Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn mag trong chế tạo vỏ tàu thuỷ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------






------- HÀ DUY HOÀ nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ hµn mag Trong chÕ t¹o vá tµu thuû LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật Máy & Thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm Nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TIẾN SĨ. Bïi V¨n H¹nh Hà Nội - 2010 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Hà Duy Hoà Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Tiến sĩ Bùi Văn Hạnh, người trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ cơ khí, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới cơ quan, gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Hà Duy Hoà Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… ii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ðẦU CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ HÀN MAG TRONG CHẾ TẠO VỎ TÀU THUỶ 1.1 Tổng quan về hàn MAG 1.1.1 Bản chất 1.1.2 Phạm vi ứng dụng 1.2 Vật liệu và thiết bị hàn MAG 1.2.1 Vật liệu hàn 1.2.2 Thiết bị hàn 1.3 Ảnh hưởng của các thông số khi hàn MAG 1.3.1 Chuẩn bị mép hàn 1.3.2 Chiều dày kim loại cơ bản 1.3.3 Nhiệt ñộ ban ñầu 1.3.4 Dòng ñiện hàn 1.3.5 ðiện áp hàn 1.3.6 Dây hàn 1.3.7 Phần nhô ñiện cực hàn 1.3.8 Tốc ñộ hàn 1.3.9 Khí bảo vệ 1.3.10 Nguồn ñiện hàn 1.3.11 Kỹ thuật hàn 1.3.12 Thợ hàn CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO VỎ TÀU THUỶ 1.1. 2.1 TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO VỎ TÀU TẠI CÁC CƠ SỞ SẢN XUẤT 2.1.1 Quy trình chế tạo vỏ tàu 2.1.2 Thực trạng ñóng tàu vỏ thép ở Việt Nam 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ðƯỢC SỬ DỤNG TRONG ðÓNG TÀU Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… iii i ii iii iv v vi 1 2 2 2 3 4 4 11 13 13 13 13 14 15 16 17 18 20 21 22 23 24 24 24 29 31 2.2.1 Hàn hồ quang tay 2.2.2 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc 2.2.3 Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ 2.2.4 Hàn ñiện khí CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CHẾ ðỘ HÀN, THIẾT LẬP QUY TRÌNH CHO CÁC MỐI HÀN ðIỂN HÌNH TRONG CHẾ TẠO VỎ TÀU THUỶ 3.1 Tính toán chế ñộ hàn MAG cho mối hàn giáp mối 3.1.1 Cơ sở lý thuyết tính toán chế ñộ hàn giáp mối 3.1.2 Tính toán chế ñộ hàn giáp mối cho một số chiều dày vỏ tàu 3.1.3 Thiết lập quy trình hàn cho mối hàn giáp mối 3.2 Tính toán chế ñộ hàn MAG cho mối hàn góc 3.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán chế ñộ hàn góc 3.2.2 Tính toán chế ñộ hàn góc cho một số chiều dày vỏ tàu 3.2.3 Thiết lập quy trình hàn cho mối hàn góc 3.3 Thiết lập quy trình hàn WPS 3.4 Nghiên cứu thực nghiệm theo quy trình hàn ñã thiết lập 3.4.1 Nghiên cứu thực nghiệm mối hàn leo khi hàn ghép nối tổng ñoạn, 36 36 44 47 49 49 53 57 59 63 63 hµn tù ®éng dïng khÝ b¶o vÖ co2 - Hµn 1 mÆt cã tÊm lãt. 3.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm mối hàn góc ngang khi chế tạo boong tàu, 70 b¸n tù ®éng dïng khÝ b¶o vÖ co2 - Hµn 2 phÝa CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ðÁNH GIÁ KHUYẾT TẬT MỐI HÀN 4.1 Các phương pháp kiểm tra và thử nghiệm 4.2 Kiểm tra trực quan (VT) 4.3 Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT) 4.4 Kiểm tra siêu âm (UT) 4.5 Kiểm tra ñộ kín 4.6 Kiểm tra cấu trúc kim loại 4.7 Phân tích lựa chọn phương án kiểm tra 4.8 Kiểm tra ñánh giá chất lượng hàn trên các mẫu 4.8.1 Kiểm tra siêu âm 4.8.2 Kiểm tra cấu trúc kim loại KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… iv 31 31 32 34 36 74 74 74 75 78 79 80 81 81 81 86 87 88 89 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu viết tắt Viết ñầy ñủ tiếng Việt AW Hàn hồ quang CAW-G Hàn hồ quang ñiện cực than trong môi trường khí bảo vệ EGW Hàn ñiện khí ESW Hàn ñiện xỉ FCAW Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc FCAW-G Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc có khí bảo vệ FCAW-S Hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ GMAW Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ MAG Hàn khí hoạt tính ñiện cực kim loại. MIG Hàn khí trơ ñiện cực kim loại. GMAW-P Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ kiểu xung GMAW-S Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ kiểu ngắn mạch SAW Hàn hồ quang chìm SAW-S Hàn hồ quang chìm ñiện cực nối tiếp SMAW Hàn hồ quang ñiện cực có thuốc bọc WPS ðặc tính kỹ thuật qui trình hàn WPQ Kiểm tra tay nghề thợ hàn PQR Báo cáo qui trình hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… v DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Những yêu cầu ñối với thép ñóng tàu, ñộ bền bình thường 5 Bảng 1.2 Giới hạn thử kéo 5 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của thép ñóng tàu 6 Bảng 1.4 Một số loại dây hàn thép các bon thông dụng 7 Bảng 1.5 Giới thiệu ứng dụng một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ 8 Bảng 1.6 Một số loại lót sứ dùng cho hàn MIG/ MAG 10 Bảng 1.7 ðiều chỉnh tốc ñộ hàn MAG 19 Bảng 2.1 Bảng kê khối lượng ñường hàn cho các loại tàu khác nhau 35 Bảng 3.1 Mật ñộ dòng ñiện 37 Bảng 3.2 Tốc ñộ cấp dây, cường ñộ dòng ñiện hàn trong môi trường CO2 37 Bảng 3.3 Trị số N theo ñường kính dây 38 Bảng 3.4 Bảng thông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 15 mm, dây lõi bột 45 Bảng 3.5 Bảng thông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 15mm, dây lõi ñặc 47 Bảng 3.6 Chế ñộ hàn giáp mối 1 phía có tấm lót 48 Bảng 3.7 Phạm vi cho phép của mật ñộ dòng ñiện 49 Bảng 3.8 Các giá trị của (m) theo ñường kính dây 50 Bảng 3.9 Các kích thước của liên kết hàn góc 63 Bảng 3.10 Chế ñộ hàn mối hàn góc vật hàn dày 14 mm 66 Bảng 3.11 Chế ñộ hàn góc 2 phía 68 Bảng 3.12 Thông số chế ñộ hàn giáp mối 1 phía có tấm lót 69 Bảng 3.13 Thông số chế ñộ hàn góc 2 phía 73 Bảng 4.1 ðộ nhạy của phim 75 Bảng 4.2 ðộ ñen của phim 76 Bảng 4.3 Phân loại khuyết tật 76 Bảng 4.4 Khuyết tật loại 1 77 Bảng 4.5 Khuyết tật loại 2 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Một số loại lót sứ hàn 9 Hình 1.2 Lót sứ ñường hàn dùng trong thí nghiệm 11 Hình 1.3 Hệ thống thiết bị hàn MAG 11 Hình 1.4 Bộ cấp dây hàn MAG 12 Hình 1.5 Mỏ hàn MAG 12 Hình 1.6 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường ñộ dòng ñiện 15 Hình 1.7 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của ñiện áp 16 Hình 1.8 ðộ nhú ñiện cực 17 Hình 1.9 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc ñộ hàn 18 Hình 2.1 Máy hàn tự ñộng dưới lớp thuốc 32 Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý hàn MAG 33 Hình 2.3 Hàn ñiện khí 34 Hình 3.1 Các ký hiệu kích thước của liên kết hàn 43 Hình 3.2 Liên kết hàn giáp mối tư thế 1G, 3G, và 4G chiều dày 15 mm 44 Hình 3.3 Chuẩn bị chi tiết hàn giáp mối 48 Hình 3.4 Ảnh hưởng của cường ñộ dòng ñiện và tốc ñộ hàn 50 Hình 3.5 Tiết diện ngang của kim loại ñắp mối hàn góc có vát mép 51 Hình 3.6 Chuẩn bị chi tiết hàn góc 58 Hình 3.7 Robot hàn tự hành 63 Hình 3.8 Hình ảnh các khuyết tật trong thí nghiệm 66 Hình 4.1 Thiết bị dò siêu âm 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vii MỞ ðẦU Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước gắn liền và ñòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ của nền sản xuất công nghiệp, ñặc biệt là công nghiệp nặng. Công nghiệp ñóng tàu là một thế mạnh của Việt Nam bởi ñã có truyền thống và ưu thế của nước ta về ñiều kiện ñịa lý. Trong công nghiệp ñóng tàu, quá trình công nghệ hàn ñóng vai trò quan trọng. Chính vì vậy nghiên cứu các vấn ñề liên quan quá trình công nghệ hàn trong gia công chế tạo vỏ tàu thuỷ là một yêu cầu thường xuyên nhằm không ngừng nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thật trong mọi lĩnh vực cơ khí chế tạo, tự ñộng hoá, công nghệ thông tin,…. việc ứng dụng vào nghiên cứu quá trình công nghệ hàn ñể ñạt ñược mục tiêu nói trên luôn mang tính thời sự và cấp thiết. Trong chế tạo sửa chữa và ñóng mới tàu biển các công ty, nhà máy, xí nghiệp ñã áp dụng nhiều công nghệ hàn tiên tiến vào trong sản xuất, một trong những công nghệ hàn tiên tiến ñang ñược ứng dụng có hiệu quả cao ñó là ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo hàn vỏ tàu thuỷ. Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ như thế nào cho có hiệu quả, nhằm nâng cao năng suất lao ñộng và chất lượng của sản phẩm là một vấn ñề cần ñặt ra. Bài toán làm thế nào ñể ñem lại hiệu quả kinh tế cao và chất lượng mối hàn tốt, ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. ðó chính là lý do tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn MAG trong chế tạo vỏ tàu thuỷ” 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN c«ng nghÖ hµn MAG trong chÕ t¹o vá tµu thuû 1.1 TæNG QUAN VÒ hµn MAG 1.1.1 B¶n chÊt Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ lµ qu¸ tr×nh hµn nãng ch¶y trong ®ã nguån nhiÖt hµn ®−îc cung cÊp bëi hå quang t¹o ra gi÷a ®iÖn cùc nãng ch¶y (D©y hµn) vµ vËt hµn. Hå quang vµ kim lo¹i nãng ch¶y ®−îc b¶o vÖ khái t¸c dông cña ¤xi vµ Nit¬ trong m«i tr−êng xung quanh bëi mét lo¹i khÝ hoÆc hçn hîp khÝ. TiÕng Anh ph−¬ng ph¸p hµn nµy gäi lµ GMAW (Gas Metal Arc Welding). KhÝ b¶o vÖ cã thÓ lµ khÝ tr¬ (Ar , He hoÆc hçn hîp Ar + He) kh«ng t¸c dông víi kim lo¹i láng trong khi hµn hoÆc lµ c¸c lo¹i khÝ ho¹t tÝnh (CO2; CO2 + O2 ; CO2 + Ar). D©y hµn ®−îc cÊp tù ®éng vµo vïng hå quang th«ng qua c¬ cÊu cÊp d©y, cßn sù dÞch chuyÓn hå quang däc theo mèi hµn ®−îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ hµn hå quang b¸n tù ®éng trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ. Nếu tÊt c¶ c¸c chuyÓn ®éng c¬ b¶n ®−îc c¬ khÝ hãa th× ®−îc gäi lµ hµn hå quang tù ®éng trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr−êng khÝ tr¬ (Ar , He) TiÕng Anh gäi lµ ph−¬ng ph¸p hµn MIG (Metal Inert Gas). V× c¸c lo¹i khÝ tr¬ cã gi¸ thµnh cao nªn kh«ng ®−îc øng dông réng rUi , chØ ®−îc dïng ®Ó hµn kim lo¹i mÇu vµ thÐp hîp kim. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr−êng khÝ ho¹t tÝnh th−êng dïng lµ khÝ CO2 hoÆc hçn hîp khÝ CO2 víi mét sè lo¹i khÝ kh¸c nh− O2, Ar,...). TiÕng anh gäi lµ ph−¬ng ph¸p hµn MAG (Metal Active Gas). Ph−¬ng ph¸p hµn MAG sö dông khÝ b¶o vÖ CO2 ®−îc øng dông réng rUi do cã rÊt nhiÒu −u ®iÓm: + CO2 lµ lo¹i khÝ dÔ kiÕm , dÔ s¶n xuÊt vµ gi¸ thµnh thÊp. + N¨ng suÊt hµn trong CO2 cao, gÊp h¬n 2,5 lÇn so víi hµn hå quang tay. + TÝnh c«ng nghÖ cña hµn trong CO2 cao h¬n so víi hµn hå quang d−íi líp thuèc v× cã thÓ tiÕn hµnh ë mäi vÞ trÝ kh«ng gian kh¸c nhau. 2 + ChÊt l−îng hµn cao. S¶n phÈm hµn Ýt bÞ cong vªnh do tèc ®é hµn cao, nguån nhiÖt tËp trung, hiÖu suÊt sö dông nhiÖt lín, vïng ¶nh h−ëng nhiÖt hÑp. + §iÒu kiÖn lao ®éng tèt h¬n so víi hµn hå quang tay vµ trong qu¸ tr×nh hµn kh«ng ph¸t sinh ra khÝ ®éc. 1.1.2 Ph¹m vi øng dông Hiện nay, trong thực tế ngành ñóng tàu ở Việt nam thường sử dụng các phương pháp hàn sau: - Hàn hồ quang tay: Phương pháp hàn này ñơn giản, dễ sử dụng, ñầu tư trang thiết bị ít. Tuy nhiên phương pháp hàn hồ quang tay cho năng suất, chất lượng mối hàn thấp, chất lượng không ổn ñịnh do mọi thao tác ñều ñược thực hiện bằng tay, ñiều kiện làm việc của người thợ hàn rất nặng nhọc do phải tiếp xúc trực tiếp với hồ quang hàn, với khói, bụi, kim loại lỏng bắn toé. Do vậy phương pháp hàn này chủ yếu chỉ sử dụng trong sửa chữa. - Hàn hồ quang bán tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ: Trong phương pháp hàn này chuyển ñộng cấp dây hàn ñược tự ñộng hoá hoàn toàn nhờ nguồn hàn ñược thiết kế có tính năng tự ñộng lựa chọn tốc ñộ cấp dây hàn phù hợp với dòng ñiện hàn ñã chọn. Còn lại chuyển ñộng của mỏ hàn dọc theo trục mối hàn ñược thực hiện bằng tay. Phương pháp này ñã khắc phục ñược một số nhược ñiểm của phương pháp hàn hồ quang tay và cho năng suất và chất lượng mối hàn cao hơn. Tuy nhiên do chỉ mới tự ñộng hoá ñược một trong hai chuyển ñộng quyết ñịnh ñến năng suất và chất lượng hàn nên phương pháp này vẫn còn có những hạn chế nhất ñịnh. Năng suất hàn chưa cao, chất lượng mối hàn vẫn còn phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thợ hàn, ñiều kiện lao ñộng vẫn chưa ñược cải thiện về bản chất. Hiện nay ngành ñóng tàu ở nước ta sử dụng chủ yếu phương pháp hàn này do chưa có các thiết bị hiện ñại hơn ñể thực hiện tự ñộng hoàn toàn quá trình hàn. - Hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc: Phương pháp hàn này khắc phục ñược các nhược ñiểm của hai phương pháp hàn kể trên do các chuyển ñộng cấp dây hàn và chuyển ñộng dọc trục mối hàn ñược thực hiện hoàn toàn tự ñộng. Năng suất và chất lượng mối hàn rất cao, ñặc biệt là có thể hàn một lần với chiều sâu ngấu lớn. 3 Tuy nhiên phương pháp hàn này chỉ hàn ñược ở vị trí hàn bằng. Khi hàn ở các vị trí hàn, ñứng, trần thuốc hàn và kim loại lỏng sẽ bị rơi xuống do sức hút của trọng lực do ñó mối hàn không thực hiện ñược. Chính vì vậy phương pháp hàn này chỉ sử dụng trong trường hợp hàn các mối hàn bằng (có thể cho một số mối hàn ngang) và chỉ thực hiện ñược trong nhà xưởng, không thích hợp hàn ngoài hiện trường vì trang thiết bị rất cồng kềnh. Hiện nay phương pháp này chỉ ñược sử dụng một phần trong công việc ñóng tàu ở nước ta vì trong các con tàu phần lớn là các mối hàn ngang và mối hàn ñứng, ñặc biệt là khi hàn ghép nối tổng ñoạn. Tóm lại hàn hồ quang bán tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ CO2 còn có một số hạn chế nhất ñịnh, tuy nhiên ở nước ta hiện nay trong ngành Công nghiệp ñóng tàu thuỷ ñang sử dụng chủ yếu là phương pháp hàn này ñể ñóng mới và sửa chữa tàu biển. Và công nghệ hàn MAG sẽ ñược ứng dụng rộng rãi, hiệu quả hơn với các trang thiết bị hiện ñại ñể thực hiện tự ñộng hoàn toàn quá trình hàn. 1.2 VËt liÖu vµ thiÕt bÞ hµn MAG 1.2.1 VËt liÖu hµn a) VËt liÖu c¬ b¶n Thép làm vỏ tàu thường là thép cacbon, chứa từ 0,15% ñến 0,23% cacbon cùng lượng mangan cao. Hai thành phần gồm lưu huỳnh và phốt pho trong thép ñóng tàu phải ở mức thấp nhất, dưới 0,05%. Từ năm 1959 các ñăng kiểm ñồng ý tiêu chuẩn hóa thép ñóng tàu nhằm giảm thiểu các cách phân loại thép dùng cho ngành này, trên cơ sở ñảm bảo chất lượng. Theo tiêu chuẩn ñã ñược chấp nhận này, có 5 cấp thép, từ kỹ thuật bằng tiếng Anh viết là grade, chất lượng khác nhau, dùng cho tàu thương mại. ðó là các cấp A, B, C, D và E. Thép cấp B dùng tại những vùng nhạy cảm với tác ñộng lực, những nơi ñòi tấm có chiều dầy lớn. ðăng kiểm ABS ghi rõ ràng thép grade B vào danh mục thép dùng làm thân tàu. Về sau này nhiều nước không ghi cấp C vào danh mục các cấp thép ñóng tàu. Theo cách ghi trong qui phạm do ðăng kiểm Việt Nam ñưa ra, cấp thép chấp nhận tại mục “phân 4 loại thép”, ðiều 3.1.2- Qui phạm phân cấp và ñóng tàu biển vỏ thép, 2003, gồm A, B, D, E. Bảng 1.1 Những yêu cầu ñối với thép ñóng tàu, ñộ bền bình thường Grade A B D E Cacbon, % 0,21 max 0,21 max 0,21 max 0,18 max Mangan, % 2,5min x cacbon 0,6 min 0,6 min - Phospho, % 0,035 max 0,035 max 0,035 max 0,035 max Lưu huỳnh,% 0,04 max 0,04 max 0,04 max 0,04 max Silic, % 0,50 max 0,35 max 0,10 ÷ 0,35 0,10 ÷ 0,35 Ni,Cr,Cu, … % Ghi chú Ít hơn 0,02% 2 Giới hạn bền tất cả các nhóm: 400 ÷ 490 N/mm (4100 ÷ 5000 kG/cm2) Thép hình grade A : 400 ÷ 550 N/mm2 Giới hạn chảy của tất cả các nhóm : 235 N/mm2 (2400kG/cm2) Thép grade A, dầy trên 25 mm : 220 N/mm2( 2250 kG/cm2) Các ký hiệu vừa nêu trong phần vật liệu này ñược dùng tại hầu hết các nước. Trong tài liệu chính thức do ðăng kiểm Việt Nam lưu hành, yêu cầu chung cho tất cả 4 cấp, theo TCVN 6259-7:2003 là: Bảng 1.2 Giới hạn thử kéo Thử kéo Cấp thép A Giới hạn chảy (N/mm2) Giới hạn bền (N/mm2) ðộ giãn dài, % ≥ 235 400 ÷ 520 ≥ 22 B C D - Thành phần của các thép ñóng tàu theo qui ñịnh trong GOST 5521-50 và sau ñó như sau: 5 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của thép ñóng tàu Mác thép C, % Si , % Mn, % S, % P, % CT.3C 0,14 ÷ 0,22 0,12 ÷ 0,35 0,35 ÷ 0,60 ≥ 0,05 ≥0,05 CT.4C 0,18 ÷ 0,27 0,12 ÷ 0,35 0,4 ÷ 0,7 ≥0,05 ≥0,05 Yêu cầu về giới hạn chảy và giới hạn bền: CT.3C: không nhỏ hơn 220 MN/m2; 380 ÷470 MN/m2 CT.4C: không nhỏ hơn 240 MN/m2; 420 ÷520 MN/m2 Trong một số tiêu chuẩn GOST ñược công bố những năm gần ñây, ñã sử dụng giới hạn dưới của ñộ bền chảy ñể kết hợp với mác thép tiêu chuẩn quốc tế ISO. ðối với thép chế tạo tàu thuyền, theo GOST 5521-89 có hai loại ñều có tính hàn. Một là loại thép có ñộ bền thông thường, có 4 mác thép A, B, C, D, giới hạn chảy ñề là 235MPa; một là loại thép có ñộ bền cao, mác thép là A x x, D x x, E x x. Trong ñó x x biểu thị cấp ñộ bền, ví dụ A32 biểu thị cấp 32 kG (tức 315 MPa), D40 biểu thị cấp 40 kG (tức 395 MPa). b) D©y hµn: Khi hµn trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ , sù hîp kim hãa kim lo¹i mèi hµn nh»m ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt yªu cÇu cña mèi hµn ®−îc thùc hiÖn chñ yÕu th«ng qua d©y hµn. Do vËy, nh÷ng ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ hµn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh tr¹ng vµ chÊt l−îng d©y hµn. Khi hµn MAG th−êng sö dông d©y hµn cã ®−êng kÝnh tõ 0,8 ÷ 2,4 mm. Sù æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn còng nh− chÊt l−îng cña liªn kÕt hµn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh tr¹ng bÒ mÆt d©y hµn. CÇn chó ý ®Õn ph−¬ng ph¸p b¶o qu¶n , cÊt gi÷ vµ biÖn ph¸p lµm s¹ch nÕu d©y bÞ rØ hoÆc bÈn. Mét trong nh÷ng c¸ch ®Ó gi¶i quyÕt lµ sö dông d©y cã líp m¹ ®ång. D©y m¹ ®ång sÏ n©ng cao chÊt l−îng bÒ mÆt vµ kh¶ n¨ng chèng rØ, ®ång thêi n©ng cao tÝnh æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn. Theo hÖ thèng tiªu chuÈn AWS, ký hiÖu d©y hµn thÐp cacbon th«ng dông nh− sau: 6 ER 70 S- X Ký hiÖu ®iÖn cùc hµn hoÆc que hµn phô Thµnh phÇn hãa häc vµ khÝ b¶o vÖ §é bÒn kÐo nhá nhÊt S = D©y hµn ®Æc ( ksi) B¶ng 1.4 Mét sè lo¹i d©y hµn thÐp cacbon th«ng dông §iÒu kiÖn hµn Ký hiÖu theo AWS Cùc tÝnh E70S - 2 C¬ tÝnh KhÝ b¶o vÖ Giíi h¹n bÒn kÐo cña liªn kÕt min (psi) Giíi h¹n ch¶y cña kim lo¹i mèi hµn min (psi) §é dUn dµi % (min) DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 3 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 4 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 5 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 6 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 7 DCEP CO2 72000 60000 22 AWS E70S - 2 Thµnh phÇn hãa häc (%) C Mn 0,6 Si C¸c nguyªn tè kh¸c 0,40 ÷ 0,70 Ti - 0,05 ÷ 0,15; Zi - 0.02 ÷ 0,12; Al - 0,05 ÷ 0,15 0,90 ÷ 1,40 E70S - 3 0,06 ÷ 0,15 E70S - 4 0,07 ÷ 0,15 0,65 ÷ 0,70 E70S - 5 0,07 ÷ 0,19 0,30 ÷ 0,60 E70S - 6 0,07 ÷ 0,15 1,40 ÷ 1,85 E70S - 7 0,07 ÷ 0,15 1,50 ÷ 2,00 0,45 ÷ 0,70 Al - 0,50 ÷ 0,90 0,80 ÷ 1,15 0,50 ÷0,80 §èi víi thÐp hîp kim thÊp th−êng sö dông d©y hµn cã ký hiÖu ER - 80S - 02 víi khÝ b¶o vÖ lµ CO2, OCEP. 7 c) KhÝ b¶o vÖ: KhÝ Ar tinh khiÕt (~ 100%) th−êng ®−îc dïng ®Ó hµn kim lo¹i mÇu. KhÝ He tinh khiÕt (~100%) th−êng ®−îc dïng ®Ó hµn c¸c liªn kÕt cã kÝch th−íc lín víi c¸c vËt liÖu cã tÝnh dÉn nhiÖt cao nh− nh«m, Magiª, §ång,...Khi dïng khÝ He tinh khiÕt bÒ réng mèi hµn sÏ lín so víi dïng lo¹i khÝa kh¸c. V× vËy cã thÓ dïng hçn hîp khÝ Ar + (50 ÷ 80)% He. Do khÝ He cã träng l−îng riªng nhá h¬n khÝ Ar nªn l−u l−îng khÝ He cÇn dïng cao h¬n 2 ®Õn 3 lÇn so víi khÝ Ar. Khi hµn c¸c hîp kim chøa Fe cã thÓ bæ sung thªm O2 hoÆc CO2 vµo Ar ®Ó kh¾c phôc c¸c khuyÕt tËt nh− lâm khuyÕt, b¾n tãe vµ h×nh d¹ng mèi hµn kh«ng ®ång ®Òu. KhÝ CO2 ®−îc dïng réng rUi ®Ó hµn thÐp c¸cbon vµ thÐp hîp kim thÊp do gi¸ thµnh thÊp, chÊt l−îng mèi hµn æn ®Þnh, c¬ tÝnh cña liªn kÕt hµn ®¹t yªu cÇu, tèc ®é hµn cao vµ ®é ngÊu s©u. Nh−îc ®iÓm cña hµn trong khÝ b¶o vÖ CO2 lµ g©y b¾n tãe kim lo¹i láng. B¶ng 1.5 Giíi thiÖu øng dông mét sè lo¹i khÝ vµ hçn hîp khÝ b¶o vÖ KhÝ b¶o vÖ Kim lo¹i c¬ b¶n Ar (He) Kim lo¹i vµ hîp kim kh«ng cã s¾t Ar + 1% O2 ThÐp austenit Ar + 2% O2 ThÐp ferit (Hµn ®øng tõ trªn xuèng) Ar + 5% O2 ThÐp ferit (Hµn tÊm máng, hµn tõ trªn xuèng) Ar + 20% CO2 ThÐp ferit vµ austenit (Hµn ë mäi vÞ trÝ) Ar + 15% CO2 +5%O2 ThÐp ferit vµ austenit (Hµn ë mäi vÞ trÝ) CO2 ThÐp ferit (Hµn ë mäi vÞ trÝ). d) Lót sứ hàn (Ceramic backing): - Lót sứ ñường hàn là loại vật liệu lót ñáy cho tấm hàn, nó có tác dụng như một khuôn ñúc, sau khi hàn xong bề mặt mối hàn như một thỏi ñúc, chất lượng bề mặt cao. Các kích thước của sứ lót ñược tiêu chuẩn hóa theo kích thước của mối hàn nên dễ dàng chọn lựa loại sứ lót phù hợp với loại kích thước mối hàn theo yêu cầu kỹ thuật. 8 - Ở những vị trí hàn khó hàn bịt ñáy giải pháp sử dụng lót sứ là tối ưu. - Có thể tăng tối ña tốc ñộ ñắp kim loại vào mối hàn nên năng suất hàn rất cao. - Lót sứ ñường hàn kết hợp với dây hàn lõi thuốc ñược áp dụng rộng rãi trong ngành ñóng tàu, cầu ñường, hoá chất, kết cấu thép,… Hình 1.1 Một số loại lót sứ hàn - Trong ñóng tàu thuỷ, lót sứ hàn ñược sử dụng rộng rãi, ñây là loại vật liệu quan trọng trong công nghệ hàn tàu nhằm mục ñích nâng cao chất lượng mối hàn, tăng tới 50% năng suất lao ñộng và rút ngắn thời gian thi công . Lót sứ hàn có nhiều loại với các thông số kỹ thuật khác nhau. Sau ñây là một số loại lót sứ dùng cho hàn FCAW, GMAW và SAW ( Bảng 2.6): 9 B¶ng 1.6 Một số loại lót sứ dùng cho hàn MIG/MAG Mà SỐ SẢN PHẨM GHI CHÚ CBM-8061 ðược sử dụng rộng rãi nhất CBM-8061 (1) Dùng ñược nhiều lần CBM-8061 (3) Dùng cho khe hở nhỏ, hoặc dòng ñiện hàn cao CBM-8061 (4) Dùng loại này sẽ ñược ñường hàn lót lớn CBM-8061 (4G) Cho mặt sau ñường hàn (mặt sau ñường hàn lót) ñẹp CBM-8061 (F) Phân huỷ ñược xỉ hàn CBM-8061 (S) Dùng cho hàn từ trên xuống CBM-8062 Dùng cho hàn MAG, vật hàn mỏng CBM-8063 (M) Dùng cho hàn trong xưởng (hàn có tính chất ñại trà) CBM-8063 (A) Cho mối hàn vát mép chữ X hoặc chữ T CBM-8063 (B) Cho mối hàn vát mép chữ X hoặc chữ T CBM-8064 Cho mối hàn vát mép chữ V hoặc chữ T CBM-8065 Cho mối hàn dạng bản lề (khớp, khuỷu) CBM-8066 Cho mối hàn vát góc CBM-8066 (M) Cho mối hàn không ñồng tâm CBM-8069 Cho mối hàn dạng bản lề (khớp, khuỷu) CBM-8070 Dùng cho khe hở nhỏ CBM-8071 Khu vực vùng chữ T CBM-8072 Dùng cho vị trí hàn ngang, ghép ñối ñầu CBM-8073 Dùng cho mối hàn có dạng vát mép lớn dạng chữ X, chữ K, góc mở - Trong ñề tài này sử dụng loại sứ CBM-8062 do hãng Dong-il, Hàn Quốc sản xuất. Các thông số như sau: 10 Hình 1.2 Lót sứ ñường hàn dùng trong thí nghiệm 1.2.2 ThiÕt bÞ hµn 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. Hình 1.3 Hệ thống thiết bị hàn MAG 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. 11 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. Hình 1.4 Bộ cấp dây hàn MAG Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm pép 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 . Hình 1.5 Mỏ hàn MAG 12