Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy

Bài báo này công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn giáp mối đến biến dạng góc của phôi do quá trình hàn gây ra khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy, nghiên cứu được thực hiện theo quy trình R-31/PA với các thông số chiều dài phôi hàn khác nhau. Kết quả cho thấy: biến dạng góc trên từng vị trí theo chiều dài mối hàn là không giống nhau và độ lớn của góc biến dạng tăng dần theo chiều dài mối hàn. Khi chiều dài mối hàn lớn hơn 500 mm thì xuất hiện đoạn biến dạng góc đồng dạng ở khu vực giữa mối hàn. Khi chiều dài mối hàn lớn hơn 2000 mm, biến dạng dọc xuất hiện ở vị trí hai đầu mối hàn, 800 mm tính từ đầu mối hàn và 600 mm tính từ cuối mối hàn, khu vực giữa mối hàn có biến dạng góc đồng dạng. Đồng thời kết quả thực nghiệm đều cao hơn kết quả tính theo Okerblom.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI MỐI HÀN ĐẾN BIẾN DẠNG GÓC KHI HÀN TẤM TÔN BAO VỎ TÀU THỦY EFFECTS BETWEEN THE LENGTH OF BUTTED WELD AND AN ANGULAR DISTORTION WHILE WELDING OF SHIP HULL Bùi Văn Nghiệp1 Ngày nhận bài: 02/12/2013; Ngày phản biện thông qua: 20/12/2013; Ngày duyệt đăng: 10/3/2014 TÓM TẮT Bài báo này công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài mối hàn giáp mối đến biến dạng góc của phôi do quá trình hàn gây ra khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy, nghiên cứu được thực hiện theo quy trình R-31/PA với các thông số chiều dài phôi hàn khác nhau. Kết quả cho thấy: biến dạng góc trên từng vị trí theo chiều dài mối hàn là không giống nhau và độ lớn của góc biến dạng tăng dần theo chiều dài mối hàn. Khi chiều dài mối hàn lớn hơn 500 mm thì xuất hiện đoạn biến dạng góc đồng dạng ở khu vực giữa mối hàn. Khi chiều dài mối hàn lớn hơn 2000 mm, biến dạng dọc xuất hiện ở vị trí hai đầu mối hàn, 800 mm tính từ đầu mối hàn và 600 mm tính từ cuối mối hàn, khu vực giữa mối hàn có biến dạng góc đồng dạng. Đồng thời kết quả thực nghiệm đều cao hơn kết quả tính theo Okerblom [6]. Từ khóa: biến dạng góc, chiều dài mối hàn, biến dạng dọc ABSTRACT This paper perform results of study on effects between the length of butted weld and an angular distortion while welding of ship hull, all experiments were conducted on the R-31/PA welding proceduce and specifications with different lengths of butted weld. The result shows that: the angular distortion along a length of butted weld are different and an angular distortion magnitude has trend to increase on the welded length. When the welded length exceeds 500 mm, a similar angular distortion at around the mid-span area is occurred. When the welded length exceeds 2000 mm, the longitudinal distortion occurs only on two the ends of butted weld, about 800 mm at the beginning and 600 mm at the end of welded length, remaining mid-span area is similar of angular distortion. Simultaneous, the experimental results are higher than the Okerblom’s formular. Keywords: angular distortion, length of butted weld, longitudinal distortion I. ĐẶT VẤN ĐỀ Biến dạng góc là một trong bảy loại biến dạng xảy ra khi gia công ghép nối kim loại bằng phương pháp hàn. Nó có giá trị lớn nhất khi thực hiện mối hàn giáp mối [10], gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn, kết cấu được hàn và có thể gây ra ứng suất dư làm hư hỏng kết cấu sau khi hàn hoặc trong quá trình khai thác, sử dụng. Nhưng vấn đề biến dạng nói chung cũng như biến dạng góc nói riêng vẫn đang tồn tại ở các nhà máy đóng tàu, do đó sau khi hàn, nhà máy phải tốn một khoảng chi phí lớn để khắc phục. 1 Trong lịch sử, có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vấn đề ứng suất và biến dạng hàn như: Slavianov, 1892 [10], Rosenthal Daniel, 1940 [7], Okerblom, 1955 [8], Ola Westby, 1968 [9], Artem Pilipenko, 2001 [10], .... Ở Việt Nam, có thể kể đến một số nghiên cứu của tác giả năm 2009, 2010 và 2012 [3], [4], [5], Hoàng Văn Tráng, 2012 [6],…Tuy nhiên, những nghiên cứu này hoặc cho kết quả lệch xa so với lý thuyết hoặc chỉ mới nghiên cứu một phần rất nhỏ trong nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc khi hàn tàu thủy. ThS. Bùi Văn Nghiệp: Khoa Kỹ thuật giao thông – Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 57 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 Trong những nghiên cứu trước đây, tác giả phát hiện ra nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng lớn đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu và cũng đã có những đề xuất sau các công trình nghiên cứu đó, trong đó có yếu tố chiều dài mối hàn. Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy nhằm khuyến cáo nguy cơ xảy ra biến dạng khi hàn các mối hàn dài cũng như để có cơ sở nghiên cứu các giải pháp hạn chế tối đa biến dạng, hạn chế chi phí cũng như công sức khắc phục khuyết tật do biến dạng hàn gây ra, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời đánh giá độ chính xác của công thức tính biến dạng góc do Okerblom đề xuất khi áp dụng trong điều kiện thực tế hàn vỏ tàu thủy. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo, cũng như cho mô phỏng số nhằm giảm thiểu chi phí thực nghiệm trong điều kiện tổ chức thực nghiệm trong lĩnh vực hàn tàu thủy khá tốn kém. II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Sự ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu được nghiên cứu với mối ghép giáp mối, tư thế hàn bằng do quá trình hàn hồ quang tay gây ra. Quy trình hàn lựa chọn nghiên cứu là R-31/PA, theo tiêu chuẩn VR [2], với các thông số cơ bản: Kiểu mối hàn giáp mối; Tư thế hàn bằng (1G); Vật liệu cơ bản ASTMA131; Cấp vật liệu AH36; Chiều dày tấm 10 mm; Vật liệu hàn AWS E6013; Số lớp hàn 04; Kiểu vát mép chữ V (550±5). Chế độ hàn và quy cách mối hàn được cho tương ứng ở bảng 1 và hình 1. Bảng 1. Chế độ hàn Lớp hàn Phương pháp hàn Điện cực (mm) Cường độ dòng điện (A) Điện áp (V) Tốc độ hàn (mm/s) 1 SMAW 2 SMAW θ3.2 70 20 3÷4 θ3.2 100 20 3÷4 3 SMAW θ3.2 100 20 3÷4 4 SMAW θ3.2 110 20 3÷4 Ghi chú Hình 1. Quy cách mối hàn nghiên cứu 2. Quy cách, số lượng mẫu hàn thí nghiệm và nơi thực hiện Quy cách mẫu hàn thí nghiệm được tiến hành theo quy định [2] ở hình 2, với: chiều rộng W =300 mm (tương ứng mỗi tấm là 150 mm), chiều dài cho 7 loại mẫu L1 = 350 mm, L2 = 500 mm, L3 = 750 mm, L4 = 1000 mm, L5 = 1500 mm, L6 = 2000 mm, L7 = 3000 mm, chiều dày tấm 10 mm. Thí nghiệm được tiến hành trên 21 mẫu cho mỗi trường hợp, và 147 mẫu cho cả nghiên cứu. Các mẫu hàn có L ≤ 2000 mm được thực hiện tại Trung tâm hàn kỹ thuật cao - Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang. Các mẫu hàn có L > 2000 mm được thực hiện tại Công ty Trách nhiệm hữu hạn Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin. 58 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Hình 2. Kích th ...