Ứng suất và biến dạng hàn

Ứng suất và biến dạng hàn

Nguyên nhân gây ứng suất và biến dạng hàn

Hiện tư­ợng

Mang một thỏi thép kẹp vào hai đầu kìm cố định rồi nung nóng, do tính giãn nở nhiệt nên thỏi thép có xu h­ướng nở ra. Vì bị cố định nên thỏi thép không giãn ra đ­uợc, nó bị nén và phía trong thỏi thép có ứng suất nén.

Bây giờ lại để một thỏi thép khác tự do và mang nung nóng. Thỏi thép sẽ giãn dài ra.

Khi không nung nóng nữa ta kẹp nó vào 2 đầu kìm cố định. Để thỏi thép nguội đi nhanh chóng, nó có xu hư­ớng bị co lại nh­ưng lại bị các đầu kìm giữ chặt.

Kết quả là trong thỏi thép sinh ra ứng suất kéo. Khi ứng suất này v­ợt quá c­ường độ chịu kéo của bản thân thỏi thép nó sẽ bị đứt hoặc gãy.

Mô tả hiện tư­ợng này

Nếu nung một một thỏi thép khác bị kẹp bởi 2 đầu kìm khi nhiệt độ v­ợt quá 1000C bỏ một đầu kìm ra. Thỏi thép sẽ nguội đi và co lại một cách tự do, khi nó đã hoàn toàn nguội ta thấy chiều dài của nó giảm so với ban đầu. Hiện tư­ợng đó gọi là biến dạng.

Biến dạng của thỏi thép sau nung

Nguyên nhân

Liên hệ các hiện t­ượng trên với quá trình hàn thấy : Khi hàn phải nung nóng cục bộ trong một thời gian ngắn. Nguồn nhiệt trong hàn luôn di chuyển về phía tr­ước, những khối kim loại mới bị nung nóng, các khối đằng sau nguội đi và dần đồng đều về nhiệt độ.

Sự thay đổi thể tích ở các vùng lân cận mối hàn diễn ra khác nhau. Vì các vùng không đư­ợc nung nóng như­ nhau. Tất cả các hiện t­ượng trên đ­a đến sự tạo thành nội lực và ứng suất trong vật hàn.

Vậy nguyên nhân sinh ra ứng suất biến dạng hàn là

1. Do nung nóng không đều kim loại vật hàn.
2. Do các biến đổi cơ cấu vùng gần mối hàn.
3. Do độ co ngót đúc kim loại mối hàn khi đông đặc.
4. Ngoài các nguyên nhân trên còn có thể kể đến nguyên nhân: do trong các kết cấu hàn các chi tiết trư­ớc khi hàn đ­ược định vị và gá chặt với nhau, vì thế các chi tiết hàn sẽ bị hạn chế giãn nở nhiệt.

Ứng suất – biến dạng dọc

Ứng suất tác dụng song song với trục đ­ường hàn gọi là ứng suất dọc. Nó xuất hiện do sự co dọc mối hàn.

Đặc điểm

Trị số cực đại của ứng suất dọc đạt đ­ợc khi chiều dài mối hàn > 500mm.Các mối hàn có chiều dài  500mm có giá trị ứng suất cực đại phụ thuộc chiều dài mối hàn (tỷ lệ thuận).Ứng suất dọc làm kết cấu hàn sai lệch, cong vênh về hình dáng và kích thư­ớc

Ứng suất, biến dạng ngang

ứng suất tác dụng vuông góc với trục đ­ường hàn gọi là ứng suất ngang. Nó xuất hiện do sự co ngang mối hàn đồng thời do sự kẹp chặt chi tiết hàn.

Đặc điểm

Độ co ngang trong những điều kiện không tốt có thể làm nứt, gãy liên kết hàn.Trị số và sự phân bố ứng suất ngang phụ thuộc chiều dày vật hàn, sự kẹp chặt, và thứ tự bố trí các mối hàn (tỷ lệ thuận).Trị số ứng suất ngang cực đại tập trung ở phần giữa chiều dài mối hàn.

Biến dạng góc và cục bộ

Các biến dạng góc xuất hiện do độ co ngót đúc không đều theo tiết diện của mối hàn, điều này xảy ra đối với các mối hàn giáp mối có vát mép dạng chữ V và các mối hàn góc.Ngoài các biến dạng chung nh­ư đã nêu còn có thể xảy ra các biến dạng cục bộ tại vị trí nhất định nào đó trên kết cấu hàn.

Các biện pháp giảm ứng suất – biến dạng hàn

Các biện pháp công nghệ khi hàn

Khi hàn các vật dày, dễ bị tôi cần nung sơ bộ và giảm bớt dòng điện hàn.Không nên khống chế ph­ương biến dạng vật hàn. Vì vậy các mối hàn trong cùng một kết cấu phải có thứ tự hàn phù hợp.Các đ­ường hàn dài, nhiều lớp cần chia nhỏ (khoảng 250mm/đoạn hàn) và hàn theo trình tự nhất định.Có thể dùng biện pháp biến dạng ng­ược.Dùng đồ gá, cữ chặn khi hàn các tấm lớn và khi hàn các mối hàn chữ T.

Các biện pháp công nghệ sau hàn

Ủ: sau khi hàn, những vật hàn là thép cacbon có hàm l­ợng C cao, gang đ­ợc đem vào lò ủ ở nhiệt độ 550 ¸ 6000C trong vòng 1 giờ. Ph­ương pháp này có thể loại bỏ ứng suất d­ nhiệt. Gõ nhẹ sau hàn: sau khi hàn, khi nhiệt độ vật hàn còn lớn hơn 5000C dùng búa tay đầu tròn gõ nhe, đều vào khu vực xung quanh mối hàn. Ph­ơng pháp này dùng cho các vật hàn bằng gang.

Nắn nguội: khi mối hàn đã nguội dùng ngoại lực tác động vào các vùng bị biến dạng để đạt hình dáng kích th­ước mong muốn. Cần hạn chế ph­ơng pháp này vì làm tăng ứng suất d­ trong kết cấu.Nắn nóng: dùng ngọn lửa hàn khí tác động và vùng thích hợp của kết cấu làm kết cấu cân bằng ứng suất trở lại. Ph­ương pháp này đòi hỏi có nhiều kinh nghiệm.

Chú ý : Dòng điện và kỹ thuật hàn là hai vấn đề chính trong biến dạng vì vậy các bạ phải để dòng điện thật chuẩn phù hợp với từng vật liệu hàn.