Nghiên cứu triển khai công nghệ hàn và hàn đắp phục hồi bằng hàn điện xỉ cho các chi tiết nmáy có chiều dày lớn (60 150mm) và các chi tiết dạng trục có đường kính lớn 60 400mm phục vụ sản xuất

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ




BÁO CÁO KẾT QUẢ


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ



CẤP BỘ NĂM 2009







Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP
PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ
CHIỀU DẦY LỚN (60 - 150MM) VÀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC CÓ

ĐƯỜNG KÍNH LỚN 60 - 400MM PHỤC VỤ SẢN XUẤT”

Ký hiệu: 011.09.RDBS/HĐ- KHCN






Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đình Sao



7821
26/3/2010



Hà nội - 2009






BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO KẾT QUẢ


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ



CẤP BỘ NĂM 2009







Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP
PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ
CHIỀU DẦY LỚN (60 - 150MM) VÀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC CÓ
ĐƯỜNG KÍNH LỚN 60 - 400MM PHỤC VỤ SẢN XUẤT”

Ký hiệu: 011.09.RDBS/HĐ- KHCN

Thủ trưởng đơn vị CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
(Ký và dóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên)






Nguyễn Đình Sao




Hà nội - 2009


1
MỤC LỤC

Mục lục 1
Danh sách các thành viên tham gia
3
Danh mục các ký hiệu viết tắt
4
Lời nói đầu
5

Chương 1: Tổng quan và điều kiện ứng dụng công nghệ hàn điện
xỉ tại Việt nam
1.1 Tổng quan về hàn điện xỉ
6
1.2 Điều kiện ứng dụng hàn điện xỉ tại Việt nam 9
1.3 Mục tiêu Đề tài
16
Chương 2: Các lý thuyết cơ bản của công nghệ hàn điện xỉ

2.1 Các thông số tính toán kinh tế cho hàn điện xỉ 17
2.2 Các thông số ổn định của quá trình hàn điện xỉ 19
2.3 Các thông số điều chỉnh bể kim loại 22
2.4 Các thông số về khuyết tật mối hàn 23
2.5 Các quá trình xẩy ra khi hàn điện xỉ 26
2.6 Thuốc hàn điện xỉ 34
2.7 Các thông số vật liệu hàn 44
2.8 Các thông số công nghệ hàn điện xỉ 49
2.9 Quy trình công nghệ hàn điện xỉ 56
2.10 Kết luận 61

Chương 3: Thiết bị đồ gá và thực nghiệm hàn điện xỉ
3.1 Đặc điểm đồ gá hàn điện xỉ 62
3.2 Đồ gá hàn điện xỉ chi tiết dạng tấm phẳng 62
3.3 Đồ gá hàn điện xỉ chi tiết dạng trục 63
3.4 Thực nghiệm hàn điện xỉ trên các mẫu 65
3.5 Kết luận 69

Chương 4: Thiết lập quy trình gia nhiệt trong hàn điện xỉ
4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán chế độ gia nhiệt 70
4.2 Thiết bị công nghệ xử lý nhiệt 73

2
4.3 Thứ tự các bước công nghệ xử lý nhiệt 74

Chương 5: Các tiêu chí đánh giá chất lượng mối hàn điện xỉ
5.1 Các khái niệm chung về chất lượng mối hàn 75
5.2 Các khuyết tật mối hàn 76
5.3 Đánh giá chất lượng mối hàn 80
5.4 Các phương pháp kiểm tra mối hàn 81

Kết luận và kiến nghị của Đề tài
85
Tài liệu tham khảo
86
Phụ lục
Hàn thực nghiệm
Đánh giá kết qu
ả





3


DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA
STT Họ và tên Học vị, học hàm
Chuyên môn
Cơ quan

1
2
3
4
5
6
7
Nguyễn Đình Sao
Phạm Thanh Hoài
Hoàng Minh Trường
Bùi Mạnh Cường
Vũ Văn Cứu
Dương Văn Thành
Nguyễn Hữu Trung
Kỹ sư
Kỹ sư
Kỹ sư
Kỹ sư
Kỹ sư
Kỹ sư
Kỹ sư

PTN TĐ CN Hàn và XLBM
PTN TĐ CN Hàn và XLBM
PTN TĐ CN Hàn và XLBM
PTN T
Đ CN Hàn và XLBM
Công ty CP CK Mạo Khê
Công ty CP CK Mạo Khê

XN Sửa chữa Cơ Điện LDDK
Việt Xô













4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

F
h
: Diện tích tiết diện ngang của rãnh hàn;
V
h
: Tốc độ hàn;
F
e
: Tiết diện dây hàn;
V

dây
: Tốc độ cấp dây.
s: Chiều dày chi tiết hàn, mm.
n: Số điện cực hàn.
α
h
: Hệ số kim loại lớp đắp
k
s
: Hệ số xét đến phần lồi mặt của mối hàn,
γ: Tỷ trọng thép,
b: Khe hở ghép mối hàn.
h
xỉ
: Chiều sâu bể xỉ, mm.
I
h
: Dòng điện hàn, Ampe
U
h
: Điện áp hàn
L
d
: Khoảng cách giữa hai điện cực
Q
kl đắp
: Khối lượng kim loại đắp của mối hàn.
A
đắp
: Hệ số hàn đắp.

a
t
: Hệ số thời gian hàn cơ bản.
t
mối hàn
: Thời gian cần thiết hoàn thành mối hàn.
Γ: Tỷ trọng kim loại đắp.






5



LỜI NÓI ĐẦU

Ở Việt Nam, công nghệ hàn điện xỉ đã được chuyển giao vào Việt Nam
thông qua các nghiên cứu của các Trường ĐH Bách khoa, Viện Nghiên cứu Cơ
khí, Bộ Công Thương trong các năm 80 – 90 của thế kỷ trước. Trong thời kỳ đó
nền công nghiệp nước ta vẫn cờn nhỏ bé, các nghiên cứu trên đã đưa ra các khái
niệm lý thuyết cơ bản về công nghệ hàn điện xỉ
, tuy nhiên các công nghệ đó vẫn
chưa đầy đủ và chưa được kiểm nghiệm qua thực tế. Từ những năm 1990 trở lại
đây, nền công nghiệp nước ta đã có những tiến triển vượt bậc nhờ sự quan tâm
của Đảng và Nhà nước và xu thế hội nhập trên toàn thế giới, việc đòi hỏi phải
chế tạo sửa chữa các kết cấu cơ khí có kích thướ
c và khối lượng lớn. Trong đó

có các kết cấu và các chi tiết không thể tháo lắp từng phần nhỏ, được chế tạo từ
kim loại, ở những trường hợp này công nghệ hàn điện xỉ sẽ có hiệu quả cao nhờ
những ưu điểm riêng biệt của nó trong quá trình chế tạo và phục hồi.
Trong đề tài này đưa ra các giải pháp công nghệ tương đối hoàn chỉnh và
đầy đủ,
đã được kiểm nghiệm qua các thí nghiệm và ứng dụng thực tế về công
nghệ hàn điện xỉ, cho một vài dạng chi tiết thường gặp có kích thước lớn, nhằm
đáp ứng được phần nào các yêu cầu trên của nền công nghiệp nước nhà
Trong điều kiện nhất định, đề tài còn có nhưng thiếu sót và chưa hoàn
toàn hoàn chỉnh, nhóm thực hiện đề tài rất mong muốn nhận được các góp ý bổ
sung hoàn thiện nội dung Đề tài hơn nữa.


6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
HÀN ĐIỆN XỈ Ở VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về hàn điện xỉ
1.1.1 Khái niệm công nghệ hàn điện xỉ
Hàn điện xỉ là một dạng hàn nóng chảy, dựa trên sự toả nhiệt khi dòng
điện chạy qua xỉ lỏng. Các mép hàn bị nung nóng tới nhiệt độ nóng chảy và
khoảng không gian giữa chúng được điề
n đầy bởi kim loại phụ nóng chảy.
Tại các khoảng không tạo bởi các mép vật hàn và các con trượt bể xỉ lỏng
hình thành, trong đó điện cực liên tục được cấp. Dòng điện chạy qua điện cực và
kim loại lỏng đốt nóng nó và duy trì ở đó nhiệt độ và tính dẫn điện cao. Nhiệt độ
bể phải cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại cơ b
ản và điện cực. Xỉ làm
nóng chảy điện cực và các mép vật hàn. Kim loại nóng chảy chìm xuống đáy bể
xỉ và tạo nên bể kim loại; khi đông đặc nó tạo thành mối hàn liên kết hai mép
hàn với nhau.

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hàn điện xỉ ở vị trí đứng với
sự tạo hình cưỡng bức của mối hàn

7
Một trong những điều kiện để có được quá trình hàn điện xỉ là bể xỉ phải
có chiều sâu tương đối lớn, điều này dễ dàng thực hiện khi hàn ở vị trí đứng. Do
vậy thông thường người ta hàn điện xỉ với cơ cấu tạo hình mối hàn cưỡng bức –
làm nguội cưỡng bức bề mặt tự do của kim loại bằng các tấm ố
p đồng có nước
lưu thông làm mát.
Hàn điện xỉ có thể tiến hành bằng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều,
với một điện cực hay hai, ba điện cực (dây hàn). Có thể hàn bằng tấm điện cực
(điện cực tiết diện lớn). Khi sử dụng các điện cực khác nhau người ta có thể hàn
các kim loại chiều dày 8 – 2.000 mm.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Công nghệ hàn điện xỉ được phát minh ra vào đầu những năm 1950 tại Viện hàn
mang tên E.O.Paton thuộc Viện hàn lâm khoa học Ukraina. Ngay sau đó nó đã
được ứng dụng rộng rãi tại các Nhà máy chế tạo thiết bị công nghiệp nặng và
các Nhà máy khác của Liên Xô trước đây.
Năm 1957, tập thể các nhà khoa học tại Viện hàn mang tên E.O.Paton

thuộc Viện hàn lâm khoa học Ukraina đứng đầu là Viện sỹ B.E. Paton và Giáo
sư G.Z. Voloskevich và các cán bộ khác đã được nhận giả
i thưởng Lênin vì
những đóng góp to lớn của mình trong công nghệ hàn nói chung.
Năm 1958 công nghệ hàn điện xỉ đã được tặng Giải thưởng cao nhất
Gran-Pri tại Hội chơ triển lãm quốc tế tai Brucxel, rồi sau đó tại các triển lãm
quốc tế khác tại New York, Marxel, Henxinki, London. . .
Bản quyền về công nghệ và thiết bị cho hàn điện xỉ đã được bán và
chuyển giao cho Hãng ESAB (Thụy Điển).
Thiết bị
hàn điện xỉ của Liên Xô đã được xuất khẩu tới các nước như:
Tiệp Khắc, Pháp, Rumania, Balan, CHDC Đức, Nhật, Ấn Độ và rất nhiều nước
khác.
Công nghệ hàn điện xỉ đã được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều quốc gia có
nền công nghiệp phát triển trên thế giới như: Mĩ, Anh, Pháp, Nhật , Thụy Điển,
Italia, Ấn Độ. . .

8
Về bản chất, công nghệ hàn điện xỉ là một trong số các phương pháp công
nghệ hàn nóng chảy dựa trên nguyên lí giải phóng nhiệt năng khi có dòng điện
đi qua bể xỉ nóng chảy. Các mép của chi tiết hàn được giữ cách nhau một
khoảng nhất định được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy của thép và khe hở
giữa chúng được điền đầy bằng kim loại dây hàn bổ sung nóng chảy.
Trong lĩnh vực công nghi
ệp chế tạo máy nói chung, công nghệ hàn điện xỉ
đã được ứng dụng trên thế giới rộng rãi để tạo phôi các chi tiết lớn và chế tạo
các thiết bị công nghiệp một cách hiệu quả. Nhược điểm của các công nghệ đúc
và công nghệ hàn hồ quang trong chế tạo chi tiết máy có chiều dày lớn là lượng
tiêu hao nguyên vật liệu cho một đơn vị khối lượng sản phẩm cao, tr
ường ứng

suất và biến dạng lớn dẫn đến khả năng làm việc và độ bền hạn chế. Trong công
nghệ hàn điện xỉ, mức tiêu hao năng lượng và vật liệu hàn được giảm đi rõ rệt,
liên kết mối hàn có chất lượng tốt nhờ quá trình điều khiển chế độ công nghệ
hàn và cân bằng giữa các quá trình nhiệt-hoá học trong bể hàn.
Từ những năm 1960-1970, các nhà nghiên c
ứu của Viện hàn Patôn
(Ukraina) đã bắt đầu tiến hành các nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ
hàn điện xỉ trong chế tạo các chi tiết máy lớn và đạt được những ưu điểm vượt
trội sau đây:
- Giảm một cách đáng kể lượng vật liệu hàn cho quá trình chế tạo chi tiết.
- Hạn chế ứng suất và biến dạng của chi tiết máy.
- Tiết kiệ
m năng lượng tiêu thụ cho quá trình công nghệ.
Hiện nay công nghệ hàn điện xỉ là một trong những công nghệ tiên tiến
được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và được áp dụng
rộng rãi trong chế tạo các chi tiết máy lớn phục vụ sản xuất nhất là trong các
ngành công nghiệp nặng.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước.
Ở Việt Nam, công nghệ hàn điện xỉ đã được chuyển giao vào Việ
t Nam
thông qua các nghiên cứu của các Trường ĐH Bách khoa, Viện Nghiên cứu Cơ
khí, Bộ Công Thương. Tại PTN TĐ Công nghệ Hàn & Xử lý bề mặt-Viện
Nghiên cứu Cơ khí đã có được thiết bị công nghệ tiên tiến nhập từ Cộng hòa

9
Ukraina. Tuy vậy công nghệ hàn điện xỉ vần còn rất hạn chế và hầu như chưa
được đưa vào thực tế sản xuất mặc dù có những ưu nhược điểm sau
- Ưu điểm của phương pháp hàn điện xỉ:
+ Có thể chế tạo chi tiết lớn từ nhiều phần tổ hợp dễ gia công.
+ Sự tiêu hao nguyên – nhiên liệu nhỏ.

+ Ít độc hại
đối với môi trường.
+ Biến dạng của chi tiết ít nhất và khống chế được.
+ Khả năng hợp kim hoá nâng cao chất lượng mối hàn cao
- Nhược điểm của phương pháp công nghệ hàn điện xỉ:
+ Cần nghiên cứu xác định rõ đặc điểm và yêu cầu làm việc của chi tiết để
phân mảnh và lựa chọn tiết diện hàn.
+ Yêu cầu có đồ gá chuyên dụng phù hợp với chi tiế
t cụ thể.
Đối với mỗi loại vật liệu khác nhau việc nghiên cứu và thiết lập một quy
trình công nghệ hàn điện xỉ phù hợp đảm bảo chất lượng và khả năng làm việc
của chi tiết là hết sức cần thiết.
1.2. Điều kiện ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ tai Việt nam
1.2.1. Các đặc điểm kinh tế kỹ thuật của công ngh
ệ hàn điện xỉ
1.2.1.1.Các ưu điểm nổi trội về kinh tế-kỹ thuật của công nghệ hàn điện xỉ
1. Mức độ ổn định cao của qúa trình điện xỉ, ít phụ thuộc vào loại dòng điện
xoay chiều hay một chiều, không chịu ảnh hưởng của sự biến thiên ngắn hạn,
thậm chí gián đoạn của dòng điệ
n do khả năng tích trữ năng lượng cao của bể xỉ
hàn. Quá trình chuyển tiếp trong công nghệ hàn điện xỉ đơn giản hơn so với hàn
hồ quang thông thường. Các yêu cầu về đặc tính tĩnh và động học của nguồn hàn
điện xỉ cũng ở mức thấp hơn so với nguồn hàn hồ quang.
2. Quá trình hàn điện xỉ luôn ổn định ở dải mật độ
dòng điện từ 0,2 – 300
A/mm
2
và hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu hàn bằng dây hàn có đường kính từ
1,6 mm và nhỏ hơn cho đến các băng điện cực hàn tiết diện 400 mm
2

và lớn hơn.

10
3. Hàn điện xỉ có năng suất rất cao. So sánh về tốc độ chảy của điện cực
hàn thì không có một phương pháp hàn nào đạt được. Công nghệ này cho phép
sử dụng dòng điện trên một điện cực tới 10.000 A, điều này hoàn toàn không
thể thực hiện được khi hàn hồ quang thông thường.
4. Tính kinh tế của quá trình hàn điện xỉ cũng rất hiệu quả. Để làm nóng
chảy cùng một số lượng kim loại đắp như nhau, hàn điện xỉ cho phép giảm tiêu
thụ điện năng tới 15-20% so với hàn tự động dưới lớp trợ dung. Nhờ kết cấu
hình chữ nhật của mối ghép hàn, hàn điện xỉ cho phép giảm đáng kể lượng tiêu
hao dây hàn và có thể tiết kiệm tới 50% và hơn nữa năng lượng cần thiết. Tiêu
hao xỉ hàn trong hàn đi
ện xỉ ít hơn đến 10-20 lần so với hàn hồ quang thông
thường và chỉ vào khoảng 5% so với tiêu hao dây hàn.
5. Công nghệ hàn điện xỉ ít chịu ảnh hưởng của việc chuẩn bị mép hàn ban
đầu so với các phương pháp hàn hồ quang khác.
6. Hàn điện xỉ có chất lượng mối nối ít chịu ảnh hưởng của môi trường
không khí và rất đảm bảo, tương đương với hàn tự động dướ
i lớp trợ dung, còn
khi được bảo vệ bổ sung bằng môi trường khí bảo vệ trên bề mặt thì thậm chí
còn tốt hơn.
7. Công nghệ hàn điện xỉ sử dụng các nguyên vật liệu không khan hiếm và
có giá thành tương đối rẻ.
Trong hầu hết các trường hợp, hàn điện xỉ được ứng dụng không cần gia
nhiệt trong quá trình hàn và có thể không cần đến việc nung nóng trước chi
tiết hàn.
1.2.1.2. Nh
ược điểm của quá trình:
1. Vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt trong một số điều kiện khi áp dụng

công nghệ hàn điện xỉ là lớn và dẫn tới sự quá nhiệt, điều này dẫn đến
việc giảm chất lượng mối nối, nhất là độ dai va đập của kết cấu hàn.
2. Trang thiết bị cho hàn điện xỉ là các thiết bị phức tạ
p hơn so với hàn hồ
quang thông thường.
3. Quy trình công nghệ và kỹ thuật hàn cần được chú trọng hơn và đòi hỏi
kinh nghiệm và tay nghề cao của cán bộ kỹ thuật vận hành.

11
1.2.2. Các nhu cầu hàn điện xỉ trong quá trình phát triển nền công nghiệp Việt
nam
Trong 20 năm trở lại đây, được sự quan tâm của đảng và nhà nước và su
hướng hội nhập toàn cầu, công nghiệp nước ta đã có những phát triển mạnh mẽ,
trong nước có nghiều những công trình lớn và hiện đại, các khu công nghiệp lớn
được thành lập để chế tạo và sửa chữa các thiết bị lớn. Từ dó xuất hi
ện yêu cầu
đòi hỏi nghành công nghiệp nặng phải có những giải pháp công nghệ để chế tạo
,phục hồi các kết cấu cơ khí có kích thước và khối lượng lớn, trong đó có các kết
cấu và các chi tiết không thể tháo lắp từng phần nhỏ, được chế tạo từ kim loại.
Hàn điện xỉ là một trong các giải pháp công nghệ trên giúp cho công việc chế
tạo, phục hồi các kết cấ
u cơ khí bằng kim loại có kích thước và khối lượng lớn
một cách nhanh chóng và hiệu quả kinh tế cao.
Hiện nay PTN TĐ CN Hàn và XLBM có hợp đồng hàn nối cọc lưới chắn
rác công trình thủy điện Sơn La có đường kính 120 & 150mm , và các lời mời
tham ra vào các công nghệ hàn phục hồi các chi tiết như :
- Hàn phục hồi đầu búa máy nghiền than của Công ty CPCK Mạo Khê
- Hàn phục hồi chi tiết trục hộp số của cơ cấu xoay cần khoan c
ủa XN Sửa
chữa Cơ Điện LDDK Việt Xô

Các chi tiết trên đều là các chi tiết có chiều dầy và đường kính lớn, phù
hợp với công nghệ hàn điện xỉ. Áp dụng công nghệ hàn điện xỉ vào các chi tiết
này sẽ đảm bảo tăng năng suất và chất lượng , hiệu quả kinh tế cao. Mặt khác
cũng là tiền để cho các công việc chế tạo ,phục hồi các kết cấu c
ơ khí có kích
thước và khối lượng lớn, trong đó có các kết cấu và các chi tiết không thể tháo
lắp từng phần nhỏ, được chế tạo từ kim loại bằng phương pháp hàn điện xỉ cho
nền công nghiệp nước nhà.
1.2.3. Các điều kiện kỹ thuật để thực hiện công nghệ hàn điện xỉ ở Việt nam.
1.2.3.1. Trang thiết bị kỹ thuật.

12
Trước sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp, đòi hỏi ngành hàn phát
triển để đáp ứng các nhu cầu trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa,
kể từ những năm 2000 trở lại đây nước ta đã nhập khẩu nhiều những thiết bị
hàn tiên tiến và hiện đại của các nước công nghiệp trên toàn thế giới để thay thế
các thiết bị cũ và lạc h
ậu nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật cho nghành hàn
nhằm đáp ứng các yêu cầu của nền kinh tế đang phát triển. Trong các thiết bị
máy móc nói trên Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Hàn và Xử lý bề
mặt cũng được xây dựng và trang bị các thiết bị tiên tiến về chuyên nghành ,
trong số đó có Thiết bị hàn điện xỉ tự động kiểu A-535 của Cộng hòa
Ukraina có công dụng vàcác thông số sau:
Công d
ụng:
Thiết bị tự động hàn điện xỉ kiểu A-535, được sử dụng cho công nghệ hàn
điện xỉ, hàn các mối nối thẳng và vòng khi hàn đối đầu, hàn góc và hàn chồng.
Công nghệ hàn sử dụng dây hàn hoặc tấm điện cực hàn làm nguồn cấp kim
loại bổ sung để tạo dáng mối nối. Dây hàn thường được sử dụng cho hàn điện xỉ
khi kim loại cơ bản có chiề

u dày đến 450 mm và không hạn chế về chiều dài
đường hàn, các tấm điện cực hàn dùng để hàn các mối nối thẳng có chiều dài
không quá 1.500 mm.
Mô tả thiết bị:
Các cơ cấu chính của thiết bị hàn tự động điện xỉ bao gồm:
+ Cơ cấu cấp 3 dây hàn.
+ Xe hàn chính.
+ Cơ cấu dao động ngang dây hàn.
+ Cơ cấu tạo dáng cưỡng bức cho mối nối hàn.
+ Cơ cấu cấp đi
ện.
+ Cơ cấu cấp thuốc trợ dung hàn.
Xe hàn tự động được dịch chuyển trong quá trình hàn theo cột trụ với thanh
răng đặt song song với mối nối hàn, cột trụ có thể được gắn liên kết với chi tiết
hàn hoặc với một giá đỡ đặc biệt, tốc độ dịch chuyển của xe hàn theo đường hàn

13
dao động và được điều chỉnh tự động phụ thuộc vào mức độ dao động của mức
chảy bể hàn so với các má kẹp tạo dáng mối hàn.
Việc cấp 3 dây hàn đồng thời và cách điện với nhau thông qua đầu hàn với
động cơ đưa dây là động cơ một chiều, đầu hàn được gắn kèm với cơ cấu có thể
thay đổi được khoảng cách giữa các dây hàn ngay cả trong quá trình hàn.
H
ệ thống điều khiển điện của thiết bị đảm bảo điều chỉnh tốc độ cấp dây hàn
thông qua điều khiển số vòng quay của các động cơ một chiều, trong khi hàn thì
tốc độ cấp dây là không đổi và tỷ lệ với dòng hàn định mức đã được tính toán.
Hệ thống các má kẹp được làm mát và có vai trò giữ bể xỉ cố định trên mối
hàn, khi hàn các mố
i nối vòng thì được thay thế bằng các má kẹp dạng vòng phù
hợp với đường kính của chi tiết hàn.

Khi hàn bằng các tấm điện cực, thì bộ phận giữ tấm điện cực được thay thế
tương ứng.
Thiết bị hàn tự động A-535 được thiết kế cho hàn 3 pha và được cung cấp
cùng với các bộ nguồn hàn có đặc tính vôn-ampe ngoài là không đổi.
Dòng điện hàn là dòng điện xoay chiều
Thông số
cơ bản của thiết bị hàn điện xỉ tự động A-535:
- Đường kính dây hàn nhỏ nhất: 3 mm
- Kích thước tấm điện cực hàn: rộng 80-200 mm, dày đến 10 mm.
- Tốc độ cấp dây hàn: 65-480 m/h.
- Tốc độ cấp tấm điện cực hàn: 0.4-9 m/h.
- Tốc độ hàn: 0,4-9 m/h.
- Tốc độ dao động của dây hàn: 20-60 m/h.
- Dòng điện hàn max trên mỗi dây hàn ở chế độ 100% tải: 1.000 A.
- Dải điều ch
ỉnh dòng hàn: 300-1.000 A.
- Điện áp nguồn vào: 3 pha x 380 V x 50 Hz.
- Khối lượng cuộn dây hàn: 135 kg.
- Dung tích phễu xỉ: 3 lít.
- Kích thước máy hàn: 1.600 x 820 x 1.070 mm.
- Khối lượng máy hàn: 380 kg.

14
- Kích thước tủ điều khiển: 1.050 x 650 x 2.000 mm.
- Khối lượng tủ điều khiển: 580 kg.



Hình 1.2.Mô hình thiết bị hàn điện xỉ tự động A-535

1. Lô dây hàn. 2. Cơ cấu dao động ngang. 3. Bảng điều khiển. 4. Ray.
5. Phễu xỉ. 6. Cơ cấu cấp dây. 7. Đầu tiếp điện. 8. Má kẹp
sau. 9. Má kẹp trước. 10. Xe chạy.

Ngoài ra Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Hàn và X
ử lý bề mặt
còn được trang bị các thiết bị đo đạc tiên tiến của các quốc gia có nền công
nghiệp hiện đại để kiểm tra chất lượng mối hàn



15
1.2.3.2. Năng lực đội ngũ kỹ thuật.
Với sự quan tâm của đảng và nhà nước, trước xu thế hội nhập quốc tế.
Công nghệ hàn nước ta đã có những ưu tiên cho sự phát triển độ ngũ cán bộ kỹ
thuật chuyên môn của nghành như hợp tác với các nước có công nghệ hàn phát
triển để đào tạo những công nhân hàn có trình độ quốc tế, cử các cán bộ kỹ thuật
đi h
ọc hỏi và trao đổi về chuyên môn với các nước tiên tiến Và đã thu được
kết quả là đội ngũ cán bộ kỹ thuật cố đủ năng lực chuyên môn ứng được các yêu
cầu đòi hỏi kỹ thuật của công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Cụ thể với đội ngũ cán bộ của Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Hàn và
Xử lý bề mặ
t Viện Nghiên Cứu Cơ Khí đã hợp tác với Hiệp hội hàn Nhật bản,
Viện Hàn Paton Ukraina, và các cơ sở nghiên cứu về công nghệ hàn trông khu
vực. Với năng lực kỹ thuật chuyên môn các cán bộ kỹ thuật Phòng Thí nghiệm
Trọng điểm công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt đã thực hiện các hợp đồng về hàn
chế tạo và phục hồi sửa chữa cho các công trình lớn có đòi hỏi v
ề kỹ thuật ngang
tầm khu vực và thế giới như.

- Phục hồi sửa chữa thanh giằng đường kính 3m cho dàn khoan Đại Hùng
- Hàn chế tạo đường ống cho thủy điện Hà giang
- Hàn phục hồi cần khoan cho liên doanh dầu khí
- Hàn phục hồi các chi tiết có kích thước lớn cho các nhà máy xi măng và
các phụ tùng cho công nghiệp mỏ.
Ngoài ra đội ngũ cán bộ kỹ thuật Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công
nghệ Hàn và Xử lý bề
mặt còn làm chủ và tham gia các đề tài khoa học cấp nhà
nước và cấp bộ
Tất cả các nhiệm vụ trên Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Hàn
và Xử lý bề mặt đều hoàn thành nhiệm vụ và được đánh giá cao.
1.2.3.3. Vật tư vật liệu
Trong những năm gần đây Phòng Thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Hàn
và Xử lý bề mặt phối hợp cùng với các đơn vị khác như công ty que hàn Vi
ệt

16
Đức, tổng công ty Vinasin đã chế tạo thành công thuốc hàn, và dây hàn các loại,
từ các vật liệu trong nước trong đó có loại để phục vụ cho hàn điện xỉ, các sản
phẩm trên đã được đưa vào thực tế sản xuất và được thị trường chấp nhận.
Tóm lại: Từ các vấn đề đã nêu trên hoàn toàn có điều kiện ứng dụng công
nghệ hàn điện xỉ tại Vi
ệt Nam
1.3. Mục tiêu của Đề tài
Trên cơ sở thiết bị công nghệ có sẵn tại PTN TĐ và với nguyên vật liệu
được sử dụng trong nước, nghiên cứu tính toán xác lập các thông số chế độ công
nghệ hàn điện xỉ. Thiết kế và chế tạo đồ gá hoàn chỉnh tương ứng với một số chi
tiết phục vụ quá trình công nghệ hàn điện xỉ. Thiết lập Quy trình công nghệ
hàn
điện xỉ đối với một số chi tiết điển hình. Từng bước đưa công nghệ hàn điện xỉ

vào phục vụ nền công nghiệp Việt Nam.

















17
CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ HÀN
ĐIỆN XỈ
2.1. Các thông số tính toán kinh tế cho hàn điện xỉ
1. Khối lượng kim loại đắp được tính theo một trong các công thức sau đây:

Q
kl đắp
= 0,001 x I
hàn
x a
đắp

x a
t
x t
mối hàn
(2.1)

Hoặc Q
kl đắp
= S x L x γ x 0,001 (2.2)

Trong đó: Q
kl đắp
: khối lượng kim loại đắp của mối hàn.
I
hàn
: dòng điện hàn.
A
đắp
: hệ số hàn đắp.
a
t
: hệ số thời gian hàn cơ bản.
t
mối hàn
: thời gian cần thiết hoàn thành mối hàn.
S: tiết diện ngang của mối hàn.
L: chiều dài đường hàn.
Γ: tỷ trọng kim loại đắp.

2. Khối lượng dây hàn cần thiết cho mỗi kg kim loại đắp thông thường là 1,05-

1.1 kg. Chọn Q
dây hàn
= 1.1 kg.

3. Khối lượng thuốc trợ dung hàn cho mỗi kg kim loại đắp thông thường là
0.05-0.1 kg. Chọn Q
thuốc hàn
= 0.1 kg.

4. Giá thành dây hàn cho mỗi kg kim loại đắp:

C
dây hàn
= Q
dây hàn
x c
dây hàn
(2.3)

Trong đó: C
dây hàn
: giá thành dây hàn cho 1 kg kim loại đắp.
c
dây hàn
: đơn giá 1 kg dây hàn.

5. Giá thành thuốc trợ dung hàn cho mỗi kg kim loại đắp:

C
thuốc hàn

= Q
thuốc hàn
x c
thuốc hàn
(2.4)

Trong đó: C
thuốc hàn
: giá thành thuốc hàn cho 1 kg kim loại đắp.
c
thuốc hàn
: đơn giá 1 kg thuốc hàn.


6. Năng lượng điện tiêu thụ được tính bằng công thức:

P
đ
= U
h
x I
h
x t
o
x 0,001 / η (2.5)


18
Trong đó: P
đ

: tổng điện năng tiêu thụ.
U
h
: điện áp hàn.
I
hàn
: dòng điện hàn.
T
o
: thời gian hàn chính.
Η: hiệu suất nguồn hàn.

7. Giá thành điện năng cho mỗi kg kim loại đắp:

C
đ
= P
đ
x c
đ
(2.6)

Trong đó: C
đ
: giá thành điện tiêu thụ cho 1 kg kim loại đắp.
c
đ
: đơn giá kWh điện.

8. Chi phí nhân công cho mỗi kg kim loại đắp:

C
lđ
= c
h
x β x t
h
x a
trc
x a
bs
x a
bhxh
(2.7)

Trong đó: C
lđ
: Chi phí nhân công lao động.
c
h
: Giá tiền công cho 1 h làm việc.
β: Hệ số cho nhóm người làm việc trên máy.
T
h
: Định mức thời gian 1 kg kim loại đắp.
a
trc
: Hệ số trợ cấp thưởng và chi khác.
A

bs
: Hệ số lương bổ sung.
A
bhxh
: Hệ số bảo hiểm xã hội.

9. Định mức thời gian (theo tính toán) cần thiết cho mỗi kg kim loại đắp:

t
h
= t
o
/ a
m
(2.8)

Trong đó: t
h
: Định mức thời gian 1 kg kim loại đắp.
t
o
: Thời gian hàn chính.
A
m
: Hệ số cho mối hàn điện xỉ trung bình.

10. Khấu hao thiết bị công nghệ:
n
C
kh

= Σ (K
i
x A
i
) / (Q
kl đắp
x 100) (2.9)
I = 1

Trong đó: C
kh
: Tổng mức khấu hao các thiết bị.
K
i
: Giá ban đầu của thiết bị thứ i.
A
i
: Định mức khấu hao hàng năm thiết bị i.

11. Chi phí cho sửa chữa bảo dưỡng thiết bị công nghệ:

19

C
bảo dưỡng
= N
tb
x C
sch
x n / Q

kl đắp
(2.10)

trong đó: C
bảo dưỡng
: Tổng chi phí bảo dưỡng các thiết bị.
N
tb
: Số thiết bị cần sửa chữa.
C
sch
: Đơn giá một lần sửa chữa.
n: Số lần sửa định mức trong năm.

2.2. Các thông số ổn định của quá trình hàn điện xỉ
Để quá trình hàn điện xi được ổn định cần ổn định các thông số sau: Nhiệt độ
bể xỉ, dài phần giữa các điện cực (tầm với điện cực), nhiệt độ tầm với điệ
n cực,
chiều rộng nóng chảy của kim loại cơ bản. Ngoài ra giữ không đổi chiều sâu bể
xỉ.
Việc ổn định nhiệt độ bể xỉ có ý nghĩa lớn nhất đối với sự ổn định của quá
trình và chất lượng mối hàn. Nó đặc trưng bởi sự cân bằng nhiệt toả ra và hấp
thụ tại bể xỉ. Hình 2.1 biểu diễn mối quan hệ
giữa công suất nhiệt sinh ra trong
bể xỉ P
t
(các đường liên tục) và công suất nhiệt hấp thụ P
h
(đường đứt đoạn) theo
nhiệt độ bể xỉ T

x
.









Hình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc của công suất nhiệt sinh ra P
t
và công suất nhiệt
hấp thu P
h
đối với nhiệt độ bể xỉ

Ở nhiệt độ thấp đường cong hấp thụ nhiệt bao giờ cũng nằm cao hơn
đường cong sinh nhiệt bởi sự cấp nhiệt (hấp thụ) xảy ra tại các nhiệt độ cao hơn

20
nhiệt độ bao bọc, mà sự sinh nhiệt tại các bể xỉ chỉ bắt đầu khi nhiệt độ gần
1000
0
C. Đặc tính của đường cong cấp nhiệt phụ thuộc kích thước hình học của
tiết diện hàn, bề mặt bể xỉ, hệ số cấp nhiệt từ xỉ vào kim loại cơ bản và cơ cấu
làm nguội, chiều sâu bể xỉ và các đặc tính nóng chảy của kim loại cơ bản, công
suất cần thiết làm bay hơi các thành phần xỉ và các yếu tố khác.
Đặc tính đường cong sinh nhiệt và c

ấp nhiệt không cắt nhau (đường 1) thì
quá trình hàn không thể xảy ra. Nếu chúng cắt nhau tại một điểm (đường 2) thì
quá trình không thể ổn định: bên trái điểm giao nhau (điểm A
2
) nhiệt độ và công
suất không ngừng giảm còn bên phải – tăng. Khi có giao điểm thứ 2 (điểm B
3

trên đường 3) quá trình sẽ ổn định. Ở gần điểm này:

x
t
T
P
∂
∂
<
x
h
T
P
∂
∂
(2.11)
Khi nhiệt độ thấp hơn sẽ tồn tại 1 điểm trong đó
x
t
T
P
∂

∂
>
x
h
T
P
∂
∂
, thì điều kiện
(10-1) chỉ có thể thoả mãn khi ở vùng giữa hai điểm
t
P
2
∂ /
2
x
T∂ giảm cùng với
nhiệt độ, nghĩa là:

2
2
x
t
T
P
∂
∂
< 0 (2.12)
hoặc
x

h
T
P
∂
∂
tăng, nghĩa là
2
2
x
h
T
P
∂
∂
> 0. (2.13)
Do phần lớn luồng nhiệt từ bể xỉ truyền vào kim loại cơ bản và cơ bản và
cơ cấu làm nguội nên sự phụ thuộc của công suất cấp nhiệt vào nhiệt độ phải gần
như 1 đường thẳng. Chỉ ở một nhiệt dộ rất cao và bề mặt bể xỉ lớn sự tổn hao
nhiệt độ mới nhiều và nó tăng nhanh h
ơn nhiệt độ. Điều kiện ổn định quá trình
sẽ là biểu thức (2.12).
Các điều kiện (2.12) hoặc (2.13) là cần thiết nhưng chưa đủ để nhận được
điều kiện (1.11). Do vậy chúng phải tồn tại trong một khoảg nhiệt độ nào đó đủ
để đạt tới các giá trị:
x
t
T
P
∂
∂

và
x
h
T
P
∂
∂

Công suất nhiệt phát sinh phụ thuộc vào độ dẫn điện của bể xỉ:

21
P
t
= f
1
(G
x
) =
])
1
[(
22
2
xr
G
G
U
x
x
kt

++
(2.14)
Ở đây U
kt
– điện áp không tải của nguồn điện hàn; r và x – điện trở ôm và
cảm ứng của mạch ngoài; G
x
– độ dẫn điện của bể xỉ,
G
x
= f
2
(T
x
) (2.15)
Lúc đó:

x
t
T
P
∂
∂
=
x
t
G
P
∂
∂

.
x
x
T
G
∂
∂
(2.16)

2
2
ξ
T
P
t
∂
∂
=
x
t
G
P
2
2
∂
∂
(
x
x
T

G
∂
∂
)
2
+
x
t
G
P
∂
∂
.
2
2
x
x
T
G
∂
∂
(2.17)
Khi nguồn hàn có đặc tính cứng tuyệt đối thì:
x
t
G
P
2
2
∂

∂
= 0;
x
G
P
∂
∂
=
2
kt
U ;
2
2
x
t
T
P
∂
∂
=
2
kt
U .
2
2
x
x
T
G
∂

∂
(2.18)
Đường cong công suất sinh nhiệt trùng với đường biểu diễn sự phụ thuộc
của độ dẫn điện riêng của xỉ đối với nhiệt độ. Đối với mọi xỉ ở nhiệt độ cao
2
2
x
x
T
G
∂
∂
và ở gần nhiệt độ sôi
x
t
T
P
∂
∂
có thể nhỏ hơn
x
h
T
P
∂
∂
. Điều này đủ cho quá
trình ổn định khi bể xỉ có nhiệt độ rất cao. Tuy nhiên việc điều chỉnh nhiệt độ
của bể xỉ trong trường hợp này rất khó khăn.
Như vậy, mặc dù quá trình ổn định nhiệt độ bể khi không thay đổi khoảng

giữa các điện cực đơn giản hơn khi thay đổi nó, nhưng thực tế duy trì nó ở nhiệt
độ cần thi
ết thì khó hơn.
Bằng giảm điện áp (chuyển từ đường 2 sang đường 1) không thể hạ thấp
đáng kể nhiệt độ bể xỉ; khi đường cong công suất sinh nhiệt nằm ở vị trí 1 tiếp
xúc với đường cong P
h
(T
x
) thì quá trình sẽ dừng.
Khi hàn với nguồn có đặc tính dốc đường cong P
t
(G
x
) lệch xuống dưới.
Đường cong P
t
(T
x
) trùng với đường cong này (H.2-1, đường 3), và có thể đưa nó
tiến gần với đường cong P
h
(T
x
) ở nhiệt độ thấp hơn bằng cách điều chỉnh điện
áp.

22
Khi phạm vi nhiệt độ cho phép bị hạn chế, việc chọn thành phần thuốc trở
nên khó khăn. Trong những trường hợp như vậy người ta sử dụng nguồn điện có

đặc tính dốc (đường 4). Nếu muốn tiếp tục giảm nhiệt độ bể xỉ cần dùng các thể
nóng chảy với nhiệt độ dẫn điện ban đầu thấp hơn (đường 5).
2.3. Các thông số
điều chỉnh mực bể kim loại
Khi hàn điện xỉ với các con trượt di động điều quan trọng là giữ cho mực
bể kim loại so với các con trượt không đổi. Điều này có thể thực hiện được nếu
trong mọi thời điểm (trừ giai đoạn đầu) điều kiện sau đây được thoả mãn:
F
h
V
h
= F
e
V
e
(2.19)
Ở đây: F
h
: Diện tích tiết diện ngang của rãnh hàn;
V
h
: Tốc độ hàn;
F
e
: Tiết diện dây hàn;
V
e
: Tốc độ cấp dây.
F
h

không ổn định theo chiều dài mối ghép vì lý do gá lắp và biến dạng.
Phương trình cân bằng (2.19) có thể thực hiện nếu V
h
hoặc V
e
thay đổi
theo F
h
. Việc điều chỉnh mực bể kim loại nhờ thay đổi tốc độ cấp dây bị hạn chế
vì chiều sâu bể kim loại có thể bị thay đổi. Biện pháp đơn giản và tin cậy hơn là
thay đổi tốc độ hàn. Chế độ được coi là tối ưu khi kết hợp với sự thay đổi tốc độ
hàn và tốc độ dây đồng thời với sự thay đổi đ
iện áp. Tác dụng kết hợp như vậy
có thể thực hiện nếu hệ thống điều khiển có một cơ cấu điện tử thực hiện các
chức năng của mô hình toán học.
Ngày nay người ta sử dụng 4 phương pháp điều chỉnh mực bể kim loại:
datchic điện tiếp xúc, datchic hơi nhiệt, datchic phóng xạ và datchic cảm ứng.
Datchic điện tiế
p xúc có sai số ± 2 mm giữa mực bể và con chuột làm
nguội. Sai số này hoàn toàn cho phép khi hàn. Tuy nhiên datchic loại này chóng
hỏng do phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt của quá trình hàn.
Datchic hơi nhiệt làm việc tốt khi khoảng cách giữa điện cực và con trượt
không vượt quá 35 – 40 mm. Khi khoảng cách này lớn datchic làm việc không
ổn định.

23
Datchic phóng xạ cho phép điều chỉnh mực bể kim loại khi hàn các vật
dày tới 150 mm. Nhưng do có cấu tạo phức tạp nên datchic này không có ứng
dụng rộng rãi trong sản xuất.
Datchic cảm ứng có cấu tạo đơn giản hơn datchic phóng xạ và có thể điều

chỉnh mực bể với độ chính xác cần thiết khi hàn các vật có chiều dày không hạn
chế.
2.4. Các thông số về khuyết tật của mối hàn và bi
ện pháp ngăn ngừa
4.3.1 Nứt nóng
Các vết nứt nóng trong mối hàn phát sinh trong quá trình kim loại đông
đặc
hoặc ngay sau khi quá trình kết thúc
Các biện pháp nhằm giảm chiều sâu bể kim loại để ngăn ngừa sự phát
triển hạt ở tâm mối hàn có thể coi như những biện pháp công nghệ. Để giảm
chiều sâu bể kim loại cần giảm cường độ dòng điện, tốc độ cấp dây, tăng tốc
độ
làm nguội mối hàn bằng cách tăng thêm lượng nước v.v…









Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc khả năng tạo vết nứt vào tốc độ hàn và hàm
lượng C.