4.2.4. Biến dạng hà n, khuyết táºt hà n, biện pháp kiểm tra chất lượng Ä‘Æ°á»ng hà n
a. Sự phát sinh ứng suất hà n và biến hình hà n
Khái niệm. Khi thá»±c hiện quá trình hà n, mép hà n được đốt nóng cục bá»™, sá»± giãn nở nhiệt ở các vùng sẽ khác nhau. Chúng phụ thuá»™c tác dụng của nguồn nhiệt hà n và thuá»™c tÃnh kim loại, tạo ra ứng suất và biến dạng. Trạng thái ứng suất và biến dạng nà y do quá trình hà n gây ra và tồn tại trong kết cấu sau khi hà n, nó có ảnh hưởng rất lá»›n đến kết cấu. Biến dạng hà n có thể là m phát sinh chi phà để sá»a chữa, do đó ngăn ngừa biến dạng là vấn Ä‘á» quan trá»ng trong quá trình hà n.
Biến dạng hà n có thể xảy ra đồng a)
thá»i hai hoặc nhiá»u dạng biến dạng. Má»™t số loại biến dạng phổ biến sau:
- Biến dạng ngang: Ứng suất và biến dạng có phương vuông góc với trục mối hà n, xuất hiện do độ co ngang của mối hà n và độ kẹp chặt của chi tiết hà n (hình 4.15, a).
- Biến dạng dá»c: Xuất hiện co dá»c mối hà n, ứng suất có phÆ°Æ¡ng song song vá»›i trục mối hà n. Khi hà n các kết cấu mà trá»ng tâm mặt cắt ngang không đối xứng vá»›i trục mối hà n, Ä‘á»™ co dá»c sẽ gây biến dạng dá»c (hình 4.15, b):
+ Hà n đắp mối hà n trên một trong hai mép của tấm
+ Hà n mối chữ T má»™t phÃa
+ Hà n kết cấu tấm má»ng
- Biến dạng góc và cục bá»™: Xuất hiện do co ngót không Ä‘á»u của kim loại theo tiết diện ngang mối hà n góc, vát cạnh chữ V, phụ thuá»™c và o chiá»u dà y tấm cạnh và tiết diện mối hà n.
Nguyên nhân gây biến hình hà n:
- Nung nóng không Ä‘á»u kim loại váºt hà n
- Äá»™ co ngót kim loại nóng chảy của mối hà n
- Sự thay đổi tổ chức bên trong của kim loại gần vùng mối hà n.
Chủ yếu ta xem xét nguyên nhân đầu tiên, nung nóng không đồng Ä‘á»u cục bá»™ kim loại váºt hà n. Các vùng ở xa nguồn nhiệt không hoặc Ãt bị biến dạng nhiệt, chúng sẽ cản trở lại sá»± biến dạng ở vùng lân cáºn mối hà n. Do váºy xuất hiện ứng suất trong mối hà n và vùng lân cáºn nó. Ứng suất hình thà nh ở mối hà n là kết quả của những thay đổi vá» thể tÃch, đặc biệt là nếu mối hà n giữ bởi các kết cấu kẹp hoặc các váºt liệu khác xung quanh. TrÆ°á»ng ứng suất vẫn tồn tại kể cả sau khi kết thúc quá trình hà n và váºt hà n trở vá» nhiệt Ä‘á»™ ban đầu. Äể thấy rõ quá trình hình thà nh ứng suất hà n, khảo sát mối hà n đối đầu hai tấm thép (hình 4.16,a).
Khi hà n mép hà n được đốt nóng cục bá»™. Do nguồn nhiệt dịch chuyển, má»™t phần váºt liệu được đốt nóng, phần khác nguá»™i Ä‘i. Sá»± phân bố nhiệt Ä‘á»™ theo tiết diện ngang sẽ không Ä‘á»u là m cho sá»± giãn nở của kim loại cÅ©ng không đồng Ä‘á»u, ứng suất bên trong khi nung nóng và là m nguá»™i cÅ©ng khác nhau.
Giả thiết: - Tấm được biến dạng tự do;
- Các thá»› dá»c song song trục hà n Ä‘á»™c láºp nhau;
- Các thớ ngang luôn vuông góc với trục hà n.
Các lá»›p cà ng gần trục hà n nhiệt Ä‘á»™ cà ng lá»›n, những lá»›p ở xa nhiệt Ä‘á»™ sẽ giảm. Sá»± giãn nở của các dải kim loại của tấm là tá»± do và không ảnh hưởng lẫn nhau, tỉ lệ thuáºn vá»›i nhiệt Ä‘á»™. Äá»™ giãn nở tá»± do của má»—i má»™t dải sẽ là :
Vùng giữa tấm thép, xu hướng uốn cong lõm của tấm thép bị ngăn cản nên phát sinh ứng suất kéo, hai đầu tấm là ứng suất nén.
2. Các biện pháp là m giảm ứng suất hà n và biến hình hà n
Có nhiá»u yếu tố gây nên biến dạng hà n, rất khó dá»± báo chÃnh xác mức Ä‘á»™ biến dạng có thể xảy ra. Má»™t số yếu tố cần được xem xét ở mức Ä‘á»™ hạn chế: tÃnh chất cÆ¡ lý của thép, ứng suất phụ được sinh ra từ quá trình gia công kim loại trÆ°á»›c đó nhÆ° cán, tạo hình và uốn, kiểu mối hà n, Ä‘á»™ chÃnh xác gia công và bản chất của quá trình hà n – loại quy trình, tÃnh đối xứng của mối nối, gia nhiệt trÆ°á»›c và trình tá»± mối hà n. Ứng suất hà n tá»± cân bằng, sẽ bị san Ä‘á»u trong giai Ä‘oạn là m việc dẻo của váºt liệu, vì váºy không ảnh hưởng đến khả năng chịu lá»±c của liên kết. Tuy nhiên, ở trạng thái ứng suất phẳng và ứng suất khối (khi sá»± phát triển biến dạng dẻo của váºt liệu khó hÆ¡n) ứng suất hà n là m tăng khả năng phá hoại giòn của kết cấu. Nói chung các tác Ä‘á»™ng co ngót mối hà n không bao giá» có thể được loại bá» hoà n toà n nhÆ°ng có thể giữ chúng ở mức tối thiểu. Mặt khác, biến hình hà n là m mất công sá»a chữa cấu kiện nên cần tìm cách giảm ứng suất hà n và biến hình hà n. Äể thá»±c hiện Ä‘iá»u đó có thể dùng các biện pháp sau:
Biện pháp cấu tạo :
- Giảm số lượng Ä‘Æ°á»ng hà n đến mức tối Ä‘a;
- Giảm thiểu số lớp hà n;
- Không nên dùng Ä‘Æ°á»ng hà n quá dà y vì biến hình hà n tỉ lệ thuáºn vá»›i khối lượng thép nóng chảy;
- Tránh táºp trung Ä‘Æ°á»ng hà n và o má»™t chá»—, tránh Ä‘Æ°á»ng hà n kÃn hoặc cắt nhau là m cản trở biến dạng tá»± do của váºt liệu khi hà n.
Biện pháp thi công :
- Chá»n trình tá»± hà n thÃch hợp. Và dụ khi Ä‘Æ°á»ng hà n đối đầu quá dà i không nên hà n má»™t lượt cả chiá»u dà i mà chia thà nh các Ä‘oạn nhá» (hình 4.16,b). NhÆ° váºy biểu đồ ứng suất co ngót ngang sẽ bị chia nhá» và giá trị giảm Ä‘i;
- Tạo biến dạng ngược trước khi hà n: và dụ đặt hai tấm thép nghiêng trước khi hà n, hà n xong, do co ngót ngang gây biến hình thà nh ra thẳng (hình 4.19);
- Dùng khuôn cố định không cho
kết cấu biến dạng khi hà n; Hình 4.17. Tạo biến dạng ngược
- Sá» dụng thiết bị hà n dòng xung để giảm thiểu tÃch lÅ©y nhiệt và o váºt hà n.
3. Các phÆ°Æ¡ng pháp kiểm tra chất lượng Ä‘Æ°á»ng hà n
Mục Ä‘Ãch là xác định khả năng đáp ứng các Ä‘iá»u kiện là m việc của liên kết hà n, cụ thể xác định các tÃnh chất cÆ¡ há»c, hoá há»c, kim loại há»c và xác định các khuyết táºt. Ngoà i ra việc kiểm tra chất lượng mối hà n còn được dùng để phân loại các quy trình hà n và trình Ä‘á»™ tay nghá» thợ hà n.
Các phÆ°Æ¡ng pháp kiểm tra được chia thà nh hai phÆ°Æ¡ng pháp chÃnh:
- Kiểm tra phá hủy
- Kiểm tra không phá hủy
a. Kiểm tra bằng phương pháp phá hủy
Kiểm tra cÆ¡ tÃnh mối hà n. Mục Ä‘Ãch là xác định đặc tÃnh cÆ¡ há»c của liên kết hà n, tiến hà nh thá» kéo, thá» uốn, thá» Ä‘á»™ cứng và độ dai va Ä‘áºp của liên kết dÆ°á»›i tác dụng của tải trá»ng tÄ©nh hoặc tải trá»ng Ä‘á»™ng. Các mẫu thỠđược cắt ra từ phần kim loại đắp của liên kết hà n và được gia công cÆ¡ khà để đạt được hình dạng và kÃch thÆ°á»›c theo các tiêu chuẩn được áp dụng…
Kiểm tra cấu trúc liên kết hà n. Gồm có hai dạng là : Kiểm tra thô và kiểm tra tế vi
Kiểm tra thô - được tiến hà nh trá»±c tiếp vá»›i các mẫu thá» hoặc các mặt gãy của chúng. Các mẫu thỠđược cắt ra từ liên kết hà n, rồi dùng kÃnh lúp hoặc mắt thÆ°á»ng
để phát hiện khuyết táºt của liên kết hà n, có thể khoan lấy mẫu để nghiên cứu.
Kiểm tra cấu trúc tế vi - được tiến hà nh dÆ°á»›i loại kÃnh lúp có Ä‘á»™ phóng đại lá»›n (100-500 lần), nhá» váºy có thể xác định được dá»… dà ng và chÃnh xác chất lượng kim loại của liên kết hà n.
b. Kiểm tra bằng phương pháp không phá hủy
PhÆ°Æ¡ng pháp kiểm tra nà y được thá»±c hiện trá»±c tiếp vá»›i liên kết hà n và trên sản phẩm hà n cụ thể mà không gây nên biến đổi đặc tÃnh của sản phẩm nhÆ°:
- Kiểm tra bằng mắt thÆ°á»ng: thông thÆ°á»ng chỉ phát hiện được những sai sót bên ngoà i nhÆ° mặt Ä‘Æ°á»ng hà n không Ä‘á»u, lồi lõm, nứt rạn...
- Dùng các phÆ°Æ¡ng pháp váºt lý để kiểm tra nhÆ°: Ä‘iện từ, tia phóng xạ (RÆ¡nghen và Gamma), siêu âm, kiểm tra Ä‘á»™ kÃn của liên kết hà n bằng áp lá»±c khÃ, áp lá»±c nÆ°á»›c, tạo chân không... các phÆ°Æ¡ng pháp nà y cho kết quả chÃnh xác hÆ¡n, được áp dụng cho các loại công trình chịu lá»±c đặc biệt nhÆ°: bể chứa, Ä‘Æ°á»ng ống cao áp...
![]() ![]() ![]() |