BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN ĐỒNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
CÔNG NGHỆ HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN
KHI HÀN KẾT CẤU THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S K C0 0 3 7 2 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN ĐỒNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ
HÀN MAG ĐẾN HÌNH DẠNG MỐI HÀN KHI HÀN KẾT CẤU
THÉP TẤM Ở TƯ THẾ 2G

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204


Điện thoại cơ quan: 0822158645
Điện thoại nhà riêng:
Fax:
E-mail: [email protected]
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ …./…. đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 09 / 2005 đến 07/ 2007.
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. TPHCM.
Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng phần mềm Pro/ Engineer
Wildfine 3.0 thiết kế khuôn ép phun
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2007.
Người hướng dẫn: Th.s : Nguyễn Hoài Nam
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
2007-2010 Trường cao đẳng nghề đông nam bộ
2010 đến Trường cao đẳng công nghệ Thủ
nay
Đức

Trang i


- Thầy PGS.TS. Hoàng Trọng Bá – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Đại học sư
phạm kỹ thuật TP.HCM.
- Thầy.TS. Phan Miêng – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Cao đẳng giao thông
vân tải TP.HCM
- Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ
thuật TP.HCM.
- Trường cao đẳng nghề Lilama 2
- Trương cao đẳng công nghệ Thủ Đức
- Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất
cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012

Học viên thực hiện luận văn

Trang iii


TÓM TẮT
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW:
Gas Metal Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp
bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy ( dây hàn) và kim loại nền, hồ quang và kim loại
nóng chảy được bảo vệ khỏi tác động của môi trường xung quanh như oxy, nitơ. Khi phương
pháp hàn sử dụng khí hoạt tính như khí CO2 làm khí bảo vệ, khi đó nó được gọi là: MAG
(Metal Active Gas). Được sử dụng rộng rãi trong chế tạo bồn bể áp lực, các hệ thống đường
ống lớn, chất lượng mối hàn tốt, năng suất cao. Hơn thế nữa, nó dễ dàng tự động hóa và vì
vậy không đòi hỏi tay nghề người thợ cao. Để đạt được hiệu suất quá trình hàn cao, chất
lượng mối hàn tốt thì các thông số chế độ hàn cần được nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện thời gian từ tháng 02/2012 đến 08/2012 tại trường Đại học sư phạm kỹ
thuật TP. HCM. Nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý thuyết

The results of the thesis presents a complete and concise theoretical and empirical
"MAG welding technology Mode affects the shape of the weld when welding structural steel
sheet in 2G position". Find out the relationship between the welding amperage with width,
height,, matured depth of the weld. The relationship between welding voltage with width,
height,, matured depth of the weld. The relationship between the welding speed and the width
and

height,

matured

depth

of

the

weld.

Results of the research is the basis for us to select welding mode, in order to improve the
quality and longevity for structural welding. At the same time, the method can be applied to
test for structural welding work at plants and factories for the manufacture and repair

Trang v


MỤC LỤC
Trang tựa
Trang
Quyết định giao đề tài

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4
2.1. Một số vấn đề cơ bản về lý thuyết hàn
4
2.1.1. Sự hình thành mối hàn
4
2.1.1.1. Khái niện về mối hàn
4
2.1.1.2. Sự tạo thành bể hàn
4
2.1.1.3. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
6
2.1.2. Cấu trúc của kim loại mối hàn
8
2.1.2.1. Vùng mối hàn
8
2.1.2.2. Vùng ảnh hưởng nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của khu vực ảnh
hưởng nhiệt
9
2.1.2.3. Đặc điểm
13
2.1.2.4. Phân loại hàn
13
2.2. Tổng quan về phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ
15
2.2.1. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm.
16
2.2.2. Những hạn chế của phương pháp.
17
2.3. Công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.

3.3.2. Tính các thông số hàn
3.3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng
3.3.4. Xác định số lượng mẫu thí nghiệm
3.4. Tiến hành hàn
3.4.1. Hàn mẫu
3.4.2. Cắt mẫu
3.4.3. Đo kích thước mối hàn trên các phôi mẫu
3.5. Xử lý số liệu thực nghiệm.
3.6. Tính các hệ số bj của mô hình chiều rộng mối hàn
3.7. Kết quả và thảo luận.
3.7.1. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều rộng mối hàn
3.7.2. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ hàn đến chiều cao mối hàn

Trang vii

21
22
22
22
23
24
24
24
28
29
29
30
30
31
33

Trang viii

54
56
60
60
61
61
62


MỘT SỐ KÝ HIỆU

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU

Ih: Cường độ dòng điện hàn
Uh : Hiệu điện thế hàn
Vh : Tốc độ hàn
c : Chiều cao mối hàn
b : Chiều rộng mối hàn
h : Chiều sâu ngấu của mối hàn
Ψm: Hệ số hình dạng mối hàn
Ψn: Hệ số ngấu của mối hàn

MIG: Metal Inert Gas
MAG : Metal Active Gas
GMAW : Gas Metal Arc Welding
ASME: Hiệp Hội Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ
AWS: Hiệp Hội Hàn Hoa Kỳ
1G : Tư thế hàn bằng (hàn sấp)

Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 3.3:
Hình 3.4:
Hình 3.5:
Hình 3.6:
Hình 3.7:
Hình 3.8:
Hình 3.9:
Hình 3.10:
Hình 3.11:
Hình 3.12:
Hình 3.13:
Hình 3.14:
Hình 3.15:
Hình 3.16:
Hình 3.17:
Hình 3.18:
Hình 3.19:
Hình 3.20:
Hình 3.21:

TRANG
Mối hàn
4
Bể hàn
5
Hình dạng và kích thước của bể hàn
6
Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực

37
Thông số hình học của phôi hàn
39
Phôi hàn được gá đúng vị trí 2G trong không
41
Mối hàn mẫu thí nghiệm
42
Các phôi mẫu sau khi hàn, cắt, mài và tẩm thực
42
Cách đo bề rộng mối hàn
43
Cách đo chiều cao mối hàn
43
Thí nghiệm đo hình dang mối hàn
44
Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều rộng mối hàn
51
Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều rộng mối hàn
51
Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều rộng mối hàn
52
Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều cao mối hàn
53
Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều cao mối hàn
53
Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều cao mối hàn
54
Sơ đồ ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến chiều sâu ngấu mối hàn 55
Sơ đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn 55
Sơ đồ ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chiều sâu ngấu mối hàn

48

Trang xi


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề.
Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao về công nghệ và vật liệu. Nhiều
phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trong
kỹ thuật hàn. Các công nghệ hàn cổ điển, chủ yếu là thủ công và không liên tục
đang dần trở nên lạc hậu. Tính hiệu quả và kinh tế của hầu hết các cơ sở công
nghiệp từ các nhà máy điện, chế tạo máy móc, khai thác, lọc dầu, xây dựng các bồn
bể chứa dầu khí, hóa chất đều liên quan chặt chẽ đến sự ứng dụng hợp lý của các
công nghệ hàn. Hàn là công nghệ phức tạp, phối hợp nhiều ngành khoa học và kỹ
thuật từ vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí, tự động hóa đến kỹ thuật điện và điện tử.
Trong tình hình đất nước có nhiều đổi mới, đặc biệt khi nền kinh tế tăng
trưởng liên tục các ngành công nghiệp cũng phát triển với tốc độ tăng dần tiến tới
mục tiêu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Do vậy các yêu cầu về kiến thức
khoa học công nghệ nói chung, cũng như khoa học công nghệ Hàn nói riêng đòi hỏi
phải có sự đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển công nhiệp hóa và hiện đại
hóa đất nước.
Khoảng 10 năm gần đây, nhiều công nghệ hàn mới được ứng dụng rộng rãi ở
Việt Nam và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
Hiện nay ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra đời của các
phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn ngày càng hiện đại nhằm giảm bớt sức lao
động và đem đến cho con người sản phẩm mới với chất lượng ngày càng cao. Một
trong những công nghệ hàn mới ở Việt Nam đó là công nghệ hàn hồ quang trong
môi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn này có rất nhiều ưu điểm và đặc biệt nó

1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
-

Tìm hiểu về tổng quan công nghệ hàn MAG, sự hình thành mối hàn, cấu

trúc kim loại của mối hàn
-

Đặc biệt đi sâu nghiên cứu cụ thể sự ảnh hưởng của các thông số về năng
Trang 2


lượng hàn, khi hàn ở tư thế 2G để chế tạo kết cấu thép thông dụng như: Bồn
chứa, bể, thùng, … Có chiều dày thông dụng nhất 10 mm. Những thông số
có ảnh hưởng quyết định đến sự hình thành cũng như đến chất lượng mối hàn
bao gồm: Cường độ dòng điện hàn Ih , Hiệu điện thế hàn Uh , Tốc độ hàn Vh
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
-

Đề tài nghiên cứu đối với hàn hồ quang điện với phương pháp hàn MAG.

-

Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định chế độ công nghệ hàn thông qua các
giá trị hình dạng mối hàn được khảo sát.
Vật liệu nghiên cứu :

-


mối nối liền không tháo được.
Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn
Trong hàn nóng chảy mối nối hàn gồm:

Hình 2.1. Mối hàn
+ Mối hàn:
Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi
nóng chảy kết tinh tạo thành
+ Vùng tiệm cận mối hàn
Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 1000C đến nhiệt độ
gần nhiệt độ nóng chảy.
+ Kim loại cơ bản
Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong quá trình hàn
2.1.1.2. Sự tạo thành bể hàn
Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại
phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng
hàn.

Trang 4


Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn, đồng thời bể hàn
cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đuôi.

Hình 2.2. Bể hàn
+ Phần đầu bể hàn
Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại
điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ỏ phía
trước bị nóng chảy
+ Phần đuôi bể hàn

Khi hàn hồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí
nào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng
những giọt kim loại có kích thước khác nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng
từ que hàn vào bể hàn là do các yếu tố sau:
+ Trọng lực của giọt kim loại lỏng
Trang 6


Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng
của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng
vào bể hàn
Lực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng
vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố này hoàn toàn không
thuận lợi.
+ Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn có
khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng nhỏ nhất,
tức là làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại. Muốn vậy thì những giọt
kim loại lỏng phải có dạng hình cầu. Những giọt kim loại lỏng hình cầu
chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo
vào thành dạng chung của nó.
+ Lực từ trường
Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực của từ
trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng
của que hàn bị thắt lại.

Hình 2.4. Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực
Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật độ và
cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện
Trang 7