Giáo Trình Hàn Tàu - CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG VÀ ỨNG SUẤT KHI HÀN

Chia sẻ: Nguyen Trong Phi | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Như trên đã biết, phần lớn công việc hàn chỉ tiến hành đốt nóng cục bộ các chi tiết hàn đến một nhiệt độ xác định tùy thuộc kim loại vật hàn và phương pháp hàn. Với các phương pháp hàn chảy thì nhiệt độ đốt nóng chỗ định hàn Th phải lớn nhiệt độ chảy Tc. Khi hàn áp lực thì nhiệt độ hàn phải lớn hơn nhiệt độ tối thiểu T1 nào đó để có thể hàn và thỏa mãn được các yêu cầu kỹ thuật. Th và T1 phụ thuộc vật liệu hàn....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo Trình Hàn Tàu - CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG VÀ ỨNG SUẤT KHI HÀN

Ch¬ng 3 BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn 3.1. Nguån nhiÖt vµ ¶nh hëng cña nã ®Õn kim lo¹i vËt hµn 3.1.1. Yªu cÇu chÝnh ®èi víi nguån nhiÖt ®Ó hµn Nh trªn ® ∙ Õ t, phÇ n lí c«ng vi c hµn chØ ti n bi n Ö Õ hµnh ® èt nãng côc bé c¸c ch i ti t hµn ® Õ n ét nhi t Õ m Ö ®é x¸c ® Þnh tï thu é c ki l ¹i vË t hµn vµ ph¬ ng ph¸p y mo hµn. V í c¸c ph¬ ng ph¸p hµn ch¶y th× nhi t ® é ® èt i Ö nãng ch ç ® Þnh hµn Th ph¶i lín nhiÖt ®é ch¶y Tc. Khi hµn ¸p lùc th× nhiÖt ®é hµn ph¶i lín h¬n nhiÖt ®é tèi thiÓu T1 nµo ®ã ®Ó cã thÓ hµn vµ tháa m∙n ®îc c¸c yªu cÇu kü thuËt. Th vµ T1 phô thuéc vËt liÖu hµn. Muèn sö dông mét c¸ch cã lîi nhÊt nguån nhiÖt hµn th× ph¶i triÖt ®Ó tËp trung nhiÖt ®Ó vËt hµn chØ bÞ ®èt nãng khèi lîng tèi thiÓu cÇn thiÕt. Khi hµn ®èt nãng b»ng ngän löa, thùc tÕ n¨ng lîng ngän löa kh«ng thÓ sö dông toµn bé ®îc. HiÖu suÊt cña ngän löa ®îc tÝnh nh sau: QC η = Q tc Qc: Lµ n¨ng lîng sö dông h÷u Ých Qtc: Lµ toµn bé n¨ng lîng ngän löa s¶n ra. HiÖu suÊt cµng lín cµng tèt. C¸c ph¬ng ph¸p hµn cã kh¶ n¨ng gi÷ nhiÖt trong qu¸ tr×nh hµn kh¸c nhau th× hiÖu suÊt còng kh¸c nhau: hµn b»ng ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y, η = 0,45 ÷ 0,6; hµn ®iÖn cùc nãng ch¶y cã thuèc bäc; η = 0 , 6 5 ÷ 0,75; hµn tù ®éng díi líp thuèc, η = 0,75 ÷ 0,9. 2. ¶nh hëng cña nguån nhiÖt hµn ®Õn kim lo¹i vËt hµn 42
Khi hµn, nhiÖt sinh ra tõ nguån nhiÖt hµn sÏ nung nãng ch¶y mét khèi l îng nhá kim lo ¹ i t¹ i vÞ t rÝ hµn vµ truyÒn ra c¸c vïng l©n cËn. Trong mét thêi gian r Êt ng¾n, nhiÖt ®é kim lo ¹ i ë chç hµn biÕn ®æi tõ nhiÖt ®é b×nh th êng (nhiÖt ®é cña m«i t r êng) ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é ch¶y (kho¶ng 2000 ÷ 30000C ®èi víi hµn khÝ vµ kho¶ng 4.0000C ®èi víi hµn hå quang tay), sau ®ã l¹i nguéi dÇn v× kh«ng ®îc nung tiÕp (nguån nhiÖt di chuyÓn qua chç kh¸c vµ do sù t¶n nhiÖt). Nhng v× nhiÖt ®é tèi ®a cña c¸c vïng vËt thÓ kh¸c nhau nªn tèc ®é nguéi sau khi hµn ë mçi vïng còng kh«ng gièng nhau, nh÷ng vïng cµng ë gÇn trôc hµn th× nhiÖt ®é cµng cao nªn khi nguéi tèc ®é nguéi cµng lín cßn nh÷ng vïng ë xa trôc hµn th× tèc ®é nguéi sÏ gi¶m dÇn. 4 10 1) m« ®un ®µn 8 (1) håi (2) 6 2) øng suÊt 4 (3) bÒn (4) 3) øng suÊt 2 (5) ch¶y 0 t 0 4)hÖ sè gi∙n 20 100 200 300 400 500 600 në nhiÖt. 5) ®é gi∙n dµI t¬ng ®èi H × nh 3. . C¬ tÝ nh cña thÐ p phô 1 thu é c vµo nhi t ® é Ö 43
N h vËy ë v ï hµn sÏ cã nh÷ ng ph¶n øng hãa l cña ng ý qu¸ tr× nh l Ö n ki cßn ki l ¹i ë c¸c v ï l n cËn uy m mo ng © vµ ki l ¹i ë m èi hµn ® ∙ ® «ng ® Æ c th× x¶y ra qu¸ m o tr× nh thay ® æ i Ò t chøc vµ thay ® æ i v æ c¶ vÒ thÓ tÝ ch , l m cho c¬ l tÝ nh cña ki l ¹i vË t hµn còng bÞ thay µ ý mo ® æ i ¬ tÝ nh cña ki l ¹i thay ® æ i ñ yÕ u phô thu é c . C mo ch vµo tr¹ng th¸i nhi t ® é ña nã . Ö c H i n nay ngê i ta ch a nghi cøu ® Çy ® ñ c¬ tÝ nh Ö ªn cña ki l ¹i ë nhi t ® é mo Ö cao, m íi chØ nghi cøu t¬ ng ªn ® èi û m û Ò c¬ tÝ nh cña ki l ¹i trong v ï ® µn hå i. t v mo ng H × nh 2. bi u hi n sù thay ® æ i ¬ tÝ nh cña thÐ p phô 1 Ó Ö c thu é c vµo nhi t ® é kh i nung nãng ® Õ n 500 ÷ 6000C. Ö M«®uyn ®µn håi E khi ®èt nãng sÏ gi¶m tõ tõ, cßn hÖ sè gi∙n në nhiÖt α sÏ t¨ng lªn: Trong vïng ®µn håi cña thÐp tÝch sè: α. E = 12 . 106. 2.1 . 107 ≈ 250 N/cm2 0C coi nh kh«ng ®æi. Giíi h¹n bÒn σ b thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ khi nhiÖt ®é t¨ng ®Õn 1000C, sau ®ã tiÕp tôc nung nãng ®Õn 200 ÷ 3000C th× giíi h¹n bÒn cña thÐp thêng gi¶m tõ tõ; khi nhiÖt ®é vît qu¸ 5000C ®é bÒn cña thÐp sÏ gi¶m mét c¸ch m∙nh liÖt. TÝnh dÎo cña thÐp biÓu thÞ b»ng ®é gi∙n dµi t¬ng ®èi δ %. Trong kho¶ng tõ 150 ÷ 3000C th× tÝnh dÎo cña thÐp gi¶m mét Ýt, cßn khi nhiÖt ®é vît qu¸ 3000C, th× tÝnh dÎo sÏ t¨ng. Khi t¨ng nhiÖt ®é ®Õn 5000C th× giíi h¹n ch¶y σ ch sÏ gi¶m m¹nh cho ®Õn b»ng kh«ng khi nhiÖt ®é trªn 6000C. C 3.2. sù t¹o thµnh øng suÊt khi hµn vµ biÕn d¹ng hµn 44
3.2.1. Kh¸i niÖm chung vÒ øng suÊt khi hµn Khi hµn ta ti n hµnh nung nãng côc bé vµ trong Õ m ét ê i gi ng¾ n ® ¹t ® Õ n th an nhi t ® é Ê t cao. D o nguån Ö r nhi t l Ö u«n di ® éng l phÝa tr í nªn nh÷ ng khè i ki ªn c m l ¹i m í ®î nung nãng cßn nh÷ ng phÇ n ki l ¹i ® »ng o i c mo sau dÇ n dÇ n ® ång ® Ò u Ò nhi t ® é. ù ph© n è nhi t ® é v Ö S b Ö theo ph¬ ng th¼ ng gãc v íi hí hµn rÊ t kh¸c nhau, do ng ® ã sù thay ® æ i Ó tÝ ch ë c¸c v ï l n cËn m èi hµn th ng © còng kh¸c nhau, ®a ® Õ n sù t¹o th µ nh né i l c vµ øng ù suÊ t trong vË t hµn. ∆l 0 ∆l H × nh 3. . Kh¶o s¸t bi n d ¹ng hµn 2 Õ Khi hµn ® ¾ p gi a tÊm hay hµn gi m èi hai tÊm ÷ ¸p , hµn cã cï ch i u dµy th× sù ph© n bè nhi t theo ti t ng Ò Ö Õ di n nggang sÏ kh«ng ® Ò u µm cho sù gi në cña ki Ö l ∙n m l ¹i sÏ kh«ng ® Ò u, o øng suÊ t bªn trong kh i nung nãng vµ l m ngué i còng kh¸c nhau. Ta gi th i t sù gi në µ ¶ Õ ∙n cña c¸c dµ i ki l ¹i cña tÊm l tù do vµ kh«ng ¶nh h mo µ ëng l n nhau th× ® é ∙n në tù do cña m çi ét É gi m d¶i sÏ l: µ ∆ l0 = α . T . l α Lµ hÖ sè gi∙n në nhiÖt cña kim lo¹i (1/0C) 45
T - NhiÖt ®é t rung b×nh cña d¶i ta xÐt ( 0C) l ChiÒu dµi cña d¶i ®ang xÐt Thùc ra kh«ng thÓ cã sù gi∙n nhiÖt tù do, bëi v× kim lo¹i lµ mét khèi liªn tôc, gi÷a chóng cã mèi liªn kÕt ph©n tö chÆt chÏ. Nh÷ng vïng nhiÖt ®é thÊp h¬n sÏ ng¨n c¶n sù gi∙n në kim lo¹i cña nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é cao h¬n. V× khi hµn, sù ph©n bè nhiÖt ®èi xøng qua trôc hµn nªn biÕn d¹ng däc thùc tÕ cña tÊt c¶ c¸c thí cña t¸m lµ nh nhau vµ b»ng ∆ l (theo gi¶ thuyÕt tiÕt diÖn ph¼ng). Sù sai kh¸c gi÷a ®é gi∙n në nhiÖt tù do ∆ l0 vµ ®é gi∙n në nhiÖt thùc tÕ ∆ l lµ nguyªn nh©n t¹o thµnh néi lùc vµ øng suÊt trong tÊm hµn. Khi hµn phÇn ë gi÷a cña tÊm ®îc nung nãng nhiÒu (cã xu híng gi∙n në nhiÒu) th× bÞ nÐn, cßn c¸c phÇn nung nãng Ýt vµ nguéi th× bÞ kÐo. Sau khi hµn nhiÖt ®é theo tiÕt diÖn ngang cña tÊm sÏ dÇn dÇn c©n b»ng, khi nguéi c¸c phÇn cña tÊm sÏ co l¹i. BiÕn d¹ng däc co rót ë phÇn gi÷a ph¶i lín h¬n v× ë ®ã nhiÖt ®é cao h¬n. Nhng biÕn d¹ng co rót thùc tÕ tÊt c¶ c¸c phÇn cña tÊm ph¶i b»ng nhau theo gi¶ thiÕt tiÕt diÖn ph¼ng, bëi vËy phÇn gi÷a cña tÊm khi nung nãng bÞ nÐn däc th× sau khi nguéi hoµn toµn nã sÏ trë lªn bÞ kÐo. Nh÷ng phÇn tiÕp ®ã kh«ng cã sù co nh phÇn gi÷a th× l¹i bÞ nÐn. Tr¹ng th¸i øng suÊ t ® ã ä i l "øng suÊ t g µ d" trong vË t hµn. øng suÊ t d trong kÕ t cÊu hµn kÕ t h î v íi øng suÊ t si ra do ngo ¹i l c t¸c dông kh i p nh ù l m vi c sÏ cã thÓ l m gi kh¶ n¨ng l m vi c cña kÕ t µ Ö µ ¶m µ Ö cÊu vµ t¹o kh¶ n¨ng xuÊ t hi n nh÷ ng vÐ t nøt, g∙ Ö y trong chóng. B i n d ¹ng hµn th êng l m sai l ch h× nh Õ µ Ö 46
d ¸ng vµ kÝch th í cña c¸c kÕ t cÊu, do ® ã c sau kh i hµn ph¶i ti n hµnh c¸c c«ng vi c söa, n¾ n. Õ Ö 3.2.2. Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn C¸c bµi to¸n vÒ biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn rÊt phøc t¹p, ®Æc biÖt lµ trong thùc tÕ c¸c kÕt cÊu hµn thêng gåm nhiÒu chi tiÕt hµn cã nhiÒu ®êng hµn, trong qu¸ tr×nh hµn sÏ g©y nh÷ng t¸c dông t¬ng hç lµm cho sù t¹o thµnh c¸c øng suÊt vµ biÕn d¹ng cµng trë lªn phøc t¹p. ë ®©y chØ tr×nh bµy mét vµi ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn trªn c¬ së cña néi øng lùc t¸c dông trong mèi hµn cña c¸c kÕt cÊu ®¬n gi¶n. ViÖc tÝnh to¸n nµy dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt sau: øng suÊt d (lµ øng suÊt sinh ra trong qu¸ tr×nh nung nãng kh«ng ®Òu) khi hµn ®îc c©n b»ng trong vïng tiÕt diÖn ¶nh hëng vµ ®¹t ®Õn giíi h¹n ch¶y σ ch. TÊm ®èt nãng kh«ng bÞ ¶nh hëng bªn ngoµi. BiÕn d¹ng cña kÕt cÊu hµn phï hîp víi gi¶ thiÕt tiÕt diÖn ph¼ng. t3. 3. bi Õ d¹ ng vµ øng suÊt do co däc khi hµn gi ¸p n mèi 3.3.1. X¸c ®Þnh néi øng lùc t¸c dông (h×nh 3.3) Theo lý thuyÕt søc bÒn ta cã néi lùc t¸c dông lµ: P = σ t. FC σ t øng suÊt sinh ra khi hµn σ t = α . E . T α: HÖ sè gi∙n në nhiÖt (1/ 0C ) 47
E : M o® uyn ® µn å i ( N / cm 2) h T : NhiÖt ®é nung ( 0C ) s P/ 2 b2 b1 P h b0 P/ 2 σch ∆l σ2 H×nh 3.3 øng suÊt do co däc vµ c¸c th«ng sè cÇn thiÕt cña mèi hµn gi¸p mèi. §èi víi thÐp thêng ta cã α ≈ 12. 106 (1/0C) vµ E = 2,1 . 107 (N/cm2). Do ®ã α E ≈ 250 N/cm2 0C. Khi nhiÖt ®ä nung t¨ng ®Õn 1000C th× σ t ≈ 25000 N/cm2 t¬ng øng víi giíi h¹n ch¶y cña c¸c thÐp th«ng thêng. Khi nhiÖt ®é t¨ng cao h¬n n÷a th× øng suÊt sinh ra sÏ kh«ng cßn tu©n theo ®Þnh luËt Huc n÷a vµ giíi h¹n ch¶y sÏ gi¶m xuèng khi nhiÖt ®é t¨ng lªn. Trong tÝnh to¸n ta lÊy gi¸ trÞ tèi ®a σ t = σ ch nªn: P = σ ch . Fe Fe: tiÕt diÖn cña vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn (h×nh 3.3) Fc = bn . S (cm2) S ChiÒu dµy tÊm hµn (cm) bn ChiÒu réng cña vïng øng suÊt t¸c dông (cm) V× sù ph©n bè nhiÖt theo hai phÝa cña mèi hµn lµ ®èi xøng nhau nªn kÝch thíc cña vïng øng suÊt t¸c dông ë hai phÝa cña mèi hµn còng b»ng nhau. Vïng øng suÊt t¸c dông cña mçi mét tÊm hµn cã thÓ chia lµm hai 48
khu vù c b1 vµ b2. Ta gäi b0 = b1 + b2 vµ bn = 2b0. Vïng b1 tiÕp gi¸p ngay víi trôc hµn gåm kim lo¹i ch¶y cña mèi hµn vµ kim lo¹i c¬ b¶n ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo; c¬ b¶n ®îc nung nãng ®Õn nhiÖt ®é thÊp h¬n 5500C nhng v× nhiÖt ®é nung kh«ng ®Òu nªn nã t¹o tµnh biÕn d¹ng nÐn dÎo vµ kim lo¹i ë tr¹ng th¸i dµn håi dÎo. §é lín cña vïng b1 phô thuéc vµo c«ng suÊt cña nguån nhiÖt, tèc ®é hµn, khèi lîng kim lo¹i ch¶y vµ tÝnh chÊt hãa lý cña kim lo¹i. Ta cã thÓ tÝnh b1 theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: 0, q 484 b1 = S C γ 550 v. 0 . . . 0 C q N¨ng lîng h÷u Ých cña nguån nhiÖt (cal/s) v Tèc ®é hµn (cm/s) c NhiÖt dung cña kim lo¹i (cal/g.0C) S0 Tæng chiÒu dµy truyÒn nhiÖt cña c¸c tÊm hµn (cm) Khi hµn ®¾p vµo mÐp c¸c t¸m th× S0 = S, do ®ã: 0, q 484 b1 = v. . . 0 C S C 550 X¸c ®Þnh vïng biÕn d¹ng dÎo ®µn håi b2 lµ mét ®iÒu rÊt khã kh¨n. Ngêi ta ®∙ tiÕn hµnh nhiÒu thÝ nghiÖm vµ thÊy r»ng nã kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é x¸c ®Þnh theo tiÕt diÖn ngang lóc hµn mµ cßn phô thuéc vµo ®é cøng v÷ng cña tÊm hµn. §é cøng v÷ng cña tÊm hµn phô thuéc vµo m«men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn ngang vµ ®é bÒn c¬ häc, ®îc biÓu thÞ bëi chiÒu réng toµn bé vïng øng suÊt cña tÊm h vµ giíi h¹n ch¶y σ ch. Ngoµi ra vïng b2 cßn phô thuéc vµo n¨ng lîng nhiÖt riªng phÇn q0, q0 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 49
q (cal/cm2) q0 = vS0 q: N¨ng lîng h÷u Ých cña nguån nhiÖt (cal/s) v Tèc ®é hµn (cm/s) S0 Tæng chiÒu dµy truyÒn nhiÖt (cm) Nh vËy vïng biÕn d¹ng dÎo ®µn håi b 2 lµ hµm sè cña c¸c biÕn sè q0, h, σ ch, b2 = f (q0, h, σ ch...). Khi t¨ng q0, h th× sÏ lµm t¨ng vïng b2 v× nã lµm t¨ng phÇn ®îc ®èt nãng vµ t¨ng trë lùc gi∙n dµi tù do cña c¸c thí bÞ nung. Cßn khi t¨ng σ ch th× sÏ lµm gi¶m b2 v× nã lµm t¨ng trë kh¸ng cña kim lo¹i khã tiÕn ®Õn tr¹ng th¸i dÎo ®µn håi. Ngêi ta tÝnh b2 theo c«ng thøc: b2 = k2 ( h b1) k2 HÖ sè phô thuéc vµo q0. B»ng thùc nghiÖm, ng êi ta ®∙ thµnh lËp ®îc gi¶n ®å x¸c ®Þnh hÖ sè k2 theo q0 cho phÐp cacbon thÊp cã σ ch = 22.000 N/cm2 vµ thÐp chÊp lîng cao cã σ ch = 28.000 N/cm2 C¸c lo¹i thÐp kh¸c cã thÓ néi suy theo c«ng thøc: σ ch k2 = k2 σ'ch σ 'ch lµ giíi h¹n ch¶y cña lo¹i thÐp cÇn x¸c ®Þnh k'2 h: ChiÒu réng toµn bé vïng øng suÊt cña tÊm hµn. §èi víi hµn tù ®éng th× h kho¶ng 300 ÷ 350mm, ®èi víi hµn hå quang tay h
h γσ h c. . ch . b0 = 1+ 484 q α E m 0, . 0 . . . LÊy c . γ = 1,25; α E = 250N/cm2 0C m lµ hÖ sè tÝnh ®Õn c¸c tr¹ng th¸i truyÒn nhiÖt, lÊy gÇn ®óng m ≈ 1. Ta sÏ cã: h σ. h 1 + ch 96, 0 8q b0 = 3.3.2. X¸c ®Þnh ®é co däc cña vËt hµn X¸c ®Þnh ®é co däc cña vËt hµn cã thÓ tÝnh theo øng suÊt ph¶n kh¸ng d σ 2 lµ øng suÊt sinh ra ë nh÷ng vïng kh«ng ®îc nung nãng trùc tiÕp ë d¶i bÞ nÐn däc ®µn håi sau khi nguéi. TrÞ sè ®é co däc ∆ l ®îc tÝnh theo c«ng thøc: σ2 ∆ l = . l E øng suÊt σ 2 sinh ra do néi øng lùc t¸c dông P g©y nªn nÐn däc, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: P σ 2 = F − Fc F : TiÕt diÖn ngang toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn Fc : TiÕt diÖn ngang cña vïng øng suÊt t¸c dông σ ch . n . σ. bS b = ch n σ 2 = ( h0 − bn ) S h0 − bn Khi hµn ®¾p vµo mÐp cña vËt hµn th× øng suÊt ph¶n kh¸ng sÏ lµ: 51
P P = σ 2 = F h. S 3.3.3. X¸c ®Þnh ®é vâng khi hµn Khi hµn c¸c vËt mµ ®êng hµn kh«ng trïng víi trôc trung t©m cña vËt hµn th× nã sÏ sinh ra m«men uèn lÖch vµ lµm cho tÊm bÞ cong (h×nh 3.4). Pa a Ma b2 h b1 P Mc b0 σch c Pc ∆l σ2 H×nh 3.4. TÝnh ®é vâng liªn kÕt hµn gi¸p mèi. Khi ®ã ta vÉn cã néi lùc t¸c dông. P = σ ch . bn . S Nhng néi lùc ph¶n kh¸ng do øng suÊt ph¶n kh¸ng σ 2 sinh ra ë hai phÝa cña mèi hµn kh¸c nhau: Ps = σ ch . bn . S Nhng néi lùc ph¶n kh¸ng do øng suÊt h¶n kh¸ng σ 2 sinh ra ë hai phÝa cña mèi hµn kh¸c nhau: PS = σ 2 aS vµ PC = σ 2cS V× néi lùc c©n b»ng nªn P = Pa + Pc tøc lµ: σ bn S = σ 2S (a ch + c) Ta rót ra: 52
σ chbn σb = ch n σ 2 = a + c h0 − b n LÊy m«men cña c¸c néi lùc ph¶n kh¸ng ®èi víi t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông ta cã: a + bn c + bn Ma = Pa ; Mc = Pc 2 2 M«men tæng sÏ lµ: M = Ma Mc = Pa c + bn a + bn 2 Pc 2 a + bn M = σ 2aS 2 c + bn σ 2cS 2 Thay trÞ sè σ 2 vµo ta ®îc : σ ch .S .bn M = (a + bn + 2(ho − bn ) c) (a c) a + b n + c= h0 vµ σ ch . S . bn = P Ph0 ( a − c) M = 2( h0 − bn ) Trong c«ng thøc nµy nÕu nh c = 0 (tøc lµ khi hµn ®¾p vµo mÐp tÊm) th× m«men sÏ lµ cùc ®¹i; cßn khi c = a (tøc lµ khi hµn gi¸p mèi hai tÊm cã chiÒu réng b»ng nhau) th× m«men uèn sÏ b»ng kh«ng. øng suÊt uèn sinh ra do m«men uèn sÏ lµ: 6 Ph ( a − c ) M σ u = W = 2( h − b ) Sh 2 0 0 n 0 53
3σ chbn ( a − c) σ u = h0 ( h0 − b n ) W m«men chèng uèn cña tiÕt diÖn toµn bé vËt hµn. Do m«men uèn M lµm vËt hµn bÞ cong ®i (nh ®êng chÊm chÊm trªn h×nh 3.4). Theo lý thuyÕt søc bÒn, ®é vâng t¹i mét ®iÓm bÊt kú x ®îc tÝnh theo c«ng thøc: ( ) 2 M ( x) 1 − x 2 f(x)= 2 EJ x lµ täa ®é cña ®iÓm mµ ta cÇn x¸c ®Þnh ®é vâng t¹i ®ã víi gèc täa ®é lµ ®êng trung t©m cña ®êng hµn vµ c¹nh cña vËt hµn th¼ng gãc víi ®êng trung t©m Êy. J lµ m«men qu¸n tÝnh t¹i tiÕt diÖn ta xÐt Tõ c«ng thøc trªn ta nhËn thÊy r»ng, ®é vâng cùc ®¹i f khi x = 0,51 Ph0 I 2 ( a − c ) Ml 2 = f = 8 EJ 8 EJ .2( h0 − bn ) 3σ ch bn ( a − c ) l 2 f = 5Eh02 ( h0 − bn ) Khi hµn ®¾p vµo c¹nh tÊm th× c = 0; h0 bn = a f = 3σ chbn l2 4Eh2 0 3.4 biÕn d¹ng do co ngang khi hµn gi¸p mèi Khi hµn gi¸p mèi mçi vËt hµn ngoµi t×nh tr¹ng co däc cßn bÞ co ngang g©y ra do øng suÊt t¸c dông theo ph¬ng th¼ng gãc víi mèi hµn. Sù co ngang t¹o nªn mét biÕn d¹ng nguy hiÓm lµ biÕn d¹ng gãc. 54
XÐt trêng hîp mèi hµn mét tÊm kÑp chÆt cßn mét tÊm kÑp chÆt cßn mét tÊm ®Ó tù do. Ngêi ta cã thÓ tÝnh gãc quay β theo ph¬ng ph¸p gi¶i thÝch nh sau: ChiÒu réng gãc v¸t ë thí ngoµi: b = θ 2S . tg 2 Sau khi hµn xong vµ nguéi ®i, thí ngoµi cña mèi hµn co l¹i mét lîng lµ ∆ b. ∆ b = α . T . b ∆ b = 2 . T . θ S . tg .α 2 XÐt mét thí x bÊt kú ta sÏ cã: ∆ x = α . T . x hay : d∆ x = α . T . dx Vi ph©n gãc quay β t¹i thí x sÏ lµ: d∆x dβ = hx α. . T dx dβ = x2 + S2 LÊy tÝch ph©n c¶ hai vÕ ta cã gãc quay toµn phÇn lµ : b /2 dx ∫ β = 2α . T x2 + S2 0 b  2  +  b  + 1  β = 2α T. ln    2S  2S   55
  θ θ β = 2α T.ln  tg + tg + 1 2   2 2   NÕu ta lÊy gÇn ®óng hx = S vµ coi gãc quay lµ rÊt nhá th× gãc quay toµn phÇn sÏ lµ: ∆x β ≈ tg β = = 2α . T . hx θ tg 2 Khi mèi hµn nguéi tõ 6000C ®Õn 00C th× ®é co t ¬ng ®èi cña kim lo¹i sÏ lµ: α T = 0,0072; Víi α = 12.106 [1/0C] Cuèi cïng ta cã biÕn d¹ng gãc β lµ: β = θ 0,0144 . tg 2 θ 3.5 biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn gãc Trong c«ng nghÖ hµn, c¸c kÕt cÊu hµn gãc còng ®îc sö dông kh¸ nhiÒu, nã gåm c¸c lo¹i kÕt cÊu: ch÷ T, thíc thî vµ hµn chång. Nh÷ng nguyªn nh©n sinh ra øng suÊt vµ biÕn d¹ng nh ®∙ tr×nh bµy ë trªn, chØ cã d¹ng kÕt cÊu kh¸c nhau th× biÕn d¹ng kh¸c nhau. 3.4.1. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt cña mèi hµn gãc thíc thî XÐt mèi hµn thíc thî nh h×nh vÏ( 3.5) 56
b1 P1 b2 θ H×nh 3.5. Kh¶o s¸t mèi hµn thíc thî Vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn nµy x¸c ®Þnh gièng nh trêng hîp hµn gi¸p mèi c¸c tÊm. Dùa vµo ®ã mèi hµn nµy x©y dùng gièng nh trêg hîp hµn gi¸p mèi c¸c tÊm. Dùa vµo ®ã mµ ta tÝnh ®îc tiÕt diÖn vïng t¸c dông lµ: Fc = 2bnS = (2b1 + 2b2) S S lµ chiÒu dµy cña tÊm hµn TrÞ sè cña néi lùc P t¸c dông däc trôc mèi hµn sÏ lµ: P = σ ch . Fc = σ ch . 2bn . S bn = b1 + b2 øng suÊt ph¶n kh¸ng chiÒu trôc ë c¸c d¶i ngoµi vïng t¸c dông lµ: σ. b P = ch n σ 2 = F − Fc h − bn F lµ tiÕt diÖn ngang toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn Fc lµ tiÕt diÖn ngang cña vïng øng suÊt t¸c dông. 57
Do ¶nh hëng cña néi lùc nªn t¹o thµnh m«men uèn M1 ë mçi tÊm lµ: P1 . h M1 = 2 P1 lµ néi lùc t¸c dông lªn mçi tÊm. Trong trêng hîp nµy th×: P P1 = 2 KÕt qu¶ lµ m«men uèn t¸c dông lªn mèi hµn gãc sÏ b»ng tæng h×nh häc cña m«men néi lùc trong mçi tÊm: θ θ P.h M = 2M1 . cos = . cos 2 2 2 Nh vËy khi θ = 0 th× nã sÏ gièng nh trêng P .h hîp hµn ®¾p vµo mÐp tÊm vµ M = , cßn khi 2 ο θ =180 th× M = 0 gièng nh trêng hîp hµn gi¸p mèi hai tÊm cã cïng chiÒu réng. øng suÊt sinh ra do m«men uèn sÏ lµ: M σu = ¦W §é vâng cña nã sÏ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 2 f = Ml 8 EJ l lµ chiÒu dµi cña mèi hµn. 3.4.2. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt cña mèi hµn chång: Tïy thuéc vµo vÞ trÝ cña mèi hµn, gãc t¬ng øng víi ph¬ng cña ngo¹i lùc t¸c dông vµ kÕt cÊu cña c¸c 58
tÊm hµn mµ ngêi ta chia mèi hµn chång ra lµm nhiÒu lo¹i giíi thiÖu trªn h×nh(3.6). H×nh 3.6 C¸c kÕt cÊu hµn chång §Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh ®èt nãng mèi hµn chång lµ trôc nãng ch¶y n»m trªn bÒ mÆt mét tÊm, cßn tÊm kia th× bÞ ®èt nãng mét c¹nh. Do ®ã vïng ¶nh hëng nhiÖt ®èi víi mét tÊm th× gièng nh trêng hîp hµn ®¾p lªn bÒ mÆt cña tÊm, cßn ®èi víi tÊm kia th× gièng nh trêng hîp hµn ®¾p vµo mÐp cña tÊm, biÓu thÞ trªn h×nh 2.11. Vïng nung nãng dÕn tr¹ng th¸i dÎo ®îc x¸c ®Þnh nh sau: b 1 = 0,484q v.S o .C.γ .550 0 C Trong ®ã: So = 2S1 +S2 Vïng biÕn d¹ng dÎo ®µn håi b2 x¸c ®Þnh cho tõng tÊm mét theo c«ng thøc: b 2 = k2 ( h b1) k2 lµ hÖ sè x¸c ®Þnh theo biÓu ®å h×nh 2.5 Tõ tiÕt diÖn ngang Fc cña vïng øng suÊt t¸c dông lµ: K2 ' Fc = (2b1 + b21 + b )S1 + ( b1 + b22)S2 + 21 2 59
Trong ®ã: b1 lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo. b21 vµ b'21 lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo®µn håi cña tÊm díi. b22 lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo®µn håi cña tÊm trªn. S1, S2 lµ chiÒu dµy cña c¸c tÊm hµn. K lµ c¹nh cña gãc vu«ng mèi hµn TrÞ sè cña néi lùc P t¸c dông däc trôc mèi hµn sÏ lµ: P = σ ch . Fc øng suÊt ph¶n kh¸ng σ 2 lµ: P σ 2 = F − F c F lµ tiÕt diÖn toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn. Trong mèi hµn chång, néi lùc sinh ra do cong ngang ë gãc mèi hµn ®¹t ®Ón mét trÞ sè t¬ng ®èi lín. V× vËy nã sinh ra biÕn d¹ng gãc vµ lµm cho tÊm bÞ cong lªn. XÐt trêng hîp hµn chång mét tÊm ®Ó tù do kh«ng bÞ kÑp chÆt, cßn tÊm kia ®Æt cè ®Þnh trªn mÆt ph¼ng. Sau khi hµn song, ®Ó nguéi díi t¸c dông cña lùc co ngang tÊm hµn ®îc ®Ó "tù do" sÏ tù quay ®i mét gãc β. TrÞ sè co ngang δ ë nh÷ng thí ngoµi cña kim lo¹i mèi hµn ®îc tÝnh theo c«ng thøc: δ = α. T .b tb 60
Ttb lµ nhiÖt ®é cña kim lo¹i chuyÓn tõ tr¹ng th¸i dÎo sang tr¹ng th¸i ®µn håi, ®èi víi thÐp lÊy b»ng 600oC. b lµ c¹nh huyÒn cña gãc mèi hµn b = 1,4 S. Nh vËy nÕu chiÒu dµy cµng lín, b sÏ cµng lín vµ ®é co ngang δ còng sÏ cµng lín. Tõ ®ã gãc quay cña tÊm tù do β ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 2δ β= = 2α .Ttb b −6 §èi víi thÐp β = 2 . 1 2. 1 0 .600 = 0 , 0 1 4 4 ra®ian. Khi hµn chång hai phÝa, hai tÊm ®Òu ®Ó tù do th× vËt hµn sÏ biÕn d¹ng nh h×nh 2.12b. 3.4.3. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn kÕt cÊu ch÷ T vµ ch÷ I KÕt cÊu ch÷ T vµ ch÷ I ®îc sö dông kh¸ réng r∙i trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y, x©y dùng vµ ®ãng tµu. 3.4.3.1 KÕt cÊu ch÷ T P2 Y2 b22 b1 Y1 P1 P1 b21 b1 b1 b21 H×nh 3.7. Kh¶o s¸t liªn kÕt hµn ch÷ T 61