Đánh giá ảnh hưởng của chiều rộng tấm 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 rộng tấm 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 rộng phôi hàn khác nhau. Kết quả cho thấy: biến dạng góc trên từng vị trí mặt cắt ngang (theo chiều rộng) phôi hàn là không giống nhau, phôi hàn có chiều rộng càng lớn thì biến dạng góc càng nhỏ và ngược lại. Khi chiều rộng phôi hàn lớn hơn 500 mm, vị trí từ tâm mối hàn đến chiều rộng 40 mm, mặt cắt của phôi có hình dạng parapol, từ 40 mm đến 60 mm tấm cong ngược lại, phần còn lại có góc biến dạng không thay đổi. Đồng thời kết quả thực nghiệm không trùng khớp với kết quả tính theo Okerblom [6].
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của chiều rộng tấm đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU RỘNG TẤM ĐẾN BIẾN DẠNG GÓC KHI HÀN TẤM TÔN BAO VỎ TÀU THỦY THE ASSESSMENT EFFECT ON THE BREADTH OF PLATE TO AN ANGULAR DISTORTION WHILE WELDING OF SHIP HULL Bùi Văn Nghiệp1 Ngày nhận bài: 01/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 05/4/2014; Ngày duyệt đăng: 13/8/2014 TÓM TẮT Bài báo này công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chiều rộng tấm 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 rộng phôi hàn khác nhau. Kết quả cho thấy: biến dạng góc trên từng vị trí mặt cắt ngang (theo chiều rộng) phôi hàn là không giống nhau, phôi hàn có chiều rộng càng lớn thì biến dạng góc càng nhỏ và ngược lại. Khi chiều rộng phôi hàn lớn hơn 500 mm, vị trí từ tâm mối hàn đến chiều rộng 40 mm, mặt cắt của phôi có hình dạng parapol, từ 40 mm đến 60 mm tấm cong ngược lại, phần còn lại có góc biến dạng không thay đổi. Đồng thời kết quả thực nghiệm không trùng khớp với kết quả tính theo Okerblom [6]. Từ khóa: biến dạng góc, chiều rộng phôi hàn, chiều rộng tấm ABSTRACT This paper performs results of study on effects between the breadth of butted plate and an angular distortion while welding of ship hull, all experiments are conducted on the R-31/PA welding proceduce with different breadths of butted plate. The result shows that : the angular distortion along cross section of butted plate are different, if the breadth of butted plate is increased, the angular distortion will be reduced and contrary. In case the breath of butted plate exceeds 500 mm, the cross section of butted plate has parabol profile on the range from the center to 40 mm of plate-breadth, from 40 mm to 60 mm of plate-breadth the profile is opposite bending, remaining of butted plate is similar of angular distortion. Simultaneous, the experimental results are not satisfy with the Okerblom’s formular. Keywords: angular distortion, breadth of butted weld, breadth of butted plate I. ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu ứng suất và biến dạng trong và sau khi hàn là một trong những vấn đề rất phức tạp trong ngành kỹ thuật tàu thủy. Khi hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu với nhau, nhiều kiểu biến dạng xảy ra đồng thời, đặc biệt là biến dạng góc, nó có giá trị lớn nhất [7], gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Thực tế tại các nhà máy đóng tàu thủy hiện nay, vấn đề biến dạng nói chung, biến dạng góc nói riêng vẫn đang tồn tại, do đó sau khi hàn, nhà máy phải tốn một khoảng chi phí lớn để khắc phục, sửa chữa. Phương pháp khắc phục chủ yếu là gia nhiệt, phương pháp này ít nhiều gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vì sử dụng nhiệt làm biến đổi tính chất vật liệu. 1 Đã có rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vấn đề ứng suất và biến dạng hàn như: Slavianov (1892) [7], Rosenthal Daniel (1940) [8], Okerblom (1955) [9], Ola Westby (1968) [10], Artem Pilipenko (2001) [7],... Ở Việt Nam, có thể kể đến một số nghiên cứu của tác giả năm 2009, 2010 và 2012 [1], [2], [3], Hoàng Văn Tráng (2012) [4],… Tuy nhiên, những nghiên cứu này cho kết quả sai lệch so với thực nghiệm hoặc chỉ mới giải quyết một phần rất nhỏ trong hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng góc khi hàn tàu thủy. Trong rất nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến biến dạng góc khi hàn nối tấm tôn bao vỏ tàu thủy thì chiều rộng tấm nguyên liệu có ý nghĩa quan trọng. ThS. Bùi Văn Nghiệp: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang 48 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 thực nghiệm trong điều kiện tổ chức thực nghiệm trong lĩnh vực hàn tàu thủy khá tốn kém. Vậy chiều rộng tấm có ảnh hưởng như thế nào đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bảo vỏ tàu thủy? Bằng các nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên phôi mẫu, tác giả đã tìm được mối quan hệ này. Ngoài ra kết quả nghiên cứu này cũng sẽ khuyến cáo nguy cơ xảy ra biến dạng khi hàn các tấm có chiều rộng khác nhau, đồng thời 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. Bên cạnh đó, kết quả thực nghiệm cũng đánh giá lại 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 có tính đến chiều rộng tấm. Kết quả nghiên cứu này là dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo, đồng thời cũng là cơ sở dữ liệu để mô phỏng số nhằm giảm thiểu chi phí II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Sự ảnh hưởng của chiều rộng tấm đến biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu thủy 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 [5], với các thông số cơ bản: Kiểu mối hàn giáp mối; Tư thế hàn bằng (1G); Vật liệu cơ bản ASTM A131; 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) 1 SMAW Ø3.2 2 SMAW Ø3.2 3 SMAW Ø3.2 4 SMAW Ø3.2 Cường độ dòng điện (A) Điện áp (V) Tốc độ hàn (mm/s) 70 20 3÷4 100 20 3÷4 100 20 3÷4 110 20 3÷4 Ghi chú Hình 1. Quy cách của mối hàn nghiên cứu 2. Quy cách, số lượng phôi hàn thí nghiệm và nơi thực hiện Quy cách phôi hàn thí nghiệm được tiến hành theo quy định [5] ở hình 2, với: chiều dài L = 350 mm, chiều rộng cho 7 loại phôi B1 = 300 mm, B2 = 500 mm, B3 = 1000 mm, B4 = 1500 mm, B5 = 2000 mm, B6 = 3000 mm, B7 = 400 mm, chiều dày tất cả các phôi là 10 mm. Thí nghiệm được tiến hành trên 21 phôi cho mỗi trường hợp, vậy có 147 phôi cho cả nghiên cứu. Các phôi hàn có chiều rộng Bi ≤ 2000 mm được thực hiện tại Trung tâm Hàn kỹ thuật cao - Kh ...