GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÀN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.5 MB, 20 trang )

Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

L Ờ I N Ó I Đ Ầ U

Giáo trìn h "Công nghệ - k ỹ th u ậ t h à n" được tổ chức biên soạn n h ằ m thông n h ấ t nội dung d ạ y và học trong chương trin h đào tạo công n h ả n kỹ th u ậ t của các trường clay nghé trong n g ành xây d ự n g trên cơ sở k ế thừ a n h ữ n g nội d a n g của các tài liệu có Uốn quan đ ả được x u ấ t bản và lưu h à n h trên toàn quốc, với d u n g lượng 120 tiết bao g ô m 17 chương:

C hương 1 - Đ ại cương cơ bả n về h à n k im loại C hương 2 - M ối h à n và s ự h ìn h th à n h m ối h à n

Chương 9 - K ỹ th u ậ t a n toàn k h i h à n và cắt k im loại

Ch ương 10 - K h u yế t tậ t của m ối h à n và p h ư ơ n g p h á p k iêm tra C hương 11 - Công nghệ h à n k im loại và hợp k im

C hương 12 - H à n tự độn g và bán tự động C hương 13 - H à n đ iện tiếp xúc

Chương 14 - K ỹ th u ậ t h à n m ộ t sô'kết cấu và chi tiết m á y Chương 15 - H à n đắp

Chương 16 - H à n cốt thép

Chương 17 - Biểu diễn và k ý hiệu quy ước các m ối ghép bằng h àn (T C V N 3746-83)Giáo trin h tập tru n g vào n h ữ n g kiến thứ c cơ bản cần th iết về h à n hồ q u a n g ta y , h à n khí. N h ữ n g yêu cầu đặc th ù của n g h ề h à n trong n g à n h xâ y d ự n g n h ư h à n dưới lớp thuốc, h à n trong m ôi trư ờng bảo vệ, h à n đ ắ p , h à n cốt th ép , h à n m ộ t s ố k ế t cấu xả y d ự n g và ch i tiết m á y cho công n h â n h à n là n h n g h ề bậc 3 /7 . Đ ồng thời nó củng đ á p ứng được y ê u cầu học n ă n g cao cho n g h ề h à n , là m tài liệu th a m khả o đ ề g iả n g d ạ y cho g iá o viên , bồi dưỡ ng công n h ả n , cán bộ kỹ th u ậ t và q u ả n lý ch u yên m ôn n g à n h hàn.

N h ó m giáo viên được p h â n công biên soạn g ồ m K S N g h iê m Đ in h T h ắ n g và các giá o viên N g u y ễ n M ạ n h T ù n g , N g u yễn V ăn Bẩy. T rong quá trin h tô chức biên soạn Trường đ ã n h ậ n được s ự q u a n tâ m g iú p đ d của Bộ X â y d ự n g , các trư ờng trong n g à n h đã đ ó n g góp n h iề u ỷ kiến bơ ích cho cuốn sách. T u y n h iên kh ôn g t h ế trá n h kh ỏ i n h ữ n g th iế u sót, rấ t m o n g n h ậ n được s ự đ óng góp của các đồng n g h iệp , bạn dọc đ ể cuốn sách ngày càng được h oàn th iện hơn.

X in ch â n th à n h cả m ơn.

Trường Kỹ thuật cơ giới cơ khí Xây dựng Việt x ỏ sỏ 1

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Chương 1

Đ Ạ I C Ư Ơ N G C ơ B Ả N V Ể H À N K IM L O Ạ I

1.1. LỊCH SU PHẤT TRIÊN CUA NGÀNH HÀN

1.1.1. Lịch sử phát triển cua ngành hàn trên thê giới

- Thời kì đồ đổng, đổ sắt loài người đã biết hàn kim loại.

- Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp tìm ra hiện tượng hồ quang điện. - Năm 1882 kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại. - Năm 1886 Tơmsơn đã tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903.

- Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm. - Nãm ] 888 Slavianốp đã sử dụng cực điện kim loại để hàn.

- Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thuỵ Điển đã sử dụng cực điện có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại.

- Cuối những năm 1930 - đầu những năm 1940 viện sỹ E.O.Patơn (Liên Xơ cũ) tìm ra phương pháp hàn dưới thuốc, phương pháp hàn tự động, bán tự động.

- Cuối năm 1940, tìm ra phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ đó là các khí

(Hêli, Ácgơng ờ Mỹ và khí cácboníc ở Liên Xô).

- Năm 1949 B.O.Patôn (Kiép Liên Xô'1 Tim ra phương pháp hàn điện xỉ.

* Những năm tiếp theo hàng loạt các phương pháp hàn mới được ra đời như: Hàn bang lia điện tử, hàn siêu âm, hàn ma sát... và hiện nay trên thế giới có 120 phương pháp hàn khác nhau.

* Nói chung các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện và phát triển hơn. Nó được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và dặc biệt là ngành hàng không - Vũ trụ. Có thể nói: hàn là phương pháp gia công kim loại tièn tiến và hiện đại.

1.1.2. Lịch sử phát triển của ngành hàn ở Việt Nam

- Từ xa xưa, ông cha ta đã biết sử dụng hàn để làm ra các dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cái thiện điều kiện lao động.

- Sau cách mạng tháng 8/1945 và đặc biệt sau khi hoà bình 1954 . Dưới sự lãnh đạo cua Đảng ngành hàn được quan tâm và thực sự phát triển, nhất là trong thời kỳ đổi mới.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Hiện nay với đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghe 1 1 2ày càng đông đảo với sự hợp tác khoa học với các nước trên thế giới. Chúng ta tin chắc rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.

1.2. BẢN CHẤT, ĐẶC ĐlỂM v àú n g DỤNG CỦA HÀN KIM LOAI

1.2.1. Bản chất

Hàn là q trình cơng nghê nôi hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn nhiệt đế nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng, hoặc dẻo) sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chứng dính lại với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn.

1.2.2. Đặc điểm

a) Liên kết hàn: là liên kết cứng không tháo rời ra được.b) T iết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc

* So với liên kết bulông, đinh tán. hàn tiết kiệm từ 10 - 20% khối lượng kim loại

* So với đúc, hàn tiết kiệm đến 50% khôi lượng kim loại.

c) Hùn cho phép c h ế lạo dược cúc kết cấu phức tap (siêu trọng, siêu trườn?) từ

những vật liệu cùng loại, khác loại, co tính chất khác nhau dể phù hợp với các điều kiện, môi trường làm việc khác nhau.

cl) Hàn tạo ra các liên kết cố dọ bển và độ kín cao đáp ứng với yêu cầu làm việc của

các kết cấu quan trọng như: Vó tàu, nồi hoi, thiết bị chịu áp lực...

e) H àn có tính linh độtiỉỊ và có năng suất cao so với các công nghệ gia công khác,

do vậy dễ cơ khí hố, tự động hố quá trình sản xuất.

f) M ức độ đầu tư cho quá trìnli S(iii xuất thấp. Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật

liêu chịu tác động của nguồn nhiệt có cơna suất lớn, tập trung và thời gian hàn ngắn. Vì vậy liên kết hàn thường có nhược điếm sau:

- Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đối (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực của kết câu. Đặc biệt khi làm việc dưới tác động cúa tai trọng đông, tải trọng biến đổi theo chu kỳ.

- Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạna thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thám mỹ và khả năng làm việc của kết cấu.

1.2.3. ứ n g dụng

* Mặc dù có những nhược điếm nên nhưnsỉ với tính kinh tế kỹ thuật cao. Công nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát tricn hoàn thiện và được ứniĩ dụng rộng rãi trong háu hết các lĩnh vực công nghiệp của nén kinh tế quốc dân.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.3. PHÂN LOẠI CÁC PHUƠNG PHÁP HÀN

C5 nhiều cách phân loại phương pháp hàn. Tuy nhiên thông dụng nhất có hai cách phân oại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối him ớ thời điếm hàn.

1.3.1. Phàn loại theo dạng nãng lượng sử dụng

C5 các nhóm phương pháp hàn sau:

ư Cúc phương pháp hàn điện: bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến

thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hổ quang, hàn điện tiếp xúc, han T .c, MIC, M ac:...).

b C ác pliươníỊ pháp hàn cơ học: bao gốm các phương pháp dùng cơ nãng để làm

biến cạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu, ân...).

c Các phươtMỊ pháp hàn hoá học: bao gồm các phương pháp sử dụng nâng lượng do

các phản ứng hoá học tạo ra đê nung nóng kim loại như (hàn khí, hàn hố nhiệt...)

í/ Các phương pháp hùn kết hợp: bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các

dạn g lăng lượng nêu trên (hàn điện cư, hàn điện tiếp xúc).

H ình 1-1. Phán loại các phương pháp hàn theo trạng tliái hàn

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.3.2. Phân loại theo trạng thái kim loai môi hàn ở thời điểm hàn

Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực.

1.4. PHÂN LOẠI CÁC LIÊN KẾT HÀN

1.4.1. Khái niệm

Để tạo thành liên kết hàn các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian. Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như: tiếp xúc điểm, đường, mặt). Sau khi hàn ra đuợc một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn. Trong thực tế các loại liên kết đó được phàn loại như sau:

1.4.2. Phân loại

Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 1.2): a) Liên kết hàn giáp mối

b) Liên kết hàn góc c) Liên kết hàn chữ T d) Liên kết hàn chồng

Hình 1-2: Một sổ liên kết hàn thường qập

* Càu hỏi ôn tập vù kiếm tra chương l

1. Nêu bán chất, đặc điểm, phạm vi ứng dụniỉ cua hàn kim loại và hợp kim ? 2. Phân loại các phương pháp hàn ?

3. Phân loại liên kết hàn, cho ví dự ?

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Chương 2

M Ơ Ì H À N V À S ự H ÌN H T H À N H M ố i H À N

2.1. MỐI HÀN

Là hỗn hợp giữa kim loại điện cực (que hàn) và kim loại cơ bán (vật hìn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành một khối kliỏng thể tháo rời ra được. Trên mặt cắt Hí ang của một liên kết hàn giáp môi bao gồm 3 vùng (hình 2-1):

* VÙIIÍ mối hàn.

* V ù n ’ ảnh hưởng nhiệt. * V ùnỉ kim loại cơ bản.

2.2. CHUYỂN DỊCH KIM LOẠI LỎNG TỪQƯE HÀN VÀO VŨNG HÀN

Khi hàn hồ quang bằng bất cứ phương pháp hàn nào và ở bất kỳ vị trí hàn nào trong không gian kim loại lỏng cũng chuyển từ que hàn vào vũng hàn dưới dạng các giọt nhỏ riêng biệt có kích thước khác nhau chảy từ que hàn vào vũng hàn. điều này được giải thích bởi các nhân tố sau:

a) Trọng lực của các giọt kim loại lỏng

Những giọt kim loại hình thành ớ mặt đầu que hàn và dịch chuyến theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới (do lực hút của trái đất) lực này chỉ có khả năng làm dịch chuyển giot kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và có tác dụng ngược lại khi hàn trần. Còn khi hàn đủng thì chỉ một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới.

b) Do sức căn ạ b ề mặt

Giọt kim loại được sinh ra do tác dụng của lực phân tử ln ln có khuynh hướns tao cho bc mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng bế mặt tạo thành những giọi kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt này mất đi khi chúng rơi vào bê hàn và bị sức căng của bề mặt bể hàn kéo vào thành dạng chung. Nó tao điéu kiện khi hàn trần k in loại lỏng không bị rơi và hình thành được mối hàn

Hình 2-1: Các vùng quy ước trẽn mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mối.

1- vùng mối hàn; 2- vùng ảnh hưởng nhiệt; 3- vùng kim loại cơ bản.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

c) D o cường độ điện trườn í>

Dịng điện đi qua que hàn sinh ra một lực điện trường ép lên que hàn và có tác dụng làm -giảm tiết diện ngang đến không lực này cắt kim loại lỏns ở đầu que hàn thành giọt do sức căng bề mặt và cường độ điện trường tiết diện ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác ở đây điện trở cao sinh nhiệt lớn kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi tạo áp lực đẩy giọt kim loại lỏng vào vũng hàn. Lực điện trường làm chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn đối với tất cả mọi vị trí hàn (hình 2-2).

d) Á p lực trong

Kim loại lỏng ớ đầu que hàn b| quá nhiệt nhanh, các phản ứng hoá học sinh ra ớ đó các khí như C 0 2. Thể tích tăng rất nhanh gây áp lực m ạnh đẩy gioi kim loại lỏng tách khỏi que hàn và rơi vào vũng hàn.

2.3. SỤ TẠO THÀNH VŨNG HÀN

2.3.1. Sự tạo thành vũng hàn

Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hoà trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn).

Trong quá trình hàn vũng hàn chuyển dịch cùng nguồn nhiệt theo tốc độ hàn, kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyón động đó gây ra do áp suất của dịng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng nhiệt khi hàn (vùng A). Đồng thời do những yếu tố khác (lực điện trường trong hồ quang), kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt về hưórig ngược với chieu chuyển động của nó và tạo nên phần lõm trong bể hàn (vùng B).

2.3.2. Cấu tạo vũng hàn (hình 2-3)

Người ta quy ước chia vùriR hàn thành hai vùng:

a) V ùnẹ A: Phần đầu mối hàn thực hiện quá trình làm nóng chảy kim loại vật hàn.b) Vìtnq B: Phần đi mối hàn thực hiện quá trình kết tinh tạo thành mối hùn.

Hình 2-2 : Túc dụiiỊỉ Iién của điện trường lên que hàn khi nâng cluíy

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Hình 2-3: Sơ đồ vũng hùn. A, B: phần đầu và phẩn đuôi của vũng hàn

h, b, a: chiều sâu, chiều rộng và chiều dài cùa vũng hàn; s: chiều dầy của chi tiết hàn

2.4. TỔ CHỨC KIM LOẠI M ố i HÀN

Sau khi hàn xong kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn. Mơi hàn có thành phần và tổ chức kim loại khác với que hàn và vật hàn, thường tốt hơn vung kim loại vật hàn quanh mối hàn. Do ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (phần kim loại lân cận mối hàn).

Kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc vùng sát kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ, vùng tiếp theo kim loại kết tinh theo hướng thẳng góc với mật tản nhiệt nên có dạng nhánh cây kéo dài, vùng trunií tâm mối hàn do nguội chậm nên hạt lớn có tạp chất (phi kim loại) (hình 2-4).

Phần phi kim loại

H ình 2-4: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn

</div>