Effect of heat-input and post-weld heat treatment on residual stress and deformation of butt welded joint made by structural carbon steel A516 grade 70
TRẦN THỊ XUÂN1, VŨ ĐÌNH TOẠI2,*
1. Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội
2. Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội
*Email: toai.vudinh@hust.edu.vn
Ngày nhận bài: 17/1/2023, Ngày duyệt đăng:16/5/2023
TÓM TẮT
Ứng suất dư và biến dạng hàn là những yếu tố bất lợi và luôn luôn tồn tại trong liên kết hàn. Chúng làm suy giảm nghiêm trọng khả năng chịu tải của kết cấu hàn, đồng thời làm méo mó gây mất tính thẩm mỹ của kết cấu hàn. Do đó việc biết trước ảnh hưởng của chế độ hàn mà cụ thể là năng lượng đường đến ứng suất dư và biến dạng của liên kết hàn có ý nghĩa rất lớn, giúp xác định được chế độ hàn hợp lý đối với từng liên kết hàn cụ thể. Biến dạng hàn có thể dễ dàng đo đạc bằng các dụng cụ đo phổ thông, nhưng việc xác định ứng suất dư trong liên kết hàn bằng thực nghiệm gặp rất nhiều khó khăn nhất là ở phía trong của vật liệu, vì thế nghiên cứu này đề xuất giải pháp xác định ứng suất dư cũng như biến dạng hàn bằng tính toán mô phỏng số sử dụng phần mềm SYSWELD với chi phí ít nhất và thời gian nhanh nhất. Kết quả nghiên cứu cho biết rằng khi hàn với năng lượng đường càng lớn thì ứng suất dư trong liên kết hàn sẽ càng lớn, gây ra biến dạng dọc và biến dạng ngang cũng lớn theo. Đối với liên kết hàn giáp mối bằng thép cacbon kết cấu mác A516 grade 70 dày 16 mm cần phải hàn 4 đường với năng lượng đường cho ứng suất dư và biến dạng nhỏ nhất lần lượt là q1=2252 J/mm, q2=2828 J/mm, q3=2458 J/mm, và q4=2878 J/mm. Việc xử lý nhiệt ngay sau khi hàn ở 595 oC trong 40 phút sẽ giảm được ứng suất dư 3,45 lần, giảm biến dạng dọc 2,82 lần, giảm biến dạng ngang 1,54 lần và giảm biến dạng góc 1,32 lần.
Từ khóa: Ứng suất dư, biến dạng hàn, mô phỏng số, năng lượng đường, xử lý nhiệt sau hàn.
ABSTRACT
Residual stress and welding deformation are unfavorable factors and always exist in the welded joint. They seriously reduce the working capacity of the welded structure, and at the same time disfigure the aesthetics of the welded structure. Therefore, knowing the influence of the welding parameter, specifically the heat-input, on the residual stress and deformation of the welded joint is of great significance, helping to determine the appropriate welding parameter for each specific welding joint. Welding deformation can be easily measured with common measuring instruments, but determining the residual stress in the welded joint by experiment encounters many difficulties, especially in the interior of the material, so this study proposes a solution to determine the residual stress as well as welding deformation by numerical simulation using SYSWELD software with the least cost and fastest time. The research results show that when welding with a higher heat-input, the residual stress in the welded joint will be greater, causing the longitudinal and transverse deformations to be larger. For a butt welding joint made of structural carbon steel A516 grade 70 with 16 mm thickness, it is necessary to weld 4 passes with the heat-input respectively for the minimum residual stress and deformation are q1=2252 J/mm, q2=2828 J/mm, q3=2458 J/mm, and q4=2878 J/mm. The post-weld heat treatment immediately after welding at 595 oC for 40 minutes will reduce residual stress 3.45 times, reduce longitudinal deformation 2.82 times, reduce transverse deformation 1.54 times, and reduce the angular deformation 1.32 times.
Keywords: Residual stress, welding deformation, numerical simulation, heat-input, post-weld heat treatment.
