Giáo trình Kết cấu hàn - Nghề: Hàn
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: KẾT CẤU HÀN
NGHỀ:HÀN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Lào Cai, năm 2019
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Như chúng ta đã biết, hiện nay có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau, ứng
dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp để chế tạo ra các sản phẩm từ nhỏ nhất như
vi mạch điện tử đến lớn như tàu biển, dầm cầu,…
Để đảm bảo cho kết cấu hàn có được ” Độ tin cậy ” và ” Tính làm việc liên tục
” đòi hỏi người thiết kế kết cấu hàn phải có kiến thức chính xác để lựa chọn vật liệu
hàn, tính toán độ bền cho mối hàn nói riêng và kết cấu hàn nói chung.
Giáo trình môn học “Kết cấu hàn” sẽ giúp chúng ta có các kiến thức cơ bản để
giải quyết các vấn đề trên.
Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên chuyên nghề hàn, trình độ
cao đẳng.
Quá trình biên soạn tác giả đã có nhiều cố gắng song chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp để giáo trình hoàn thiện
hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
3
MỤC LỤC
TT
1
Nội dung
Trang
Lời giới thiệu
2
Chương 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn
1. Tổng quan về kết cấu hàn
6
6
2. Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết cấu hàn
3. Thép định hình
10
13
16
17
4. Thép tấm
5. Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn
Chương 2: Tính độ bền của mối hàn dưới tác dụng của tải trọng
tĩnh
3
18
1. Cơ sở tính toán độ bền của mối hàn chịu tác dụng của tải trọng tĩnh
2. Tính toán độ bền mối hàn giáp mối
18
24
28
32
37
37
40
45
54
54
57
58
61
3. Tính toán độ bền mối hàn chồng
4. Tính toán độ bền mối hàn hỗn hợp
4
5
Chương 3 Tính ứng suất và biến dạng khi hàn
1. Tổng quan về ứng suất và biến dạng hàn
2. Tính ứng suất và biến dạng do co dọc khi hàn đắp vào mép tấm
3. Tính ứng suất và biến dạng do co dọc khi hàn giáp mối
Chương 4: Giới thiệu một số kết cấu hàn
1. Giới thiệu kết cấu dầm
2. Giới thiệu kết cấu trụ
3. Giới thiệu kết cấu dàn
4. Giới thiệu kết cấu tấm vỏ
4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Kết cấu hàn
Mã môn học: MH 14
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Là môn học được bố trí cho sinh viên sau khi đã học xong các môn học, mô
đun cơ sở; các môn học, mô đun chuyên môn từ MĐ 14 đến MH 21.
- Tính chất: Là môn học chuyên môn.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học:’’Tính toán kết cấu hàn’’ là môn học chuyên môn
nghề hàn, đây là môn học cơ bản trong chương trình đào tạo, giúp người học được
trang bị khả năng tính toán, chọn vật liệu hàn, sử dụng nhiều trong thực tế sản xuất.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Liệt kê đầy đủ các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn;
+ Trình bày chính xác phương pháp tính toán vật liệu chế tạo kết cấu hàn;
+ Trình bày rõ các công thức tính toán độ bền, ứng suất và biến dạng khi hàn;
+ Trình bày được phương pháp giải các bài toán kiểm nghiệm độ bền và tính ứng
suất biến dạng khi hàn của các kết cấu hàn đơn giản.
- Về kỹ năng:
+ Tính toán chính xác vật liệu gia công một kết cấu hàn cụ thể;
+ Giải đúng các bài toán về tính độ bền mối hàn, tính ứng suất và biến dạng hàn;
+ Tra bảng, tính toán vật liệu hàn chính xác;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Tuân thủ quy trình tính toán kết cầu hàn;
+ Tự giác, rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỷ, cẩn thận, chính xác
trong công việc.
5
Nội dung của môn học:
Số
Thời gian (giờ)
Tên chương, mục
Tổng
số
Lý
Bài Kiểm
TT
thuyết tập
tra
1
Chương 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn
6
6
2
1
0
0
1. Tổng quan về kết cấu hàn
2. Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết cấu
hàn
3. Thép định hình
1
4. Thép tấm
0,5
1,5
5. Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn
Chương 2: Tính độ bền của mối hàn dưới tác
dụng của tải trọng tĩnh
2
15
11
3
1
1. Cơ sở tính toán độ bền của mối hàn chịu tác
3
dụng của tải trọng tĩnh
2. Tính toán độ bền mối hàn giáp mối
3. Tính toán độ bền mối hàn chồng
4. Tính toán độ bền mối hàn hỗn hợp
5. Kiểm tra
3
3
2
1
1
1
1
3
Chương 3 Tính ứng suất và biến dạng khi hàn
1. Tổng quan về ứng suất và biến dạng hàn
15
11
2
3
1
2. Tính ứng suất và biến dạng do co dọc khi hàn
đắp vào mép tấm
3
1
1
3. Tính ứng suất và biến dạng do co dọc khi hàn
3
giáp mối
4. Kiểm tra
1
4
Chương 4: Giới thiệu một số kết cấu hàn
1. Giới thiệu kết cấu dầm
2. Giới thiệu kết cấu trụ
3. Giới thiệu kết cấu dàn
4. Giới thiệu kết cấu tấm vỏ
Cộng
9
7
3
2
1
1
0
2
1
1
45
35
8
2
6
CHƯƠNG 1
VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN
Giới thiệu:
Để chế tạo ra các kết cấu hàn khác nhau chúng ta phải sử dụng các loại vật liệu
hàn khác nhau cho phù hợp với nhu cầu sử dụng đối với từng trường hợp cụ thể trong
thực tế. Chương này trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại vật liệu
dùng để chế tạo kết cấu hàn, công dụng của nó từ đó lựa chọn được loại vật liệu phù
hợp để chế tạo nên kết cấu hàn.
Mục tiêu:
- Trình bày được tổng quan về kết cấu hàn;
- Nhận biết các loại thép định hình U, I, V..., thép tấm, và các loại vật liệu khác
như nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo
kết cấu hàn;
- Giải thích đúng công dụng của từng loại vật liệu khi chế tạo kết cấu hàn;
- Trình bày được phương pháp tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn chính xác,
đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao;
- Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng;
- Tuân thủ quy định, quy phạm trong phân loại vật liệu;
- Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tinh thần tập thể, có tránh nhiệm với
công việc.
Nội dung chính
1. Tổng quan về kết cấu hàn
1.1 Giới thiệu chung về kết cấu hàn
* Kết cấu hàn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Trong xây dựng: Khung, vòm có khẩu độ lớn, khung nhà,...
- Trong giao thông vận tải: Cầu thép, vỏ tàu, ô tô, máy bay,...
- Trong cơ khí CTM: Máy móc, cầu trục, khung, bệ máy,...
- Trong ngành năng lượng, hoá chất: Hệ thống nồi hơi, đường ống, dàn khoan,
bồn bể,...
* Kết cấu hàn rất phong phú đa dạng về chủng loại, kích cỡ và khối lượng.
* Kết cấu hàn có thể làm việc trong những điều kiện rất khác nhau:
- Dưới nước: tàu ngầm, dàn khoan, tàu thuỷ,..
- Trên không và trong vũ trụ: máy bay, tàu liên hợp,...
- Trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao hoặc rất thấp.
- Trong điều kiện ăn mòn hoặc mài mòn cao,...
7
Hình 1.1. Kết cấu dầm cầu
Hình 1.2. Kết cấu dàn khoan dầu tự nâng
8
Hình 1.3. Tàu chở dầu 300.000 tấn
Để tạo ra các bộ phận kết cấu hoặc kết cấu tổng thể người ta có thể sử dụng nhiều
quá trình công nghệ khác nhau như đúc, biến dạng tạo hình, gia công cắt gọt,....Trong
đó những kết cấu được gia công, chế tạo bằng công nghệ hàn trong kỹ thuật quy ước
gọi là kết cấu hàn. Ví dụ: cầu thép, nồi hơi, dầm cầu trục,...
Cùng với sự phát triển của của các lĩnh vực công nghiệp, công nghệ hàn ra đời
chậm (cuối thế kỷ thứ 19) nhưng đã có những bước tiến dài và đã trở thành một trong
những phương pháp công nghệ tiên tiến không thể thiếu được trong nhiều công nghệ
cơ khí. Có thể nhận thấy rằng khối lượng kết cấu hàn ngày càng lớn, đa dạng cả về
hình thức, kiểu dáng và cả về chủng loại vật liệu. Theo điều tra của Tổ chức Hàn Quốc
tế IIW( International Institute of Welding) năm 2007 sản lượng thép đã vượt quá một
tỷ tấn, trong đó ước tính hơn 2/3 sản lượng này được dùng để chế tạo kết cấu hàn- đây
thực sự là một con số khổng lồ.
1.2. Đặc điểm của kết cấu hàn
- Khả năng chịu lực lớn, có độ tin cậy cao khi sử dụng
- Do vật liệu kim loại có cơ tính tốt và ổn định về chất lượng,...
- Khối lượng nhỏ: kết cấu hàn nhẹ nhất trong các loại kết cấu chịu lực khác như
bêtông cốt thép, gỗ
- Cơ động trong lắp ráp và vận chuyển: Do có khối lượng bé việc vận chuyển từ
nơi sản xuất tới nơi tổ hợp kết cấu rất dễ dàng và nhanh chóng. Một kết cấu đồ sộ có
thể chia thành các đơn vị vận chuyển hợp lý và tổ hợp nhanh chóng tại hiện trường.
Hơn thế nữa, kết cấu kim loại rất dễ sửa chữa, thay thế và di chuyển.
9
- Có tính công nghiệp hoá cao, tức là có thể chế tạo hàng loạt trong điều kiện nhà
máyvới thiết bị chuyên dùng có mức độ cơ khí hoá và tự động hoá cao.
- Có thể tạo ra những kết cấu siêu trường, siêu trọng, phi tiêu chuẩn (không hạn
chế về kích thước và khối lượng) mà các phương pháp công nghệ khác không thể thực
hiện được hoặc gặp nhiều khó khăn.
- Có thể tạo ra những kết cấu nguyên khối và bền vững từ những vật liệu có tính
chất khác nhau. Điều này hết sức có ý nghĩa khi từng phần hoặc từng bộ phận của kết
cấu phải làm việc trong những điều kiện rất khác nhau như mài mòn, ăn mòn, nhiệt độ
và áp suất rất cao hoặc rất thấp .
- Các liên kết hàn không những có độ bền cao mà có độ kín tốt rất cần thiết cho
nhiều loại kết cấu như nồi hơi, vỏ tàu thuỷ, bồn bể, đường ống,...
- Đầu tư thiết bị nhà xưởng thấp.
- Điều kiện lao động của công nhân được cải thiện.
- Tiết kiệm vật liệu dùng để chế tạo kết cấu.
Hình 1.4. So sánh liên kết hàn với liên kết đinh tán và ghép ren.
1.3. Những nhược điểm cơ bản của kết cấu hàn
Trong quá trình hàn thường phải sử dụng một nguồn nhiệt công suất lớn(hồ
quang, khí cháy, chùm tia năng lượng cao,...) có độ tập trung cao, tác dụng trong một
thời gian ngắn, do vậy khu vực hàn có tốc độ nguội lớn và trong vật hàn có sự phân bố
nhiệt độ không đều. Điều này có thể dẫn đến hậu quả :
- Tại khu vực mối hàn và vùng lân cận nhiệt, tổ chức kim loại và các tính chất
khác có thể thay đổi theo chiều hướng xấu như tăng cứng và giảm dẻo, dai làm giảm
khả năng làm việc của kết cấu hàn, đặc biệt khi kết cấu làm việc dưới tác dụng của tải
trọng động, tải trọng va đập hoặc trong môi trường có nhiệt độ thấp.
- Trong kết cấu hàn luôn tồn tại một trạng thái ứng suất dư.
10
- Kết cấu hàn dễ bị biến dạng do tác dụng nhiệt, làm giảm độ chính xác tăng độ
phức tạp cho quá trình lắp ráp, tổ hợp tiếp theo, giảm tính thẩm mỹ của sản phẩm và
gây tốn kém thêm khi có nhu cầu loại bỏ biến dạng hàn.
- Để tạo ra một kết cấu hàn đạt yêu cầu, thông thường người thiết kế phải giải
quyết đồng thời 3 vấn đề lớn sau đây:
1. Chọn vật liệu hợp lý.
2. Có giải pháp kết cấu tối ưu.
3. Có công nghệ chế tạo phù hợp để đạt yêu cầu về chất lượng.
Thực tiễn cho thấy, nếu giải quyết tốt những vấn đề đó thì kết cấu hàn cho phép
Đáp ứng yêu cầu sử dụng.
Tiết kiệm vật liệu.
Chế tạo được bằng các công nghệ tiên tiến có chất lượng và năng suất cao.
Vận chuyển, tổ hợp đơn giản.
Đảm bảo tính thẩm mỹ và độ chính xác cần thiết.
Giá thành sản phẩm thấp.
2. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn
2.1. Thꢀp cacbon.
2.1.1. Định nghĩa và đặc điểm ứng dụng
- Là thép mà cacbon là nguyên tố chủ yếu quyết định các tính chất của thép.
Ngoài C, trong thép cacbon còn chứa 1 lượng hạn chế các nguyên tố khác như Mn, Si,
P, S... ( Thông thường Mn<0,75%; Si<0,35%; P,S<0,05%).
- Thép C có cơ tính cao, giá thành hạ nên được sử dụng nhiều nhất trong các loại
vật liệu kim loại. C cứng, bền, dẻo, dai
2.1.2. Phân loại và ký hiệu
Có nhiều cách phân loại thép cacbon, tuꢀ theo mục đích của người sản xuất và người
sử dụng:
a- Phân loꢀi theo hàm lượng C chꢁa trong thꢂp:
Thép cacbon thấp:
Thép cacbon trung bình: 0,25% C 0,5%
Thép cacbon cao C > 0,5%
C < 0,25%
b- Phân loꢀi theo tꢃ chꢁc tế vi và hàm lượng C trên giản đồ trꢀng thái Fe-C:
Thép trước tích với C < 0,8% và tổ chức F+P.
Thép cùng tích với C 0,8% và tổ chức P.
( là tổ chức 2 pha: hỗn hợp cơ học của F và Xê)
Thép sau cùng tích với C > 0,8% và tổ chức Xê+P.
c- Phân loꢀi theo phương pháp luyện:
Thép có thể được luyện bằng nhiều cách, trong các lò luyện khác nhau nên chất
lượng của chúng cꢁng khác nhau:
11
Thép luyện trong lò chuyển( thổi oxy sạch vào gang lỏng) thường có chất
lượng không cao; N2 từ không khí hoà tan vào thép thép dễ bị dòn; hàm lượng các
nguyên thường kém chính xác; năng suất cao và giá thành thấp.
Thép luyện trong lò Mactanh( nấu chảy sắt vụn, gang, thêm chất khử oxy, trợ
dung và các nguyên tố hợp kim): chất lượng cao hơn thép luyện trong lò chuyển, cấu
trúc thuần nhất, thành phần thép có thể kiểm soát và điểu chỉnh trong khi luyện. Tuy
nhiên, năng suất thấp và giá thành cao.
Thép luyện trong lò điện: có chất lượng cao hơn so với 2 loại trên, đặc biệt là
hàm lượng các tạp chất có hại( P, S) rất bé.
d- Phân loꢀi theo mꢁc độ khꢄ oxy trong thꢂp.
Thép sôi: Người ta thường sử dụng thép sôi cho các kết cấu hàn làm việc ở
các vùng có nhiệt độ dương, chịu tải trọng tĩnh với các mối hàn có chiều sâu ngấu
không lớn.
Thép lặng: là thép có mức độ khử oxy triệt đểđược dùng nhiều để chế tạo kết
cấu hàn.
Thép nửa lặng( nửa sôi): có các tính chất ở mức trung bình so với thép sôi và
thép lặng.
e- Theo công dụng cꢅa thꢂp: (cách phân loại hay dùng nhất ).
Thép cacbon kết cấu thông dụng( thép thông dụng, thép thường).
Theo TCVN 1765- 75 thép cacbon kết cấu thông dụng được chia thành 3 nhóm:
Nhóm A : được đảm bảo về tính chất cơ học( CT31, CT33, …, CT61).
Nhóm B: được đảm bảo thành phần hoá học( BCT31, BCT33,.., BCT61).
NhómC: được đảm bảo cả về thành phần hoá học cả về tính chất cơ học(
CCT34, CCT38, …, BCT51).
Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt( thép tốt).
Thép có hàm lượng các bon chính xác hơn, các tạp chất P, S rất thấp và các chỉ
tiêu về cơ tính khá rꢂ ràng ở các trạng thái nhiệt luyện khác nhau. Trong các chứng từ
cung cấp thép được chỉ rꢂ cơ tính và thành phần hoá học.
TCVN: C08, C10, C15, C20,…, C85.
GOST : 08, 10, 15, 20,…, 85.
Thép cacbon dụng cụ: có hàm lượng cácbon khá cao( từ 0,7 đến 1,3 %)
TCVN 1822-76 :
CD70, CD70A, CD80,..., CD130
Tương ứng với GOST : Y7,
Y7A, Y8, …, Y13.
Chữ A chỉ thép có chất lượng cao. Độ cứng của thép ở trạng thái cung cấp ( ủ)
bé hơn 200 HB, nhưng sau khi tôi có thể đạt tới 60- 62 HRC
Thép có độ cứng cao, tính hàn và tính gia công áp lực kém nên thường được
dùng làm dụng cụ cắt mà ít được sử dụng trong các kết cấu hàn.
f/ Phân loꢀi theo giá trꢆ b /ch cꢅa thꢂp ( phổ biến trong kết cấu xây dựng):
C38/23
- thép có độ bền trung bình( thép cácbon thấp)
C44/29 ; C46/33 và C52/40 - thép có độ bền cao( thép hợp kim thấp)
C60/45; C70/60; C85/75,… - thép có độ bền rất cao.
12
Tùy thuộc vào điều kiện chịu lực và chức năng của kết cấu, GOST chia ra 9
nhóm thép khác nhau
2.2. Thꢀp hợp kim
2.2.1. Khái niệm và đặc điểm sꢁ dụng
- Là hợp kim của Fe-C mà ngoài nguyên tố cácbon ra trong đó còn chứa một
lượng các nguyên tố hợp kim khác đủ lớn có tác dụng quyết định đến các tính chất cơ
bản của thép( ví dụ Cr, Ni, Mo, …). Hàm lượng của Mn và Si trong thép hợp kim
thường cꢁng lớn hơn so với trong thép cácbon.
- Nhờ có các nguyên tố hợp kim được đưa vào một cách cố ý, nên thép hợp kim
có một số tính chất đặc biệt như: cơ tính cao, bền và ổn định ở nhiệt độ cao, có khả
năng chống mài mòn, chống ăn mòn tốt,… rất cần thiết để các kết cấu hàn làm việc
trong những điều kiện tương tự như vậy.
2.2.2. Phân loại và ký hiệu thꢀp hợp kim
* Theo tꢃng lượng các nguyên tố hợp kim (HK ) chꢁa trong thꢂp:
- Thép hợp kim thấp:
- Thép hợp kim trung bình: 2,5% ≤ HK ≤ 10%
- Thép hợp kim cao:
HK > 10%.
HK < 2,5%
Phần lớn thép hợp kim thấp có tính hàn tốt nên được sử dụng rất nhiều trong các
kết cấu hàn. Cần chú ý, khi hàm lượng các nguyên tố hợp kim tăng tính hàn của thép
giảm xuống đáng kể( trừ Ni và Ti - ảnh hưởng không nhiều).
Tiêu chuẩn Mỹ( AISI) chỉ phân biệt 2 nhóm:
- Thép hợp kim thấp: HK < 8,0%
- Thép hợp kim cao: HK > 8,0%.
* Theo các nguyên tố hợp kim chꢅ yếu:
- Thép silíc,
Thép mangan,
- Thép Crôm-nikel,…
* Theo công dụng:
- Thép hợp kim kết cấu:
- Thép hợp kim dụng cụ
- Thép hợp kim đặc biệt(TCVN 2735-78): Là những loại thép hợp kim có các
tính chất cơ, lý, hoá đặc biệt.
. Thép không gỉ:
. Thép bền nhiệt:
2.3. Một số loại vật liệu khác
Hợp kim nhẹ có một số tính chất quan trọng:
Hꢀp kim nhꢁ
Khꢂi lưꢀng riêng
Môdun đꢃn hꢄi E
T/m3
kG/cm2
13
Hợp kim nhôm
Hợp kim manhê
Hợp kim titan
Thꢂp cácbon
2,7
1,8
0,72.106
0,43.106
1,08.106
2,05.106
4,5
7,85
- Ưu điểm quan trọng của hợp kim nhẹ là có thể tạo ra được các kết cấu có khối
lượng bé, nhờ vậy có thể nâng trọng tải, tốc độ của các phương tiện, giảm đáng kể
công suất của động cơ tải của các thiết bị. Hợp kim nhẹ còn có khả năng làm việc tốt
trong điều kiện nhiệt độ thấp và các môi trường ăn mòn. Nhờ vậy chúng được sử dụng
rộng rãi để chế tạo các máy móc thiết bị, giao thông vận tải, trong công nghiệp hàng
không, vꢁ trụ, công nghiệp hoá chất,…
Khi sử dụng hợp kim nhẹ cần chú ý đến một số đặc điểm như sau:
- Môdun đàn hồi của hợp kim nhẹ khá bé so với thép, do đó các phần tử chịu nén
dễ bị mất ổn định. Vì vậy các kết cấu hàn từ hợp kim nhẹ thường phải được gia cố
nhiều gân cứng vững.
- Cꢁng do môdun đàn hồi của hợp kim nhẹ bé nên độ cứng của kết cấu rất thấp.
- Hợp kim nhẹ rất nhạy cảm với hiện tượng tập trung ứng suất dưới tác dụng của
tải trọng động( trên biểu đồ ứng suất- biến dạng giai đoạn chảy không rꢂ ràng nên
thường phải xác định giá trị khi biến dạng dư đạt được 0,2%). Để khắc phục ảnh
hưởng xấu này, các liên kết hàn cần có sự chuyển tiếp đều đặn từ kim loại mối hàn
sang kim loại cơ bản. Khi cần thiết phải sử dụng các phương pháp gia công cơ tiếp
theo để tạo cho liên kết có hình dáng bề mặt hợp lý.
Ký hiệu, phân loại hợp kim nhẹ tham khảo giáo trình vật liệu học.
3. Thꢀp định hình
3.1. Thép góc
3.1.1. Thꢀp góc đều cạnh
+ Công dụng : dùng trong ngành chế tạo máy , kết cấu nhà xưởng, cơ khí, xây
dựng, công trình điện, dân dụng...
14
Hình 1.5 Thông số kỹ thuật của thép góc đều cạnh
3.1.2. Thꢀp góc không đều cạnh
Hình 1.6 Thông số kỹ thuật của thép góc không đều cạnh
15
3.2. Thép hình chữ “I”
Hình 1.7 Thông số kỹ thuật của thép chữ “I”
3.3. Thép hình chữ “U”
16
Hình 1.8 Thông số kỹ thuật của thép chữ “U”
3.4. Một số loại thép hình khác
Hình 1.9 Thông số kỹ thuật của một số loại thép khác
4. Thép tấm
4.1. Công dụng
4.1.1. Thép tấm thông dụng
Công dụng : dùng trong ngành đóng tàu , thuyền, kết cấu nhà xưởng, bồn bể xăng
dầu, cơ khí, xây dựng…
4.1.2. Các loại thép tấm chuyên dùng:
Công dụng: dùng trong các ngành chế tạo máy, khuôn mẫu, ngành cơ khí, nồi
hơi.
4.1.3. Một số mác thép thông dụng
+ Mác thép của Nga: CT3, CT3C, CT3K, CT3C...theo tiêu chuẩn: GOST 3SP/PS
380-94.
+ Mác thép của Nhật: SS400, ...theo tiêu chuẩn: JIS G3101, SB410, 3010.
+ Mác thép của Trung Quốc: SS400, Q235A, Q235B, Q235C, Q235D, ...
+ Mác thép của Mỹ: A570 GA, A570 GD,…theo tiêu chuẩn: ASTM A36,…
4.2. Quy cách chung của các loại tấm thép
- Độ dày : 3mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12
mm, 15 mm, 16 mm, 18mm, 20mm, 25 mm, 30 mm, 40mm, 50mm...,100 mm, 300
mm.
17
- Chiều ngang : 750 mm, 1.000 mm, 1.250 mm, 1.500 mm, 1.800 mm, 2.000
mm, 2.400 mm,
- Chiếu dài : 6.000 mm, 9.000 mm, 12.000 mm.
5. Tính vật liệu gia công kết cấu hàn
5.1. Đọc bản vẽ
- Xác định các kích thước ghi trên bản vẽ
+ Xác định kích thước tổng thể của kết cấu hàn (chiều dài, chiều rộng, …)
+ Xác định kích thước của các chi tiết trong kết cấu hàn. Ví dụ: Trong một kết
cấu dàn cần xác định kích thước của thanh biên, thanh giằng, bản nối…
- Xác định các ký hiệu ghi trên bản vẽ
+ Ký hiệu về sai số kích thước, ký hiệu về độ nhám bề mặt…
+ Ký hiệu về vật liệu …
- Liệt kê đầu đủ các lại vật liệu chế tạo nên kết cấu hàn
Trong một kết cấu hàn có thể có các chi tiết được làm từ các loại vật liệu khác
nhau và có kích thước khác nhau. Ví dụ: Trong một kết cấu dàn thì thanh biên thường
có kích thước lớn hơn thanh giằng.
5.2. Tính toán vật liệu sẽ cấu thành nên kết cấu hàn
Thông thường khi tính toán vật liệu sẽ cấu thành nên kết cấu hàn người ta
thường dựa vào bảng sau:
Số
lượng
Vật
liệu
STT
Tên chi tiết
Hình vẽ chi tiết
Ghi chú
1
2
- Tên chi tiết có thể chỉ cần ghi ký hiệu của chi tiết đó mà trên bản vẽ đã ký hiệu
- Hình vẽ của chi tiết cần phải vẽ chính xác hình dạng và chi đầy đủ kích thước
của chi tiết đó
- Số lượng chi tiết cần xác định chính xác tránh chuẩn bị thiếu hoạc thừa
- Vật liệu xác định đúng chi tiết đó được chế tạo từ vật liệu gì
C ÂU H ỎI ÔN TẬP, BÀI TẬP
Câu 1: Trình bày ưu, nhược điểm của kết cấu hàn?
Câu 2: Trình bày phương pháp tính vật liệu gia công két cấu hàn?
18
CHƯƠNG 2: TÍNH ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI
TRỌNG TĨNH
Giới thiệu:
Đối với kết cấu hàn, ngoài những yêu cầu về mặt tính năng sử dụng nhưđộ bền
ở các chế độ chịu tải tĩnh và động, ở các nhiệt độ và môi trường khác nhau, còn có
những đòi hỏi nhất định về mặt công nghệ hàn.
Chương này trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản để tính toán độ bền
của mối hàn dưới tác dụng của tải trọng tĩnh.
Mục tiêu:
- Trình bày được cơ sở tính toán độ bền của mối hàn dưới tác dụng của tải trọng tĩnh;
- Trình bày được các phương pháp tính toán độ bền của mối hàn;
- Tính toán được độ bền của mối hàn giáp mối, độ bền của mối hàn chồng, độ bền của
mối hàn chồng tổng hợp dưới tác dụng của tải trọng tĩnh;
- Tuân thủ quy định, quy phạm trong tính toán độ bền;
- Rèn luyện tính tự giác, kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác trong công việc.
Nội dung chính
1. Cơ sꢂ tính toán độ bền của mối hàn chịu tác dụng của tải trọng tĩnh
1.1. Khái quát chung
Đánh giá độ bền của một kết cấu nói chung thường dựa vào việc tính toán và so
sánh các giá trị ứng suất:
+ Một bên là ứng suất xuất hiện trong các phần tử hoặc tại một phần nào đó của
kết cấu dưới tác dụng của hệ tải trọng.
+ Một bên là giá trị giới hạn hay ứng suất cho phép đảm bảo cho kết cấu sử dụng
được an toàn.
Thực hiện sự so sánh các giá trị ứng suất nói trên chính là kiểm tra điều kiện bền.
Các phương pháp tính toán bền hiện nay đều là các phương pháp gần đúng, do
việc khi xây dựng chúng, người ta phải sử dụng hàng loạt các mô hình và giả thuyết
gần đúng nhằm đơn giản hoá quá trình tính toán và tiện lợi cho việc áp dụng trong kỹ
thuật.
Để đánh giá độ bền của kết cấu một cách chính xác hơn đòi hỏi phải có điều kiện
kỹ thuật hiện đại với trình độ, phương tiện thí nghiệm và tính toán đủ mạnh. Tuy nhiên
trong nhiều trường hợp, điều đó là rất phức tạp và có khi không thể thực hiện được. Do
vậy, việc sử dụng các phương pháp tính gần đúng sẽ giúp chúng ta thực hiện các bài
toán kỹ thuật một cách dễ dàng
19
Về cơ bản, từ trước tới nay, trong tính toán độ bền kết cấu hàn, chúng ta vẫn sử
dụng 2 phương pháp truyền thống sau đây:
1 – Phương pháp tính toán theo ứng suất cho phép.
2 – Phương pháp tính toán theo trạng thái tới hạn.
1.2. Tính toán kết cấu theo ứng suất cho phꢀp
Khi tính toán kết cấu theo ứng suất cho phép, điều kiện bền được biểu diễn như
sau:
< []
Trong đó: - ứng suất tại tiết diện nguy hiểm nhất của phần tử kết cấu.
[] - ứng suất cho phép của vật liệu.
Đối với các vật liệu thường dùng (vật liệu có độ dẻo thoả mãn) [] được xác định
theo giới hạn chảy(ch) và hệ số an toàn (k):
[] = ch/k
Giá trị này tương ứng với ứng suất cho phép khi kéo []k = [] và được gọi là
ꢁng suất cho phꢂp cơ sꢇ, tức là dùng nó làm giá trị cơ sở để xác định các loại ứng suất
cho phép khác, cụ thể là:
Đối với các phần tử chịu nén:
- Không có hiện tượng uốn dọc: []n = [].
- Khi có hiện tượng uốn dọc:
[] = .[]
n
trong đó - hệ số uốn dọc ( 1 ).
Đối với các phần tử chịu uốn:
[]u = [].
[ ]= (0,5- 0,6)[], tuꢀ thuộc vào lý thuyết
Đối với các phần tử chịu cắt:
bền nào được sử dụng để tính toán.
Hệ số an toàn( k) là một thông số kinh tế – kỹ thuật quan trong, bởi lẽ:
Nếu k càng cao thì mức độ an toàn càng lớn nhưng [] sẽ càng bé, kích thước kết
cấu tăng và do vậy giá thành vật liệu, công chế tạo và giá thành chung của sản phẩm
tăng. Ngược lại, nếu k càng bé thì mức độ an toàn càng giảm và giá thành sản phẩm
càng thấp. Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh, thường k = 1,4 - 1,6.
Phương pháp tính toán theo ứng suất cho phép thật đơn giản. Đó là ưu điểm nổi
bật của nó. Phương pháp truyền thống này đã được sử dụng trong một thời gian dài và
tỏ ra là một phương pháp rất thuận lợi và đủ tin cậy.
Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của nó là dùng chung một giá trị [] đối với một
loại vật liệu mà không có sự cân nhắc cụ thể đến từng yếu tố thiết kế – kết cấu – công
nghệ của kết cấu, đặc biệt là từng phần, từng bộ phận riêng biệt của nó( trong cùng
một kết cấu, các bộ phận có thể làm việc trong những điều kiện khác nhau) dẫn đến
việc tính toán có thể không thực sự chính xác và gây lãng phí về vật liệu và chi phí chế
tạo. Trong những thập kỷ gần đây, trong một số lĩnh vực xuất hiện một phương pháp
tính toán khác dưới tên gọi: “ tính toán theo trạng thái tới hạn”.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
70 trang
22722
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kết cấu hàn - Nghề: Hàn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ket_cau_han_nghe_han.pdf
