PHÊ DUYỆT
Ngày….tháng 4 năm 2013
TRƯỞNG BỘ MÔN
MỞ ĐẦU
Thượng
tá, sự
ThS
Phạm
Thanhcơ khí thì công nghệ hàn đã có
Ngày nay,
cùng với
phát
triểnHồng
của ngành
những bước phát triển rất mạnh mẽ; có thể chế tạo được những chi tiết có kết cấu
phức tạp, năng suất cao, chất lượng tốt và giá thành hạ. Tuy công nghệ hàn tự động
đã ra đời nhưng hàn hồ quang tay vẫn được sử dụng khá phổ biến ở nước ta.
NỘI DUNG
Chương 3: CÔNG NGHỆ HÀN
1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Khái niệm:
Hàn là quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng
chỗ hàn đến trạng thái hàn là chảy hay dẻo, sau đó kim loại đông đặc (hàn nóng
chảy) hoặc dùng áp lực để ép chúng dính lại với nhau (hàn áp lực)
1.2. Đặc điểm
1.2.1. Ưu điểm :
Tiết kiệm vật liệu: Với cùng kết cấu kim loại, hàn tiết kiệm từ 10 – 20 % khối
lượng kim loại so với mối ghép đinh tán; So với đúc có thể tiết kiệm đến 50% khối
lượng kim loại.
Hàn có thể nối các kim loại khác nhau ví dụ hàn đồng với thép, hàn nhôm với
thép…
Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo.
Hàn cho mối nối bền, kín, chịu được áp suất cao, đáp ứng được các yêu cầu chế
tạo như vỏ tàu, bồn bể, nồi hơi…
Hàn có năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
1.2.2. Nhược điểm:
Dễ sinh ứng suất dư lớn gây biến dạng các kết cấu hàn (do nguồn nhiệt nung
nóng cục bộ).
Tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi, làm
giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn.
Mối hàn dễ tồn tại khuyết tật như: rỗ, nứt…
Nhận xét: Mặc dù còn những hạn chế nhất định, nhưng công nghệ hàn ngày
càng phát triển mạnh và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công
nghiệp của nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là trong các ngành chế tạo máy, giao
thông vận tải, xây dựng…
1.3. Phân loại :
- Hàn nóng chảy : Hàn khí, hàn điện xỉ, hàn laze, hàn tia lửa điện, hàn plasma, hàn
siêu âm, hàn nổ, hàn hồ quang…
- Hàn áp lực : Hàn nguội, hàn điện tiếp xúc, hàn ma sát, hàn cao tần….
1.4. Vũng hàn
Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn một phần kim loại cơ
bản tại vị trí mép hàn cùng với kim loại bổ sung từ vật liệu hàn(que hàn, thuốc
hàn…) bị nóng chảy tạo ra một khu vực kim loại lỏng thường goị là vũng hàn.
Hình 1.2 : Sơ đồ cấu tạo vũng hàn
2. Công nghệ hàn hồ quang tay.
2.1. Khái niệm
Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là
hồ quang điện cháy giữa hai điện cực. Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang
trong quá trình hàn được thực hiện bằng tay.
2.2. Đặc điểm.
- Hàn được mối hàn ở các vị trí khác nhau
- Hàn được trên các chi tiết to, nhỏ, đơn giản, phức tạp khác nhau.
- Hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn dưới nước, hàn trong chân không…
- Thiết bị hàn và trang bị gá lắp hàn đơn giản, dễ chế tạo.
- Năng suất hàn thấp, chất lượng mối hàn không cao, phụ thuộc vào tay nghề
của công nhân.
2.3.
Cách gây hồ quang hàn
Điện cực
Máy hàn
Kìm hàn
Hồ quang
Chi tiết
Hình 2.1 : Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang tay
Cho que hàn tiếp xúc với vật hàn theo phương thẳng góc ( hình a) hoặc cho que
hàn vạch lên vật hàn như cách đánh diêm( hình b) trong khoảng thời gian ngắn(1/2
s ÷ 1/3s).
Tách hai điện cực cách nhau khoảng( 2÷ 5mm), giữa 2 điện cực xuất hiện hồ
quang hàn.
a)
b)
a) Kiểu mổ thẳng ; b) Kiểu quẹt
Hình 2.2. Cách gây hồ quang hàn
Hiện nay cũng có thể gây hồ quang hàn bằng nguồn xoay chiều cao tần. Trong
trường hợp này không cần làm ngắn mạch điện cực mà nhờ sự phóng điện của
dòng điện cao tần với điện áp cao giữa hai điện cực mà trong thời gian rất ngắn
hình thành hồ quang hàn. Phương pháp này dùng để gây hồ quang khi hàn bằng
điện cực không nóng chảy.
2.4. Phân loại hàn hồ quang
2.4.1. Phân loại theo điện cực hàn . Có hai loại:
a) Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy
Điện cực là các thanh graphit, than hoặc vonfram. Điện cực có tác dụng gây
và duy trì hồ quang.
Sự hình thành mối hàn là do kim loại vật hàn nóng chảy hoặc do cả kim loại
que hàn phụ bổ sung.
b) Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy:
Điện cực là que hàn kim loại(que hàn thép, que hàn nhôm, que hàn đồng…)
Que hàn vừa có tác dụng gây hồ quang, duy trì hồ quang đồng thời bổ sung kim
loại dể hình thành mối hàn.
2.4.2. Phân loại theo dòng điện hàn
a) Hàn bằng dòng điện xoay chiều: Thiết bị gọn nhẹ, sử dụng đơn giản, giá
thành rẻ nhưng hồ quang không ổn định nên chất lượng mối hàn không cao, nối
điện tùy ý.
b)Hàn bằng dòng điện một chiều: Tạo hồ quang dễ và ổn định nên chất
lượng mối hàn cao nhưng thiết bị đắt tiền, cồng kềnh, sử dụng phức tạp, khó bảo
quản.
- Có hai phương pháp nối dây khi hàn bằng dòng điện một chiều:
a) Nối thuận. b) Nối nghịch
Hình 2.3. Sơ đồ nối dây khi hàn
+Nối thuận: Cực dương của nguồn điện nối với vật hàn, cực âm nối với que
hàn. Trường hợp này nhiệt độ hồ quang phần vật hàn cao hơn ở que hàn vì vậy
thường dùng khi hàn vật có chiều dày lớn. Đối với điện cực không nóng chảy khi
nối thuận sẽ làm tăng tuổi thọ của điện cực.
+Nối nghịch: Cực dương nối với que hàn còn cực âm nối với vật hàn. Dùng
khi hàn vật mỏng, kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp(đồng, nhôm)
2.4.3. Phân loại theo cách nối dây
a) Nối dây trực tiếp: Cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai cực
của nguồn. Hồ quang cháy giữa que hàn và vật hàn (hình a)
Phương pháp này thường dùng khi hàn bằng điện cực nóng chảy.
Hình 2.4. Các phương pháp nối dây khi hàn.
b) Nối dây gián tiếp: Hai cực của nguồn điện nối vào hai điện cực, hồ quang
cháy giữa hai điện cực.(hình b)
Phương pháp nối dây gián tiếp thường dùng khi hàn bằng điện cực không
nóng chảy và hàn vật mỏng.
c) Nối dây hỗn hợp: Dùng máy hàn ba pha. Nối 2 pha với 2 điện cực còn pha
thứ 3 nối với vật hàn (hình c).
Nối dây hỗn hợp có đặc điểm là 3 hồ quang cháy đồng thời vì vậy nhiệt tập
trung ở vùng hàn cao, kim loại cơ bản và kim loại bổ sung chảy mạnh hơn, do đó
năng suất hàn cao hơn.
Phương pháp này chỉ thích hợp hàn các vật dày, vật liệu có nhiệt độ nóng
chảy cao.
2.5. Vật liệu hàn hồ quang tay.
Để hàn hồ quang tay người ta dùng điện cực nóng chảy (que hàn) và điện
cực không nóng chảy.
2.5.1. Que hàn
a. Cấu tạo
Hình 2.5. Cấu tạo que hàn
Trong quá trình hàn hồ quang tay, que hàn có chức năng vừa dẫn điện, gây hồ
quang và duy trì hồ quang cháy, bổ sung kim loại cho mối hàn, vừa tham gia vào
quá quá trình lý hóa và luyện kim khi hàn, để hình thành mối hàn đạt chất lượng
mong muốn.
Cấu tạo của que hàn gồm có hai phần chính: lõi và thuốc hàn :
* Lõi hàn :
Phần lõi là những đoạn kim loại có chiều dài từ 250 – 450 mm, tương ứng với
đường kính từ 1,5 – 6,0 mm.
* Thuốc hàn
Thuốc hàn cần có những yêu cầu sau đây:
- Dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định
- Tạo ra môi trường khí bảo vệ tốt vùng hàn, không cho nó tiếp xúc với oxy và
nitơ của môi trường xung quanh.
- Tạo xỉ lỏng phủ đều trên bề mặt kim loại mối hàn, bảo vệ không cho không
khí xâm nhập trực tiếp vào vũng hàn và tạo điều kiện cho mối hàn nguội chậm, lớp
xỉ này phải dễ bong sau khi mối hàn nguội.
- Có khả năng hợp kim hóa mối hàn, nhằm nâng cao hoặc cải thiện thành phần
hóa học và cơ tính của kim loại mối hàn.
- Thuốc hàn phải bám chắc vào lõi hàn, bảo vệ lõi không bị oxy hóa.
- Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của
lõi hàn để khi hàn thì thuốc hàn tạo ra hình phễu hướng kim loại que hàn nóng
chảy đi vào vũng hàn thuận lợi; vỏ thuốc hàn phải cháy đều không rơi thành cục.
b. Ký hiệu que hàn: theo TCVN Gồm có 4 loại que hàn
- Que hàn thép cac bon và hợp kim thấp (N)
Ví dụ: N50 – 6B;
o N - Que hàn thép cac bon và hợp kim thấp;
o 50: Kim loại mối hàn có độ bền kéo tối thiểu 50kG/mm2.
o 6: hàn dòng một chiều;
o B: vỏ thuốc hệ bazơ.
- Que hàn thép chịu nhiệt (Hn)
Ví dụ: Hn.Cr05. Mo10. V04 – 450R.
o Hn: que hàn chịu nhiệt.
o Cr05: kim loai mối hàn có thành phần hóa học 0.5%Cr ; 1%Mo;
0.4%V.
o 450R: Nhiệt độ tối đa là 4500C, R: thuốc bọc hệ rutin.
- Que hàn thép bền nhiệt và không gỉ (Hb)
Ví dụ: Hb.Cr18. Ni8.Mn –600B
o Hb que hàn bền nhiệt và không gỉ;
o kim loại đắp có thành phần hóa 18%Cr ; 8%Ni; 1%Mn;
o 600B : nhiệt độ làm việc ổn định của mối hàn là 600 0C, B: Thuốc bọc
hệ bazơ.
- Que hàn hợp kim có độ bền cao (Hc)
Ví dụ: Hc.60.Cr18. Mo.W.V – B
o Hc.60: que hàn hợp kim có độ bền cao, giới hạn bền kéo tối thiểu
60kG/mm2. Kim loại mối hàn có thành phần hóa học 18%Cr ; 1%V; 1%W;
1%Mo.
o B: Thuốc bọc hệ bazơ
2.5.2. Điện cực không nóng chảy
- Điện cực than, graphit: Có dạng hình trụ, chiều dài từ 200-700mm và đường
kính 5-25mm. Khi hàn một đầu được vát côn 60-70.0
- Điện cực volfram: Là loại điện cực có chất lượng cao nhất trong các loại
điện cực không nóng chảy. Đường kính điện cực từ 0.2-10mm, dài từ 250-350mm.
Điện cực volfram thường dùng khi hàn hồ quang tay yêu cầu chất lượng cao;
hàn tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ.
2.6. Trình tự hàn hồ quang tay
2.6.1.Vị trí hàn trong không gian
Hình 2.6. Các vị trí hàn trong không gian
Người ta chia thành 4 loại:
- Mối hàn sấp (mối hàn bằng): Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 0-600
- Mối hàn đứng: Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 60-1200.
- Mối hàn ngang: Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 60-120 0 và mối hàn
nằm theo phương ngang.
- Mối hàn ngửa(hàn trần): Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 120-1800
2.6.2. Các loại mối hàn
a: Mối hàn giáp mối
d. Mối hàn có tấm đệm
b. Mối hàn gấp mép
đ. Mối hàn góc
c. Mối hàn chồng
e. Mối hàn chữ T
g. Mối hàn mặt đầu
h.Mối hàn viền mép
i. Mối hàn kiểu chốt
Hình 2.7. Các loại mối hàn
2.6.3. Chuẩn bị mối hàn
- Làm sạch dầu mỡ, bụi bẩn ở chỗ cần hàn.
- Vát mép chỗ hàn nếu cần thiết.
Hình 2.8. Một số kiểu vát mép mối hàn
2.6.4. Các kiểu di chuyển que hàn
Để đảm bảo duy trì chiều dài hồ quang và chiều rộng của mối hàn, người thợ
hàn phải cùng một lúc phải di chuyển ba chuyển động cơ bản: chuyển động
hướng trục que hàn, chuyển động theo chiều dài mối
3
hàn và chuyển động dao động ngang.
- Chuyển động theo chiều dài mối hàn: Để thực
hiện hết chiều dài mối hàn.
1
2
Hình 2.9. Sơ đồ di chuyển que hàn
- Chuyển động theo chiều trục que hàn: Để điều chỉnh chiều dài hồ quang
chuyển động này phải có tốc độ bằng tốc độ chảy của que hàn.
- Chuyển động dao động ngang: Để bảo đảm chiều rộng của mối hàn.
Phối hợp 3 chuyển động trên ta có các kiểu di chuyển que hàn.
Hình 2.10. Các kiểu di chuyển que hàn
2.6.5. Chế độ hàn hồ quang tay.
a) Xác định đường kính que hàn:
- Tính theo công thức:
S
dq = + 1(( mm)
2
+ Khi hàn giáp mối:
dq =
+ Khi hàn góc:
Với:
-
K
+ 2(( mm)
2
S: Chiều dày vật hàn (mm)
K: Cạnh mối hàn góc hay mối hàn chữ T (mm)
Chọn đường kính que hàn theo bảng :
Đường kính que hàn dq(mm) 1,5 ÷ 2
Chiều dày liên kết giáp mối S
≤2
(mm)
3
3
4
4÷
8
4÷5
9÷2
5
13 ÷
15
5÷6
16 ÷ 20
> 20
PHÊ DUYỆT
Ngày….tháng …..năm 2012
TRƯỞNG BỘ MÔN
b)
Xác định cường độ dòng điện hàn (Ih):
Mỗi điện cực đều có khoảng dòng điện vận hành xác định. Khi hàn tấm mỏng
tá,tránh
ThS sự
Phạm
cần dòng điệnTrung
nhỏ để
quá Hồng
nhiệt, Thanh
hàn tấm dày cần dòng điện lớn. Để xác
định dòng điện hàn hợp lý có thể tra bảng trong sổ tay kỹ thuật hàn.
Khi hàn thép, ở vị trí hàn sấp có thể tính cường độ dòng điện hàn(I h) theo công
thức kinh nghiệm sau:
Ih= (β+α.dq). dq (A)
Trong đó:
dq: là đường kính lõi que hàn (mm);
α, β: Hệ số thực nghiệm; khi hàn thép α = 6, β = 20.
Chú ý: Khi chiều dày chi tiết S>3d q thì nên tăng Ih lên 15%. Khi S<1,5 dq thì
giảm 15% so với trị số tính toán.
KẾT LUẬN
Bài học trình bày khái quát về công nghệ hàn, trong đó chỉ giới thiệu giới
những kiến thức cơ bản về công nghệ hàn hồ quang tay làm cơ sở để học viên
nghiên cứu và học tập các môn thực hành sau này.
MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ hàn đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ và được
ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Bài học hôm nay sẽ giới thiệu một
số phương pháp hàn tiên tiến có năng suất cao và chất lượng mối hàn tốt.
NỘI DUNG
3. Hàn hồ quang tự động và bán tự động.
3.1. Khái niệm và đặc điểm.
3.1.1. Khái niệm
Để phân biệt hàn hồ quang tự động và bán tự động ta xét các bước của quá
trình hàn hồ quang:
- Gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định.
- Dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để hàn hết chiều dài cần hàn.
- Bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi bị tác dụng của môi trường không khí
xung quanh.
Trong hàn tự động, tất cả các bước trên hoàn toàn tự động, còn khi hàn bán tự
động có bước phải thực hiện bằng tay (thường là công việc gây hồ quang và dịch
chuyển dây hàn dọc mối hàn do tay người thợ thực hiện).
3.1.2. Đặc điểm
- Năng suất cao
-
Cơ tính của mối hàn tốt.
Tiết kiệm kim loại dây hàn.
Tiết kiệm năng lượng điện.
Hàn tự động không hàn được kết cấu và vị trí phức tạp, tuy nhiên hàn bán tự
động có thể hàn được tất cả mối hàn trong không gian.
3.2. Một số phương pháp hàn hồ quang
3.2.1. Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ.
a) Khái niệm
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ SAW (Submerged Arc Welding) là quá
trình hàn mà hồ quang cháy dưới lớp thuốc bảo vệ.
Do hồ quang và vũng hàn hình thành dưới lớp thuốc bảo vệ nên mắt thường
không nhìn thấy được nên còn gọi là hàn hồ quang kín(hồ quang ngầm).
Hình 3.1. Sơ đồ hàn hồ quang hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ
b) Vật liệu và thiết bị hàn.
* Vật liệu hàn
- Điện cực hàn( dây hàn) thường có hàm lượng các bon không quá 0,12%.
Đường kính dây hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc từ 1,6- 6 mm, còn đối với
hàn hồ quang bán tự động là 0,8 - 2 mm.
- Thuốc hàn có nhiệt độ chảy thấp hơn kim loại mối hàn, có tác dụng bảo vệ
vũng hàn, ổn định hồ quang, khử oxi, hợp kim hóa mối hàn, tạo xỉ dễ bong.
* Thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ
Cấu tạo của thiết bị hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ thường giống nhau
về nguyên lý và gồm có các cơ cấu sau:
- Đầu hàn: Cơ cấu cấp dây hàn và bộ phận gây hồ quang, ổn định hồ quang.
- Cơ cấu dịch chuyển đầu hàn theo trục mối hàn.
- Bộ phận cấp và thu thuốc hàn.
- Nguồn điện hàn và các thiết bị điều khiển quá trình hàn.
Hình 3.2. Máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc hàn
Hình 3.3. Máy hàn hồ quang bán tự động dưới lớp thuốc hàn
Trong quá trình hàn bán tự động thì chuyển động của đầu hàn dọc theo
đường hàn là do tay người thợ thực hiện.
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ chủ yếu thực hiện được vị trí hàn sấp,
các đường hàn không phức tạp.
3.2.2. Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ:
a) Khái niệm: Hàn hồ quang nóng chảy dưới lớp khí bảo vệ là quá trình hàn mà
hồ quang cháy giữa dây hàn(điện cực nóng chảy) và vật hàn được bảo vệ khỏi tác
dụng của oxi và nitơ bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí.
a. Sơ đồ nguyên lý; b. Sơ đồ thiết bị
Hình 3.4. Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ
-
b) Phân loại: Có hai phương pháp hàn:
Phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas): Hàn hồ quang điện cực nóng chảy
trong môi trường khí trơ(Ar, He). Khí bảo vệ là Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He
không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn.
+ Phương pháp này có thể dùng cho hầu hết các loại vật liệu kim loại từ thép
C, thép không gỉ, thép hợp kim thấp và cao, Al, Cu, Ti, Ni và hợp kim của chúng.
Tuy nhiên do Ar và He có giá thành cao nên ít được sử dụng rộng rãi mà chỉ dùng
để hàn thép hợp kim và kim loại màu.
- Phương pháp hàn MAG(metal Active Gas): Hàn hồ quang điện cực nóng chảy
trong môi trường khí hoạt tính. Khí bảo vệ là CO 2, CO2 + O2, CO2+Ar , .... có tác
dụng chiếm chỗ, đẩy không khí ra khỏi vũng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nó.
Phương pháp này thường dùng để hàn thép các bon và thép hợp kim thấp.
3.2.3. Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ: Là quá trình
hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt được cung cấp bởi hồ quang được tạo thành
giữa điện cực không nóng chảy và vật hàn. Vùng hồ quang được bảo vệ bằng môi
trường khí trơ (Ar; He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động có hại của oxy
và nitơ trong không khí. Điện cực không nóng chảy thường dùng là volfram, nên
phương pháp này gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas).
Phương pháp hàn TIG được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt
rất thích hợp trong thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng.
Hình 3.5. Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí trơ
Hình 3.6. Sơ đồ thiết bị hàn TIG làm nguội bằng nước
4. Hàn điện tiếp xúc
4.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại.
4.1.1. Khái niệm
Hàn điện tiếp xúc (hàn tiếp xúc) là dạng hàn áp lực, sử dụng nhiệt do biến
đổi điện năng thành nhiệt năng bằng cách cho dòng điện có cường độ lớn đi qua
mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn để nung nóng kim loại.
4.1.2. Đặc điểm
- Mối hàn bền, đẹp.
- Thời gian hàn ngắn, năng suất cao.
- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
- Đòi hỏi phải có máy hàn công suất lớn.
- Thiết bị đắt tiền, vốn đầu tư lớn.
4.1.3. Phân loại
Hình4.1. Sơ đồ phân loại hàn điện tiếp xúc
4.2. Hàn tiếp xúc giáp mối
4.2.1. Khái niệm: Hàn tiếp xúc giáp mối là phương pháp hàn điện tiếp xúc mà mối
hàn được thực hiện trên toàn bộ mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn.
4.2.2. Nguyên lý hàn
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp như sau: Hai chi tiết hàn (1) và (4)
được kẹp chặt trên giá cố định (2) và giá di dộng (3), được nối với hai đầu
cuộn dây thứ cấp của biến áp hàn (5).
Cho hai vật hàn tiếp xúc với nhau, giữa hai bề mặt tiếp xúc sinh ra một
nguồn nhiệt lớn làm nóng chảy kim loại, nhờ cơ cấu ép làm cho kim loại khuếch
tán vào nhau, hình thành mối hàn.
1,4: Chi tiết hàn
2: Giá kẹp cố định
3: Giá kẹp di động
5: Biến áp hàn
Hình 4.1. Sơ đồ máy hàn điện tiếp xúc giáp mối
4.3. Hàn điểm
4.3.1. Khái niệm
Hàn điểm là phương pháp hàn điện tiếp xúc mà mối hàn không thực
hiện liên tục trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc mà chỉ thực hiện theo từng điểm riêng
biệt gọi là điểm hàn.
4.3.2. Nguyên lý hàn điểm.
Hình 4.2. Nguyên lý các phương pháp hàn điểm
a/ Hàn điểm 2 phía; b/ Hàn điểm một phía; c/ Hàn điểm bằng điện cực giả
Các chi tiết hàn được xếp chồng lên nhau, dùng các điện cực ép chúng lại
sau đó cho dòng điện chạy qua. Chỗ tiếp xúc giữa 2 chi tiết và điện cực được nung
đến trạng thái chảy còn xung quanh thì đến trạng thái dẻo, nguồn điện bị ngắt.
Dưới tác dụng của lực ép P mối hàn được hình thành.
- Khi hàn điểm hai phía: Hai điện cực được bố trí về hai phía của chi tiết
hàn. Mỗi lần chỉ thực hiện được một điểm hàn nhưng có thể hàn được các tấm dày
hoặc hàn cùng một lúc nhiều tấm xếp chồng.
- Khi hàn điểm một phía (Hình 4.2b): Hai điện cực được bố trí về một phía
của chi tiết hàn. Mỗi lần có thể thực hiện được 2 hay nhiều điểm hàn, hàn các tấm
có chiều dày không băng nhau.
- Phương pháp hàn điểm bằng điện cực giả (Hình 4.2c): Đây là phương pháp
hàn điểm mà nguyên lý là lợi dụng các phần nhô ra của hai chi tiết cần hàn để
coi chúng như là các điện cực hàn. Mỗi phần nhô và tiếp xúc của hai chi
tiết sẽ là một điểm hàn.
4.4. Hàn đường
4.4.1. Khái niệm
Hàn đường là phương pháp hàn tiếp xúc, trong đó mối hàn là tập hợp các
điểm hàn liên tục.
PHÊ DUYỆT
Ngày….tháng …..năm 2013
TRƯỞNG BỘ MÔN
Trung tá, ThS Phạm Hồng Thanh
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý hàn đường
4.4.2 Nguyên lý hàn
Cho dòng điện chạy qua các điện cực kiểu con lăn sau đó cho điện cực dịch
chuyển dọc treo mối hàn. Chỗ tiếp xúc giữa 2 vật hàn được nung đến trạng thái
chảy còn xung quanh thì đến trạng thái dẻo. Dưới tác dụng của lực ép P các phần
tử kim loại khuếch tán vào nhau hình thành mối hàn.
Hàn đường dùng để hàn 2 tấm kim loại có chiều dày từ 0,3÷3 mm với
nhau(Hình 4.3a), ngoài ra cũng được dùng để hàn các loại ống khi sản xuất ống có
mối hàn (Hình 4.3b).
4.4.3. Phân loại
Theo chế độ hàn người ta phân ra ba kiểu hàn đường: Hàn đường liên tục,
hàn đường gián đoạn và hàn bước.
a) Hàn đường liên tục: Trong quá trình vật hàn chuyển động, điện cực
thường xuyên ép vào vật hàn và cấp điện liên tục. Phương pháp này đơn
giản về công nghệ nhưng vật hàn bị nung nóng liên tục, dễ bị cong vênh, vùng
ảnh hưởng nhiệt lớn và điện cực bị nung nóng mạnh, chóng mòn.
b) Hàn đường gián đoạn: Vật hàn chuyển động liên tục, nhưng dòng điện chỉ
được cấp theo chu kỳ, thời gian cấp từ 0,01÷0,1 giây, tạo thành các đoạn hàn cách
quãng.
c) Hàn bước: Vật hàn dịch chuyển gián đoạn, tại các điểm dừng vật hàn
được ép bởi các điện cực và cấp điện tạo thành điểm hàn.
KẾT LUẬN
Bài học trình bày khái quát về công nghệ hàn tự động và bán tự động, hàn điện
tiếp xúc, yêu cầu học viên nắm được các kiến thức đã học và tham khảo thêm trong
giáo trình, tài liệu.
MỞ ĐẦU
Bài học trước chúng ta đã nghiên cứu các phương pháp hàn mà năng lượng
dùng để làm nóng chảy kim loại được chuyển hóa từ điện năng. Bài học hôm nay
chúng ta sẽ nghiên cứu phương pháp hàn mà năng lượng dùng để làm nóng chảy
kim loại được sinh ra từ phản ứng cháy của các hỗn hợp khí.
NỘI DUNG
5. Hàn kim loại bằng khí.
5.1. Khái niệm.
Hàn bằng khí là phương pháp hàn, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi
đốt cháy các chất khí (C2H2, CH4, C6H6 ,H2 v.v...) với ôxy để nung chảy kim loại.
Thông dụng nhất là hàn bằng khí Ôxy - Axêtylen vì nhiệt sinh ra do phản
ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn lửa có nhiệt độ cao (vùng
cao nhất đạt tới 32000C)
5.2. Đặc điểm khí hàn.
5.2.1. Khí acetylen(C2H2)
Phản ứng cháy của C2H2 với oxy tỏa nhiệt rất lớn so với nhiều loại khí khác,
nhiệt trị của C2H2 vào khoảng 11470 kcal/ m3.
C2H2 nhẹ hơn không khí, có mùi rượu, không màu, nhiệt độ cháy của C2H2 là
420 C.
Nếu nén khí C2H2 lớn hơn 1.75at hoặc trộn lẫn với không khí với tỷ lệ 28% ÷
65% thì dễ nổ.
Phản ứng điều chế : CaC2 +2 H2O C2H2 + Ca(OH)2 + Q
1 kg CaC2 cho 300 lít khí C2H2.
o
5.2.2. Khí Oxy (O2)
Oxy dùng trong kỹ thuật hàn cần có độ tinh khiết từ 98,5 – 99,5% (còn lại là
tạp chất nitơ và argon), nên thường gọi là oxy kỹ thuật.
Để sản xuất oxy dùng phương pháp hóa lỏng không khí, sau đó cho bốc hơi ở
nhiệt độ -183oc, thu được nước oxy lỏng màu xanh.
5.3. Ngọn lửa hàn.
Căn cứ vào tỉ lệ của hỗn hợp khí, ngọn lửa hàn có thể chia làm 3 loại:
Ngọn lửa các bon hóa
2CO + H2 + 1,5O2 = 2CO2 +H2O + Q
Hình 5.1. Cấu tạo ngọn lửa hàn
5.3.1. Ngọn lửa trung tính
Ngọn lửa hàn chia 3 vùng: Vùng nhân, vùng hoàn nguyên, vùng ngọn lửa
(vùng cháy hoàn toàn).
- Vùng nhân: Có ánh sáng trắng, vùng này xảy ra phản ứng phân hủy C2H2:
C2H2 = 2C2+H2 .
Do có C nên vùng này không dùng để hàn vì dễ làm cho mối hàn thấm các
bon trở nên dòn.
- Vùng hoàn nguyên(cháy không hoàn toàn):
+ Vùng nằm giữa, có màu xanh, nhiệt độ của vùng này khoảng 3200oC,
vùng này xảy ra phản ứng:
C2H2 + O2=2CO+H2 .
Do có CO và H2 có tính chất khử oxy nên bảo vệ mối hàn không bị oxy hoá
và vì vậy, người ta thường dùng vùng này để hàn.
Vùng ngọn lửa: vùng này xảy ra phản ứng:
C2H2 + 5/2O2=2CO2+H2O.
Do CO2 và hơi nước dễ bị phân hủy thành O2 nên ở nhiệt độ cao làm oxy hóa
kim loại hàn nên không dùng vùng này để hàn.
5.3.2 Ngọn lửa các bon hóa
Ngọn lửa có nhiệt độ thấp hơn ngọn lửa trung tính, vùng nhân có màu xanh,
kéo dài gần hết vùng ngọn lửa và không có ranh giới rõ ràng với vùng hoàn
nguyên, đuôi ngọn lửa có màu vàng nhạt.
Do có các bon tự do dễ xâm nhập vào kim loại hàn, nên ngọn lửa các bon hóa
chủ yếu dùng để hàn gang, tôi bề mặt, và hàn hợp kim cứng.
5.3.2 Ngọn lửa oxy hoá
Ngọn lửa có vùng nhân màu sáng nhạt kích thước vùng nhân ngắn hơn. Vùng
ngọn lửa và vùng hoàn nguyên khó phân biệt có màu xanh tím.
Ngọn lửa oxy hóa dùng để hàn đồng và nung nóng chi tiết khi tôi.
5.4. Thiết bị hàn khí
5.4.1. Sơ đồ chung của một trạm hàn khí
Các thiết bị chính của một trạm hàn bằng khí gồm có các bộ phận chính sau:
Bình chứa ôxy, bình chứa axêtylen, khóa bảo hiểm, van giảm áp, dây dẫn khí, mỏ
hàn.
Hình 5.2. Sơ đồ một trạm hàn và cắt bằng khí
1. Bình chứa ôxy; 2. Bình chứa axêtylen; 3. Van gảm áp; 4. Đồng hồ đo áp
5. Khoá bảo hiểm; 6. Dây dẫn khí; 7. Mỏ hàn hoặc mỏ cắt; 8. Ngọn lửa hàn
5.4.2. Bình chứa khí
Bình chứa khí dùng để chứa khí ôxy và khí axêtylen, được chế tạo từ thép tấm
dày 4 ÷8 mm bằng phương pháp dập.
Bình chứa ôxy chứa được một lượng khí có áp suất khoảng 150 at , bên
ngoài được sơn màu xanh hoặc xanh da trời.
Bình chứa axêtylen chứa được áp suất khí nạp tới dưới 19 at, được sơn màu
vàng.
5.4.3. Khoá bảo hiểm
Để tránh hiện tượng ngọn lửa cháy ngược theo ống dẫn khí trở về bình điều
chế khí gây nổ bình người ta dùng khóa bảo hiểm.
Phân loại theo kết cấu có hai loại khoá bảo hiểm : Khóa bảo hiểm kiểu hở và
khóa bảo hiểm kiểu kín.
a) Kiểu hở b) Kiểu kín
1) ống dẫn khí vào 2) ống dẫn khí ra 3) Van điều chỉnh mức nước
4) ống thoát khí 5) Van 6) Van an toàn
Hình 5.3. Sơ đồ nguyên lý khoá bảo hiểm
a) Khóa bảo hiểm kiểu hở (Hình 5.3a) : Dùng cho bình có áp lực thấp. Khí
C2H2 được dẫn vào qua ống (1), đi qua nước vào ngăn chứa khí tới ống (2) đi ra mỏ
hàn hoặc mỏ cắt. Khi có ngọn lửa quặt, áp suất trên mặt nước của của khóa bảo
hiểm tăng lên, đẩy nước dâng lên trong ống (1) chặn không cho khí đi vào, đồng
thời mực nước hạ xuống, miệng ống thoát (4) hở, khí qua ống thoát đi ra ngoài.
b) Khoá bảo hiểm kiểu kín (Hình 5.3b): Dùng cho bình có áp lực trung bình.
Khi C2H2 dẫn vào qua ống (1), đẩy viên bi của van (5) nổi lên và đi qua van, tập
trung ở ngăn chứa khí, sau đó qua ống (2) đi tới mỏ hàn hoặc mỏ cắt.
Khi có ngọn lửa quặt, áp suất trên mặt nước tăng, viên bi bị đẩy xuống đóng
kín đường dẫn khí, nếu áp suất khí trong van vượt quá giá trị cho phép, màng chặn
của van an toàn (6) bị phá và khí thoát ra ngoài.
5.4.4. Van giảm áp
Van giảm áp là dụng cụ dùng để giảm áp suất khí trong bình chứa xuống áp
suất làm việc cần thiết và tự động duy trì áp suất đó ở mức ổn định.
Đối với khí ôxy áp suất khí trong bình đạt tới 150 at, áp suất khí làm việc
3÷4 at, còn khí axêtylen áp suất trong bình tới 15÷16 at, áp suất làm việc 0,1÷1,5
at.
Trên hình sau trình bày sơ đồ nguyên lý của van giảm áp kiểu nghịch:
1. Đường dẫn khí cao áp; 2. Lò xo phụ; 3. Van; 4. Van an toàn;
5. Đường dẫn khí ra; 6. Buồng thấp áp; 7. Lò xo chính; 8. Vít
điều chỉnh; 9. Màng đàn hồi; 10. thanh truyền; A. Buồng cao áp
Hình.5.4. Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch
Nguyên lý hoạt động: Khí nén từ bình chứa theo ống (1) vào buồng cao
áp(A), áp suất trong buồng cao áp được đo bằng đồng hồ (11). Nhờ có khe hở dưới
nắp (3) khí sẽ đi xuống buồng thấp áp (B), với áp suất được xác định theo đồng hồ
(12), rồi đi ra mỏ hàn. Ban đầu, ta nhìn vào đồng hồ (12) điều chỉnh áp suất theo
yêu cầu bằng cách điều chỉnh khe hở van 3 thông qua vít (8).
Nếu do một nguyên nhân nào đó, áp suất khí ra (p 2) tăng, áp lực tác dụng lên
mặt trên của màng đàn hồi (9) tăng, đẩy màng đàn hồi dịch xuống và thông qua
con đội van (3) bị kéo xuống, làm cửa van đóng bớt lại, lượng khí đi vào buồng hạ
áp giảm, làm áp suất khí ra giảm.
Ngược lại, nếu p2 giảm, màng đàn hồi nâng lên đẩy cửa van (3) mở lớn hơn,
lượng khí vào buồng hạ áp tăng, làm p2 tăng trở lại.
Trường hợp áp suất của khí trong buồng (6) tăng lên quá mức làm màng cao
su không thể ép được lò xo (7) xuống hơn nữa thì van an toàn (4) sẽ mở và khí
được thoát ra ngoài.
5.4.5. Mỏ hàn
Mỏ hàn là dụng cụ dùng để trộn khí cháy và ôxy, tạo thành hỗn hợp cháy có tỉ
lệ thích hợp để nhận được ngọn lửa hàn theo yêu cầu.
Mỏ hàn có 2 loại là mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp.
a/ Mỏ hàn kiểu hút; b/ Mỏ hàn đẳng áp
1. Dây dẫn khí C2H2 ; 2. Dây dẫn khí oxy; 3. Van điều chỉnh C2H2;
4. Van điều chỉnh oxy; 5. Buồng hút ; 6. ông dẫn 7. Đầu mỏ hàn
Hình 5.5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí
a) Mỏ hàn kiểu hút (H.5.5a) :
Sử dụng khi hàn với áp suất khí C2H2 thấp và trung bình. Khí C2H2 được
dẫn vào ống (1), còn khí ôxy được dẫn vào ống (2).