Len dau trang

Ứng suất và biến dạng hàn và ý nghĩa của nó

Khi hàn, các phần tử của kết cấu hàn bị nung không đồng đều tới nhiệt độ cao gây nên ứng suất và biến dạng. Tuỳ theo mức độ truyền nhiệt và...
BÀI VIẾT LIÊN QUAN

Khi hàn, các phần tử của kết cấu hàn bị nung không đồng đều tới nhiệt độ cao gây nên ứng suất và biến dạng. Tuỳ theo mức độ truyền nhiệt và cân bằng nhiệt độ, xảy ra sự thay đổi ứng suất và biến dạng một cách liên tục tại các điểm khác nhau của các chi tiết đ­ợc hàn (nói cách khác: sự thay đổi của các tr­ờng ứng suất và biến dạng).


Các vấn đề nói trên hỏi có các cách tiếp cận khác nhau.
Vấn đề biến dạng d­o ảnh h­ởng tiêu cực đến quá trình chế tạo kết cấu và chất lượng của nó. Trong nhiều tr­ường hợp, ta phải khử nó (loại bỏ) thông qua nhiều biện pháp nh­ư:
-    Có qui trình công nghệ lắp ghép và hàn đúng
-    Chọn chế độ hàn hợp lý
-    Tạo biến dạng ngư­ợc sơ bộ, v.v.
Nh­ư vậy mới có thể khống chế đ­ược biến dạng­ trong phạm vi cho phép. Sự biến đổi hình dạng và kích th­ước của vật trong nhiều tr­ường hợp có ảnh h­ưởng tiêu cực đến chất l­ượng sử dụng chúng. Ví dụ các kết cấu dạng trụ bị cong còn làm xuất hiện thêm ứng suất uốn bổ sung.  Vì vậy vấn đề là phải xác định đ­ược biến dạng, ảnh­hưởng của nó tới khả năng làm việc của kết cấu, khi đó ta sẽ tìm ra được các biện pháp tăng độ chính xác khi hàn chế tạo chúng. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các khâu thiết kế và chế tạo kết cấu hàn.
Vấn đề ứng suất và biến dạng hàn đã đ­ợc nghiên cứu cách đây 70 năm. Ngày nay lý thuyết ứng suất và biến dạng hàn là một nhánh ứng dụng của lý thuyết ứng suất nhiệt.

Lý thuyết ứng suất biến dạng hàn có hai h­ướng:
1. Hoàn thiện các ph­uong pháp tính gần đúng dành cho kỹ s­u, để giải quyết các vấn đề về mặt độ chính xác trong chế tạo kết cấu hàn.
2. Đ­a ra các giải pháp tính toán chặt chẽ hơn nữa trong việc giải bài toán biến dạng dẻo-nhiệt với sự kết hợp sử dụng các thành tựu mới nhất của lý thuyết tính toán (máy tính điện tử) nhằm nghiên cứu toàn diện hơn các quá trình cơ-nhiệt khi hàn (dành cho giới nghiên cứu).


Phân loại ứng suất và biến dạng

Phân loại ứng suất riêng hàn
-Theo phạm vi tác động:
     +ứng suất loại 1: nếu nó tác động và cân bằng trong phạm vi cỡ kích thước của vật hoặc từng phần (chi tiết) của nó. Đây là đối tượng nghiên cứu của chúng ta.
     +ứng suất loại 2: nếu nó tác động và cân bằng trong pham vi một hoặc một số hạt tinh thể. Cũng được gọi là ứng suất tế vi (ứng suất loại 1: ứng suất thô đại). Khác ứng suất loại 1, chúng không có hướng xác định so với trục của vật hàn.
     +ứng suất loại 3: nếu nó tác động giữa các phần tử của mạng tinh thể kim loại (ứng suất tế vi). Chúng cũng không có hướng xác định so với trục của vật hàn hoặc mối hàn.

- Theo hướng phân bố trong không gian:
          + ứng suất một chiều (®các chi tiết dạng thanh).
          + ứng suất hai chiều (phẳng): các chi tiết dạng tấm và vỏ.
          + ứng suất ba chiều (không gian): các chi tiết có cả ba chiều kích th­ớc.

-Theo thời gian tồn tại:
          + ứng suất tức thời: chỉ tồn tại trong quãng thời gian nhất định của quá trình nung ® nguội (ứng suất nhiệt).
          + ứng suất dư­: tồn tại cả sau khi vật hàn đã nguội hoàn toàn.
- Theo h­ướng tác động so với trục mối hàn:
          + ứng suất dọc: song song với trục mối hàn.
          + ứng suất ngang: có h­ớng vuông góc với trục mối hàn.
        Phân loại biến dạng hàn:
- Biến dạng hàn khó phân loại hơn vì ngay cả với vật hàn đơn giản, biến dạng có thể rất phức tạp.
-         Phân loại biến dạng hàn theo thời gian tồn tại (Hình 1-4)
          + Tức thời
          + D­
- Phân loại biến dạng hàn theo h­ớng tác động:
          + Dọc: biến dạng song song với trục mối hàn
          + Ngang: biến dạng vuông góc với trục hàn
- Phân loại biến dạng hàn (tức thời hoặc d­) theo phạm vi tác động trong kết cấu:
          + Biến dạng toàn phần: là biến dạng gây nên sự biến đổi hình dạng và kích th­ớc của toàn bộ phần tử hoặc toàn bộ kết cấu (Hình 1-4a). Đó là sự thay đổi kích th­ớc các chiều (dài, rộng, cao) của kết cấu và sự uốn cong trục của nó theo h­ớng dọc và ngang (so với trục mối hàn).
     + Biến dạng cục bộ

Nguyên nhân phát sinh biến dạng và ứng suất hàn

 ad1: Nguyên nhân do sự phân bố không đồng đều của biến dạng không dẻo.
- bến dạng không dẻo có thể là biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng nhiệt (khi hàn).
 ad2: Do ảnh h­ởng của ngoại lực
 ad3: Do sự thay đổi pha:
Một số kim loại: thép hợp kim thấp, hợp kim Titan v.v. có thay đổi cấu trúc pha khi nhiệt độ thay đổi (ví dụ tại vùng ảnh h­ởng nhiệt), kèm theo sự thay đổi thể tích (ví dụ sự xuất hiện Martenzit), tạo nên ứng suất trong kim loại.

Tr­ường nhiệt độ khi hàn

       Nh­ư đã nói ở phần tr­ớc ứng suất và biến dạng hàn xuất hiện do ba nguyên nhân mà đều liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ không đồng đều trong vật hàn bởi có việc sử dụng nguồn nhiệt hàn có mức độ tập trung cao (hồ quang). Nói cách khác, sự truyền nhiệt hay là trạng thái nhiệt là nguyên nhân sâu xa nhất ứng suất và biến dạng hàn (ngoài ra còn có các yếu tố khác nh­ trạng thái ứng suất của kim loại tr­ớc khi hàn).
        Vấn đề là ta biết dự đoán tr­ớc (bằng tính toán) sự truyền nhiệt đó với độ chính xác nh­ thế nào để có thể giải các bài toán về ứng suất và biến dạng hàn.
        Tr­ờng nhiệt độ và ph­ơng trình truyền nhiệt
        Tr­ờng nhiệt độ khi hàn tấm mỏng
- Định nghĩa tấm mỏng: là chi tiết dạng tấm mà khi hàn một l­ợt thì sự phân bố nhiệt độ theo chiều dày của nó đ­ợc coi là đồng đều Tz(xo,yo)=const.
- Với thép cacbon thấp, có thể coi tấm mỏng là tấm có chiều dày d<20 mm.
                Tr­ờng nhiệt độ khi hàn vật bán vô hạn
- Định nghĩa vật bán vô hạn: là những tấm có chiều dày lớn (d>50 mm) và có một nguồn nhiệt điểm tác dụng lên một bề mặt giới hạn.
- Lý do định nghĩa nh­ vậy:
          + Khi hàn, tr­ờng nhiệt độ là tr­ờng không gian T(x,y,z).
          + Sơ đồ tính toán: sơ đồ nguồn nhiệt điểm.
          + Nhiệt độ các điểm phân bố rất không đồng đều theo chiều dày tấm.
       Tr­ờng nhiệt độ khi hàn các tấm dày:
- Khái niệm về tấm dày
          + Khi hàn vật bán vô hạn (chiều dày d>50 mm), vùng kim loại có nhiệt độ cao tập trung xung quanh nguồn nhiệt. Tại các điểm xa nguồn nhiệt, nhiệt độ tăng lên không đáng kể.
          + Khi hàn các tấm thép có chiều dày d=20¸50 mm, sự phân bố nhiệt độ trong các điểm nằm gần nguồn nhiệt không giống với tr­ờng hợp của nhiệt độ phẳng (tấm mỏng d<20 mm) và tr­ờng nhiệt độ không gian (vật bán vô hạn d>50 mm) mà ta đã tìm hiểu.
          + Với tấm dày, ta phải tính toán theo sơ đồ nguồn nhiệt điểm tác động lên bề mặt và chịu ảnh h­ởng của hiện t­ợng mất nhiệt bề mặt giới hạn.
        Tóm tắt về tr­ờng nhiệt độ khi hàn:
- Với tấm mỏng d£ 20 mm, sơ đồ tính toán là nguồn nhiệt đ­ờng, tr­ờng nhiệt độ là tr­ờng phẳng T(x,y)
- Với vật bán vô hạn d³50 mm, sơ đồ tính toán là nguồn nhiệt điểm, tr­ờng nhiệt độ là tr­ờng không gian T(x,y,z).

Nguồn: Kim Tín Group

No comments:

Post a Comment

Chúng thôi trên facebook

Kiến thức

Tuyển dụng

Tài Liệu Chia Sẻ

Ôtô - Xe Máy

 
DCK Marketplace
Nhóm Công khai · 9.067 thành viên
Tham gia
DCK Marketplace là địa điểm giao thương, chia sẻ thông tin, buôn bán, tuyển dụng... dành cho Dân Cơ Khí. Nhóm đang vận hành thử nghiệm và triển khai quản trị theo cách mới. Thời gian thử nghiệm sẽ kết thúc vào 30/11/2019. Mọi thông tin hỗ trợ xin liên hệ tại weldvn@gmail.com
 
© 2019 DCK Workshop and Studio