Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG,MAG (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐÀO XUÂN TOÀN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI CHI TIẾT TRỤC
ĐÃ BỊ MÒN QUA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Ở CÁC THIẾT BỊ
CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG

Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số
: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

TS. Nguyễn Văn Hùng

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2016


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã
bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn
MIG/MAG” này là công trình nghiên cứu của tôi và nó chưa hề được công bố, hoặc
trình bày trên bất kỳ bài báo hay tạp chí khoa học nào của các tác giả trong nước.
Tác giả luận văn

Đào Xuân Toàn


iii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình tới TS. Nguyễn Văn Hùng
đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu, tổ chức
thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí và Phòng Đào
tạo sau đại học – Trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận
lợi để hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Nhà máy mía đường Sơn Dương – Tuyên
Quang đã tạo điều kiện cho tác giả khảo sát thực tế, cung cấp tài liệu để ứng dụng
vào luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác
giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học
và bạn bè đồng nghiệp.
Ngày 05 tháng 11 năm 2016
Tác giả luận văn

Đào Xuân Toàn

iv

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... iii
MỤC LỤC ........................................................................................................... iv
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................... vi
Danh mục các bảng............................................................................................... 1
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ............................................................................... 2
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU MÀI
MÒN ..................................................................................................................... 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC. ...................................................3
1.2 CƠ CHẾ PHÁ HỎNG CỦA CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN ...............................5
1.2.1 Khái niệm về mòn ...................................................................................... 5
1.2.2 Cơ chế phá hỏng của các chi tiết chịu mài mòn ........................................ 8
1.3 PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT. ..............................................12
1.3.1 Hàn đắp hồ quang tay (SMAW/MMA)( Theo [4] ) ................................ 14
1.3.2 Hàn đắp tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (SAW) ...................................... 15
1.3.3 Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) ................ 15
1.3.5 Hàn đắp bằng Plasma (PW)....................................................................... 17
CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HOÁ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG ....................................................... 20
2.1 Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) ..............................20
2.1.1 Đặc điểm .................................................................................................. 20
2.1.2 Vật liệu công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) ........ 20
2.1.2.1 Khí bảo vệ ...........................................................................................20
2.1.3 Các thông số hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) ................. 23

2.1.3.1 Tốc độ hàn - tốc độ đắp .......................................................................23
2.1.3.2 Cường độ dòng điện hàn, tốc độ cấp dây ............................................24
2.1.3.3 Điện áp hồ quang .................................................................................25
2.1.3.4 . Tầm với điện cực ...............................................................................26
2.1.4 Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng lớp hàn
đắp 26


2.1.4.1 . Ảnh hưởng của chế độ hàn ................................................................27
2.2 Mô hình quy hoạch thực nghiệm ......................................................................35
2.2.1 Cơ sở thiết kế và xử lý số liệu thí nghiệm ............................................... 35
2.2.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu ...................................................................... 37
2.3 Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn đắp bằng
phương pháp hàn MIG/MAG ................................................................................39
2.4 Hệ thống công nghệ ..........................................................................................39
2.4.1 Máy hàn MIG/MAG ................................................................................ 39
2.4.2. Thiết bị đo, kiểm tra chất lượng, khuyết tật trên lớp đắp ......................... 40
2.4.3 Vật liệu hàn thí nghiệm ............................................................................. 42
2.4.4 Phương pháp hàn thí nghiệm ..................................................................... 43
2.5 Thực nghiệm hàn phục hồi. ..............................................................................43
2.5.1 Thiế t kế mẫu thí nghiê ̣m .......................................................................... 43
2.5.2 Xác định ma trận thí nghiệm. .................................................................. 43
2.5.3 Tiến hành thí nghiệm ................................................................................. 45
2.5.4 Xử lý số liệu nghiên cứu ........................................................................... 49
2.6. Phân tích kết quả thực nghiệm ....................................................................... 53
2.6.1 Ảnh hưởng của dòng điện hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn ....... 53
2.6.2. Ảnh hưởng của điện áp hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn .......... 54
2.7. Kiểm tra chất lượng các mẫu hàn .................................................................... 55
2.7.1. Mức độ xuất hiện khuyết tật trên lớp đắp khi thay đổi chế độ hàn .............. 55
2.7.2. Kiểm tra thành phần kim loại lớp hàn đắp và thành phần kim loại lớp

nền ...................................................................................................................... 56
2.7.3. Tổ chức kim tương các mẫu khi thực hiện các chế độ hàn đắp…………....58
2.7.4 Độ bền kéo lớp kim loại đắp ............................................................... 61
CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHỤC HỒI MỘT CHI TIẾT TRỤC
CỤ THỂ CHỊU MÀI MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG ......... 64
3.1 KHẢO SAT ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA TRỤC. ......................................64
3.1.1 Vị trí hoạt động. ....................................................................................... 64
3.1.2 Các dạng hư hỏng của trục và nguyên nhân ............................................ 68
3.2 KHẢO SÁT THỰC TẾ. ...................................................................................69
3.3 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TRỤC .............................................................71
3.4 THIẾT KẾ LẬP QUY TRÌNH HÀN PHỤC HỒI TRỤC. ..............................73
3.4.1 Vật liệu trục. ............................................................................................ 73


3.4.2 Xác định phương pháp và vật liệu hàn phục hồi. .................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 79
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

NDT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng phương pháp không khá hủy.

VT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng mắt thường

PT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng thấm mao dẫn

UT

-

Kiểm tra sản phẩm bằng siêu âm

Ctđ

%

Phần trăm cacbon tương đương

HCS

%

Hệ số nhạy cảm nứt nóng

HVmax

%

Tiêu chuẩn độ cứng của vùng ảnh hưởng nhiệt

бch

kg/cm2

Giới hạn chảy của vật liệu

бb

kg/cm2

Độ bền kéo của vật liệu

x

mm

Tọa độ phương trùng với hướng hàn

y

mm

Tọa độ phương ngang với hướng hàn

z

mm

Tọa độ phương vuông góc với bề mặt hàn

T

o

Nhiệt độ tại điểm cần khảo sát của vật hàn

λ

J/mm.s.oC Độ dẫn nhiệt của kim loại

ρ

g/cm3

Khối lượng riêng của kim loại

C

J/g.oC

Nhiệt dung riêng của kim loại

q(x,y)

W/mm2

Sự phân bố dòng nhiệt trên bề mặt vật hàn

Q

J/mm

Năng lượng truyền vào chi tiết hàn

U

V

Điện áp hàn

I

A

Dòng điện hàn

v

mm/s

Vận tốc hàn

f1

-

C

Hiệu suất truyền năng lượng nhiệt của các loại phương
pháp hàn


Vn

o

Tốc độ nguội tại đường tâm của mối hàn

To

o

Nhiệt độ ban đầu của vật hàn

Tc

o

Nhiệt độ tại đó tiến hành tính toán tốc độ nguội

R

mm

Ke

-

Chỉ tiêu kinh tế

Cm

-

Giá thành mua mơi

CSC

-

Giá thành sửa chữa

Kt

-

Hệ số tuổi thọ

TSC

-

Tm

-

C/s
C
C

Khoảng cách từ gốc tọa độ nguồn nhiệt đến điểm cần
tính

Tuổi thọ của chi tiết phục hồi bằng phương pháp đã
chọn
Tuổi thọ chi tiết mới


1

Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Phương pháp phục hồi bằng hàn đắp. ................................................ 13
Bảng 2.1: Thành phần khí Argon (% khối lượng) .............................................. 21
Bảng 2.2: Thành phần khí Heli (% khối lượng) theo [6] ................................... 22
Bảng 2.3: Chất lượng khí cacbonic dùng bảo vệ mối hàn (theo [6]) ................. 22
Bảng 2.4: Chất lượng khí nitơ dùng bảo vệ mối hàn.......................................... 23
Bảng 2.5: Khí, hỗn hợp khí bảo vệ dùng cho hàn MIG, MAG .......................... 23
Bảng 2.6: Dải tốc độ cấp dây.............................................................................. 24
Bảng 2.7: Chọn điện áp hàn ............................................................................... 25
Bảng 2.8: Ảnh hưởng của thành phần khí bảo vệ .............................................. 33
Bảng 2.9: Thành phần hóa học của vật liệu chế tạo mẫu ............................... 42
Bảng 2.10: Thành phần hóa học của dây hàn ................................................. 42
Bảng 2.11. Miền giới hạn chế độ hàn thực nghiệm. ....................................... 44
Bảng 2.12. Ma trận thí nghiệm. .......................................................................... 45
Bảng 2.13: Kết quả độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn đắp ................................. 48

Bảng 2.14. Kết quả kiểm tra khuyết tật hàn trên lớp đắp ................................ 55
Bảng 2.15.a. Mẫu cơ bản N01 (Thép C45) ...................................................... 56
Bảng 2.15.b. Mẫu hàn đắp đúng chế độ hàn (N08) trên vật liệu thép C45 .... 56
Bảng 2.16. Độ bền kéo một số mẫu hàn đắp ...................................................... 61
Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép cổ trục. ....................................................... 73
Bảng 3.2 Thành phần hóa học dây hàn GM-70S................................................ 74
Bảng 3.4.Chế độ hàn với dây GM-70S .............................................................. 75
Bảng 3. 5. Quy trình xử lý nhiệt sau hàn. ........................................................... 77
Bảng 3.6: Bảng chế độ cắt khi tiện thô cổ trục .................................................. 77
Bảng 3.7: Bảng chế độ cắt tiện bán tinh, tiện tinh cổ trục .................................. 77
Bảng 3.8 Dự kiến chi phí phục hồi trục ép mía nhà máy mía đường ................. 78


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Một số dạng mòn của trục cam ............................................................ 7
Hình 1.2. Trục của các chi tiết máy bị mòn, rỗ .................................................... 8
Hình 1.3 Một số hình ảnh phục hồi các bề mặt chi tiết mòn, gãy ...................... 11
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG ......................................................... 16
Hình 1.5 Hàn bột Plasma phục hồi xupap động cơ máy thủy ........................... 18
Hình 1.6 Một số ứng dụng của công nghệ hàn bột plasma ............................... 18
Hình 1.7 Hệ thống thiết bị công nghệ hàn bột plasma ....................................... 19
Hình 1.8 Đầu hàn plasma ................................................................................... 19
Hình 2.1: Quan hệ điện áp và cường độ dòng điện ............................................ 26
Hình 2.2: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang ..................... 29
Hình 2.3: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang ................... 30
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm CCD 2 biến ............................................................ 37
Hình 2.5. Máy hàn MIG/MAG và đồ gá hàn ..................................................... 39
Hình 2.6. Thiết bị đo , kiểm tra chất lượng, khuyết tật trên lớp đắp .................. 40
Hình 2.7: Hóa chất kiểm tra mối hàn (trái) và thiết bị đánh bóng mẫu ( phải) .. 41
Hình 2.8: Kính hiển vi quang học ...................................................................... 41

Hình 2.9: Máy phân tích thành phần hóa PMI-MASTER PRO ......................... 42
Hiǹ h 2.10: Thiế t kế mẫu thí nghiê ̣m ................................................................... 43
Hình 2.11. Tạo kế hoạch thí nghiệm .................................................................. 44
Hình 2.12. Khai báo biến thí nghiệm………………..………………………….....45
Hiǹ h 2.13: Gá mẫu thí nghiê ̣m .......................................................................... 46
Hình 2.14: Quá trình hàn các mẫu thí nghiê ̣m.................................................... 46
Hình 2.15: Gia công mẫu thí nghiê ̣m ................................................................. 47
Hình 2.16: Cắ t mẫu trên máy CNC .................................................................... 47
Hiǹ h 2.17: Một số mẫu sau khi cắt…………………………………………….......47
Hình 2.18: Đo chiề u sâu ngấ u ............................................................................ 48
Hình 2.19: Kiể m tra đô ̣ cứng ............................................................................. 48


Hình 2.21. Phân tích số liệu thực nghiệm cho chỉ tiêu độ cứng HB ................. 50
Hình 2.22. Phân tích số liệu thực nghiệm cho chỉ tiêu độ sâu ngấu mối hàn ..... 50
Hình 2.23. Đồ thị đường mức ............................................................................. 51
Hình 2.24. Đồ thị đường mức ............................................................................. 51
Hình 2.25. Xác lập các thông số tối ưu hóa ........................................................ 52
Hình 2.26. Đồ thị tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu .......................................... 52
Hình 2.27. Số liệu lời giải tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu ............................ 53
Hình 2.28. Đồ thị mức ảnh hưởng của dòng điện hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu
............................................................................................................................ 53
Hình 2.29. Hình dạng mối hàn khi tăng cường độ dòng điện ............................ 54
Hình 2.30. Đồ thị mức ảnh hưởng của điện áp hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu54
Hình 2.31.Hình dạng mối hàn khi tăng điện áp hồ quang .................................. 54
Hình 2.32. Mối hàn không đúng chế độ hàn (a). Mối hàn đúng chế độ hàn (b) 55
Hình 2.33.a. Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại nền (N01) ................ 57
Hình 2.33.b. Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại hàn đắp (N08) ......... 57
Ảnh 2.34.Tổ chức Peclít (mẫu cơ bản N01) - 200X........................................... 58
Ảnh 2.35.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N02) - 100X; ....................................... 58

Ảnh 2.36.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N03) - 100X; ....................................... 58
Ảnh 2.37.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N04) - 100X; ....................................... 59
Ảnh 2.38.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N05) - 100X; ....................................... 59
Ảnh 2.39.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N07) - 100X; ....................................... 59
Ảnh 2.40.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N08) - 100X; ....................................... 60
Ảnh 2.41.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N09) - 100X; ........................................ 60
Ảnh 2.42.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N10) - 100X; ........................................ 60
Hình 3.1 Lưu đồ sản xuất đường từ mía cây ...................................................... 65
Hình 3.2 Công đoạn ép mía. ............................................................................... 66
Hình 3.3. Hình ảnh mô phỏng trục ép (cán) ....................................................... 67
Hình 3.4. Hình ảnh thực tế của trục ép (cán) ...................................................... 68


Hình 3.5. Khảo sát mức độ mòn trục ép công ty CP Mía đường La Ngà ........ 69
Hình 3.6.Trục ép bị mài mòn và nứt tại Công ty CP Mía đường La Ngà ......... 70
Hình 3.7. Vị trí hoạt động của trục ép. ............................................................... 71
Hình 3.8 Cấu tạo chung của trục ép tại nhà máy đường La Ngà ...................... 72
Hình 3.9. Bề mặt mài mòn của trục tại nhà máy đường La Ngà ........................ 72
Hình 3.10. Kiểm tra vết nứt của cổ trục trước bằng phương pháp thẩm thấu .... 72
Hình 3.11. Mặt cắt tiết diện của trục .................................................................. 73
Hình 3.12. Thứ tự hàn lớp lót. ............................................................................ 76
Hình 3.13 Vị trí hàn. ........................................................................................... 76


1

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đế tài
Chi tiết “Trục” là chi tiết dạng trục bậc, trục đặc. Tải trọng tác dụng có thể là tải
trọng tĩnh hoặc tải trọng động.Trong quá trình làm việc sự tiếp xúc trực tiếp hoặc gián

tiếp của trục với các chi tiết khác qua màng dầu bôi trơn, làm việc trong điều kiện
chịu uốn, xoắn, va đập, ma sát, mài mòn, ngoài ra còn bị oxy hóa, ăn mòn bởi dầu
bôi trơn. Đặc biệt trong quá trình vận hành vì một lý do nào đó mà màng dầu bôi trơn
không còn tác dụng hoặc tác dụng kém thì ma sát tại vùng tiếp xúc rất kém. Do đó bề
mặt làm việc của trục thường bị mòn, nứt sinh ra tải trọng động, va đập làm giảm
công suất, hiệu suất cũng như tăng tiêu hao nhiên liệu khi vận hành. Giảm độ tin cậy
làm việc của động cơ. Vì vậy chi tiết trục bị mòn phải được thay thế mới hoặc sửa
chữa lại theo tiêu chuẩn. Để thay thế mới các chi tiết trục này rất tốn kém về kinh tế.
Do đó người ta thường phục hồi nó bằng phương pháp hàn đắp, sau đó gia công cắt
gọt để phục hồi lại kích thước ban đầu. Vì các chi tiết trục sau khi phục hồi bằng
phương pháp hàn có tuổi thọ tương đương với các chi tiết trục mới và giá thành phục
hồi rẻ hơn so với chế tạo mới, cũng như chủ động cung cấp phụ tùng thay thế kịp thời
cho thiết bị phục vụ sản xuất mà không phụ thuộc nhiều vào nhập ngoại cũng như
chế tạo mới.
Vì vậy việc định hướng “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục
đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp
hàn MIG/MAG” là rất cần thiết đối với ngành công nghiệp nói chung và ngành cơ
khí chế tạo nói riêng.
Lịch sử nghiên cứu:
Nghiên cứu về phục hồi các chi tiết được thực hiện phổ biến trên thế giới từ
những năm 1970. Các nghiên cứu đi theo những xu hướng như:
 Phục hồi về tính chất bề mặt của chi tiết bằng phương pháp phun phủ.
 Phục hồi về kích thước hình học, cơ tính bề mặt của chi tiết bằng phương
pháp hàn đắp.
 Phục hồi các chi tiết lớn với các yêu cầu kỹ thuật cao.
 Ứng dụng nâng cao chất lượng bề mặt trong sản xuất mới.
 Ứng dụng polymer vào phục hồi nguội các chi tiết.
Tại Việt Nam việc nghiên cứu phục hồi các chi tiết được thực hiện từ những
năm 1980, hiện tại đang có rất nhiều công trình nghiên cứu về phục hồi các chi tiết
với xu hướng như sau:

2

 Nghiên cứu các quá trình hình thành lớp đắp bằng công nghệ hàn đắp tự động
dây lõi bột để đảm bảo yêu cầu về độ cứng, thành phần hoá học và cấu trúc
kim loại.
 Nghiên cứu công nghệ, chế độ hàn đảm bảo tính ổn định về độ cứng và hình
dáng mối hàn.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục cụ thể đã bị mòn qua quá trình
sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG/MAG
Ý nghĩa của đề tài
Việc nghiên cứu phục hồi các chi tiết trục bị mòn trong quá trình sử dụng để
tiếp tục kéo dài tuổi thọ của chúng, đặc biệt với các chi tiết trục phức tạp và giá thành
cao trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật và công nghệ phục hồi hiện đại đảm bảo khả
năng làm việc tốt và tin cậy chính là ý nghĩa khoa học của đề tài này.
Giải quyết được bài toán đặt ra mà tác giả đã lựa chọn nêu trong mục “Tính cấp
thiết của đề tài ". Cho phép nâng cao tuổi thọ của chi tiết trục và hiệu quả kinh tế
trong quá trình sử dụng thiết bị, đặc biệt với những chi tiết trục có giá trị cao rất có ý
nghĩa trong thực tiễn của nền sản xuất Việt nam.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần
sau:
Chương 1: Tổng quan về phục hồi các chi tiết trục chịu mài mòn
Chương 2: Tối ưu hóa thông số công nghệ hàn phục hồi bằng phương pháp hàn
MIG/MAG
Chương 3: Xây dựng quy trình hàn phục hồi một chi tiết trục cụ thể chịu mài
mòn
bằng phương pháp hàn MIG/MAG

Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU
MÀI MÒN
1.1 TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC.
Trục là một trong các loại chi tiết máy dùng để mang các chi tiết máy khác,
truyền công suất hoặc thực hiện một lúc cả hai nhiệm vụ trên.
Trục có thể phân thành nhiều loại tuỳ thuộc vào phương pháp sử dụng:
 Theo đặc điểm chịu tải trọng: Cách phân loại này dựa trên tính chất tải trọng tác
dụng lên trục. Theo cách phân loại này, chúng ta có thể chia trục thành hai loại:
trục tâm và trục truyền.
 Theo cấu tạo trục: Nếu phân loại trục theo cấu tạo, thì có thể chia trục thành:
trục trơn, trục bậc, trục đặc và rỗng.
Kết cấu trục hợp lý là một trong những yêu cầu đặt ra cho người thiết kế sao
cho đảm bảo được độ bền, tính thẩm mỹ của thiết bị, có tính công nghệ cao để thuận
tiện cho việc chế tạo và lắp ráp cũng như giá thành hợp lý nhất.
Kết cấu trục được quyết định bởi tình hình phân bố lực tác dụng lên trục và trị
số của các lực này, cách bố trí và cố định các chi tiết máy trên trục, tình hình gia công
và lắp ghép …
Trục được chế tạo có hình trục tròn gồm nhiều bậc. Ít khi dùng trục trơn vì loại
trục này không thích hợp với ứng suất thay đổi theo dọc chiều dài trục, lắp ráp sửa
chữa khó khăn, việc cố định các chi tiết máy trên trục cũng phức tạp…Tuy nhiên,
trục trơn rất dễ trong chế tạo.
Trục rỗng có giá thành cao do chế tạo khó khăn, nhưng có khối lượng nhỏ và
khả năng truyền moment xoắn tốt.
Cấu tạo trục bao gồm các phần sau:
 Chi tiết máy đỡ trục gọi là ổ trục, phần trục tiếp xúc với ổ trục được gọi là ngõng

trục
 Phần trục để lắp ghép các tiết máy khác gọi là thân trục
Một điều hết sức lưu ý trong quá trình thiết kế trục là : Đường kính ngõng trục và
thân trục phải lấy theo các trị số tiêu chuẩn để thuận tiện cho việc chế tạo và lắp
ghép.
Vật liệu dùng để chế tạo trục xác định theo những tiêu chuẩn về khả năng làm việc
của trục, ít nhạy với tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện, hoá luyện được và
dễ gia công và có các đặc điểm sau:


4

 Phôi để chế tạo trục có đường kính nhỏ hơn 150 mm dùng phôi rèn. Rất hiếm
khi dùng phôi đúc.
 Thép Carbon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo trục,
nếu không có yêu cầu cao và trục chịu ứng suất không lớn thì có thể dùng thép
CT5 không nhiệt luyện
 Nếu khả năng tải của trục đòi hỏi cao hơn thì dùng thép C45, 40Cr nhiệt luyện
 Đối với các trục chịu ứng suất lớn và sử dụng trong các máy móc quan trọng có
thể dùng thép 40CrNi, 40CrNi, 30CrMnTi…Trục được chế tạo từ những loại
thép này thường được tôi cải thiện (tôi rồi ram ở nhiệt độ cao, tôi cao tầng (tôi
bề mặt chi tiết bằng dòng diện có tầng số cao) rồi sau đó ram ở nhiệt độ thấp.
 Đối với trục có số vòng quay lớn và ổ trục là ổ trượt thì đòi hỏi ngõng trục phải
có đội rắn cao, thường được chế tạo từ thép 20, 20Cr thấm Carbon rồi tôi.
 Nếu trục làm việc với vận tốc rất cao và chịu ứng suất lớn thì dùng thép
12CrNi3A,18CrMnTi thấm carbonvà tôi hay thép thấm nitơ như 38Cr2MoAlA.
 Để chế tạo các trục định hình như trục khuỷu hay trục có đường kính lớn, nặng
(trục cán), người ta dùng gang chịu bền cao (gang cầu) và gang biến tính. Tuy
sức bền của gang kém hơn thép nhưng gang lại ít nhạy với tập trung ứng suất
và khả năng giảm chấn tốt hơn thép

 Cần chú ý rằng thép hợp kim nhiệt luyện có độ bền và độ rắn cao nhưng modun
đàn hồi không khác các loại thép Carbon thông thường. Do đó, theo điều kiện
sức bền thì kích thước trục sẽ nhỏ nhưng trục sẽ không đủ độ cứng cần thiết.
Hơn nữa, thép hợp kim thường đắt tiền và rất nhạy với tập trung ứng suất. Do
đó, khi nào thực sự cần thiết (giảm bớt kích thước và khối lượng trục, nâng cao
tính chống mòn của ngõng trục) và xét thấy độ cứng trục vẫn đảm bảo thì mới
dùng đến thép hợp kim .
Các dạng hỏng của trục bao gồm: gãy trục, mòn trục, không đủ độ cứng với các
đặc điểm sau:
 Gãy trục: do quá tải; do mỏi gây do thường xuyên làm việc quá tải (do không
đánh giá đúng đặc điểm và trị số của tải trọng); Do đánh giá không đúng sự tập
trung ứng suất do kết cấu trục gây nên (góc lượn, rãnh then, lỗ khoan, rãnh
vòng…); Có sự tập trung ứng suất do chất lượng chế tạo kém (có vết xước khi
gia công…); Sử dụng và lắp ráp không đúng kỹ thuật hoặc lắp không đúng kiểu
 Mòn trục: Đối với ngõng trục lắp ổ trượt khi tính toán và sử dụng không đúng
yêu cầu kỹ thuật thì màng dầu bôi trơn không hình thành, dẫn đến trục trực tiếp


5

tính xúc với ổ, dẫn đến lót trục bị mòn nhanh, ngõng trục bị nóng lên trục có
thể bị dính (là hiện tượng vật liệu của lót ổ bám dính vào ngõng trục), trục bị
xước và mất khả năng làm việc.
 Trục không đủ độ cứng: Trục bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng gây nên
phá hỏng ổ trục, các bền mặt của các chi tiết truyền động, mất độ chính xác và
độ bóng bề mặt gia công (đối với trục chính của máy gia công). Nếu trục bị biến
dạng làm việc với vận tốc vòng lớn sẽ gây nên dao động.
1.2 CƠ CHẾ PHÁ HỎNG CỦA CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN
1.2.1 Khái niệm về mòn
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề

mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Nói chung mòn
xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt.
Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc
có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng
chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào bị tách ra. Sau đó vật liệu bị
tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc hoặc tách ra thành những hạt
mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích
hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị
mòn. Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ
của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích
của vật cũng là một dạng mòn.
Giống như ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là sự phản
ứng của một hệ thống. Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới mòn ở bề
mặt tiếp xúc chung. Rất sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung
là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. Mòn có thể chia thành các dạng sau:
Mòn do dính: Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau.
Dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp
tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề
mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn được sinh ra
do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô.
Mòn do cào xước: Xảy ra khi các nhấp nhô của một bề mặt cứng và ráp hoặc
các hạt cứng trượt trên một bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng
biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có độ dai
va đập cao (kim loại và hợp kim), đỉnh các nhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây


6

nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả trường hợp tải nhẹ nhất. Trong
trường hợp vật liệu dòn có độ dai va đập thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên

vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu.
Mòn do mỏi: Mỏi xuất hiện dưới và trên bề mặt xảy ra tương ứng với tiếp xúc
lăn và trượt theo chu kỳ. Sự đặt và nhấc tải theo chu kỳ có thể là nguyên nhân gây ra
các vết nứt dưới hoặc trên bề mặt. Sau một số chu kỳ giới hạn các vết nứt sẽ phát
triển tới bề mặt tạo nên các mảnh mòn lớn làm cho bề mặt bị rỗ. Mòn do mỏi chia
thành các dạng sau:
Mỏi tiếp xúc lăn và trượt: Với các chi tiết không xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp,
các bề mặt đối tiếp vẫn chịu ứng suất lớn được truyền qua màng bôi trơn trong chuyển
động lăn. Các chi tiết của ổ lăn được thiết kế bôi trơn tốt thường bị hỏng vì mỏi xảy
ra dưới bề mặt. Khi một vết nứt về mỏi xuất hiện dưới bề mặt, nó sẽ phát triển và tách
vật liệu vùng bề mặt ra thành những mảnh mòn mỏng.
Mỏi tiếp xúc vừa lăn vừa trượt: Sự kết hợp giữa lăn và trượt làm dịch chuyển
điểm có ứng suất tiếp cực đại lên gần bề mặt hơn do đó vị trí hỏng do mỏi tiến gần
bề mặt hơn. Sự trượt thúc đẩy sự phá huỷ bề mặt do dính. Bôi trơn thích hợp có thể
hạn chế đến tối thiểu ảnh hưởng phá huỷ bề mặt do trượt trong điều kiện tiếp xúc này.
Mỏi tiếp xúc trượt: Khi hai bề mặt trượt tương đối mòn xảy ra do dính và cào
xước. Tuy nhiên có thể thấy rằng các đỉnh nhấp nhô có thể tiếp xúc và trượt với nhau
mà không bị dính hoặc cào xước, ứng suất tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô làm cho đỉnh
các nhấp nhô ở một hoặc cả hai bề mặt bị biến dạng dẻo.
Mòn do va chạm: Mòn do va chạm gồm 2 loại chính:
Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion): Mòn do va chạm của các hạt cứng là
một vấn đề quan tâm trong máy móc như sự va chạm của các hạt cát vào cánh tua
bin, cánh máy bay lên thẳng, cánh quạt máy bay, chắn gió máy bay, đầu phun cát, tua
bin than, tua bin thuỷ lực bơm ly tâm sử dụng bơm bùn than. Tuy nhiên va chạm hạt
cứng cũng có nhiều ứng dụng có lợi trong việc làm sạch các bề mặt của chi tiết máy.
Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion): Percussion là va chạm có chu
kỳ của vật thể rắn thường gặp ở đầu búa in trong máy in, các ứng dụng điện cơ cao
tốc và trong các nhấp nhô bề mặt nhô cao trong ổ bôi trơn khí. Trong phần lớn các
ứng dụng va chạm liên quan đến trượt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp.
Mòn do percussion xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính,

hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical.


7

Mòn hoá học: Mòn hoá học xảy ra khi các bề mặt đối tiếp hoạt động trong
môi trường có hoạt tính hoá học. Mòn hoá học xảy ra do sự tương tác hoá học hoặc
điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trường. Mòn hoá học xảy ra trong môi trường ăn
mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao. Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo
với tác dụng của dòng điện xảy ra trong quá trình điện phân.
Mòn Tribochemical: Ma sát làm thay đổi động lực học của các tương tác hoá
học giữa các bề mặt trượt và với khí hoặc chất lỏng trong môi trường do tác dụng
sinh nhiệt trên bề mặt tiếp xúc. Ngành hoá học nghiên cứu tác dụng thay đổi các phản
ứng hoá học bằng ma sát hoặc năng lượng cơ học gọi là tribochemistry, mòn bị kiểm
soát bởi các phản ứng này gọi là mòn hoá học. Nhiệt sinh ra do tương tác ma sát ở
đỉnh các nhấp nhô làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học là cơ chế đặc trưng nhất của
mòn tribochemical.
Mòn fretting: Hiện tượng fretting xảy ra khi chuyển động dao động với tần
số thấp (trong khoảng vài chục nanômét đến vài chục micrômét) xảy ra trên bề mặt
tiếp xúc chung của các bề mặt (về danh nghĩa là đứng yên). Đây là hiện tượng phổ
biến bởi vì phần lớn các máy móc đều bị dao động, cả khi vận chuyển lẫn khi hoạt
động.

a

b
Hình 1.1: Một số dạng mòn của trục cam
a) Cổ trục cam bị mòn
b) Vấu trục cam bị mòn, rỗ

8

Hình 1.2. Trục của các chi tiết máy bị mòn, rỗ
1.2.2 Cơ chế phá hỏng của các chi tiết chịu mài mòn
Mòn cơ học (còn có tên gọi mài mòn) là dạng mòn do các tác dụng cơ học. Đây
là dạng hư hỏng do va chạm, mài mòn do tróc dính, do sự phá huỷ các bề mặt liên
quan đến sự hao mòn vật liệu.
Trong quá trình sử dụng các chi tiết máy bị hao mòn, độ hao mòn phụ thuộc vào
các điều kiện như: Chất lượng chế tạo, kỹ thuật chăm sóc và điều kiện sử dụng. Việc
chăm sóc bảo dưỡng và sử dụng không đúng là nguyên nhân quan trọng làm cho độ
hao mòn tăng nhanh.
Khi làm việc các chi tiết chuyển động tương đối trên nhau, sinh ra ma sát giữa
các bề mặt làm việc, làm mài mòn các chi tiết. Trong điều kiện bình thường thì quy
luật hao mòn diễn ra tỉ lệ thuận với thời gian sử dụng và khối lượng công việc hoàn
thành. Quy luật hao mòn theo 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Giai đoạn rà trơn máy. Là giai đoạn đầu, các chi tiết hao mòn rất
nhanh, vì các bề mặt làm việc có những chỗ gồ ghề của vết dao cắt gọt, tiếp xúc với


9

nhau, mài vào nhau, ở các điểm cao nhất ma sát cao hơn các điểm khác, thêm vào đó
việc bôi trơn khó khăn hơn, do đó khe hở tăng lên rất nhanh.
Giai đoạn hai: Giai đoạn làm việc bình thường. Sau giai đoạn một các chỗ gồ
ghề bị san bằng phẳng, áp suất phân bố đều, dầu bôi trơn vào dễ dàng hơn, tạo thành
màng dầu trên toàn bộ bề mặt làm việc, độ hao mòn ổn định, tăng chậm. Giai đoạn
này tương đối dài, là thời gian làm việc bình thường của gầu máy, muốn kéo dài thời
gian này, biện pháp duy nhất là chăm sóc, điều chỉnh kịp thời, sử dụng đúng quy trình
kĩ thuật.

Giai đoạn ba: Giai đoạn nguy hiểm. Ở giai đoạn này độ hao mòn các chi tiết
tăng nhanh, khe hở lắp ghép có trị số lớn nhất, khe hở lớn sẽ sinh ra lực va đập, làm
các chi tiết máy hao mòn nhanh, bôi trơn khó khăn, sinh ra hư hỏng như: gẫy, cháy,
rỗ bề mặt, cuối giai đoạn phải thay thế, phục hồi, để đảm bảo khe hở làm việc tốt
nhất.
Mòn dưới tác dụng của môi trường. Mòn do dòng chất lỏng, dòng khí hoặc
hoá chất. Mòn dạng này có thể do các chất trên hòa tan khuyếch tán hay thẩm thấu
theo thời gian vào chi tiết máy; cũng có thể do tác dụng hoá học, do các tác dụng của
áp lực có chu kỳ hoặc không chu kỳ tiếp xúc với chi tiết... Các dạng mòn trên được
gọi là ăn mòn kim loại. Dựa theo môi trường có chất điện ly hay không mà người ta
chia ra : ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.
Dạng thứ 3 là dạng kết hợp cả cơ học và ăn mòn vật liệu dưới tác dụng của các
môi trường. Dạng mài mòn (mòn cơ học) thường xuất hiện trên các bề mặt khô tiếp
xúc có chuyển động tương đối với nhau, đặc biệt các bề mặt lắp ghép quá chặt, ma
sát lớn, ... Mòn cơ học xuất hiện khi có chuyển động của kim loại trên kim loại hay
có môi trường các chất phi kim loại chuyển động trên nó. Trong thực tế người ta phân
mòn cơ học ra các loại như sau:
Sự phá huỷ bề mặt do tróc dính (tróc loại 1): Do ma sát hình thành các mối liên
kết cục bộ, gây biến dạng và phá hỏng mối liên kết đó (quá tải cục bộ). Xuất hiện chủ
yếu ở ma sát trượt, tốc độ dịch chuyển nhỏ, thiếu bôi trơn làm áp suất cục bộ tăng quá
giới hạn chảy.
Sự phá huỷ bề mặt do tróc nhiệt (tróc loại 2 hay mài mòn nhiệt): Do ma sát nhiệt
độ tăng đáng kể hình thành các mối liên kết cục bộ, gây biến dạng dẻo rồi phá hỏng
mối liên kết ấy (quá tải nhiệt). Dạng này xuất hiện chủ yếu do chuyển dịch tương đối
lớn và áp lực riêng p tăng, cấu trúc kim loại xảy ra hiện tượng kết tinh lại, ram, tôi
cục bộ. Tróc loại 2 còn tuỳ thuộc vào độ bền, tính dẫn nhiệt, độ cứng của vật liệu ...


10

Sự phá huỷ do mỏi : Đây là dạng mài mòn rỗ hay pitting. Do tác động của ứng
suất biến đổi chu kỳ, ứng suất tăng lên và lớn hơn giới hạn đàn hồi. Hiện tượng này
xảy ra do mối liên kết ma sát không liên tục, nó xảy ra trong từng phần của của bề
mặt tiếp xúc. Phá huỷ do mỏi thường gặp ở những bề mặt có nứt tế vi, vết lỏm sâu,
độ bóng thấp hoặc không đồng đều. Dạng mòn này thường xảy ra khi có ma sát lăn,
trên bề mặt của ổ lăn và ổ trượt, trên bề mặt của bánh răng,...
Phá huỷ bề mặt do xói mòn kim loại (Mòn do tác dụng của môi trường các dòng
chảy): Là sự phá huỷ các bề mặt do lực tác dụng va đập và lập lại nhiều lần hoặc thời
gian kéo dài, áp lực lớn của dòng chất lỏng, dòng khí, dòng chuyển động của bột mài,
sự phóng điện hoặc chùm tia năng lượng ... chúng làm cho quá trình mòn do ma sát
phức tạp thêm.
Phá huỷ bề mặt do hiện tượng fretting
Sự phá huỷ bề mặt do ăn mòn kim loại: Ăn mòn là sự phá huỷ kim loại do
tương tác hoá học, điện hoá hoặc sinh hoá của kim loại với môi trường. Quá trình ăn
mòn kèm theo sự ô xy hoá bề mặt kim loại để tạo thành hợp chất hoá học của kim
loại (oxit, hydroxit, Cacbonat,...).
Sự phá huỷ bề mặt do ăn mòn điện : Sự phá hỏng bề mặt do tác dụng phóng
điện khi có dòng điện đi qua : Cổ góp, chổi than, các cơ cấu đóng và ngắt điện,...
Thực tế ở Việt nam hiện nay có rất nhiều chi tiết máy trong các ngành sản xuất
bị hỏng cần phải phục hồi; đặc biệt ngành công nghiệp khai thác và xây dựng sử dụng
một lượng lớn máy nhập khẩu từ nước ngoài, vì thế khi sử dụng có rất nhiều chi tiết
máy bị hư hỏng. Một ngành công nghiệp nữa mà ít được để ý là chế biến mía đường.
Để phục hồi cần giải quyết hai vấn đề cơ bản là:
 Đảm bảo chất lượng lớp đắp (độ bền mòn).
 Đảm bảo độ chính xác gia công cơ khí.
Đa số các trường hợp hàn phục hồi các bề mặt làm việc chịu mài mòn thường
dùng công nghệ hàn đắp dưới lớp thuốc hàn kết hợp với xử lý nhiệt sau khi hàn (nhiệt
luyện), điều này ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng và năng suất phục hồi.
Vì vậy hướng nghiên cứu hiện nay được xác định là hoàn thiện một bước công
nghệ hàn đắp hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) nhằm nâng

cao độ bền mòn (độ cứng) lớp đắp. Hiện nay, người ta tập trung vào giải quyết hai
vấn đề cơ bản sau đây:


11

 Nghiên cứu các quá trình hình thành lớp đắp bằng công nghệ hàn đắp
tự động để đảm bảo yêu cầu về độ cứng, thành phần hoá học và cấu trúc kim
loại.
 Nghiên cứu công nghệ, chế độ hàn đảm bảo tính ổn định về độ cứng và
hình dáng mối hàn.
Điều kiện thứ nhất cần cung cấp dây vào mối hàn, để thực hiện mục đích này
người ta dùng dây hàn chứa các nguyên tố hợp kim như: C, Cr, Mn, Ni....

Hình 1.3 Một số hình ảnh phục hồi các bề mặt chi tiết mòn, gãy
Như vậy từ những phân tích trên để phục hồi trục đã bị mòn, tác giả đã chọn
phương pháp hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ.
LỢI ÍCH CỦA VIỆC HÀN ĐẮP PHỤC HỒI CHI TIẾT.
Hàn đắp là một phương pháp công nghệ bề mặt được áp dụng rộng rãi trong
phục hồi, sửa chữa các bề mặt chi tiết máy. Kỹ thuật hàn tiên tiến hiện nay cùng với
sự phát triển mạnh của công nghệ vật liệu cho phép phục hồi bề mặt các chi tiết quan
trọng, bị mài mòn và hư hỏng trong quá trình sử dụng, đạt chất lượng tốt và đem lại
hiệu quả kinh tế cao.


12

Trong thực tế người ta đã hàn phục hồi bề mặt các chi tiết phức tạp và có độ
chính xác cao như trục khuỷu, trục cam, trục liền bánh răng, trục cán, gối đỡ, má
nghiền và các chi tiết phức tạp khác làm việc trong điều kiện tải trong nặng, các loại

trục ép mía, cánh khuấy chịu mài mòn, các loại xi lanh máy ép thuỷ lực, cánh tuốc
bin…
Bề mặt các chi tiết máy sau phục hồi có khả năng làm việc không kém các chi
tiết mới; trong nhiều trường hợp phục hồi bằng hàn đắp còn có thể làm tăng được một
số đặc tính của bề mặt chi tiết như độ cứng, khả năng chịu mài mòn… đồng thời làm
tăng tuổi thọ của chi tiết máy. Đặc biệt đem lại hiệu quả kinh tế là giá thành sau phục
hồi chi tiết máy chỉ bằng (30 ÷ 50)% so với giá thành chi tiết mới.
Hàng năm các trục này của một số nhà máy mía đường rất hay gặp các sự cố
hỏng hóc như gẫy trục, nứt, bong tróc bề mặt, mòn… Khi gặp các sự cố này, các nhà
máy thường phải dừng ép để khắc phục, mất rất nhiều thời gian, gián đoạn sản xuất,
ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế.
Từ trước tới nay tất cả các trục ép, khi có hư hỏng thường phải chở sang Trung
Quốc sửa chữa, vận chuyển tốn kém, giá sửa chữa cao mất rất nhiều thời gian, nhất
là đối với các nhà máy mía đường ở miền Trung và miền Nam. Các nhà máy đường
của Việt Nam hiện nay hầu hết đã có tuổi thọ trên 10 năm, các chi tiết qua thời gian
dài làm việc đã có chi tiết phải thay, chi tiết phải sửa chữa phục hồi (vì quý hiếm, giá
thành cao). Khối lượng công việc phải sửa chữa phục hồi các chi tiết như trục ép (cán)
hiện nay là rất lớn.
1.3 PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT.
Căn cứ vào đặc điểm kết cấu, điều kiện làm việc, tình trạng hư hỏng và công
nghệ hàn phục hồi mà ta có thể phân loại các chi tiết cần phục hồi ra làm hai loại cơ
bản sau:
Các chi tiết phục hồi bằng hàn đắp:
Là các chi tiết có bề mặt tiếp xúc và di chuyển tương đối trong quá trình làm
việc: Dạng hư hỏng tự nhiên của các loại chi tiết cơ khí.
Đối với các chi tiết dạng này, phải hàn đắp lên bề mặt bị mài mòn một lượng
kim loại đắp để bù lại kích thước ban đầu và lượng dư gia công. Lớp kim loại hàn
đắp phải đảm bảo các yêu cầu về cơ tính cũng như các đặc tính làm việc khác của chi
tiết máy.
Các chi tiết phải phục hồi bằng hàn nối do bị đứt, gãy, vỡ…

13

Đây là các chi tiết bị hư hỏng bất thường vì va chạm, do thay đổi tải đột ngột,
quá tải, phá huỷ …
Việc hàn phục hồi các chi tiết dạng này thường khá phức tạp, lớp kim loại hàn
vừa phải bảo đảm về độ bền, vừa phải đảm bảo được khả năng làm việc trong những
điều kiện nhất định. Theo [1], các chi tiết máy được thực hiện phục hồi bằng hàn đắp
được biểu thị trong bảng 1.1
Để thuận tiện cho việc chọn phương pháp phục hồi cũng như chọn vật liệu hàn
và các điều kiện công nghệ khác, dưới đây chúng ta sẽ phân loại các chi tiết hư hỏng
theo nhóm. Việc này tạo điều kiện cho ta có thể định hướng và lựa chọn phương pháp
phục hồi hợp lý, mặt khác đảm bảo cho các chi tiết sau khi phục hồi đạt chất lượng
sử dụng cao nhất, hạn chế tới mức thấp nhất chi phí sản xuất và tạo khả năng cơ khí
hoá và tự động hoá quá trình hàn.
Việc phân loại các nhóm chi tiết này được thực hiện trong bảng 1.1. Nhìn chung,
chủng loại các nhóm chi tiết và nhu cầu phục hồi của các dạng chi tiết máy đã ngày
càng trở nên rất phong phú và đa dạng. Việc lựa chọn phương pháp hàn phục hồi phù
hợp cho mỗi chi tiết cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định đến chất lượng phục
hồi, nó phụ thuộc vào thành phần hoá học của kim loại cơ bản, kết cấu hình học cũng
như điều kiện làm việc của chi tiết.
Bảng 1.1: Phương pháp phục hồi bằng hàn đắp.
TT Dạng chi tiết
1

Những chi tiết
bị mòn do ma
sát và nén ép

Chi tiết đặc trưng

Phương pháp phục hồi

- Các loại cổ trục chính, trục
trung gian, trục động cơ, máy
phát.

- Hàn hồ quang tay

- Các bề mặt bánh răng

thuốc bảo vệ

- Bề mặt cam

- Hàn trong môi trường
khí bảo vệ (MIG/MAG)

- Ghi đường tàu hoả
- Gờ bánh tàu hỏa, bánh tàu điện,
con lăn

- Hàn dây lõi thuốc
- Hàn tự động dưới lớp

- Hàn TIG

- Các bề mặt sống trượt
- Các chi tiết con lăn ngành dệt

2

Các chi tiết có
bề mặt cứng và
chịu tải trọng

- Khuôn cắt và dập nguội

- Hàn hồ quang tay

- Khuôn cắt và dập nóng

- Hàn dây lõi thuốc

- Chày cối đột


14

TT Dạng chi tiết

Chi tiết đặc trưng

Phương pháp phục hồi

- Dao cắt kim loại nóng và nguội

- Hàn tự động dưới lớp
thuốc bảo vệ

- Dao gấp định hình

- Hàn TIG

3

Các chi tiết làm
việc bị ma sát

- Các bộ phận làm việc của máy
xúc, máy đào đất, máy ủi, hút

- Hàn hồ quang tay

với đất đá

bùn

- Hàn tự động dưới lớp

- Côn nạp liệu lò cao và các thiết

thuốc bảo vệ

bị luyện kim tiếp xúc với quặng
và khí nóng

- Hàn hơi

- Hàn dây lõi thuốc

- Hàn điện xỉ

- Các chi tiết máy sản xuất gạch
ngói, gạch block, gạch men
4

Các chi tiết có
bề mặt bị hư
hỏng do xói
mòn và xâm
thực

- Chi tiết nồi hơi với nhiệt độ
công tác lớn lên tới 5400C,
6000C, 6500C

- Hàn hồ quang tay
- Hàn tự động dưới lớp
thuốc hàn

- Chi tiết nồi hơi làm việc trong
- Hàn hơi
điều kiện nhiệt độ và áp suất thay - Hàn TIG
đổi
- Hàn trong môi trường
- Miệng xu páp của các nắp quy
khí bảo vệ
lát

1.3.1 Hàn đắp hồ quang tay (SMAW/MMA)( Theo [4] )
Hàn đắp hồ quang tay là phương pháp rất phổ biến, nó được áp dụng trong nhiều
công việc phục hồi bởi thiết bị đơn giản, dễ vận hành, mất ít thời gian cho công tác
chuẩn bị, thao tác hàn rất linh động nên có thể phù hợp với tất cả các chủng loại chi
tiết đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp. Tuy nhiên vì năng suất và chất lượng
hàn không cao nên phương pháp hàn hồ quang tay chỉ sử dụng cho dạng phục hồi
đơn chiếc.
Một vấn đề đặc biệt quan trọng của quá trình hàn đắp phục hồi bằng hàn hồ
quang tay là chọn que hàn đắp phải đảm bảo sao cho sau khi hàn nhận được lớp kim
loại đắp đáp ứng được các yêu cầu về mặt cơ tính và các đặc tính sử dụng khác, có
tính công nghệ tốt và giá thành rẻ.