn và giảm tốc ñộ hàn, v.v...

Kim loại lỏng chưa ñiền ñầy Mối hàn cao không ngấu

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 89

4.1.5. Lẹm chân và chảy loang

4.1.5.1. Lẹm chân

Lẹm chân là phần bị lẹm (lõm, khuyết) thành rãnh dọc theo ranh giới giữa kim loại

cơ bản và kim loại ñắp (Hình 4.7)

Lẹm chân làm giảm tiết diện làm việc của liên kết, tạo sự tập trung ứng suất cao

và có thể dẫn ñến sự phá hủy của kết cấu trong quá trình sử dụng.

Nguyên nhân:

- Dòng ñiện hàn quá lớn

- Chiều dài, cột hồ quang lớn

- Góc ñộ que hàn và cách ñưa que hàn chưa hợp lý

- Sử dụng chưa ñúng kích thước ñiện cực hàn (quá lớn)

Hình 4.7 Lẹm chân.

4.1.5.2. Chảy loang

Chảy loang là hiện tượng kim loại lỏng chảy loang trên bề mặt của liên kết hàn (bề

mặt kim loại cơ bản - vùng không nóng chảy)

Chảy loang tạo ra sự tập trung ứng suất, làm sai lệch hình dạng của liên kết hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 90

Nguyên nhân :

- Góc nghiêng que hàn không hợp lý.

- Dòng ñiện hàn quá cao.

- Tư thế hàn và cách ñặt vật hàn không hợp lý.

Hình 4.8. Chảy loang.

4.1.6. Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn

Loại khuyết tật này bao gồm những sai lệch về hình dáng mặt ngoài của liên kết

hàn, làm nó không thỏa mãn với các yêu cầu kỹ thuật và thiết kế .

Hình 4.9. Một số dạng khuyết tật hình dáng

Mối hàn quá cao Mối hàn cao, khuyết cạnh

Lõm bề mặt Bề mặt nhấp nhô

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 91

Ví dụ:

- Chiều cao phần nhô hoặc chiều rộng của mối hàn không ñồng ñều.

- ðường hàn vặn vẹo, không thẳng.

- Bề mặt mối hàn nhấp nhô.

Hình 4.10. Chi tiết hàn lệch.

Nguyên nhân:

- Gá lắp và chuẩn bị mép hàn chưa hợp lý.

- Chế ñộ hàn không ổn ñịnh.

- Vật liệu hàn không ñảm bảo chất lượng.

- Trình ñộ công nhân quá thấp, v.v...

Ngoài các loại khuyết tật thường gặp ñã trình bày trên. Trong liên kết hàn còn có

các loại khuyết tật khác như quá nhiệt và bắn tóe.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 92

Quá nhiệt. Khuyết tật này xuất hiện do việc chọn chế ñộ hàn không hợp lý (năng

lượng nhiệt quá lớn, vận tốc hàn quá nhỏ) làm cho kim loại ñắp và vùng ảnh hưởng nhiệt

có cấu tạo hạt rất thô, cơ tính của liên kết hàn bị giảm.

Bắn tóe. Khuyết tật này là hiện tượng bắn tóe kim loại lên vật hàn, do vật liệu hàn

không ñảm bảo chất lượng, thiếu khí bảo vệ hoặc sử dụng không ñúng loại khí. Gây mất

thẩm mỹ liên kết hàn, tốn công sức làm sạch v.v....

Hình 4.11. Bắn toé.

Nói chung, các loại khuyết tật của liên kết hàn sau khi ñã phát hiện ñược nếu quá

qui ñịnh cho phép thì phải:

- ðục bỏ phần kim loại có khuyết tật;

- Hàn sửa chữa và kiểm tra lại;

- Riêng ñối với vết nứt cần phải khoan chặn hai ñầu vết nứt ñể hạn chế sự phát

triển của vết nứt, loại bỏ triệt ñể và hàn sửa chữa lại.

- Khắc phục khuyết tật quá nhiệt bằng phương pháp nhiệt luyện ñể khôi phục lại

kích thước hạt của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 93

4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CH ẤT LƯỢNG LIÊN K ẾT HÀN.

Mục ñích của việc kiểm tra chất lượng liên kết hàn là xác ñịnh khả năng ñáp ứng

các ñiều kiện làm việc của liên kết. Cụ thể là xác ñịnh các tính chất cơ học, hóa học, kim

loại học và xác ñịnh các khuyết tật.

Ngoài ra việc kiểm tra chất lượng liên kết hàn còn ñược dùng ñể phân loại các quy

trình hàn và trình ñộ tay nghề thợ hàn.

Các phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn ñược chia làm 2 nhóm phương

pháp chính:

- Kiểm tra không phá hủy.

- Kiểm tra phá hủy.

4.2.1. Kiểm tra bằng các phương pháp không phá hủy

ðây là phương pháp kiểm tra ñược thực hiện trực tiếp với liên kết trên các sản

phẩm hàn cụ thể mà không gây nên phá hủy chúng.

4.2.1.1. Phương pháp quan sát bằng mắt

ðây là phương pháp ñược sử dụng rất thông dụng ñể kiểm tra toàn bộ quá trình

hàn, cụ thể là kiểm tra trước khi hàn, khi ñang hàn và sau khi hàn.

Phương pháp này dễ thực hiện, có thể giúp tránh ñược các khuyết tật hoặc phát

hiện sớm trong khi hàn.

a) Kiểm tra tr ước khi hàn.

- Xem lại các bản vẽ thiết kế, các tiêu chuẩn ñặt ra cho liên kết hàn.

- Kiểm tra các vật liệu hàn sử dụng có ñầy ñủ và phù hợp với các yêu cầu không.

- So sánh việc chuẩn bị và gá lắp, khe hở hàn và vát mép có ñúng với thiết kế

không.

- Kiểm tra ñộ sạch bề mặt liên kết trước khi hàn có bị dính dầu, mỡ, sơn hay gỉ

sét không.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 94

Hình 4.12. Kiểm tra mép hàn.

b) Ki ểm tra trong khi hàn.

Khi bắt ñầu hàn, cần kiểm tra các bước thực hiện quy trình hàn và thao tác của

người thợ cũng như các thiết bị, vật liệu hàn xem ñã ñúng chưa ?

Các mục cần kiểm tra trong khi hàn bao gồm:

- Các thông số của quy trình hàn;

- Vật liệu hàn tiêu hao;

- Nhiệt ñộ nung nóng sơ bộ (nếu có);

- Vị trí hàn và chất lượng bề mặt vật hàn;

- Thứ tự hàn;

- Sự làm sạch xỉ ở mối hàn ñính và giữa các lớp hàn;

- Kiểm soát mức ñộ biến dạng;

- Kích thước liên kết;

- Nhiệt ñộ và thời gian sử lý nhiệt sau khi hàn.

Khi phát hiện có những sai lệch thì cần ñiều chỉnh lại các thông số công nghệ cho

hợp lý; xử lý ngay các khuyết tật như kẹt xỉ, rỗ, nứt bề mặt.

c) Kiểm tra sau khi hàn.

Bước kiểm tra này dùng ñể xác ñịnh các khuyết tật như chảy loang, lẹm chân, rỗ

khí, nứt bề mặt và các khuyết tật về hình dáng mặt ngoài của liên kết hàn. Các thao tác

bao gồm:

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 95

- Làm sạch bề mặt liên kết hàn (bề mặt mối hàn và vùng kim loại cơ bản).

- Quan sát kỹ bằng mắt thường hoặc bằng kính lúp;

- Kiểm tra kích thước của liên kết hàn so với bản vẽ thiết kế;

- Kiểm tra kích thước mối hàn bằng các loại calip chuyên dụng với ñộ chính xác

cần thiết

ðo góc mối hàn ðo ñộ lệch chi tiết hàn

ðo vết khuyết chân ðo chiều cao mối hàn

ðo chân mối hàn góc ðo chiều cao mối hàn góc

Hình 4.13. Ca lip ño kích thước mối hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 96

4.2.1.2. Kiểm tra bằng dung dịch chỉ thị mầu

ðây là phương pháp sử dụng các dung dịch ñể thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ khí

nhỏ của liên kết hàn không thể quan sát ñược bằng mắt thường. Sau ñó dùng các chất

hiển thị mầu ñể phát hiện ra vị trí mà dung dịch thẩm thấu còn nằm lại ở các khuyết tật

như vết nứt, rỗ khí v.v...

Thông thường sử dụng 3 loại dung dịch và theo các bước sau ñây

1. Dùng dung dịch làm sạch ñể tẩy sạch bề mặt mối hàn.

2. Phun dung dịch thẩm thấu lên bề mặt mối hàn.

3. Sau khi ñã ñủ thời gian ñể dung dịch thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ khí, thì lau

sạch bề mặt mối hàn.

4. Phun dung dịch hiển thị màu lên vùng mối hàn vừa thực hiện các bước trên ñể

phát hiện các khuyết tật.

Phương pháp này có ưu việt là ñơn giản, dễ thực hiện, phát hiện ñược cả các

khuyết tật nhỏ không quan sát ñược bằng mắt thường một cách nhanh chóng, tuy nhiên

nó không phát hiện ñược những khuyết tật nằm trong lòng liên kết hàn và chiều sâu của

khuyết tật.

Có thể thay thế dung dịch hiển thị mầu bằng các chất lỏng phát sáng dưới tia tử

ngoại.

Hình 4.14. Các dạng hiển thị

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 97

4.2.1.3. Kiểm tra bằng từ tính

Ta biết rằng, khi rắc bột sắt trong trường của nam châm vĩnh cửu hay nam châm

ñiện thì nó sẽ phân bố theo quy luật của các ñường sức từ. Quy luật này trước tiên phụ

thuộc vào sự ñồng nhất của cấu trúc sắt từ. Nếu như trên ñường ñi. Các ñường sức từ gặp

phải các vết nứt, khe hở,... thì quy luật phân bố của các ñường sức từ sẽ thay ñổi so với

những khu vực khác do có sự khác nhau về ñộ thẩm từ. Khi gặp các khuyết tật các ñường

sức sẽ tản ra tạo thành hình bao lấy các khuyết tật ñó.

Hình 4.15 chỉ ra một dụng cụ kiểm tra bằng từ tính.

Hình 4.15 Kiểm tra khuyết tật hàn bằng từ tính

Dựa vào nguyên lý ñó người ta tiến hành kiểm tra bằng cách rắc bột sắt từ lên bề

mặt mối hàn, ñặt kết cấu hàn vào trong một từ trường (hay cho một dòng ñiện ñi qua) rồi

nhìn vào sự phân bố của các ñường sức từ ñể phát hiện chỗ có khuyết tật.

Phương pháp này chỉ áp dụng cho các vật liệu từ tính. Nó cho phép phát hiện ñược

các vết nứt bề mặt có kích thước rất nhỏ hoặc các khuyết tật ở phía dưới bề mặt liên kết

hàn như:

- Nứt ở vùng ảnh hưởng nhiệt.

- Hàn không ngấu.

- Nứt phía trong mối hàn.

- Rỗ khí, lẫn xỉ.

Phương pháp này khó phát hiện ñược các vết nứt nằm dọc theo ñường sức từ.

Máy dò

khuyết tật

Vết nứt

Thanh dò khuyết tật

Vết nứt

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 98

4.2.1.4. Kiểm tra bằng tia rơnghen và gamma

Kiểm tra khuyết tật bằng tia

rơnghen (X) và gama (γ) chỉ tiến

hành ñối với các kết cấu quan

trọng như các thiết bị chứa hóa

chất, nồi hơi, thiết bị áp lực, các

kết cấu trong công nghiệp ñóng

tàu, hàng không, chế tạo máy...

Hình 4.16 Tìm khuyết tật bằng chụp X quang

Tia X và γ là sóng ñiện từ có bước sóng rất ngắn, tần số dao ñộng và năng lượng

rất cao có thể ñi xuyên qua những khối kim loại dày. Một phần bức xạ tia X (γ) bị hấp

thụ khi ñi qua mẫu kiểm tra. Lượng hấp thụ và lượng ñi qua ñược xác ñịnh theo chiều

dày của mẫu. Khi có khuyết tật bên trong, chiều dày hấp thụ bức xạ sẽ giảm. ðiều này

tạo ra sự khác biệt trong phần hấp thụ và ñược ghi lại trên phim ở dạng hình ảnh bóng

gọi là ảnh bức xạ. Nghiên cứu các ảnh bức xạ sẽ cho phép phát hiện và các khuyết tật bên

trong vật hàn một cách chính xác. Hình 4.16 minh họa phương pháp dò tìm khuyết tật

bằng chụp X quang.

4.2.1.5. Kiểm tra bằng siêu âm

Sóng siêu âm là dạng sóng âm thanh dao ñộng ñàn hồi trong môi trường vật chất

nhất ñịnh. Khi truyền qua biên giới giữa các môi trường vật chất khác nhau sóng siêu âm

sẽ bị khúc xạ hay phản xạ trở lại. Dựa vào ñặc tính ñó, người ta ñã chế tạo ñược các loại

máy dò siêu âm ñể phát hiện các khuyết tật nằm sâu trong lòng kim loại.

Phương pháp này cho phép xác ñịnh ñược các vết nứt thô ñại, hàn không ngấu, rỗ

khí, kẹt xỉ... và cả những sự thay ñổi rất nhỏ ở vùng ảnh hưởng nhiệt của liên kết hàn.

ðể kiểm tra, ta cần làm sạch bề mặt liên kết hàn về cả hai phía từ 50 ñến 80 mm,

rồi quét lên ñó một lớp chất tiếp âm như mỡ, dầu nhờn. Sau khi ñã hiệu chỉnh các ñặc

tính của máy theo căn mẫu chứa khuyết tật ñược chế tạo sẵn từ loại vật liệu tương tự, ta

cho ñầu dò trượt nhẹ dọc theo cả hai phía của mối hàn theo hình chữ chi trên hình 4.17.

Nguồn phát tia

Tia X(γ) Vùng chụp phim

Phim chụp

Mẫu thử

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 99

Nếu trên màn ảnh của máy xuất hiện những xung cao hơn bình thường, chứng tỏ

ñầu dò ñã phát hiện ñược những khuyết tật. Theo hành trình của dầu dò về các hướng

khác nhau và căn cứ vào sự xuất hiện hay biến mất của xung trên màn ảnh ta cũng có thể

xác ñịnh ñược kích thước của khuyết tật.

Hình 4.17. Thiết bị dò siêu âm.

Tuỳ thuộc vào việc quan sát sóng khúc xạ hay phản xạ ta có hai dạng thiết bị dò.

Sóng phản xạ, dùng ñầu dò thẳng.

Sóng khúc xạ, dùng ñầu dò xiên.

Hình 4.18. ðầu dò khuyết tật

ðầu dò

Núm ñiều chỉnh Màn hình quan sát

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 100

4.2.1.6. Phương pháp kiểm tra ñộ kín của liên kết hàn

Các khoang, két, vỏ, ñáy ñôi… thuộc kết cấu thân tàu, với ñiều kiện làm việc phải ñảm bảo ñộ kín khít khi tàu khai thác cần phải ñược kiểm tra ñộ kín của liên kết hàn. Tùy thuộc vào ñặc tính, vị trí của kết cấu và khả năng thiết bị của cơ sở mà lựa chọn phương pháp kiểm tra ñộ kín thích hợp.

ðộ kín khít ñược kiểm tra bằng.

• Thử kín khí.

• Thử thuỷ lực.

a) Kiểm tra ñộ kín bằng áp lực khí.

a.1. Thử kín khí thông thường

ðây là biện pháp thử thay cho thử thuỷ lực. Do thử thuỷ lực sử dụng nước ngọt vì vậy với các khoang két có dung tích lớn cần một lượng nước lớn ñể thử. Ngoài ra kết cấu của ñường triền khó có thể chịu ñược tải trọng như vậy.

Qui trình th ử.

• ðóng kín toàn bộ các miệng khoét của két.

• ðặt ống ño chữ U ở chỗ bơm khí vào.

• ðặt một van an toàn.

• Bơm khí vào két ñến áp suất yêu cầu.

• Phun dung dịch chỉ thị rò (nước xà phòng) vào toàn bộ các ñường hàn cần kiểm tra.

• Các vị trí mà sùi bong bóng là vị trí có khuyết tật. Chú ý. Do sử dụng dung dịch xà

phòng ñể kiểm tra khuyết tật hàn

vì vậy việc kiểm tra xem áp suất

ñồng hồ có tụt hay không là

không cần thiết, do không kết

luận ñược ñiều gì vì áp suất khí

trong két thử sẽ thay ñổi theo

nhiệt ñộ môi trường.

Hình 4.19. Thử két ñỉnh mạn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 101

a.2. Thử mối hàn bằng khí nén (áp dụng cho các mối hàn góc).

Phương pháp này ñược thực hiện bằng cách thực hiện khoan 1 lỗ trên ñường hàn

góc và bơm khí nén vào thông qua vòi khí. Nếu mối hàn không kín thì bong bóng sẽ

thoát ra

Hình 4.20. Thử mối hàn góc bằng áp lực khí nén.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 102

a.3. Thử bằng vòi phun khí.

Vòi phun khí nén phun vào bề mặt bên này của mối hàn, bề mặt bên kia ñược quét

xà phòng và quan sát. Vị trí mà bong bóng xà phòng bay ra là vị trí có khuyết tật.

Áp suất khí nén 0,7MPa (7kG/cm2).

Hình 4.21. Thử mối hàn bằng vòi phun khí.

a.4. Thử mối hàn bằng phương pháp tạo chân không.

Buồng chân không ñược ñặt trực tiếp lên vùng mối hàn cần ñược kiểm tra ñã ñược

bôi nước xà phòng trên bề mặt. ðộ chân không ñược tạo ra nhờ có bơm chân không ñặt ở

phía ngoài và xác ñịnh ñược bằng chân không kế. Do có sự chênh lệch lớn về áp suất,

không khí sẽ chui vào buồng chân không qua khuyết tật của mối hàn các chi tiết .

Nắp ñậy ñược chế tạo bằng loại vật liệu trong suốt do ñó ta có thể nhìn thấy ñược

vị trí của khuyết tật theo bong bóng xà phòng. ðệm ñược làm từ loại cao su xốp dùng ñể

tạo ñộ kín cần thiết giữa buồng chân không và liên kết hàn. Khung thường ñược chế tạo

từ thép, nhôm hoặc chất dẻo có ñộ bền cao. Sau khi kiểm tra xong, ta mở cho không khí

vào theo van ba cửa và chuyển buồng chân không sang vị trí mới. Phương pháp này có

thể cho năng suất tới 60m/giờ.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 103

Ta tiến hành quan sát khu vực thử, thông qua lớp nước xà phòng trên bề mặt mối

hàn, nếu xà phòng sùi lên ở vị trí nào thì ñó là vị trí có khuyết tật.

Mối hàn giáp mối. Mối hàn góc.

Hình 4.22. Kỹ thuật hộp chân không kiểm tra mối hàn.

b) Ki ểm tra bằng áp lực nước.

Theo nhóm này ta còn có phương pháp thử bằng vòi rồng, và phương pháp thử

thuỷ lực ( hoặc hỗn hợp sử dụng cả nước và khí ñể thử).

b.1. Thử bằng vòi rồng.

ðây là phương pháp thử tồn tại lâu ñời nhất. Theo nó ta sử dụng vòi phun nước áp

lực ( 2kG/cm2 ) phun trực tiếp lên vị trí mối hàn cần kiểm tra và tiến hành quan sát bên

kia. Tuy nhiên sự dò lọt qua các mối hàn là ñiều khó phát hiện ñây là hạn chế của phương

pháp này.

b.2. Thử thuỷ lực.

Dạng thử này ñược thực hiện bằng cách bơm nước vào các khoang két thử ñến cột

nước thích hợp ( tuỳ thuộc vào vị trí khoang két cần thử) sau ñó tiến hành quan sát mối

hàn. Các vị trí rò nước ứng với vị trí có khuyết tật.

Qui trình th ử.

• Bịt tất cả các lỗ khoét và ñường ống vào két thử (trừ ống thông khí).

• Lắp thêm ống bổ sung lên ống thoát khí ñể ñạt cột áp yêu cầu.

• Làm khô các mối hàn.

• Bơm nước vào két ñến cột áp thử.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 104

4.2.2. Kiểm tra bằng các phương pháp phá hủy

Mục ñích của việc kiểm tra này là xác ñịnh các ñặc tính cơ học của liên kết hàn ñể

so sánh với cơ tính của kim loại cơ bản. Qua ñó, cũng có cơ sở ñể ñánh giá trình ñộ tay

nghề của người thợ hàn một cách chính xác hơn.

4.2.2.1 Kiểm tra cơ tính của mối hàn.

Mục ñích của phương pháp, so sánh cơ tính mối hàn với kim loại cơ bản. Căn cứ

vào yêu cầu kỹ thuật, khả năng thiết bị kiểm tra ở cơ sở mà tiến hành thử kéo, uốn, ñộ

cứng và ñộ dai va ñập của các liên kết dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hay tải trọng ñộng.

a. Thử kéo. ðể thử kéo, người ta phải chuẩn bị mẫu ñược cắt từ phần kim loại ñắp

của liên kết hàn và gia công cơ ñể ñạt ñược hình dạng và kích thước như giới thiệu trên

hình 4.23 và bảng 4.2.

Hình 4.23. Mẫu thử kéo kim loại mối hàn

Kích thước (mm) của mẫu thử kéo kim loại mối hàn Bảng 4.2

Loại mẫu Chiều dài tính toán d 1 h L

I

II

III

30

15

50

6 + 0,1

3 + 0,1

10 + 0,2

36 ± 0,5

20 + 0,5

70 ± 0,5

6

4

10

48 ± 1

28 ± 1

90 ± 1

Còn có loại mẫu IV dùng ñể kiểm tra cơ tính của các mối hàn làm việc trong ñiều

kiện nhiệt ñộ cao. Khi thử kéo phải xác ñịnh ñồng thời giới hạn bền, giới hạn chảy, ñộ

giãn dài và co thắt tương ñối của kim loại ñắp.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 105

Các liên kết hàn giáp mối khi tiến hành thử kéo phải chuẩn bị thành mẫu như trên hình 4.23và bảng 4.3. Khi thử, phần nhô của mối hàn cần ñược gia công cho phẳng với bề mặt của các chi tiết.

Kích thước của mẫu kéo liên kết hàn giáp mối, mm Bảng 4.3

Chiều dày chi tiết b b1 I L

S < 4,5

4,5 - 10

10 - 25

25 - 50

15 + 0,5

20 + 0,5

25 + 0,5

30 + 0,5

25

30

35

40

50

60

100

160

L = 1 + 2h

Chú thích: 1. Chiều dài h chọn theo kết cấu của máy thử kéo.

2. Với S > 50 mm kích thước mẫu do yêu cầu kỹ thuật quy ñịnh riêng.

b. Thử uốn. Mẫu thử ñược chuẩn bị như hình 4.23. và bảng 4.4

Kích thước các mẫu thử uốn, mm Bảng 4.4

S R b D L I

S < 2

2, - 4,0

4,1 - 8

8,1 - 12

12,1 - 16

16,1 - 20

S > 20,1

2

4

8

12

16

20

25

Với S > 5

b = S + 30

Với S < 5

b = S + 15

2S D + 2,5 + 80 L/3

Sơ ñồ thử uốn giới thiệu trên hình 4.24

Hình 4.24. Sơ ñồ thử uốn.

Mẫu thử uốn

Dụng cụ ép

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 106

c. Thử ñộ dai va ñập. ðể kiểm tra ñộ dai va ñập, ta sử dụng các mẫu thử có hình

dạng và kích thước như trên hình 4.25 và bảng 4.5.

Hình 4.25. Thử ñộ dai va ñập.

Kích thước mẫu thử ñộ dai và ñập, mm Bảng 4.5

Loại mẫu b b1 I L

I

II

III

10 + 0,1

5 + 0,1

S*

8 + 0,1

8 + 0,1

6 + 0,1

10 + 0,1

10 + 0,1

8 + 0,1

55 + 0,5

55 + 2

55 + 2

*. Chiều dày chi tiết, mm

Những liên kết hàn có giới hạn bền của kim loại ñắp gần tương ñương với kim

loại cơ bản, có góc uốn không bé hơn 1200 và ñộ dai va ñập lớn hơn 8 kGm/cm2 không

chứa các loại khuyết tật nguy hiểm (nứt, hàn không ngẫu, lẫn xỉ...) ñược coi là những liên

kết ñạt yêu cầu.

4.2.2.2. Kiểm tra cấu trúc kim loại của liên kết hàn

Kiểm tra cấu trúc kim loại của liên kết hàn gồm: kiểm tra thô ñại, tế vi.

Kiểm tra cấu trúc thô ñại ñược tiến hành trực tiếp ñối với các mẫu thử kim loại

hoặc các mặt gãy của chúng. Các mẫu thử ñược cắt ra từ các liên kết hàn, mài bóng và

tẩy sạch bằng dung dịch axit nitric 25% rồi dùng kính lúp hoặc mắt thường ñể phát hiện

Vị trí ñánh búa

Dụngcụ thử ñộ dai va ñập

10

55

10 45o

2mm

Bán kính lượn 0.25mm

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 107

Mối hàn

Vùng ảnh hưởng nhiệt

Kim loại cơ

bản

khuyết tật của liên kết hàn. Cũng có thể khoan lấy mẫu ngay trên kim loại ñắp ñể nghiên

cứu. Thường dùng các mũi khoan với ñường kính lớn hơn chiều rộng của mối hàn 3mm

ñể lấy ñược cả phần kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt.

Kiểm tra cấu trúc tế vi ñược tiến hành dưới các loại kính lúp có ñộ phòng ñại lớn

(X100 - 1000 lần). Nhờ vậy mà có thể xác ñịnh ñược dễ dàng và chính xác chất lượng

kim loại ở vùng tinh giới hạt, kích thước hạt và các khuyết tật tế vi (nứt, rỗ khí...) trong tổ

chức của liên kết hàn.

Hình 4.26. Kiểm tra cấu trúc thô ñại

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 108

CHƯƠNG 5. QUI ƯỚC, KÝ HI ỆU MỐI HÀN

5.1. CÁCH BIỂU DIỄN MỐI HÀN TRÊN B ẢN VẼ.

5.1.1. Không phụ thuộc vào phương pháp hàn, các mối hàn trên bản vẽ ñược qui ước biểu diễn như sau:

Mối nhìn thấy ñược biểu diễn bằng “nét liền cơ bản”

Mối khuất ñược biểu diễn bằng “nét ñứt” Hình 5-1

5.1.2. Không phụ thuộc vào phương pháp hàn, các ñiểm hàn (các mối hàn ñiểm ) trên bản vẽ ñược qui ước như sau:

ðiểm nhìn thấy ñược biểu diễn bằng dấu “+” dấu này ñược biểu diễn bằng “nét liền cơ bản” Hình 5-1.

Hình 5-1

5.1.3. ðể chỉ mối hàn hay ñiểm hàn, qui ước dùng một “ñường dóng” và “nét gạch ngang” của ñường dóng. Nét gạch ngang này ñược kẻ song song với ñưòng bằng của bản vẽ, tận cùng của ñường dóng có nửa mũi tên chỉ vào vị trí của mối hàn. Hình 5-1

5.1.4. ðể biể diễn các mối hàn nhiều lớp, qui ước dùng các ñường viền riêng và các chữ số “La mã” ñể chỉ số thứ tự các lớp hàn. Hình 5-1

5.1.5. ðối với các mối hàn phi tiêu chuẩn (do người thiết kế qui ñịnh) cần phải chỉ dẫn kích thước các phần tử kết cấu trên bản vẽ.

5.1.6. Giới hạn của mối hàn qui ước biểu diễn bằng “nét liền cơ bản”, còn giới hạn các phẩn tử kết cấu của mối hàn biểu thị bằng “nét liền mảnh”.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 109

5.2. QUI ƯỚC, KÝ HI ỆU MỐI HÀN TRÊN B ẢN VẼ.

5.2.1. Cấu trúc qui ước ký hiệu mối hàn tiêu chuẩn chỉ dẫn trên hình 5-2.

Hình 5-2

5.2.2. Cấu trúc qui ñịnh mối hàn phi tiêu chuẩn chỉ dẫn trên hình hình 5-3. Phương pháp hàn ñể hàn mối hàn này phải chỉ dẫn trong ñiều kiện kỹ thuật của bản vẽ.

Hình 5-3

ký hiệu phụ

chiều dài phần hàn của mối hàn gián ñoạn, ký hiệu “/” hay “Z” và bước hàn

ký hiệu ∆ và kích thước cạnh mối hàn

của liên kết hàn chữ T và hàn góc

ký hiệu kiểu mối hàn, dạng chuẩn bị liên kết hàn.

ký hiệu phương pháp hàn , dạnghàn tự ñộng bán tự ñộng

ký hiệu phụ

chiều dài phần hàn của mối hàn gián

ñoạn, ký hiệu “/” hay “Z” và bước hàn

Ký hiệu phụ của mối hàn thực hiện theo ñường chu vi kín và môí hàn lắp ráp

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 110

5.2.3. Những qui ước ký hiệu phụ ñể ký hiệu mối hàn ñược chỉ dẫn trong bảng dưới ñây (bảng 5-1) Bảng 5-1

Vị trí ký hiệu phụ Ký hiệu phụ

Ý nghĩa của ký hiệu phụ Phía chính Phía phụ

1 2 3 4

Phần lồi của mối hàn ñược cắt ñi cho bằng với bề mặt của kim loại cơ bản.

Mối hàn ñược gia công ñể có sự chuyển tiếp ñều từ kim loại mối hàn ñến kim loại cơ bản.

Mối hàn ñược thực hiện khi lắp ráp.

Mối hàn gián ñoạn phân bố theo kiểu mắt xích

Góc nghiêng ký hiệu so với nét gạch ngang của ñường dóng chỉ vị trí hàn là 600

Mối hàn gián ñoạn hay các ñiểm hàn (vị trí hàn) phân bố so le.

Mối hàn ñược thực hiện theo ñường chu vi kín. ðường kính ký

hiệu d = 3÷4(mm)

Mối hàn nhìn thấy ñược thực hiện theo ñường chu vi hở.

Ký hiệu chỉ áp dụng với mối hàn nhìn thấy.

Kích thước ký hiệu

Cao 3 ÷ 5 mm

Dài 6 ÷ 10 mm

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 111

Phía chính và phía phụ ñược qui ước như sau:

• ðối với mối hàn hàn cả hai phía nhưng không ñối xứng thì phía chính là phía có

chiều sâu lớn hơn.

• ðối với mối hàn, hàn một phía thì phía chính là phía thực hiện hàn.

• ðối với mối hàn, hàn cả hai phía ñối xứng thì phía chính hay phía phụ là phía bất kỳ, tức là phía này là chính thì phía ñối diện là phía phụ.

5.2.4. Qui ước ký hiệu mối hàn ñối với phía chính thì ghi ở trên (hình 5-4.a) và ñối với phía phụ thì ghi ở dưới (hình 5-4.b) nét gạch ngang của ñường dóng chỉ vị trí hàn.

Hình 5-4a Hình 5-4b

5.2.5. ðộ nhẵn bề mặt gia công của mối hàn có thể ghi ở phía trên, hay phía dưới nét gạch ngang của ñường dóng chỉ vị trí hàn và ñược ñặt sau ký hiệu mối hàn (hình 5-5) hoặc cũng có thể chỉ dẫn trong ñiều kiện kỹ thuật của bản vẽ mà không cần ghi ký hiệu.

Ký hiệu mối hàn

Ký hiệu mối hàn

Hình 5-5

5.2.6. Nếu mối hàn có qui ñịnh kiểm tra thì ký hiệu này ñược ghi ở phía dưới ñường dóng chỉ vị trí hàn (hình 5-6).

ký hiệu mối hàn

ký hiệu kiểm tra

Hình 5-6

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 112

5.2.5. Nếu trên bản vẽ có các mối hàn giống nhau (1.Kiểu kích thước các phần tử kết cấu của chúng trong tiết diện ngang là như nhau. 2.Chúng có yêu cầu kỹ thuật giống nhau. 3.Chúng ñều có một ký hiệu) thì chỉ cần ghi số lượng và số hiệu của chúng. Ký hiệu này có thể ghi ở phía trên nét vạch ngang của ñường dóng chỉ ra vị trí (nếu ở vị trí ñó không ghi ký hiệu mối hàn) hoặc ghi phía trên ñường dóng chỉ vị trí hàn (nếu ở phía trên nét gạch ngang của ñường này có ghi ký hiệu mối hàn (hình 5-7).

Ký hiệu mối hàn NO1

NO1

NO1

NO1

Hình 5-7

5.2.8. Vật liệu hàn (que hàn, dây hàn, thuốc hàn, thuốc bọc .v.v.) có thể chỉ dẫn ra trong bản vẽ hoặc có thể không cần phải chỉ dẫn.

5.2.9. Hiện nay có nhiều phương pháp hàn và dạng hàn khác nhau, ñể thông dụng ta tạm thời qui ước ký hiệu một số phương pháp hàn và dạng hàn cơ bản cũng như kiểu liên kết hàn thường dùng nhất như sau:

a) Dùng chữ cái in hoa có thể hoặc không có chỉ số là các chữ in thường ñể ký hiệu phương pháp hàn và dạng hàn.

T- hàn hồ quang tay.

ð- hàn tự ñộng dưới lớp thuốc, không dùng tấm lót ñệm thuốc hay hàn ñính trước.

ðt - hàn tự ñộng dưới lớp thuốc dùng tấm lót bằng thép.

ðñt - hàn tự ñộng dưới lớp thuốc dùng tấm lót ñồng - thuốc liên hợp.

ðñ - hàn tự ñộng dưới lớp thuốc dùng ñệm thuốc.

ðh - hàn tự ñộng dưới lớp thuốc có han ñính trước.

ðbv - hàn tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ.

B - hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc, không dùng tấm lót, ñệm thuốc hay hàn ñính trước.

Bt - hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc dùng tấm lót bằng thép.

Bñt - hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc dùng tấm lót ñồng - thuốc liên hợp.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 113

Bñ - hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc dùng dùng ñệm thuốc.

Bh - hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc có hàn ñính trước.

Bbv - hàn bán tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ.

Xd - hàn ñiện xỉ bằng ñiện cực dây.

X t - hàn ñiện xỉ bằng ñiện cực tấm.

X td - hàn ñiện xỉ bằng ñiện cực dây tấm liên hợp.

b) Dùng các chữ cái in thường sau ñây, có kèm theo các chữ số chỉ kiểu liên kết hàn.

m - liên kết hàn giáp mối.

t - liên kết hàn chữ T.

g - liên kết hàn góc.

c - liên kết hàn chồng.

ñ - liên kết hàn tán ñinh.

5.2.10. Tất cả các ký hiệu phụ, các chữ số cũng như các chữ (trừ các chỉ số) trong ký hiệu mối hàn, qui ñịnh có chiều cao bằng nhau (3-5mm) và ñược biểu thị bằng nét mảnh.

5.3. SỰ ðƠN GIẢN HÓA KÝ HI ỆU MỐI HÀN.

5.3.1. Nếu tất cả các mối hàn trên bản vẽ ñược thực hiện theo một tiêu chuẩn hay một qui ñịnh nào ñó thì chỉ cần ghi chỉ dẫn trong ñiều kiện kỹ thuật mà không cần ghi ký hiệu.

5.3.2. Nếu tất cả các mối hàn trên bản vẽ ñều giống nhau và cùng ñược ký hiệu về một phía (trên hoặc dưới) nét gạch ngang của ñường dóng chỉ vị trí hàn thì không cần biểu thị bằng ñường dóngvị trí hàn như trên hình 5-8.

Hình 5-8

5.3.3. Nếu các mối hàn phân bố trên hai phần ñối xứng của kết cấu hàn giống nhau thì chỉ cần ghi ký hiệu mối hàn trên một phần ñối xứng là ñủ.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 114

5.3.4. Nếu kết cấu hàn có nhiều bộ phận mà các bộ phận hàn bằng các mối hàn như nhau thì chỉ cần ghi ký hiệu cho một bộ phận nào ñó là ñủ.

5.3.5. Nếu các mối hàn trên bản vẽ chỉ cần xác ñịnh riêng về vị trí hàn trong không gian, phương pháp hàn hay kiểu liên kết hàn, .v.v. thì cho phép không cần ghi ký hiệu mà chỉ cần chỉ dẫn trong ñiều kiện kỹ thuật.

5.3.6. Nếu tất cả các mối hàn hay nhóm mối hàn nào ñó có yêu cầu kỹ thuật giống nhau thì chỉ cần chỉ dẫn một lần trong ñiều kiện kỹ thuật trên bản vẽ.

5.4. KÝ HIỆU TIÊU CHUẨN CỦA MỘT SỐ QUỐC GIA, TỔ CHỨC

5.4.1. Tiêu chuẩn Anh BS.4871.

Theo tiêu chuẩn này, các tư thế hàn cơ bản khi hàn hồ quang ñược ký hiệu như sau:

Hàn sấp: D

Hàn ngang: X

Hàn leo: Vu

Hàn tụt: Vd

Hàn trần: O

Các tư thế hàn khác cũng ñược qui ñịnh như sau:

Mối hàn (1G, 1F) cho tư thế hàn D

Mối hàn (2G, 2F) cho tư thế hàn X

Mối hàn (3G, 3F) cho tư thế hàn Vu và Vd

Mối hàn (4G, 4F) cho tư thế hàn O

5.4.2. Tiêu chuẩn Nhật Jis Z3201.

5.4.3. Tiêu chuẩn ðức DIN 1912.

Tư thế hàn cơ bản khi hàn hồ quang ñược ký hiệu như sau:

PA(W) - hàn sấp.

PB(h) - hàn ngang tư thế sấp.

PC(q) - hàn ngang tư thế ñứng.

PE(u) - hàn trần.

PF(s) - hàn leo.

PG(f) - hàn tụt.

5.4.4. Tiêu chuẩn Mỹ ASME, AWS D11-92.

5.4.5. Ký hiệu mối hàn trên bản vẽ.

ðể giảm bớt sự phức tạp trên các bản vẽ kết cấu hàn nói chung và ñể nhận biết dễ dàng các loại mối hàn, người ta thường dùng các ký hiệu.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 115

Hiện nay mỗi nước ñều có một loại ký hiệu riêng, tuy nhiên các ký hiệu này ñều ñược xây dựng trên cơ sở tham khảo các ký hiệu của tiêu chuẩn quốc tế ISO và tiêu chuẩn Mỹ AWS. Dưới ñây là minh họa ký hiệu mối hàn theo ISO và AWS.

Ký hiệu chính Ký hiệu phụ

Mối hàn giáp mối gấp mép

Gia công phẳng

Mối hàn giáp mối không vát mép

Lồi

Mối hàn giáp mối vát mép chữ V

Lõm

Mối hàn giáp mối vát mép nửa chữ V

Mối hàn giáp mối vát mép chữ Y

Mối hàn giáp mối vát mép nửa chữ Y

Mối hàn giáp mối vát mép chữ U

Mối hàn giáp mối vát mép chữ J

Mối hàn chân (ñáy)

Mối hàn cắt, mối hàn góc

Mối hàn ñiểm

Mối hàn ñường (hàn áp lực)

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 116

Ký hiệu chính Ký hiệu phụ

Mối hàn vát mép

Không Vát chéo Vát chữ V Vát một

vát mép bên

Hàn vòng Hàn ngấu

quanh toàn bộ

chiều dài

Vát chữ U Vát chữ J Hai mép 1 mép cong

cong

Hàn ngoài hiện trường

Mối hàn góc Mối hàn nút (giao nhau)

Hàn tấm

Mối hàn ðường hàn hàn ñắp

gudong phía chân

Dạng thanh Bề mặt

tiết diện phẳng

vuông

Hàn giáp mối Hàn góc

gấp mép gấp mép

Bề mặt lồi Bề mặt

lõm

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 117

Ký hi ệu hàn ISO 2553.

Cạnh thấy

Cạnh khuất

ðường mũi tên

ðường gióng

Cạnh thấy

Cạnh khuất

Cạnh khuất

Cả hai phía

Cạnh thấy

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 118

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 119

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 120

CHƯƠNG 6. TỐI ƯU HOÁ CÔNG NGHỆ HÀN.

6.1. CÁC YÊU CẤU ðỐI VỚI QUI TRÌNH CÔNG NGH Ệ GIA CÔNG K ẾT CẤU HÀN.

Có rất nhiều các yêu cầu ñối với quy trình công nghệ chế tạo kết cấu hàn. Trong số ñó ñặc biệt phải kể ñến các yêu cầu sau: chi phí lao ñộng thấp nhất, thời gian chế tạo ngắn nhất, cơ khí hoá và tự ñộng hoá tối ña quá trình sản xuất và ñộ chính xác cao nhất của kết cấu ñược chế tạo. Các yêu cầu này ñều có mối liên quan với nhau, ví dụ như: nếu không có cơ khí hoá quá trình sản xuất, không áp dụng phương pháp hàn tự ñộng thì không thể nâng cao năng suất lao ñộng và ñảm bảo chi phí lao ñộng thấp. Không cắt giảm khối lượng trong quá trình công nghệ chế tạo kết cấu hàn, không loại bỏ các quá trình phụ như nắn, làm mép, ...v.v thì không thể giảm thời gian chế tạo, không nâng cao ñộ chính xác khi chuẩn bị phôi, các mép hàn và dụng cụ cố ñịnh thì không những không thể ñạt tới ñộ chính xác cần thiết của kết cấu sau khi hàn mà còn không thể thoả mãn ñược một trong các yêu cầu kể trên ñối với quy trình công nghệ. Những sai sót của chính những chi tiết hàn và các thiết bị phụ trợ sẽ gây khó khăn cho việc áp dụng các phương pháp cơ khí hoá và tự ñộng hoá trong lắp ráp, căn chỉnh và hàn, ñồng thời ñòi hỏi phải thực hiện các thao tác bổ sung như sửa chữa mép hàn, ñiều chỉnh các dụng cụ hỗ trợ cũng như toàn bộ kết cấu. ðiều ñó dẫn ñến những chi phí lao ñộng không cần thiết và kéo dài thời gian chế tạo kết cấu.

Như vậy, ñộ chính xác trong tất cả các giai ñoạn chế tạo kết cấu hàn, bắt ñầu từ chuẩn bị chi tiết hàn cho ñến công ñoạn ráp và hàn toàn bộ kết cấu, là một yêu cầu chung hết sức quan trọng. Mọi ñặc tính kỹ thuật và kinh tế của chất lượng quy trình công nghệ chế tạo kết cấu hàn ñều phụ thuộc vào ñộ chính xác nói trên.

Việc ñạt ñến ñộ chính xác cần thiết trong chế tạo phụ thuộc rất nhiều vào việc hạn chế các biến dạng hàn.

Hiện nay trong chế tạo kết cấu hàn người ta thường áp dụng các biện pháp xử lý biến dạng. Các biện pháp này nhằm hoặc ngừa co ngót và uốn cong của kết cấu, hoặc nắn lại kết cấu bị biến dạng sau khi hàn. Rõ ràng, thao tác nắn không thể ñược coi là công nghệ tiên tiến, không chỉ vì khối lượng công việc khổng lồ và thường phải thực hiện bằng tay mà còn vì trong ñại da số các trường hợp ñều làm ảnh hưởng xấu ñến tính chất cục bộ của vật liệu, tạo ra các trường ứng suất cục bộ không xác ñịnh và làm biến dạng và kích thước của các chi tiết khác không trực tiếp chịu tác ñộng của thao tác nắn. Tất cả ñiều ñó ñều làm giảm tính năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu hàn. Chính vì vậy phương pháp cơ bản chống biến dạng do hàn gây ra chính là ngăn ngừa biến dạng hàn.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 121

Việc ngăn ngừa biến dạng kết cấu ñược thực hiện bằng cách lựa chọn thứ tự lắp ráp và hàn làm sao ñể biến dạng do những mối hàn này tạo ra bị triệt tiêu bởi những biến dạng ngược lại của các mối hàn khác. Trong một số trường hợp, người ta áp dụng biện pháp uốn ngược và cố ñịnh, tạo ra trạng thái ứng suất ban ñầu, sử dụng sai số dự phòng...v.v

Tuy nhiên như ñã ñề cập ở trên, ngoài các biến dạng do hàn tạo ra, thì ñộ chính xác của kết cấu còn chịu ảnh hưởng lớn của các biến dạng do quá trình ráp mối không ñảm bảo tạo ra. Thường thì những sai lệch so với kích thước thiết kế kết cấu do việc lắp ráp không ñảm bảo gây ra, lại ñược tính cho quá trình hàn. Tất nhiên trong những trường hợp này, mọi biện pháp chống biến dạng hàn ñều không thể cải thiện ñộ chính xác của kết cấu ñược chế tạo.

Chúng ta cùng xem một ví dụ về ảnh hưởng của chất lượng lắp ráp và lựa chọn phương pháp lắp ráp lên biến dạng tổng thể của kết cấu. Khi chế tạo một thanh dầm có tiết diện hình hộp (hình 6.1a) với các vách ngăn bên trong, người ta áp dụng thứ tự lắp ráp và hàn như sau. Trên tấm nóc của thanh dầm người ta cố ñịnh các vách ngang và hàn (hình 6.1b). Sau ñó người ta cố ñịnh và hàn một tấm bên của thanh dầm vào tấm nóc, lật 900 và tiếp tục hàn tấm bên này vào các vách ngang.

Hình 6.1. Sơ ñồ lắp ráp và hàn các thanh dầm hình hộp

a: mặt cắt; b: lắp ñặt các vách ñứng lên tấm trên; c: thứ tự hàn (1÷6) và hướng

hàn nối vách ñứg với tấm trên

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 122

Tiếp theo, người ta hàn nốt tấm bên còn lại của thanh dầm và tấm ñáy. Thanh dầm hàn xong bị vênh trên mặt phẳng và trục hình học của tấm nóc (giữa hai tấm bên) bị cong. Sự cong vênh ñó là hậu quả của biến dạng sau khi hàn. Phân tích trình tự công nghệ lắp ráp cho thấy, trong quá trình lắp ráp các vách ngang người ta lấy mép của tấm nóc làm trục cơ sở (vì cho rằng ñây là ñường thẳng) và các vách ngang nằm cách ñề mép của tấm nóc một khoảng a (hình 6.1b). Trên thực tế mép dọc của tấm nóc lại không thẳng và các vách ngang cách ñều mép này ñã cố ñịnh tạo ra ñộ cong vênh của các tấm bên, và từ ñó tạo ra sự cong vênh của toàn bộ thanh dầm. Nếu các vách ngang ñược cố ñịnh ñúng cách – theo một dây căng trục A-B, thì các tấm bên và cả thanh dầm ñã không bị cong. ðể tấm nóc không bị cong trong quá trình hàn các vách ngang vào nóc, cần phải lựa chọn thứ tự và hướng hàn trên từng sườn và vách ngang (các mối 1, 2, 3, 4 trên hình 6.1 c), hoặc hướng các mối hàn trên mỗi sườn hoặc vách (như mối 5,6 trên hình 6.1 c)

Biến dạng do lắp ráp không chỉ xuất hiện trong các trường hợp vi phạm nghiêm trọng quy trình công nghệ như trong ví dụ nêu trên, mà còn xuất hiện do việc ñộ chính xác không ñảm bảo của các chi tiết ñược gia công, do khe hở không ñồng ñều v.v…Không tuân thủ những nguyên tắc thông thường trong lắp ráp có thể ảnh hưởng lên ñộ biến dạng do hàn gây ra. Do vậy biến dạng tổng thể của kết cấu hàn có thể bị thay ñổi ñáng kể. Nếu trong quá trình lắp ráp chúng ta ráp mép hai tấm một cách cưỡng bức hoặc chằng kéo các chi tiết lại với nhau. Bất cứ thao tác ñịnh hình cưỡng bức nào trong quá trình lắp ráp ñều tạo ra trong các chi tiết những ứng suất nén hoặc kéo, tạo ra những thay ñổi về lượng trong biến dạng do hàn. Tại một số ñoạn (bị nén) của mối hàn ñộ biến dạng hàn tăng lên, trong khi tại một số ñoạn khác (với ứng suất kéo ban ñầu) ñộ biến dạng lại giảm ñi. Kết quả là xuất hiện các biến dạng cục bộ không theo quy luật làm thay ñổi kích thước và hình dạng kết cấu. Xử lý các hậu quả không theo quy luật này là vô cùng khó. Sự tồn tại của ứng suất ban ñầu trong các chi tiết ñược lắp ráp (do việc ñịnh hình cưỡng ép) làm giảm hiệu quả của các phương pháp xử lý biến dạng như uốn ngược, ñược áp dụng ñể triệt tiêu các biến dạng do hàn gây ra.

Như vậy ñể ñạt ñược ñộ chính xác cần thiết của kết cấu thì biện pháp cơ bản là xây dựng một quy trình chuẩn về lắp ráp và hàn. Chúng ta hãy xem ảnh hưởng của các yếu tố riêng biệt ñến biến dạng hàn.

6.2. ẢNH HƯỞNG CỦA TRÌNH TỰ LẮP RÁP ðẾN BIẾN DẠNG DƯ DO HÀN.

Mức ñộ ảnh hưởng của trình tự sắp xếp ñường hàn ñến biến dạng kết cấu là khác nhau tùy thuộc vào cách thức sử dụng các dụng cụ ñể cố ñịnh chi tiết hàn. Thường thì việc cố ñịnh ñược thực hiện bằng phương pháp cố ñịnh cứng, nghĩa là các chi tiết hàn ñược cố ñịnh lại với nhau bằng các mối hàn ñính. Trong trường hợp này, các chi tiết hàn ñược nối với nhau ñủ cứng ñể xem chúng như một chi tiết, còn mối hàn ñược xem như

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 123

một sống nhỏ nằm trên chi tiết này. Biến dạng khi ñó sẽ phụ thuộc vào mô men quán tính chung và diện tích mặt cắt toàn bộ (chứ không phải diện tích và mô men quán tính cuả các chi tiết riêng biệt), cũng như phụ thuộc vào vị trí của mối hàn ñối với trọng tâm của mặt cắt chung.

Trong một số trường hợp, người ta sử dụng phương pháp cố ñịnh mềm, cho phép một vài chi tiết nối li ền với mặt cắt chung loại bỏ mặt cắt ra khỏi biến dạng. Trong trường hợp ñó nếu tiến hành hàn lên kết cấu gồm hai phần, mỗi phần ñược ráp lại bằng phương pháp cố ñịnh cứng, còn nối với nhau bằng phương pháp cố ñịnh mềm, thì chỉ có phần mà trên ñó ta thực hiện thao tác hàn sẽ biến dạng, chứ không phải tất cả kết cấu. Phần thứ hai ñược cách biệt với phần thứ nhất thông qua cố ñịnh mềm sẽ không biến dạng.

Hình 6.2. Sơ ñồ lắp ráp và hàn thanh dầm với các

sườn ngang trên tấm nóc.

a – Sơ ñồ thanh dầm

b – Sơ ñồ lắp ráp bằng phương pháp cố ñịnh mềm

c – ñặc tính biến dạng của phương tiện cố ñịnh mềm do hàn các sườn

Ví dụ nếu chế tạo một thanh dầm chữ I với mặt trên có các sườn ngang (hình 6.2 a), nếu sử dụng cố ñịnh cứng thì khi hàn các sườn ngang lên mặt trên thanh dầm sẽ tạo ra co gót và làm cong toàn bộ thanh dầm. ðể xác ñịnh ñộ biến dạng thì trong công thức tính toán phải ñưa vào ñại lượng mô men quán tính J và diện tích mặt cắt toàn bộ thanh dầm. Bằng phương pháp cân bằng, ñại lượng z’ ñược xác ñịnh bằng khoảng cách từ trọng tâm ngang các mối hàn ñến trọng tâm mặt cắt của thanh dầm, hay z’=h/2. Nếu mặt trên thanh dầm ñược cố ñịnh mềm với sống dầm thông qua các mã tại một khoảng cách nhất ñịnh so với ñiểm tiếp xúc của mặt trên và sống dầm (hình 6.2 b), thì khi hàn các sườn ngang lên mặt trên thanh dầm, chỉ có phần này bị co ngót, còn sống dầm và mặt dưới ñược cố ñịnh

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 124

cứng với nhau sẽ không bị biến dạng. Trong trường hợp này các mã cố ñịnh mềm ñã không cản trở sự co ngót của tấm trên bởi chính chúng ñã biến dạng nhhư trên hình 6.2 c).

Nếu theo hình 6.2 b), trước tiên người ta thực hiện hàn tấm dưới vào sống của thanh dầm, thì biến dạng hàn ñược xác ñịnh bằng ñộ cứng của mặt cắt thanh dầm ñược

cấu tạo từ sống và mặt dưới (⊥) chứ không phải ñộ cứng của toàn bộ thanh dầm chữ I.

Bất kỳ phương tiện cố ñịnh nào sử dụng trong quá trình ráp ñều ñược phân loại là cứng hoặc mềm, nếu như không thể ñánh giá một cách chính xác hơn ảnh hưởng của chúng, tuy thuộc vào hình dạng kết cấu.

Chúng ta cùng xem ảnh hưởng của trình tự ráp lên biến dạng hàn. Như ñã ñề cập ở trên, biến dạng hàn phụ thuộc vào diện tích F và mô men quán tính J của tiết diện kết cấu mà trên ñó thực hiện mối hàn, ñồng thời phụ thuộc vào khoảng cách z’ từ trọng tâm của mối hàn ñến trọng tâm mặt cắt của kết cấu. Vì thế nếu ráp và hàn các phần của kết cấu theo trình tự khác nhau thì biến dạng thứ cấp sau khi hàn sẽ khác nhau.

Ví dụ chế tạo mặt cắt chữ I không ñối xứng có thể ñược chế tạo sau 3 trình tự ráp và hàn khác nhau (áp dụng phương pháp cố ñịnh cứng):

- Hàn sau khi ráp cả hai tấm trên dưới với sống dầm

- Ráp tấm dưới với sống, hàn, ráp tấm trên và hàn nốt

- Ráp tấm trên với sống, hàn, ráp tấm dưới và hàn nốt

Có thể nhận thấy tại các thời ñiểm hàn ghép các tấm với nhau, diện tích mặt cắt, mô men quán tính của mặt cắt mà trên ñó các tấm ñược hàn gắn vào, là khác nhau. Khoảng cách từ trọng tâm mối hàn ñến trọng tâm mặt cắt cũng khác nhau trong các trường hợp này.

Trong bảng 6.1 dưới ñây, liệt kê các ñại lượng F, J và z’ cho các trường hợp lắp ráp khác nhau và thực hiện từng mối hàn trên mỗi tấm một cách không ñối xứng ñối với thanh dầm chữ I.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 125

(Bảng 6.1. Trị số F, J và z’ với thứ tự lắp ráp và hàn khác nhau

Thứ tự lắp ráp và hàn

Số dạng

ðặc trưng của tiết diện

F 65 45 50

J 10555 4685 5200

1

z1 16,2 9,8 8,8

F 65 65 65

J 10555 10555 10555

2

z2 13,8 13,8 16,2

Từ bảng 6.1 chúng ta thấy sự khác nhau của biến dạng thứ cấp trong các trường hợp lắp ráp và hàn theo thứ tự khác nhau ñược hình thành bởi chính sự khác biệt trong các ñặc ñiểm của mặt cắt mà trên ñó tiến hành hàn.

Vì vậy, chỉ có sự khác nhau trong trình tự ráp và hàn có thể ảnh hưởng lên sự biến dạng, làm thay ñổi ñặc tính mặt cắt của chi tiết hàn. Nếu trong các trình tự ráp và hàn khác nhau, ñặc tính của mặt cắt không thay ñổi.

Trong ví dụ chế tạo thanh dầm với các sườn ngang ở tấm trên (hình 6.2 a), các sườn này có thể hàn trước hoặc sau khi thanh dầm ñược hàn. Lý do bởi vì trong cả hai trường hợp ñặc tính hình học của mặt cắt thanh dầm ñều không thay ñổi, nghĩa là biến dạng thứ cấp của thanh dầm ñược chế tạo bằng cả hai phương pháp là như nhau. ðể loại trừ biến dạng của thanh dầm khỏi ảnh hưởng từ các mối hàn sườn ngang, cần hàn các sườn ngang lên tấm trên trước khi ráp thanh dầm, hoặc ráp tấm trên với sống dầm sử dụng phương pháp cố ñịnh mềm.

6.3. ẢNH HƯỞNG CỦA TRÌNH T Ự SẮP XẾP ðƯỜNG HÀN ðẾN BIẾN DẠNG CỦA KẾT CẤU.

Trình tự hàn khác nhau trên từng chi tiết của kết cấu sẽ dẫn ñến những trạng thái ứng suất khác nhau trong chi tiết này, cũng như ñến các biến dạng khác nhau. Tuy nhiên kinh nghiệm cho thấy, trên thực tế với ñộ chính xác nhất ñịnh chúng ta có thể sử dụng phương pháp tính, không tính ñến trạng thái ứng suất ban ñầu do các mối hàn trước ñó tạo ra. Trong trường hợp này, trình tự hàn sẽ không ảnh hưởng lên biến dạng kết câu, nếu kết cấu ñược cố ñịnh bằng phương pháp cứng.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 126

Tuy nhiên các trường hợp có thể sử dụng phương pháp tính ñơn giản hoá, không tính ñến trạng thái ứng suất ban ñầu, và tất nhiên không áp ñặt bất cứ yêu cầu nào với trình tự hàn là rất hãn hữu.

Do ñộ phức tạp của các quá trình tạo ra biến dạng hàn và quá nhiều yếu tố ảnh hưởng lên mức ñộ biến dạng, rất khó có thể lựa chọn các tiêu chí ñơn giản ñể xác ñịnh có cần phải tính ñến ứng suất ban ñầu hay không cần, khi tiến hành tính toán biến dạng.

Việc áp dụng các tính toán chính xác hoặc xác ñịnh trình tự hàn chính xác chỉ khi cần thiết khi mức ñộ biến dạng theo dự ñoán vượt quá quy ñịnh cho phép. Trong trường hợp này việc sử dụng trình tự hàn ñể giảm thiểu biến dạng tổng thể chỉ có thể nếu trạng thái ứng suất do các mối hàn trước tạo ra không dẫn ñến những thay ñổi ñáng kể mức ñộ biến dạng do các mối hàn sau, so với các biến dạng theo tính toán không kể ñến ứng suất ban ñầu.

Chúng ta thử xem xét trong những trường hợp nào khi sử dụng phương pháp tính ñã ñược ñơn giản hoá (không tính ñến trạng thái ứng suất an ñầu) có thể thu ñược biến dạng hàn ñáng kể. Chúng ta chỉ xem xét biến dạng uốn của chi tiết, bởi vì sử dụng trình tự hàn có thể ñiều chỉnh phần lớn các biến dạng này

Như ñã ñề cập trước, ñộ uốn của chi tiết do ñường hàn dọc hoặc ngang gây ra sẽ

là: 8

2lCF =

trong ñó:

C: ñộ cong của chi tiết do ñường hàn dọc hoặc ngang

l: chiều dài chi tiết

ðối với mối hàn dọc: J

zqC d

'µ=

ðối với mối hàn ngang: a

B

J

zqC d

''µ=

trong ñó:

B – chiều dài mối hàn ngang

a – khoảng cách giữa các mối hàn ngang dọc theo chiều dài của chi tiết.

Các ñại lượng còn lại giữ nguyên giá trị cũ.

Nếu tiến hành một mối hàn dọc lên chi tiết thì : 8

' 2l

J

zqf dµ=

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 127

hoặc: 8

' l

J

zq

l

fdµ= (6.1)

ðể ñộ uốn không vượt quá giá trị ñã cho cần:

lz

J

l

fqd '

10.26,2 6≤ (6.2)

Nếu theo các ñiều kiện và yêu cầu kỹ thuật, ta chấp nhận 150

1=l

f

thì: l

J

zqd '

3000≤ (6.3)

Từ biểu thức trên ta thấy rõ: ñộ cứng của chi tiết càng cao, cũng như khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt ñến các mối hàn càng nhỏ thì càng dễ duy trì ñộ chính xác cần thiết với các giá trị.

Khi áp dụng dq có giá trị nhỏ (ñược xác ñịnh bằng công thức 6.2 hoặc 6.3) rõ ràng

không cần phải tiến hành các phép tính chính xác và cũng không cần kiểm tra biến dạng bởi các biến dạng sẽ không vượt quá giá trị cho phép.

Khi dq có giá trị gần tới giới hạn, cần phải kiểm tra xem giá trị nào có thể có ứng

suất ban ñầu nếu như ta tiến hành vài mối hàn lên chi tiết. Như trong trường hợp hai mối

hàn dọc nằm cách trọng tâm mặt cắt của chi tiết một khoảng 1'z và 2

'z , trạng thái ứng suất ban ñầu do mối hàn thứ nhất tạo ra trong khu vực ñặt mối hàn thứ hai có thể ñược mô tả bằng công thức:

121 ''1

dbd qJ

zz

Fµ

+=∆

Nếu ñại lượng 15,0±≈∆

=S

bd

εβ , chúng ta có thể không tính ñến ảnh hưởng của các

ứng suất ban ñầu. Khi ñó theo biểu thức:

+≥J

zz

Fqd

S

211

''115,0

εµ

Ta có:

J

zz

FJ

zz

F

q

s

d2121

1 ''150

''1

15,0

+≈

+≤ µ

ε

(6.4)

Nếu các giá trị thực của 1dq nhỏ hơn giá trị thu ñược từ công thức 6.4, thì không

cần thiết phải áp dụng phương pháp tính chính xác.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 128

Công thức 6.4 có thể ñơn giản hoá một cách gần ñúng nếu cho rằng FJ

zz 1'' 21 ≈ ,

khi ñó công thức 6.4 sẽ có dạng: 25≤F

qd

Khi F

qd có giá trị lớn, vấn ñề có áp dụng các phương pháp tính chính xác hay

không, cần ñược quyết ñịnh dựa trên giá trị tuyệt ñối của dq và mức ñộ thoả mãn các bất

ñẳng thức (6.2) hoặc (6.3).

Trong trường hợp phức tạp có nhiều mối hàn dọc, thay vào chỗ của z’ trong các công thức (6.2) và (6.3) phải ñặt giá trị trung bình của khoảng cách từ trọng tâm các mối hàn từ phía này và phía kia của trọng tâm mặt cắt, còn ñối với các mối hàn dọc và ngang – phải ñặt tổng giá trị trung bình z’ của các mối hàn dọc và gấp ñôi giá trị trung bình z’ của các mối hàn ngang

a

Bzzz ntbdtb .. '2'' +=

Hệ số 2 ở ñây tính ñến giá trị khuyếch ñại của hệ số µ dành cho mối hàn ngang,

còn ñại lượng B/a – ñộ dài của các mối hàn ngang và khoảng cách giữa chúng.

ðể xác ñịnh nhanh và gần ñúng mô men quán tính thanh dầm chữ I có tiết diện ñối xứng, hoặc mô men quán tính của thanh dầm chữ T, người ta có thể sử dụng công thức:

ζ4

2hFJ =

Trong ñó ζ - hệ số ñược lấy từ hình 6.3 tùy thuộc vào tỉ số giữa diện tích mặt cắt

tấm trên BF và sống dầm δh và tỉ số giữa diện tích mặt cắt tấm dưới và tấm trên: T

D

F

Fi = .

ðường cong tương ứng với i=1,0 ñược sử dụng cho trường hợp thanh dầm chữ I ñối xứng. ðường cong i=0 ñược sử dụng cho thanh dầm chữ T. Các ñường cong còn lại áp

dụng cho thanh dầm chữ T không ñối xứng. ðiểm ζ = 1/3 khi 0=TK ñược dùng cho tiết

diện hình chữ nhật.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 129

Hình 6.3. Biểu ñồ ñể xác ñịnh ñặc tính hình học

của các tiết diện hình T và I

Vì thế, sử dụng các ñặc ñiểm ñã nêu có thể xác ñịnh một cách gần ñúng khi này có thể không cần tính ñến ảnh hưởng của thứ tự hàn trong quá trình lắp ráp sử dụng phương pháp cố ñịnh cứng.

Khi sử dụng phương pháp cố ñịnh mềm, không ñược bỏ qua thứ tự hàn, cho dù phép tính ñược tiến hành theo công thức gần ñúng hoặc chính xác. Trên thực tế nếu áp dụng cho kết cấu theo hình 6.2 b), ñầu tiên người ta tiến hành hàn tấm trên với sống thanh dầm, cho nên toàn bộ hiệu quả của việc áp dụng phương pháp cố ñịnh mềm ñều bị mất.

Vì vậy ñể có kết quả như mong muốn từ việc áp dụng phương pháp cố ñịnh mềm, ñầu tiên phải tiến hành hàn các sườn ngang vào tấm trên, sau ñó tiến hành hàn tấm trên vào sống thanh dầm theo thứ tự hàn tốt nhất có thể ñối với thanh dầm không có sườn ngang.

J

F= F

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 130

Cùng với trình tự hàn, trong nhiều trường hợp cần xem xét ñến cả hướng hàn khi thực hiện từng mối hàn riêng biệt.

Hình 6.4. Sơ ñồ biến dạng của tấm thép khi thực hiện các mối hàn ñắp ngang trên

ñó

Như vậy nếu tiến hành một loạt mối hàn ngang trên một tấm thép (hình 6.4), tất cả các mối hàn ñược tiến hành theo cùng một hướng thì tấm thép sẽ biến dạng theo ñường 3-2-1-0-1’-2’-3’.

Nếu ñổi hướng hàn theo trình tự như trên hình 6.4, mức ñộ cong vênh giảm ñi nhiều và ñặc trưng biến dạng sẽ rất giống ñường cong 3”-2”-1-0-1’-2’’’-3’’’.

6.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU CHO QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ GIA CÔNG KẾT CẤU HÀN.

ðể lựa chọn quá trình công nghệ cho chế tạo kết cấu hàn hợp lý nhất, cần thiết phải lập vài phương án rồi xem xét các mặt ñược và chưa ñược của chúng. Tiêu chí ñể ñánh giá các phương án này là khối lượng công việc và sự tiện lợi khi tiến hành, khả năg áp dụng các phương pháp hàn cơ giới hoá hoặc tự ñộng hoá, và hàng loạt các yêu cầu khác. Tuy nhiên như ñã ñề cập ở trên, tiêu chí chung ñể ñánh giá các phương án công nghệ khác nhau trong lắp ráp và hàn chính là ñộ chính xác của kết cấu. Khả năng áp dụng phương pháp hàn cơ giới hoá không cần làm mép trong quá trình ráp và không cần nắn thẳng các chi tiết cũng như kết cấu trong quá trình hàn, phụ thuộc vào ñộ chính xác riêng của phôi, các chi tiết, các nút và cả kết cấu nói chung.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 131

Nếu như tính tiện lợi của các phương án công nghệ chỉ có thể ñánh giá ñược một cách chủ quan theo nhận ñịnh của chuyên gia thiết kế, chuyên gia công nghệ, thì ñộ chính xác ñạt ñược cảu kết cấu trong từng phương án lại hoàn toàn có thể nhận ñịnh ñược một cách khách quan bằng tính toán biến dạng.

Lấy ví dụ phương án công nghệ hàn thanh dầm có tiết diện cấu tạo từ thanh thép hình chữ [ và một tấm tôn ñáy phẳng (hình 6.5 a) ñược gia cố thêm bằng các mã. Giả sử các chế ñộ hàn ñã lựa chọn cho phép tiến hành tính toán ñộ biến dạng theo công thức ñơn giản hoá không tính ñến trạng thái ứng suất từ các mối hàn trước ñó. Khi ñó, trong quá trình lắp ráp cố ñịnh cứng các thành phần của mặt cắt, biến dạng tổng thể sẽ không phụ thuộc vào trình tự thực hiện các mối hàn.

Vì chiều dài chi tiết trong các phương án là không ñổi, nên ñặc trưng của biến dạng có thể thể hiện không phải bằng ñộ võng mà bằng giá trị cong do mối hàn gây nên.

Hình 6.5. Các phương án trình tự lắp ráp và hàn thanh dầm

Giá trị cong của chi tiết tạo nên do quá trình hàn dọc trên nó theo chế ñộ hàn ñặc

trưng bằng năng lượng dq có thể ñược mô tả bằng công thức J

zqC d

'µ=

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 132

và do ñó, ñộ cong do các mối hàn ngang – ñược mô tả bằng công thức

d

l

J

zqC m

d

''' µ=

Trong ñó:

µ và µ’ – hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nhiệt của vật liệu

µ’ = (1÷3) µ

z’ – khoảng cách từ tâm mối hàn ñến ñường trọng tâm của mặt cắt (cm), trong ñó z’ ñược coi là có giá trị dương, nếu trọng tâm mối hàn nằm giữa trọng tâm mặt cắt và mép mà từ ñó làm cơ sở ñể xác ñịnh ñộ võng, trong các trường hợp khác z’ ñược coi là có giá trị âm

J – mô men quán tính mặt cắt của chi tiết (cm4)

ml – chiều dài mối hàn ngang (cm)

d – khoảng cách giữa các mối hàn ngang

Nếu ñầu tiên ta hàn mã sườn ñứng vào thanh thép hình chữ [ thì các mối hàn ñứng ngang sẽ tạo công vênh cho thanh thép [ bằng ñộ cong:

d

l

J

zqC m

d2

[

2222

''

−= µ

trong ñó:

[J - mô men quán tính tiết diện ngang của thanh thép chữ [

Bước tiếp theo ta hàn thanh [ và mã ñứng vào tấm ñáy sẽ tạo cong vênh của thanh thép

−+

−=+

d

l

J

zq

J

zqCC m

dd3

1

333

1

1131 .

''

'3 µµ

Trong ñó 1J – mô men quán tính tiết diện cấu tạo từ thanh thép hình [ và tấm ñáy.

ðộ cong tổng của thanh dầm sau khi thực hiện các mối hàn sẽ là:

+

−+

−−=++

d

l

J

zq

d

l

J

zq

J

zqCCC m

dm

dd3

1

333

2

[

222

1

11321

''

'2'

'2 µµµ

ðộ cong tổng do 3 mối hàn tạo ra sẽ có giá trị dương bởi hệ số µ và µ’ có giá trị

âm, do vậy mặt trên của thanh thép [ sẽ lồi lên.

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 133

Trong trường hợp ta hàn thanh thép [ vào tấm ñáy trước, rồi sau ñó hàn tiếp các

mã ñứng (hình 6.5 b), 1'z− và 3'z sẽ có dấu âm còn 2'z có dấu dương, bởi khi hàn vào

tấm ñáy, trọng tâm của mặt cắt sẽ dịch chuyển xuống phía dưới, do ñó tâm của mối hàn ñứng thành ra nằm khác phía so với ñường trọng tâm của chi tiết, kết quả là ñộ cong tổng sẽ có giá trị:

−+−=−

++−

=

+−=∑

d

lzq

d

lzqzq

Jd

l

J

zq

d

l

J

zq

J

zq

CCCC

md

mdd

md

mdd

3333

222211

1

3

1

333

2

[

222

1

11

321

'''''21'

''2

''2 µµµµµµ

Tức là sẽ có giá trị nhỏ hơn so với khi áp dụng trình tự lắp ráp theo hình 6.5 a)

Nếu như ñầu tiên ta hàn các mã vào tấm ñáy (hình 6.5 c) thì việc hàn này không gây biến dạng thanh thép hình [ bởi vì nó chưa ñược láp ráp vào kết cấu. Sau ñó nếu hàn thanh thép [ vào tấm ñáy và các mã sẽ dẫn ñến tình huống ñộ cong do các mối hàn bằng sẽ có dấu ngược lại với ñộ cong do các mối hàn ñứng, tức là ñộ cong tổng sẽ như sau:

21 CCC −=∑

Nếu dùng biện pháp nào ñó ñể cân bằng giá trị C1 và C2, thì ñộ cong tổng sẽ bằng 0 và thanh thép [ sẽ thẳng. Khả năng ñạt ñược C1 = C2 sẽ rõ ràng nếu triển khai sử dụng các công thức ở trên. Sau khi ñặt các biểu thức cho ñộ cong từ các mối hàn dọc và ngang, ta có ñiều kiện cho ñộ thẳng của mặt trên thanh thép [ sẽ là:

d

l

J

zq

J

zq m

dd2

1

22

1

111

''

'2 µµ =

Từ ñẳng thức trên ta có, ñể có biến dạng bằng 0, có thể sử dụng các biện pháp kết cấu và công nghệ.

Giá trị năng lượng có thể ñiều chỉnh ñược trong phạm vi rộng mà vẫn ñảm bảo những thay ñổi tương ñối nhỏ trong kích thước mối hàn góc.

Thay ñổi chiều cao của mã sườn cũng có thể ñiều chỉnh chiều dài của mối hàn

ñứng lm2 và ñương nhiên là ñại lượng 2'z , trong khi ñó 1'z là không ñổi với những kích

thước cho trước của thanh thép [ và tấm ñáy. Ngoài ra trong chừng mực nào ñó có thể thay ñổi khoảng cách d giữa các mã sườn. Rõ ràng bằng cách ñiều chỉnh các kích thước và bố trí các mã sườn, có thể ñảm bảo ñộ thẳng của thanh thép [.

Như vậy sau khi phân tích các phương án công nghệ lắp ráp và hàn, có thể lựa chọn ñược phương án cho biến dạng tối thiểu. Tuy nhiên, nếu do yêu cầu và ñiều kiện sản xuất phải sử dụng phương án khác, thì bằng phương pháp thay ñổi mang tính kết cấu

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 134

cũng cho ta ñạt ñược kết quả mong muốn. Ví dụ trong kết cấu ñã xem ở trên, cách thức hay nhất nhìn từ góc ñộ sản xuất là ráp toàn bộ các chi tiết với nhau một lần rồi sau ñó tiến hành hàn. Dễ nhận thấy phương án công nghệ này sẽ cho biến dạng như ñã xem ở trên trong hình 6.5 c). Giảm kích thước cạnh của mã sườn tiếp giáp với tấm ñáy ñến giới hạn cho phép, song song với ñó giảm chiều cao của mã chúng ta có thể có ñược kết quả ñộ biến dạng sẽ không vượt quá giá trị trong phương án công nghệ mô tả ở hình 6.5 c).

Như vậy sử dụng phương pháp tính toán xác ñịnh ñộ biến dạng có thể phân tích các phương án công nghệ khác nhau trong lắp ráp và hàn, từ ñó có lựa chọn thích hợp nhất từ góc ñộ sản xuất, kinh tế cũng như ñộ chính xác mà không ñòi hỏi phải sử dụng liệu pháp ñặc biệt nào ñể loại bỏ biến dạng hàn.

Trong quá trình thiết kế công nghệ kết cấu hàn, phương pháp tính nâng cao ñộ chính xác của kết cấu hàn không tạo khó khăn và cũng không ñòi hỏi nhiều thời gian, bỏi nhiều dữ liệu ñặc tính hình học của mặt cắt ñều ñã có sẵn từ các tính toán ñộ bền. Ngoài ra, trong một số trường hợp, chỉ cần tính 1 hoặc 2 phương án là ñủ, bởi ñể ñánh giá các phương án còn lại, có thể sử dụng tất cả các phép ttính ñã xem xét ở trên.

Trên hình 6.6 a) mô tả một phần kết cấu boong phẳng, bao gồm các sườn ngang có tiết diện T và các sườn dọc.

ðể chế tạo kết cấu này có thể có 3 sơ ñồ lắp ráp và hàn.

I – ráp toàn bộ sau ñó thực hiện hàn

II – ráp và hàn sườn ngang vào tôn mặt boong, sau ñó ráp và hàn các sườn dọc (hình 6.6, b)

II – ráp và hàn sườn dọc vào tôn mặt boong, sau ñó ráp và hàn sườn ngang (hình 6.6, c).

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 135

Hình 6.6. Các phương án ráp và hàn một phần kết cấu mặt boong

Nếu ñánh giá 3 sơ ñồ nêu trên theo mức ñộ biến dạng của sườn ngang, dễ dàng nhận thấy trong phương án II (hình 6.6 b), các sườn ngang sẽ bị cong do kết quả hàn chúng cả vào tôn mặt boong lẫn khi hàn các sườn dọc vào tôn mặt boong. Giá trị ñộ cong

vênh sẽ ñược cộng lại vì chúng cùng dấu 21 fff II += .

Nếu áp dụng phương án III (hình 6.6 c), việc hàn ñầu tiên các sườn dọc vào tôn boong không tạo nên cong vênh của sườn ngang và chỉ khi các sườn ngang ñược hàn,

chúng mới nhận ñược ñộ cong 1f . Vì thế ñộ cong tổng thể của sườn ngang theo phương

án III sẽ là: 1210 fff III =+=

Theo phương án I, tổng ñộ cong của sườn ngang cũng giống như phương án II:

21 fff I +=

Như vậy, theo giá trị của ñộ biến dạng sườn ngang thì phương án III là phương án tối ưu.

Từ ví dụ trên cho thấy bằng cách tính toán ñộ cong vênh 1f và 2f có thể ñánh giá

tất cả 3 phương án trình tự ráp và hàn từ ñó rút ra phương án hợp lý nhất.

Trong rất nhiều các kết cấu, ví dụ như kết cấu ñáy vỏ tàu, biến dạng cong có thể dẫn ñến làm co ngót chiều rộng của thân tàu, làm giảm ñộ chiếm nước (hình 6.7)

1ff2

1f

a)

f =

b) c)

)

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 136

Hình 6.7. ðảm bảo hình dáng thiết kế của kết cấu ñáy tàu bằng cách sử dụng ñộ

doãng ban ñầu

: hình dáng thiết kế

: ñộ doãng ban ñầu

: hình dáng kết cấu sau khi hàn không sử dụng ñộ doãng ban ñầu

Nếu bằng cách lựa chọn trình tự ráp và hàn không thể ngăn ngừa ñược sự co ngót chiều rộng thân tàu, thì khi lắp ráp cần ñể dư kích thước về chiều ngang, cùng với những thay ñổi tương ứng trong kích thước của giá ñỡ, giàn ñầu nối (ở hình 6.7 những thay ñổi về hình dạng của dàn ñỡ ñầu nối ñược mô ta bẳng nét rời)

ðộ dư theo chiều ngang và hình dáng của của dưỡng ñể chế tạo dàn ñầu nối cần phải ñược xác ñịnh qua tính biến dạng của kết cấu.

Tương tự biến dạng co ngót dọc của kết cấu cũng cần ñược lượng trước bằng một ñộ dôi dư dọc ban ñầu.

Như vậy phép tính ñộ biến dạng cho phép ñiều chỉnh kích thước của kết cấu trong giới hạn sai số cho phép, bằng cách lự chọn phương án trình tự ráp và hàn.

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, phương án công nghệ ñã thoả mãn yêu cầu về ñộ chính xác chế tạo nhưng lại không hợp lý theo các tiêu chí khác: khối lượng công việc lớn, không thể áp dụng phương pháp hàn tự ñộng v.v... Khi ñó người ta thường sử dụng các biện pháp thủ công nâng cao ñộ chính xác, thậm chí với trình tự lắp ráp và hàn không phải là tối ưu.

B

B∆∆

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 137

TÀI LI ỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn ðức Ân, Hồ Quang Long, Dương ðình Nguyên

Sổ tay kỹ thuật ñóng tàu thuỷ.

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1998

2. Vũ Anh

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật tàu thuỷ (2005).

3. Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Chu Văn Khang

Cẩm nang hàn.


4. Ngô Lê Thông

Công nghệ hàn ñiện nóng chảy.


5. Nguyễn Như Tự

Công nghệ hàn ñiện nóng chảy.

ðại học bách khoa, Hà Nội 1984

6. Nguyễn Văn Thông

Vật liệu và Công nghệ hàn.


7. Kemppi: Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị hàn.

8. Huyndai Welding Consumables,

Huyndai Welding Co.,Ltd. Rev 4,1998

9. Welding Handbook

Kobe Steel Limited

10. The Welding Intitute,

Underwater welding for offshore installations,

Abington Hall, Cambrige, 1997

KHOA ðÓNG TÀU





Mobile: 0912295039 – 0912389159


Page: 138

11. J.F. Lancaster,

Metallurgy of Welding.

Chapman & Hall, London, 1993.

12. Esab Asia pacific Product Catologue 2002.

13. Website: Profusion, Arc Craft,

Viện hàn TWI, Viện hàn Edison, Hội hàn Mỹ AWS.

14. IACS 2004,

Shipbuilding and Repair Quanlity Standard.

.

Engineering

1 han va cat_trong_dong_tau