Luận án TS: Xác định chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu ứng dụng hàn nối cốt thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ HOÀNG ĐỨC LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC TỐI ƯU ỨNG DỤNG ĐỂ HÀN NỐI CỐT THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NCS. HOÀNG ĐỨC LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC TỐI ƯU ỨNG DỤNG ĐỂ HÀN NỐI CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: 1. TS Bùi Văn Hạnh 2. TS Nguyễn Chỉ Sáng Hà Nội - 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Hoàng Đức Long i Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Bùi Văn Hạnh, PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Quý Thầy, Cô trong Viện Nghiên cứu Cơ khí, đặc biệt là Trung tâm đào tạo và trong các Hội đồng bảo vệ đã tận tình giúp đỡ, góp ý về chuyên môn, tạo điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và Thầy, Cô, các bạn sinh viên tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận án của mình.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ về vật chất và động viên tinh thần của những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Hoàng Đức Long ii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC ….…… iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT …. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG ….

vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ….… viii DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ …………………. ix MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu…………………………. Mục đích, phương pháp và giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận án……….

Mục đích nghiên cứu ………………………………………………………… 2 2. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………. Giới hạn phạm vi nghiên cứu và nội dung của luận án ……………………. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án……………………………… 3 4.

Đóng góp mới của luận án……………………. Cấu trúc của luận án…………. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỐI CỐT THÉP…………………. Khái quát về các công nghệ nối cốt thép trong xây dựng.

Nối cốt thép bằng phương pháp buộc chồng ………………………………. Nối cốt thép bằng ống nối dập ép ………………………. Nối cốt thép bằng ống ren ………………………………………. Nối cốt thép bằng kẹp cóc ………….

Một số phương pháp hàn nối cốt thép. Nối cốt thép bằng hàn hồ quang tay ……………………………………. Phương pháp nối bằng hàn điện trở đối đầu……………………………. Công nghệ nối cốt thép bằng hàn điện xỉ áp lực, hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng trong nước và quốc tế …………………………………….

Nối cốt thép bằng phương pháp hàn điện xỉ - áp lực. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực trong nước và quốc tế………………………………………. 20 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 1. Các vấn đề hạn chế, tồn tại và hướng nghiên cứu ……………….

23 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ………………………. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC …. Cơ sở lý thuyết Công nghệ hàn điện xỉ ………………………………. Nguyên lý cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ ……………………….

Các bước công nghệ cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ ……………………. Chuẩn bị mối nối ………………………………………………………. Định vị mối nối …………………………………………………………. Nối các điện cực với thép hàn …………………………………………… 28 2.

Bắt đầu và kết thúc quá trình hàn ………………………………………. Kiểm tra mối hàn ………………………………………………………. Phạm vi ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của hàn điện xỉ ……………………. Phạm vi ứng dụng ……………………………………………………….

Ưu điểm của hàn điện xỉ ………………………………………………… 29 2. Những hạn chế của hàn điện xỉ …………………………………………. Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn điện xỉ - áp lực ……. Nguyên lý cơ bản của công nghệ hàn điện xỉ- áp lực ………………………… 31 2.

Các bước công nghệ cơ bản của Công nghệ hàn điện xỉ - áp lực ……………. Chuẩn bị và định vị mối nối ……………………………………………. Tạo hồ quang ……………………………………………………………. Tạo bể xỉ ………………………………………………………………….

Quá trình điện xỉ ………………………………………………………. Tạo áp lực hình thành mối hàn …………………………………………. Phạm vi ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của hàn điện xỉ ứng dụng hàn nối cốt thép …………………………………………………………………………………. Chuẩn bị và định vị mối nối …………………………………………….

Ưu điểm của phương pháp Hàn điện xỉ- áp lực hàn nối cốt thép………. Những hạn chế của Hàn điện xỉ - áp lực………………………………… 39 2. Các thông số đặc trưng có ảnh hưởng quyết định đến hình dáng và chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực ……………. Thông số đặc trưng chất lượng mối hàn …………….

Thông số đặc trưng hình dáng mối hàn ……………………………………. Các thông số chính ảnh hưởng tới hình dáng và chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực và lựa chọn thông số nghiên cứu đầu vào …………. Điện áp hàn Uh ……………. 41 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 2.

Dòng điện hàn Ih………………. Thời gian hàn Th…………………………. Áp lực hàn Ph……………. Các thông số khác ……….

Lựa chọn các thông số công nghệ nghiên cứu đầu vào …………………. 46 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 …………………………………………………. VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ………………………………. Vật liệu thí nghiệm ……….

Kim loại cơ bản …. Thuốc hàn điện xỉ - áp lực ………………. Trang thiết bị thí nghiệm. Đồ gá hàn điện xỉ - áp lực ….

Bộ điều khiển thiết bị hàn điện xỉ - áp lực. Tính công suất của động cơ điện………………………………………… 59 3. Bộ điều khiển tự động thiết bị hàn điện xỉ - áp lực ……………………… 60 3. Quy trình hàn điện xỉ - áp lực nối đầu mẫu cốt thép xây dựng trong phòng thí nghiệm…………………………………………………………………………….

Công đoạn chuẩn bị mẫu và thiết bị thí nghiệm …………………………. Chuẩn bị cốt thép hàn ……………………………………………………. Chuẩn bị thuốc hàn ……………………………………………………… 63 3. Chuẩn bị đồ gá và thiết bị hàn …………………………………………… 64 3.

Công đoạn định vị mối nối …………………………. Quá trình hàn điện xỉ - áp lực ………………………. Xử lý mẫu thí nghiệm sau khi hàn điện xỉ - áp lực ……………………. Thiết bị và phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực ……….

Thiết bị kiểm định cơ tính mối hàn ……………………. Thiết bị đo kiểm kích thước mối hàn………………………………. Thiết bị khảo sát tổ chức vật liệu tại mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và đặc tính hình học của mối hàn ……………………. Điều kiện thực nghiệm và phương pháp tiến hành …………………….

Điều kiện thực nghiệm theo quy hoạch trực giao ……………………………. Phương pháp tiến hành thí nghiệm ………………. 69 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ……………………………. 74 v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Chương 4.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐẶC TÍNH MỐI HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC ………………. Lựa chọn miền điều chỉnh các thông số hàn theo quy hoạch thực nghiệm trực giao N27……………………………………………………………………………… 75 4. Lựa chọn miền điều chỉnh dòng hàn Ih (X1)…. Lựa chọn miền điều chỉnh thời gian hàn Th (X2) …………………….

Khảo sát lựa chọn miền điều chỉnh của áp lực hàn Ph (X3). Kết quả nghiên cứu thực nghiệm hàn điện xỉ - áp lực và bàn luận khoa học…… 78 4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn điện xỉ áp lực ……. Độ bền kéo mối hàn K = f(Th, Ih) ở 3 mức Ph khác nhau……………….

Độ bền kéo mối hàn K = f(Ph, Ih) ở 3 mức Th khác nhau ………………. Độ bền kéo mối hàn K = f(Ph, Th) ở 3 mức Ih khác nhau………………. Mô hình hóa toán học ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn K = f(Ih, Th, Ph) ………………………………………………………………… 89 4. Lựa chọn chế độ hàn điện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ bền kéo mối hàn K = f(Ih, Th, Ph) ……………………………………………………………….

Ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước hình học mối hàn điện xỉ - áp lực. Sự ảnh hưởng của dòng điện hàn Ih và thời gian hàn Th đến độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Ph khác nhau ……………………………………. Đường kính trung bình và độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Th khác nhau ……………………………………………………………. Đường kính trung bình và độ nở phình hướng kính của mối hàn ở 3 mức Ih khác nhau………………………………………………………………….

Mô hình hóa toán học ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ nở phình hướng kính mối hàn dh = f(Ih, Th, Ph) ……………………………………………………. Lựa chọn chế độ hàn điện xỉ tối ưu với tiêu chí ưu tiên độ nở phình hướng kính mối hàn dtb= f(Ih, Th, Ph)…………………………………………. Lựa chọn thông số chế độ hàn tối ưu trong miền khảo sát bảo đảm thỏa mãn hàm mục tiêu hình dáng và chất lượng mối hàn…………………. Áp lực hàn Ph ………………………….

Dòng điện hàn Ih …………………………. Thời gian hàn Th ………………………. Kiểm tra tố chức tế vi vật liệu mối hàn. Phân tích, đánh giá và so sánh với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………………….

109 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 …………………………………………………. 115 vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Chương 5. ỨNG DỤNG HÀN THỰC NGHIỆM TẠI CÔNG TRƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC …………………………………………………. Ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ - áp lực trên công trường xây dựng ở Việt Nam ………………………………………………………………………………….

Đánh giá chất lượng mối hàn điện xỉ - áp lực tối ưu ………………. Kiểm tra độ bền kéo mối hàn …………………. Kiểm tra kích thước hình học và tổ chức kim loại mối hàn …. Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công nghệ hàn điện xỉ - áp lực….

Hiệu quả về kỹ thuật …………………………. Hiệu quả kinh tế ………. 124 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 ……………………………. 127 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN ………………………………….

128 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ …………….