Tài liệu Nghiên cứu công nghệ hàn giáp mối một phía ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ VĂN BA NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN GIÁP MỐI MỘT PHÍA ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO VỎ TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ VĂN BA NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN GIÁP MỐI MỘT PHÍA ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO VỎ TÀU THỦY Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 2. PGS.TS. Bùi Văn Hạnh HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác! Hà Nội, ngày ..... tháng ...... năm 2014 Ngƣời cam đoan Vũ Văn Ba TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Nguyễn Thúc Hà PGS. TS. Bùi Văn Hạnh i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà, PGS.TS. Bùi Văn Hạnh đã tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện, động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên Bộ môn Hàn và Công nghệ Kim loại - Viện Cơ khí - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên Viện Khoa học và Công nghệ Vật liệu - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên Bộ môn Cơ khí hàn - Khoa Cơ khí và Trung tâm Thực hành - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Nam Định đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và thực hiện nghiên cứu thực nghiệm. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ Tổng Công ty Đóng tàu Phà Rừng đã cung cấp các cơ sở dữ liệu về thông số kỹ thuật, vật tƣ,... và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu ứng dụng vào thực tế chế tạo vỏ tàu. Tác giả trân trọng cảm ơn ThS. Vũ Đình Toại, Bộ môn Hàn và Công nghệ Kim loại Viện Cơ khí - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã hƣớng dẫn, giúp đỡ việc mô phỏng số quá trình hàn tổng đoạn vỏ tàu bằng phần mềm SYSWELD. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình đã tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả luận án Vũ Văn Ba ii MỤC LỤC MỤC LỤC ..............................................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ .................................................................................... x MỞ ĐẦU.................................................................................................................................................. 1 Mục đích của luận án ........................................................................................................ 2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án ................................................................. 2 Đối tượng nghiên cứu: ................................................................................................................. 2 Phạm vi nghiên cứu: ..................................................................................................................... 2 Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................................. 2 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án ................................................................ 3 Ý nghĩa khoa học của luận án: .................................................................................................... 3 Ý nghĩa thực tiễn của luận án:..................................................................................................... 3 Các đóng góp mới của luận án .......................................................................................... 3 Kết cấu của luận án ........................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................................. 5 1.1. Công nghệ đóng tàu ................................................................................................... 5 1.1.1. Sơ lược về tình hình phát triển công nghệ đóng tàu ....................................................... 5 1.1.2. Công nghiệp tàu thủy ở Việt Nam .................................................................................... 6 1.1.3. Công nghiệp tàu thủy ở nước ngoài ................................................................................. 7 1.1.4. Công nghệ đóng tàu theo phương pháp tổng đoạn ........................................................ 9 1.2. Tình hình ứng dụng công nghệ hàn một phía trong chế tạo vỏ tàu thủy ................. 11 1.2.1. Công nghệ hàn một phía nối tổng đoạn vỏ tàu trong nước .........................................13 1.2.2. Công nghệ hàn một phía nối tổng đoạn vỏ tàu ở nước ngoài .....................................14 Kết luận 1 ........................................................................................................................ 15 CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ HÀN GIÁP MỐI MỘT PHÍA TRONG ĐÓNG TÀU THỦY .....17 2.1. Đặc điểm công nghệ hàn giáp mối một phía trong đóng tàu ................................... 17 2.2. Vật liệu chế tạo vỏ tàu ............................................................................................. 18 2.2.1. Thép có độ bền bình thường............................................................................................19 2.2.2. Thép độ bền cao................................................................................................................20 2.3. Công nghệ hàn hồ quang dây lõi thuốc trong đóng tàu ........................................... 21 2.3.1 Vật liệu hàn FCAW ...........................................................................................................23 2.3.2 Thiết bị hàn FCAW ...........................................................................................................26 2.3.3 Các thông số cơ bản của công nghệ hàn FCAW ...........................................................27 iii 2.3.4 Các dạng dịch chuyển kim loại trong hàn FCAW .........................................................33 2.3.5 Đặc điểm hình thành mối hàn ở các vị trí hàn khác nhau ............................................35 Kết luận 2 ........................................................................................................................ 38 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƢỚC MỐI HÀN TỔNG ĐOẠN ......................................................39 Mục đích ......................................................................................................................... 39 3.1. Mô hình thực nghiệm xác định ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thƣớc của mối hàn .......................................................................................... 39 3.1.1. Các thông số công nghệ của mô hình thực nghiệm ......................................................39 3.1.2. Các thông số cơ bản của hệ thống thực nghiệm ...........................................................41 3.2. Quy hoạch thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa các thông số chế độ hàn với hình dạng và kích thƣớc của mối hàn .................................................................................. 45 3.2.1. Xây dựng mối quan hệ toán học .....................................................................................45 3.2.2. Khoanh vùng các thông số chế độ hàn ..........................................................................46 3.3. Quy trình thực nghiệm ............................................................................................. 48 3.4. Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................................... 48 3.4.1. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................................48 3.4.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy....................................................................................................................................................55 3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ hàn đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy...........55 3.4.4. Ảnh hưởng của tần số dao động đầu hàn đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy....................................................................................................................................................56 3.4.5. Ảnh hưởng của thời gian dừng dao động đầu hàn đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy .......................................................................................................................................56 3.4.6. Ảnh hưởng đồng thời giữa Ih và Vh đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy ... 57 3.4.7. Ảnh hưởng đồng thời giữa Vh và td đến hình dạng và kích thước của đường hàn đáy ... 57 3.5. Xác định bộ thông số chế độ hàn theo kích thƣớc mong muốn của đƣờng hàn đáy 58 Kết luận chƣơng 3 ........................................................................................................... 59 CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VỊ TRÍ HÀN ĐẾN HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƢỚC MỐI HÀN TỔNG ĐOẠN .......................................................................................60 Mục đích ......................................................................................................................... 60 4.1. Mô hình và chế độ thực nghiệm .............................................................................. 60 4.2. Quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hƣởng của vị trí hàn đến hình dạng và kích thƣớc của mối hàn ............................................................................................................... 63 4.2.1. Xây dựng mối quan hệ toán học giữa các thông số ......................................................63 4.2.2. Quy trình thực nghiệm .....................................................................................................64 iv 4.3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................................... 65 4.3.1. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................................65 4.3.2. Ảnh hưởng của vị trí hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn tổng đoạn .......68 Kết luận 4 ........................................................................................................................ 71 CHƢƠNG 5. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ TỔ CHỨC TẾ VI LIÊN KẾT HÀN TỔNG ĐOẠN VỎ TÀU .......................................................................................72 5.1. Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt, biến đổi tổ chức kim loại, ứng suất và biến dạng hàn bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.............................................................................. 72 5.1.1. Lý thuyết PTHH của bài toán nhiệt - đàn hồi - dẻo ......................................................72 5.1.2. Mô hình tính toán mô phỏng số quá trình hàn ..............................................................76 5.1.3. Các điều kiện tính toán mô phỏng số .............................................................................79 5.1.4. Phân bố trường nhiệt độ và chu trình nhiệt trong liên kết tổng đoạn.........................83 5.1.5. Biến đổi tổ chức kim loại trong liên kết hàn tổng đoạn................................................87 5.1.6. Ứng suất dư và biến dạng góc của liên kết hàn tổng đoạn ..........................................91 5.2. Thực nghiệm chế tạo liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu thủy ........................................ 95 5.3. Đo biến dạng góc thực của liên kết hàn tổng đoạn .................................................. 97 5.4. Kiểm tra cơ tính của liên kết hàn tổng đoạn .......................................................... 100 5.4.1. Độ bền kéo ngang của liên kết hàn tổng đoạn ........................................................... 100 5.4.2. Độ bền uốn của liên kết hàn tổng đoạn ...................................................................... 101 5.5. Phân tích cấu trúc kim loại trong liên kết hàn tổng đoạn ...................................... 102 5.5.1 Cấu trúc thô đại của liên kết hàn tổng đoạn................................................................ 102 5.5.2 Cấu trúc tế vi của liên kết hàn tổng đoạn .................................................................... 103 5.6. Thiết lập bộ thông số công nghệ hàn Auto - FCAW phù hợp cho liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu ........................................................................................................................ 109 Kết luận 5 ...................................................................................................................... 111 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ..........................................................................................112 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..............................................................113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................... DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................................ PHỤ LỤC................................................................................................................................................... Phụ lục 1: Quy hoạch thực nghiệm ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thƣớc mối hàn tổng đoạn .................................................................................... Phụ lục 2: Quy hoạch thực nghiệm ảnh hƣởng của vị trí hàn đến hình dạng và kích thƣớc mối hàn tổng đoạn ......................................................................................................... Phụ lục 3: Chƣơng trình con mô tả quỹ đạo đƣờng hàn dạng dao động ngang răng cƣa ... v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/Viết Tắt Tiếng Anh ASME American Society of Mechanical Engineers Hiệp hội kỹ sƣ Cơ khí Mỹ ASTM American Society for Testing and Materials Hiệp hội vật liệu và kiểm tra vật liệu Mỹ SAW Submerged Arc Welding Hàn tự động dƣới lớp thuốc AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Mỹ CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufactering Chế tạo với sự trợ giúp của máy tính CC Constant Current Dòng điện không đổi CIM Computer Integrated Manufactering Sản xuất tích hợp với sự trợ giúp của máy tính CV Constant Voltage Điện áp không đổi DNV Det Norske Veritas Nhà cung cấp các dịch vụ quản l rủi ro trên phạm vi toàn cầu EBW Electron Beam Welding Hàn bằng chùm tia điện tử EGW Electro Gas Welding Hàn điện khí EHS Extra High Strength Steels Thép độ bền rất cao ESW Electro Slag Welding Hàn điện xỉ European Union Liên Minh Châu Âu Wave welding Torch frequence Tần số dao động đầu hàn Flux Core Arc Welding Hàn hồ quang dây lõi thuốc FCAW-G Flux Core Arc Welding - Gas Hàn hồ quang dây lõi thuốc có khí bảo vệ FCAW-S Flux Core Arc Welding - Self shield Hàn hồ quang dây lõi thuốc tự bảo vệ FEM Finite Element Method Phƣơng pháp phần tử hữu hạn GMAW Gas Metal Arc Welding Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ GTAW Gas Tungsten Arc Welding Hàn hồ quang điện cực worfram trong môi trƣờng khí bảo vệ Heat Affect Zone Vùng ảnh hƣởng nhiệt High Strength Steels Thép độ bền cao Welding Current Cƣờng độ dòng điện hàn EU fd FCAW HAZ HS Ih Tiếng Việt vi ISO International Standardization/ Standards Organization: Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế KLCB Kim loại cơ bản KLMH Kim loại mối hàn MAG Metal Active Gas Hàn điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí hoạt tính MAW Manual Arc Welding Hàn hồ quang tay MIG Metal Inert Gas Hàn điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ MRA Multiple Regression Analysis Hàm hồi quy phức MTS Mismatched Thermal Strain Sƣc căng nhiệt không đối xứng NS Normal Strength Steels Thép độ bền trung bình PSR Penetration Size Factor Hệ số độ ngấu PTHH SMAW Phần tử hữu hạn Shield Metal Arc Welding Hàn hồ quang que hàn thuốc bọc TCS Transverse Contraction Strain Ứng suất co ngang td Stop time at ¼ and ¾ cycle of wave Thời gian dừng ở 1/4 chu kỳ và 3/4 chu kỳ dao động Vh Welding Voltage Điện áp hàn DWT Dead Weight Tonnage Tải trọng an toàn của tàu TEU Twenty-foot Equivalent Units Đợn vị đo sức chứa Container của tàu (1 TEU tƣơng đƣơng với một Container tiêu chuẩn khoảng 39 m3) vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1- 1 Phân chia thị phần đóng tàu thế giới..................................................................... 5 Bảng 1- 2 Thực trạng phát triển công nghiệp đóng tàu Việt Nam [10] ................................. 6 Bảng 1- 3 Thống kê chiều dài đƣờng hàn trong thân tàu .................................................... 11 Bảng 2- 1 Thành phần hóa học và cơ tính đối với thép đóng tàu, độ bền bình thƣờng [42]19 Bảng 2- 2 Yêu cầu chung về cơ tính của 4 cấp thép theo TCVN 6259-7:2003 [42]........... 19 Bảng 2- 3 Thành phần hóa học thép độ bền cao [43] .......................................................... 20 Bảng 2- 4 Tính chất cơ học thép độ bền cao [43] ................................................................ 21 Bảng 2- 5 Hàm lƣợng các bon tƣơng đƣơng [43]................................................................ 21 Bảng 2- 6 Cơ tính kim loại mối hàn và cấp tƣơng đƣơng theo QCVN 21:2010 ................. 24 Bảng 2- 7 Công dụng và tính năng các loại dây hàn lõi thuốc [46] .................................... 24 Bảng 2- 8 Phân loại khí bảo vệ theo thành phần khí [43] ................................................... 26 Bảng 2- 9 Chế độ hàn đối với dây hàn E7XT-1 theo nguồn [46]........................................ 30 Bảng 2- 10 Chế độ hàn đối với dây hàn E7XT-1 theo nguồn [16]...................................... 31 Bảng 3- 1 Thành phần hóa học và quy cách khử ô xi của thép độ bền cao A36 ................. 41 Bảng 3- 2 Cơ tính của thép độ bền cao A36 ........................................................................ 41 Bảng 3- 3 Các tính chất của dây hàn lõi thuốc SF-71 (E 71T-1) ........................................ 42 Bảng 3- 4 Giá trị và khoảng biến thiên của các thông số đầu vào....................................... 46 Bảng 3- 5 Ma trận kế hoạch thực nghiệm [55] .................................................................... 47 Bảng 3- 6 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................... 53 Bảng 3- 7 Kết quả thực nghiệm ở tâm ................................................................................. 53 Bảng 3- 8 Hệ số hồi quy thu đƣợc từ kết quả thực nghiệm chạy trên phần mềm Modde 5.0 .......54 Bảng 3- 9 Phạm vi kích thƣớc mong muốn của đƣờng hàn đáy ......................................... 59 Bảng 3- 10 Bộ thông số chế độ hàn theo kích thƣớc mong muốn của đƣờng hàn đáy ....... 59 Bảng 4- 1 Các thông số công nghệ cần thiết cho đƣờng hàn đáy ........................................ 61 Bảng 4- 2 Các thông số công nghệ cần thiết cho hàn lớp phủ............................................. 62 Bảng 4- 3 Ma trận đầu vào .................................................................................................. 63 Bảng 4- 4 Bảng ma trận đầu ra ............................................................................................ 64 Bảng 4- 5 Thông số kích thƣớc của mối hàn tƣơng ứng vị trí mối hàn ở mỗi cung ........... 65 Bảng 4- 6 Giá trị đầu ra tính theo các hàm hồi quy ............................................................. 69 Bảng 5- 1 Giá trị thực nghiệm của nguồn nhiệt đƣờng hàn đáy.......................................... 81 Bảng 5- 2 Giá trị thực nghiệm của nguồn nhiệt hàn các lớp điền đầy ................................ 81 Bảng 5- 3 Ký hiệu quy ƣớc của các tổ chức kim loại khi hàn [58] ..................................... 81 Bảng 5- 4 Kết quả chuyển vị và độ co góc liên kết hàn tổng đoạn ..................................... 99 Bảng 5- 5 Kết quả thử kéo ngang liên kết hàn tổng đoạn ................................................. 100 viii Bảng 5- 6 Kết quả đo độ cứng tế vi của liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu thủy ..................... 109 Bảng 5- 7 Bộ thông số công nghệ hàn đƣờng hàn đáy ...................................................... 109 Bảng 5- 8 Bộ thông số công nghệ hàn các lớp điền đầy hoặc lớp phủ .............................. 110 ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Lắp ráp tổng đoạn thân tàu [ZALIV SHIPYARD] .............................................. 9 Hình 1. 2 Sơ đồ tổng quát chế tạo tổng đoạn vỏ tàu thủy [13] ............................................ 10 Hình 1. 3 Lắp ráp các block thân tàu [Phà Rừng] ............................................................... 10 Hình 1. 4 Sơ đồ vị trí và các phƣơng pháp hàn đƣợc sử dụng trong lắp ráp thân tàu [15].. 12 Hình 1. 5 Mức độ tiêu thụ vật liệu hàn trong công nghiệp chế tạo [17] .............................. 12 Hình 1. 6 Thử nghiệm hàn giáp mối một phía ở vị trí đứng bằng Auto-FCAW ................. 13 Hình 2. 1 Năng suất đắp của quá trình hàn FCAW so với quá trình hàn GMAW và SMAW [18] 18 Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý hàn FCAW-G [46] .................................................................... 22 Hình 2. 3 Sơ đồ nguyên lý hàn FCAW-S [46] .................................................................... 22 Hình 2. 4 Cấu tạo của dây lõi thuốc [46] ............................................................................. 23 Hình 2. 5 Sơ đồ trạm hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc [46] .......................................... 27 Hình 2. 6 Quan hệ giữa cƣờng độ dòng điện hàn với vận tốc cấp dây điện cực [46] ......... 28 Hình 2. 7. Tốc độ cấp dây và cƣờng độ dòng điện hàn FCAW........................................... 28 Hình 2. 8 Hàn bằng dây lõi thuốc có khi bảo vệ (a) và tự bảo vệ (b) [46] .......................... 29 Hình 2. 9 Quan hệ giữa tầm với điện cực với cƣờng độ dòng điện và vận tốc cấp dây ...... 29 Hình 2. 10 Góc nghiêng mỏ hàn khi hàn giáp mối [46] ...................................................... 32 Hình 2. 11 Dao động kiểu răng cƣa ..................................................................................... 32 Hình 2. 12 Dao động hình sin .............................................................................................. 32 Hình 2. 13 Dao động vòng tròn lệch ................................................................................... 32 Hình 2. 14 Dịch chuyển giọt lớn [51] ................................................................................. 33 Hình 2. 15 Dịch chuyển tia [51] .......................................................................................... 34 Hình 2. 16 Hình dạng và độ ngấu của đƣờng hàn với mỗi loại khí bảo vệ [51] ................. 34 Hình 2. 17 Các lực tác dụng lên giọt kim loại ở đầu mút điện cực [54].............................. 36 Hình 2. 18 Hàn bằng ............................................................................................................ 37 Hình 2. 19 Hàn đứng từ dƣới lên ......................................................................................... 37 Hình 2. 20 Hàn đứng từ dƣới lên ......................................................................................... 37 Hình 2. 21 Hàn đứng từ trên xuống ..................................................................................... 37 Hình 2. 22 Hàn ngang .......................................................................................................... 37 Hình 2. 23 Hàn góc .............................................................................................................. 37 Hình 2. 24 Hàn trần ............................................................................................................. 38 Hình 3. 1 Hình dạng và kích thƣớc đƣờng hàn đáy ............................................................ 40 Hình 3. 2 Lắp ráp tổng đoạn ................................................................................................ 40 Hình 3. 3 Mô hình mối ghép thực nghiệm theo AWS D1.1 ................................................ 40 Hình 3. 4: Robot hàn hồ quang AX-V6 ............................................................................... 42 x Hình 3. 5 Hộp cấp dây hàn .................................................................................................. 43 Hình 3. 6 Robot hàn hồ quang AX-V6 ................................................................................ 43 Hình 3. 7 Thông số mối ghép hàn ....................................................................................... 43 Hình 3. 8 Gốm lót dùng trong hàn giáp mối một phía......................................................... 44 Hình 3. 9 Góc độ mỏ hàn ..................................................................................................... 44 Hình 3. 10 Dao động đầu hàn theo kiểu răng cƣa ............................................................... 44 Hình 3. 11 Chuẩn bị liên kết hàn thực nghiêm .................................................................... 48 Hình 3. 12 Mẫu TN 1: ......................................................................................................... 49 Hình 3. 13 Mẫu TN 2: ......................................................................................................... 49 Hình 3. 14 Mẫu TN 3: ......................................................................................................... 49 Hình 3. 15 Mẫu TN 4: ......................................................................................................... 50 Hình 3. 16 Mẫu TN 5: ......................................................................................................... 50 Hình 3. 17 Mẫu TN 6: ......................................................................................................... 50 Hình 3. 18 Mẫu TN 7: ......................................................................................................... 50 Hình 3. 19 Mẫu TN 8: ......................................................................................................... 50 Hình 3. 20 Mẫu TN 9: ......................................................................................................... 51 Hình 3. 21 Mẫu TN 10: ....................................................................................................... 51 Hình 3. 22 Mẫu TN 11: ....................................................................................................... 51 Hình 3. 23 Mẫu TN 12: ....................................................................................................... 51 Hình 3. 24 Mẫu TN 13: ....................................................................................................... 52 Hình 3. 25 Mẫu TN 14: ....................................................................................................... 52 Hình 3. 26 Mẫu TN 15: ....................................................................................................... 52 Hình 3. 27 Mẫu TN 16: ....................................................................................................... 52 Hình 3. 28 Mẫu TN 17: ....................................................................................................... 52 Hình 3. 29 Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện hàn đến kích thƣớc của đƣờng hàn đáy .. 55 Hình 3. 30 Ảnh hƣởng của vận tốc hàn đến kích thƣớc của đƣờng hàn đáy ....................... 55 Hình 3. 31 Ảnh hƣởng của tần số dao động đầu hàn đến kích thƣớc của đƣờng hàn đáy .. 56 Hình 3. 32 Ảnh hƣởng của thời gian dừng dao động đầu hàn ở hai mép liên kết hàn ........ 56 Hình 3. 33 Ảnh hƣởng đồng thời của Ih và Vh đến hình dạng và kích thƣớc của đƣờng hàn đáy 57 Hình 3. 34 Ảnh hƣởng đồng thời của Vh và td đến hình dạng và kích thƣớc của đƣờng hàn đáy.58 Hình 4. 1 Ảnh tổng đoạn tàu [12] ........................................................................................ 60 Hình 4. 2 Mô hình thực nghiệm hàn giáp mối một phía khi ghép nối tổng đoạn vỏ tàu ..... 60 Hình 4. 3 Các thông số kích thƣớc mối hàn ........................................................................ 61 Hình 4. 4 Mối ghép hàn thực nghiệm .................................................................................. 61 Hình 4. 5 Liên kết hàn thực nghiệm .................................................................................... 64 xi Hình 4. 6 Mô hình vị trí hàn tƣơng ứng với mỗi cung ........................................................ 64 Hình 4. 7 Hình dạng và kích thƣớc mối hàn ở vị trí hàn trần 1 ......................................... 66 Hình 4. 8 Hình dạng và kích thƣớc mối hàn ở cung 2 ....................................................... 66 Hình 4. 9 Hình dạng và kích thƣớc mối hàn ở cung 3 ....................................................... 66 Hình 4. 10 Hình dạng và kích thƣớc mối hàn ở cung 4 ..................................................... 67 Hình 4. 11 Hình dạng và kích thƣớc mối hàn ở vị trí đứng (5) ......................................... 67 Hình 4. 12 Ảnh hƣởng của vị trí hàn đến kích thƣớc mối hàn ............................................ 69 Hình 4. 13 Phạm vi góc quay trục đƣờng hàn ..................................................................... 70 Hình 5. 1 Mô hình mối ghép hàn tổng đoạn vỏ tàu ............................................................. 77 Hình 5. 2 Mô hình PTHH vùng mối hàn theo tiết diện ngang (2D) và vị trí của các nút khảo sát ................................................................................................................................ 77 Hình 5. 3 Mô hình lƣới các PTHH (3D) của toàn bộ liên kết hàn nghiên cứu .................... 78 Hình 5. 4 Quỹ đạo dao động ngang của đƣờng hàn đáy (trái) và đƣờng hàn phủ (phải) .... 78 Hình 5. 5 Điều kiện biên trao đổi nhiệt với môi trƣờng xung quanh .................................. 79 Hình 5. 6 Mô hình ngàm chặt hai đầu liên kết hàn tổng đoạn ............................................. 79 Hình 5. 7 Mô hình nguồn nhiệt rút gọn hàn MMA/TIG/GMAW/FCAW/SAW theo Goldak .....80 Hình 5. 8 Các tính chất cơ – lý – kim loại học của thép A36 [60] ..................................... 82 Hình 5. 9 Trƣờng nhiệt độ tức thời khi hàn đƣờng hàn đáy ................................................ 83 Hình 5. 10 Trƣờng nhiệt độ tức thời khi hàn đƣờng hàn phủ .............................................. 83 Hình 5. 11 Trƣờng nhiệt độ tức thời phân bố trên liên kết hàn khi hàn đƣờng hàn đáy ..... 84 Hình 5. 12 Trƣờng nhiệt độ tức thời phân bố trên liên kết hàn khi hàn lớp phủ ................. 84 Hình 5. 13 Chu trình nhiệt độ tại nút 8636 .......................................................................... 85 Hình 5. 14 Chu trình nhiệt độ tại nút 7727 .......................................................................... 86 Hình 5. 15 Chu trình nhiệt độ tại nút 7323 .......................................................................... 86 Hình 5. 16 Phân bố tổ chức kim loại trong liên kết hàn tại thời điểm 6500 [giây] ............. 87 Hình 5. 17 Chu trình nhiệt & đồ thị chuyển biến pha tại nút 8636 ..................................... 88 Hình 5. 18 Đồ thị thay đổi nhiệt độ & chuyển biến pha tại nút 7727.................................. 89 Hình 5. 19 Đồ thị thay đổi nhiệt độ & chuyển biến pha tại nút 7323.................................. 90 Hình 5. 20 Ứng suất pháp theo phƣơng ngang (x-x) sau khi hàn ........................................ 91 Hình 5. 21 Ứng suất pháp theo phƣơng dọc (y-y) sau khi hàn ............................................ 91 Hình 5. 22 Phân bố ứng suất dƣ tổng (Seqv) trong liên kết hàn ........................................... 92 Hình 5. 23 Đồ thị thay đổi ứng suất dƣ tổng (Seqv) tại các nút 8636, 7727 và 7323 ........... 92 Hình 5. 24 Đồ thị ứng suất pháp, ứng suất dƣ tổng (Seqv) tại mặt cắt ngang giữa mối hàn. 93 Hình 5. 25 Đồ thị biến dạng góc, ứng suất pháp, ứng suất dƣ tổng (Seqv) tại mặt cắt dọc giữa mối hàn ........................................................................................................................ 94 xii Hình 5. 26 Biến dạng góc của liên kết hàn .......................................................................... 95 Hình 5. 27 Phay vát mép vật hàn ......................................................................................... 95 Hình 5. 28 Liên kết hàn thực nghiệm .................................................................................. 95 Hình 5. 29 Hàn gân tăng cứng với tấm vỏ ........................................................................... 95 Hình 5. 30 Hàn đính tạo mối ghép tổng đoạn ...................................................................... 96 Hình 5. 31 Hàn nối tổng đoạn.............................................................................................. 96 Hình 5. 32 Mặt đáy liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu.............................................................. 97 Hình 5. 33 Mặt trên liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu .............................................................. 97 Hình 5. 34 Đo biến dạng góc bằng đầu đo 3D trên máy phay CNC 5 trục ......................... 97 Hình 5. 35 Vùng đo biến dạng góc ...................................................................................... 97 Hình 5. 36 Vị trí và giá trị các điểm đo theo trục z liên kết hàn tổng đoạn 05 .................... 98 Hình 5. 37 Vị trí và giá trị các điểm đo theo trục z liên kết hàn tổng đoạn 02 .................... 98 Hình 5. 38 Vị trí và giá trị các điểm đo theo trục z liên kết hàn tổng đoạn 07 .................... 99 Hình 5. 39 Mẫu thử kéo mối hàn tổng đoạn vỏ tàu ........................................................... 100 Hình 5. 40 Máy kéo nén WEW-600D ............................................................................... 100 Hình 5. 41 Mẫu phá hủy sau khi thử kéo ngang ................................................................ 100 Hình 5. 42 Biên bản thử kéo ngang mẫu 2-04 ................................................................... 101 Hình 5. 43 Kết quả uốn mặt mối hàn................................................................................. 102 Hình 5. 44 Kết quả uốn chân mối hàn ............................................................................... 102 Hình 5. 45 Cấu trúc thô đại của liên kết hàn tổng đoạn .................................................... 102 Hình 5. 46 Cấu trúc tế vi của đƣờng hàn đáy .................................................................... 104 Hình 5. 47 Cấu trúc tế vi của đƣờng hàn đáy tại vị trí D2 (x500) ..................................... 104 Hình 5. 48 Cấu trúc tế vi của vùng gianh giới giữa 2 đƣờng hàn...................................... 105 Hình 5. 49 Cấu trúc tế vi của vùng gianh giới giữa 2 đƣờng hàn tại vị trí G2 (x500) ...... 106 Hình 5. 50 Cấu trúc tế vi của đƣờng hàn phủ .................................................................... 107 Hình 5. 51 Cấu trúc tế vi của đƣờng hàn phủ tại vị trí T2 (x500) ..................................... 108 Hình 5. 52 Độ cứng tế vi của liên kết hàn ......................................................................... 108 xiii MỞ ĐẦU Việt Nam là một quốc gia biển, có một nửa biên giới giáp với biển Đông từ phía Đông, Nam và Tây Nam bao gồm 3.260 km bờ biển, nằm ngay bên tuyến hàng hải Quốc tế nhộn nhịp thứ hai của thế giới; Với hơn 4.200 km2 biển nội thuỷ, vùng lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa cùng với hơn 4.000 hòn đảo và bãi đá ngầm lớn nhỏ. Tính chung, biển Việt Nam có khoảng 1 triệu Km2, thuộc khu vực đang có tốc độ phát triển kinh tế nhanh và năng động nhất Thế giới. Đây là những tiềm năng to lớn cho chiến lƣợc phát triển kinh tế biển. Hội nghị lần thứ tƣ Ban Chấp hành Trung ƣơng Đảng (khoá X) đã ra Nghị quyết 09 NQ/ TW ngày 9-2-2007 về chiến lƣợc biển Việt Nam đến năm 2020, đã nhấn mạnh: “Thế kỷ XXI đƣợc Thế giới xem là thế kỷ của đại dƣơng”. Các quốc gia có biển đều rất quan tâm đến biển và coi trọng việc xây dựng chiến lƣợc biển. Khu vực biển Đông, trong đó có vùng biển Việt Nam, có vị trí địa kinh tế và địa chính trị hết sức quan trọng. Mục tiêu tổng quát đến năm 2020 phấn đấu đƣa nƣớc ta trở thành quốc gia mạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền Quốc gia trên biển, đảo, góp phần quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá, làm cho đất nƣớc giàu mạnh [1]. Xuất phát từ chủ trƣơng đó, Chính phủ đã xác định ngành công nghiệp đóng tàu là một trong những ngành công nghiệp nền tảng và then chốt trong việc thực hiện chiến lƣợc biển Việt Nam; Chính Phủ đã ra Quyết định số: 2290/QĐ-TTg, ngày 27 tháng 11 năm 2013 về quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam đến năm 2020, định hƣớng đến năm 2030, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế biển phù hợp với Chiến lƣợc biển Việt Nam đến năm 2020 và phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội; góp phần củng cố quốc phòng, an ninh và bảo vệ chủ quyền quốc gia trên các vùng biển và hải đảo của Tổ quốc [2]. Để thực hiện thành công chiến lƣợc phát triển kinh tế biển và đảm bảo an ninh quốc phòng, ngành công nghiệp tàu thủy đã và đang đầu tƣ xây dựng các nhà máy mới và nâng cấp một số nhà máy hiện có đồng bộ về trang thiết bị, hiện đại về công nghệ, tiến tới đạt chuẩn công nghiệp đóng tàu Thế giới; có đủ năng áp dụng các công nghệ đóng tàu tiên tiến nhƣ thiết kế và chế tạo thân tàu theo tổng đoạn (Module). Công nghệ hàn chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng khối lƣợng công việc đóng tàu. Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các quá trình hàn tiên tiến, năng suất cao, chất lƣợng tốt và ổn định bằng các hệ thống thiết bị hàn bán tự động, tự động và Robot hàn,... vào quá trình chế tạo thân tàu là một vấn đề rất cấp thiết. Trong quá trình chế tạo vỏ tàu, liên kết hàn giáp mối một phía chiếm khoảng từ 9 10 % khối lƣợng công việc hàn, đặc biệt là công đoạn chế tạo và lắp ráp các phân đoạn, tổng đoạn của thân tàu. Hiện nay trên Thế giới, khi hàn một phía, khối lƣợng hàn hồ quang tay (SMAW) ngày càng giảm, thay vào đó là các quá trình hàn tiên tiến đƣợc áp dụng vào công nghệ đóng tàu đƣa lại hiệu quả cao, nhƣ: công nghệ hàn tự động dƣới lớp thuốc (SAW), hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ (GMAW), hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW), hàn điện khí (EGW),… Hiện nay, các nhà máy đóng tàu Ở Việt Nam đã và đang ứng dụng ngày càng nhiều các quá trình hàn SAW, GMAW và FCAW để hàn giáp mối một phía nhƣng chủ yếu ở các vị trí hàn thuân lợi (hàn bằng, hàn ngang). Tuy nhiên với liên kết hàn tổng đoạn có biên dạng phức tạp và ở vị trí khó hàn nên thƣờng sử dụng phƣơng pháp hàn thủ công hoặc bán tự động cho năng suất thấp và chất lƣợng không ổn định. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn thích hợp để hàn liên kết giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu là rất cần thiết và có nghĩa thực tiễn cao. Trên cơ sở đó, tác giả đã đề xuất nghiên cứu áp dụng công nghệ hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc Auto- 1 FCAW vào hàn nối tổng đoạnvỏ tàu và triển khai nghiên cứu trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ hàn giáp mối một phía ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu thủy”. Mục đích của luận án Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn chính Auto-FCAW đến hình dạng và kích thƣớc của mối hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu. Nghiên cứu ảnh hƣởng của vị trí hàn đến hình dạng, kích thƣớc và khả năng hình thành mối hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu bằng quá trình hàn Auto-FCAW. Nghiên cứu ứng suất, biến dạng và tổ chức tế vi kim loại liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu. Thiết lập bộ thông số công nghệ hàn phù hợp với liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu bằng quá trình hàn Auto-FCAW. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tƣợng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu (gọi tắt là liên kết hàn tổng đoạn). Phạm vi nghiên cứu: Liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn thân tàu tải trọng trung bình. Sử dụng quá trình hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc (Auto-FCAW). Vật liệu cơ bản là thép chế tạo vỏ tàu cấp A, mác A36, phạm vi chiều dày từ 10 đến 25 mm. Quy mô nghiên cứu của luận án đƣợc xác định trong phạm vi phòng thí nghiệm. Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện đƣợc mục đích nghiên cứu của luận án, tác giả sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Thu thập, phân tích và tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài nghiên cứu về công nghệ hàn giáp mối một phía bằng phƣơng pháp hàn FCAW; các văn bản nghị quyết, quyết định của Đảng và Nhà nƣớc về chiến lƣợc phát triển công nghiệp đóng tàu Việt Nam; các tài liệu về công nghệ đóng tàu; Từ đó xác định rõ những gì đã đƣợc công bố và tìm ra những nội dung mới mà luận án cần phải giải quyết. - Phân tích và hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết về công nghệ đóng tàu theo tổng đoạn; các quá trình công nghệ hàn ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu; đặc điểm công nghệ hàn giáp mối một phía; thiết bị, vật liệu, các thông số công nghệ, phƣơng thức dịch chuyển kim loại trong quá trình hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) làm cơ sở lý thuyết cho đề tài. - Khảo sát hiện trƣờng tại các cơ sở đóng tàu trong nƣớc, trong đó sử dụng các kỹ thuật quan sát trực tiếp, ghi chép, hỏi ý kiến chuyên gia, chụp ảnh để tìm hiểu về công nghệ đóng tàu, lắp ráp phân đoạn, tổng đoạn (Block); công nghệ hàn nối phân đoạn và tổng đoạn vỏ tàu. Từ đó làm sáng tỏ các thông tin về đối tƣợng nghiên cứu, làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình thực nghiệm. - Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mối quan hệ giữa các thông số chế độ hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc và vị trí hàn với hình dạng và kích thƣớc mối hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu. Bao gồm việc phân tích, lựa chọn và xác định các yếu tố ảnh hƣởng chính; lập kế hoạch, tiến hành thực nghiệm và thu nhận thông tin. Xây dựng và kiểm định mô hình bằng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất và 2 phân tích hồi quy, phân tích phƣơng sai để xác định giá trị của các hệ số trong mô hình hồi qui đa thức. Kiểm tra mô hình theo độ tƣơng thích và khả năng làm việc. - Sử dụng kỹ thuật tính toán trƣờng nhiệt độ hàn; khảo sát quá trình truyền nhiệt; phân tích phân bố ứng suất, biến dạng và tổ chức kim loại,... của liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu trên phần mềm chuyên dụng SYSWELD. - Sử dụng các trang thiết bị sẵn có phù hợp với điều kiện thực nghiệm để chế tạo liên kết hàn nối tổng đoạn vỏ tàu; tiến hành đo biến dạng thực, kiểm tra cơ tính và phân tích tổ chức tế vi của kim loại liên kết hàn tổng đoạn trong phạm vi phòng thí nghiệm. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học của luận án: Đã phân tích và hệ thống hóa kiến thức công nghệ, thiết bị, vật liệu hàn, các thông số công nghệ, phƣơng thức dịch chuyển kim loại, đặc điểm hình thành mối hàn ở các vị trí hàn khác nhau trong không gian với quá trình hàn hồ quang dây lõi thuốc FCAW làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng mô hình thực nghiệm hàn giáp mối một phía. Bằng quy hoạch thực nghiệm đã thiết lập mối quan hệ giữa các thông số chế độ hàn Auto-FCAW (cƣờng độ dòng điện hàn Ih, tốc độ hàn Vh, tần số dao động đầu hàn fh, thời gian dừng dao động đầu hàn) với hình dạng và kích thƣớc đƣờng hàn đáy của mối hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A. Đồng thời đánh giá đƣợc mức độ ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn chính đến hình dạng và kích thƣớc của mối hàn. Từ đó xác định đƣợc bộ thông số chế độ hàn theo kích thƣớc cho trƣớc của đƣờng hàn đáy. Bằng thực nghiệm đã thiết lập mối quan hệ toán học và đánh giá mức độ ảnh hƣởng của vị trí hàn trong không gian (góc nghiêng trục đƣờng hàn thay đổi theo góc  từ 0  2.09 radian) đến hình dạng và kích thƣớc của mối hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A bằng quá trình hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc (Auto-FCAW). Kết hợp phƣơng pháp mô phỏng số với thực nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả nghiên cứu ứng suất, biến dạng và biến đổi tổ chức kim loại của liên kết hàn giáp mối một phía nối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A36 bằng quá trình hàn FCAW. Kết quả nghiên cứu này cũng có thể đƣợc áp dụng vào nghiên cứu ứng suất, biến dạng và biến đổi tổ chức kim loại liên kết hàn tổng đoạn vỏ tàu với các cấp thép khác. Ý nghĩa thực tiễn của luận án: Kết quả nghiên cứu của đề tài đã xác định đƣợc bộ thông số công nghệ hàn và quy trình hàn giáp mối tổng đoạn vỏ tàu thép bằng quá trình hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc. Kết quả và phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài có thể vận dụng vào thực tiễn chế tạo và lắp ghép phân đoạn, tổng đoạn nhằm nâng cao năng suất và chất lƣợng vỏ tàu tại Việt Nam. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu này có thể ứng dụng trong hàn giáp mối các kết cấu cỡ lớn khác nhƣ: kho nổi, giàn khoan, bồn bể, v.v. Các đóng góp mới của luận án Thông qua quá trình nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số theo các nhiệm vụ nghiên cứu đã đề ra, luận án này có những đóng góp mới sau đây: Bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm hai mức 4 yếu tố độc lập trong miền khảo sát, đã thiết lập đƣợc mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số chế 3 độ hàn (Ih, Vh, fd, td) với kích thƣớc của đƣờng hàn (hd, bd, bd1) trong liên kết hàn giáp mối tổng đoạn vỏ tàu thép A36. Từ đó xác định đƣợc bộ thông số chế độ hàn theo kích thƣớc cho trƣớc của đƣờng hàn đáy. 2. Bằng thực nghiệm đã thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa vị trí hàn trong không gian với hình dạng và kích thƣớc của mối hàn giáp mối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A bằng quá trình hàn Auto-FCAW. 3. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng: Khi hàn đƣờng hàn đáy ở vị trí hàn trần bằng quá trình hàn Auto-FCAW thì không cần phải lót đáy mối hàn bằng gốm. Bộ thông số công nghệ hàn đã xác định không thích hợp để hàn đƣờng hàn đáy ở vị trí trần. Vì vậy cần thiết phải sử dụng quá trình hàn SMAW hoặc GMAW để hàn đƣờng hàn đáy; các lớp hàn tiếp theo hàn bằng quá trình hàn FCAW. 4- Đã phân tích và lựa chọn đƣợc mô hình nguồn nhiệt “Double ellipsoid” phù hợp với quá trình hàn FCAW để hàn giáp mối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A. Đồng thời cũng đã xây dựng đƣợc 1 module mã lệnh mô tả dao động mỏ hàn kiểu răng cƣa nhúng vào phần mềm Sysweld để thực hiện bài toán mô phỏng quá trình hàn Auto-FCAW. 5- Đã tính toán mô phỏng và xác định đƣợc trƣờng nhiệt hàn, chu trình nhiệt, quá trình biến đổi tổ chức kim loại mối hàn, ứng suất dƣ và biến dạng của liên kết hàn giáp mối tổng đoạn vỏ tàu. Kiểm chứng các kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình và các điều kiện tính toán mô phỏng số là phù hợp với mô hình thực nghiệm. 6. Dựa trên các kết quả nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm có thể xác định đƣợc bộ thông số công nghệ hàn hợp l để hàn nối tổng đoạn vỏ tàu thép cấp A bằng quá trình hàn tự động hồ quang dây lõi thuốc Auto-FCAW. Kết cấu của luận án Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong 05 phần nội dung chính và kết luận chung của luận án và kiến nghị: Chƣơng 1. Nghiên cứu tổng quan. Chƣơng 2. Công nghệ hàn một phía trong đóng tàu. Chƣơng 3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thƣớc mối hàn tổng đoạn. Chƣơng 4. Nghiên cứu ánh hƣởng của vị trí hàn đến hình dạng và kích thƣớc mối hàn tổng đoạn. Chƣơng 5. Nghiên cứu ứng suất, biến dạng và tổ chức tế vi liên kết hàn tổng đoạn. Kết luận chung của luận án và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo Danh mục tài liệu tham khảo. Danh mục các công trình đã công bố của luận án. Phụ lục luận án. 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Công nghệ đóng tàu 1.1.1. Sơ lƣợc về tình hình phát triển công nghệ đóng tàu Ngành công nghiệp đóng tàu thế giới thể hiện qua một số giai đoạn: Giai đoạn trƣớc 1956, Các nƣớc Tây Âu (EU) đƣợc xem là cái nôi của ngành đóng tàu thế giới và họ đã giữ vị trí quán quân trong nhiều thế kỷ. Mãi đến năm 1956 họ mới bị Nhật Bản vƣợt lên, mặc dù các nƣớc EU vẫn luôn giữ đƣợc vị trí dẫn đầu về các loại tàu có công nghệ và giá trị gia tăng cao [3]. Đối với Nhật Bản, sau thế chiến thứ hai, nền kinh tế vật chất gần nhƣ kiệt quệ, nhƣng trái lại họ có nguồn nhân lực rất dồi dào. Nhờ đó mà chỉ 10 năm sau chiến tranh, bằng việc triển khai chƣơng trình "Keikaku Zosen" (kế hoạch phát triển ngành đóng tàu), Nhật Bản đã dẫn đầu thế giới, chỉ mất 10 năm để có đƣợc 20% thị phần và 20 năm để chiếm lĩnh gần 40% thị phần đóng tàu thế giới [4]. Ở Hàn Quốc, đóng tàu đã trở thành một trong những ngành trọng điểm trong “Kế hoạch phát triển các ngành công nghiệp nặng và hoá chất” vào những năm đầu thập niên 1970. Tuy nhiên, Hàn Quốc đã phải mất 10 năm (1974 – 1984) để thêm đƣợc 7% thị phần và 20 năm để có đƣợc 21,5% thị phần và họ đã trở thành vị trí quán quân vào năm 2000 để thay thế vị trí số một của Nhật Bản [5]. Đối với Trung Quốc, trong suốt 10 năm (1984-1994), ngành đóng tàu chỉ tăng đƣợc khoảng 3% thị phần và mất 20 năm, mới đạt đƣợc 11,7% thị phần. Khác với Nhật Bản và Hàn Quốc thì Trung Quốc có lợi thế rất lớn là thị trƣờng nội địa khổng lồ. Dự kiến trong thập kỷ tới, Trung Quốc sẽ vƣợt qua Hàn Quốc để giữ vị trí quán quân [7]. Hiện nay, trung tâm đóng tàu của thế giới đang ở Đông Á với ba nƣớc Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc chiếm đến 85% tổng sản lƣợng, EU chỉ có 11%. Các nƣớc còn lại chiếm hơn 4%. Tuy nhiên, xét về giá trị, EU lại là khu vực chiếm một tỷ lệ doanh thu lớn nhất (gần 30%) do họ tập trung vào những loại tàu cao cấp nhƣ: tàu chở khí lỏng và tàu chở khách. Trong khi đó, Hàn Quốc chiếm lĩnh các loại tàu chở container, tàu chở dầu. Nhật Bản tập trung vào tàu chở hàng khô, tàu chở khí lỏng. Còn Trung Quốc đang cố gắng chiếm lĩnh tất cả những gì có thể. Một thị trƣờng đóng tàu mạnh đƣợc kỳ vọng sẽ tiếp tục trong một tƣơng lai thấy trƣớc. Với mức sản lƣợng 40 triệu tấn vào cuối năm 2004, dự báo đến năm 2015 sản lƣợng tàu toàn cầu sẽ vào khoảng 50 triệu tấn/năm [6]. Sự phân chia thị phần đóng tàu thế giới đƣợc thể hiện trong Bảng 1- 1 dƣới đây. Bảng 1- 1 Phân chia thị phần đóng tàu thế giới Năm 1938* 1956* 1964 1974 1984 1994 2000 2004 Nhật Bản 14.9% 20.5% 38.7% 50.4% 53.0% 44.0% 37.9% 36.1% Hàn Quốc NA NA NA 0.9% 8.0% 21.5% 38.6% 36.6% Trung Quốc NA NA NA NA 1.8% 5.5% 5.2% 11.7% EU 81.6% 75.3% 55.0% 41.2% 23.1% 21.9% 14.3% 11.2% Các nƣớc khác 3.5% 4.1% 6.2% 7.5% 14.1% 7.1% 4.0% 4.5% 5