Bài giảng Công nghệ Hàn áp lực - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG – THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

TẬP BÀI GIẢNG

CÔNG NGHỆ HÀN ÁP LỰC
Mã số: TB2012-01-02

TS. Nguyễn Ngọc Hùng
ThS. Bùi Thị Tuyết Nhung
KS. Cao Thị Hằng

NAM ĐỊNH, Năm 2012

1


LỜI NĨI ĐẦU
Ngành Cơng nghệ Hàn ở Việt Nam đang có những bƣớc phát triển mạnh mẽ đặt ra
yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực nghề Hàn có kỹ thuật cao. Trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Nam Định đào tạo Kỹ sƣ Công nghệ Hàn và Sƣ phạm kỹ thuật Cơng
nghệ Hàn; do đó rất cần có tập bài giảng phù hợp phƣơng thức đào tạo Học chế tín chỉ.
Tập bài giảng Cơng nghệ Hàn áp lực đƣợc biên soạn dựa trên chƣơng trình đào tạo
thuộc Bộ mơn Cơng nghệ Hàn, Khoa Cơ khí - Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Nam
Định do Bộ Giáo dục & Đào tạo quy định. Trình độ: Đại học.
Việc biên soạn Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực là một trong số các công nghệ
tiên tiến và đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong ngành Cơng nghệ Ơtơ; Cơng nghệ đóng
tàu và Chế tạo kết cấu thép...
Tập bài giảng Cơng nghệ Hàn áp lực phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập
của sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hàn; góp phần vào đào tạo đội ngũ Giáo viên
Dạy nghề và Kỹ sƣ Công nghệ Hàn, đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của xã hội.

Để tập bài giảng đƣợc hồn thiện, chúng tơi mong đƣợc sự đóng góp ý kiến rộng rãi
của các đồng nghiệp và các độc giả.
Xin trân trọng cảm ơn.
CHỦ BIÊN

TS. NGUYỄN NGỌC HÙNG

2


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: CƠNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ

4

1.1. Công nghệ Hàn điểm

4

1.1.1. Khái niệm

4

1.1.2. Nguyên lý

5

1.1.3. Sự tiếp xúc và điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm

7

1.1.4. Quá trình tạo điểm hàn

15

1.1.5. Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm

17

1.1.6. Phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm

18

1.1.7. Phƣơng pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc

20

1.1.8. Công nghệ Hàn điểm một số vật liệu

21

1.2. Công nghệ Hàn đƣờng

31

1.2.1. Khái niệm

31

1.2.2. Nguyên lý

32

1.2.3. Đặc điểm và ứng dụng của Hàn đƣờng

34

1.2.4. Các thông số cơ bản của chế độ Hàn đƣờng

36

1.2.5. Tính chế độ Hàn đƣờng

37

1.2.6. Cơng nghệ Hàn đƣờng một số vật liệu

39

1.3. Công nghệ hàn điểm nhô

42

1.3.1. Khái niệm

42

1.3.2. Nguyên lý

42

1.3.3. Đặc điểm

42

1.3.4. Thông số

43

1.4. Hàn tiếp xúc giáp mối

43

1.4.1. Khái niệm

43

3


1.4.2. Nguyên lý

43

1.4.3. Phân loại Hàn tiếp xúc

50

1.4.4. Công nghệ Hàn tiếp xúc giáp mối

52

Hƣớng dẫn tự học

60

Câu hỏi ôn tập

60

CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ HÀN NỔ

66

2.1. Khái niệm, đặc điểm của Hàn nổ

66

2.2. Các thông số cơ bản trong Hàn nổ

68

2.2.1. Thông số công nghệ

68

2.2.2. Thông số động lực

68

2.2.3. Thông số năng lƣợng

68

2.2.4. Thông số vật lý

69

2.3. Các khuyết tật khi Hàn nổ và biện pháp hạn chế

69

2.4. Vật liệu dùng trong Hàn nổ

70

2.4.1. Vật liệu chống ăn mòn

70

2.4.2. Vật liệu chống mài mòn

71

2.4.3. Vật liệu kỹ thuật điện

72

2.4.4. Vật liệu chống ma sát

73

2.4.5. Lƣỡng kim (bimetal) „nhiệt‟

74

2.4.6. Vật liệu composite lớp trong sản phẩm dân dụng

74

Hƣớng dẫn tự học

79

Câu hỏi ơn tập

79

CHƢƠNG 3: CƠNG NGHỆ HÀN MA SÁT
3.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại Hàn ma sát
3.1.1. Khái niệm

80
80
80

4


3.1.2. Đặc điểm

81

3.1.3. Phân loại hàn ma sát

81

3.2. Khả năng ứng dụng của Hàn ma sát

85

3.2.1. Hàn các chi tiết dạng thanh, ống

85

3.2.2. Hàn trục, xi lanh

86

3.2.3. Hàn trục, bánh răng

86

3.2.4. Cắt bavia nóng

87

3.2.5. Hàn các kim loại khác với nhau

87

3.3. Vật liệu dùng trong hàn ma sát

87

3.4. Hàn ma sát với sự truyền động liên tục

88

3.5. Hàn ma sát với sự truyền động theo quán tính

89

3.6. Các chú ý khi lựa chọn / điều chỉnh các thông số hàn ma sát

89

3.7. Chu trình hàn ma sát

90

3.8 Chế độ hàn ma sát

90

3.9. Quy trình hàn ma sát

91

3.10. Thiết bị hàn ma sát

91

Hƣớng dẫn tự học

93

Câu hỏi ôn tập

93

Câu hỏi ôn tập ba chƣơng và hƣớng dẫn tự học

94

TÀI LIỆU THAM KHẢO

99

5


CHƢƠNG 1
CƠNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ
1.1 Cơng nghệ Hàn điểm
1.1.1.Khái niệm

Hàn điểm là phƣơng pháp hàn điện trở, trong đó mối hàn đƣợc hình thành dƣới
dạng những điểm riêng biệt ở chỗ tiếp xúc giữa hai vật hàn. Hàn điểm thƣờng đƣợc sử
dụng khi hàn kim loại dạng tấm mỏng và khơng cần tới độ kín.

Hình 1.1 Máy Hàn điểm

6


1.1.2. Nguyên lý

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý máy Hàn điểm

1. Ổ cắm điện

7. Điện cực dƣới

2. Nguồn điện hàn

8. Bàn đạp chấp hành

3. Giá đỡ trên
4. Giá đỡ dƣới
5. Bộ phân tạo áp lực
6. Điện cực trên

9. Vật hàn
10. Vùng hàn
11. Nƣớc làm mát điện cực
P. Lực ép

Hình 1.3 : Cấu tạo điện cực để hàn điểm

7


Phƣơng pháp hàn điểm: thƣờng dùng để hàn các chi tiết có độ dày phù hợp. Thƣờng
dùng để hàn gắn các chi tiết phụ trong các cơ cấu ít chịu lực, đồ dùng sinh hoạt và các sản
phẩm yêu cầu độ thẩm mỹ cao.
Phƣơng pháp hàn điểm đƣợc thực hiện nhƣ sau: các chi tiết đƣợc ép chặt với nhau sau
đó đóng nguồn cấp cho biến áp hàn. Tại điểm tiếp xúc có dịng đi qua, sẽ làm nóng chảy
kim loại tại điểm đó, sau đó cắt nguồn hàn và vẫn duy trì lực ép. Khi điểm hàn đã kết dính
lại với nhau, cắt lực ép, hai điện cực đƣa ra xa nhau, kết thúc q trình hàn.
1.1.2.1. Cơng nghệ Hàn tiếp xúc điểm một phía
Là hai điện cực đƣợc bố trí về một phía của chi tiết hàn. Để nâng cao mật độ dòng
điện chỗ tiếp xúc ngƣời ta dùng một tấm đỡ bằng đồng áp vào chi tiết phía dƣới. Phƣơng
pháp này mỗi lần hàn đƣợc 2 điểm, tuy nhiên nó hiếm khi đƣợc sử dụng (do mạch rẽ lớn
hơn nên hàn một phía thƣờng chỉ đƣợc sử dụng khi hàn 2 tấm mỏng)

U~
3

P Ih

P

2
1

4

Hình 1.4 Hàn tiếp xúc điểm một phía
1 - Vật hàn; 2 - Điện cực; 3 - Máy hàn; 4 - Tấm đệm đồng

1.1.2.2. Cơng nghệ Hàn tiếp xúc điểm hai phía
Là hai điện cực đƣợc bố trí về 2 phía của các chi tiết hàn. Mỗi lần ép chỉ hàn đƣợc 1
điểm. Khi hàn điểm 2 phía có thể hàn hai hay nhiều tấm với nhau.
Hàn tiếp xúc điểm chiếm gần 80% số lƣợng các liên kết hàn tiếp xúc. Hàn điểm đƣợc
sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế tạo xe máy, ô tô, toa xe, trong ngành xây dựng
và kỹ thuật điện tử…. Chiều dày các tấm hàn có thể từ vài mm  30mm.
Các chi tiết hàn 1 đƣợc ghép chồng lên nhau, dùng các điện cực 2 để ép sơ bộ chúng
lại với nhau, sau đó cho dịng điện chạy qua. Chỗ tiếp xúc nằm giữa 2 chi tiết đƣợc nung
nóng đến trạng thái nóng chảy cịn xung quanh thì đến trạng thái dẻo. Dƣới tác dụng của lực
ép P mối hàn đƣợc hình thành. Thiết bị điều khiển 4 có nhiệm vụ tự động đóng ngắt dịng

8


điện và lực ép. Vật liệu làm điện cực có tính dẫn điện, tính nhiệt, chịu nhiệt và có độ bền
cao nhƣ đồng điện phân, đồng có pha Crom và Cadimi,… ở điện cực có đƣờng dẫn nƣớc
làm nguội.
Tùy theo cách bố trí điện cực mà có thể chia thành hàn tiếp xúc điểm một phía hay
hàn tiếp xúc điểm hai phía.

P
Ih

2

1

Ih
3

P
4
U~

Hình 1.5. Sơ đồ ngun lý hàn điểm hai phía
1 - Vật hàn; 2 - Điện cực; 3 - Máy hàn; 4 - Bộ phận điều khiển

Công nghệ Hàn điểm bao gồm:
- Chuẩn bị phôi hàn
- Gá lắp
- Hàn
Chuẩn bị phơi và gá lắp có thể ảnh hƣởng thực sự đến chất lƣợng mối hàn, hình
dạng hình học mối hàn, năng suất lao động.
Khe hở lắp càng lớn càng gây khó khăn cho việc nâng cao chất lƣợng mối hàn và
có thể làm tăng biến dạng.
Vì vậy khe hở cho phép ≤ 0,5  0,8 mm. Đối với những chi tiết dập bị biến cứng
khe hở có thể giảm đến 0,1  0,2 mm.
1.1.3. Sự tiếp xúc và điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm
1.1.3.1. Sự tiếp xúc
Trong giai đoạn đầu, sự tiếp xúc diễn ra tại một số điểm (Hình 1.6 a) các điểm này
có kích thƣớc khác nhau do lực ép cịn nhỏ và có sự khơng đồng đều của bề mặt hàn.
Cùng với sự tăng lên của lực ép, các điểm tiếp xúc ban đầu bị biến dạng rồi đạt
tới trạng thái tiếp xúc lý tƣởng (Hình 1.6b).
Trong trƣờng hợp bề mặt vật hàn có các lớp ơxít sự tiếp xúc trở nên phức tạp hơn
(Hình 1.6c). Và có thể có tới ba cách tiếp xúc.

9

Trƣờng hợp A: Lớp ơxít bị vỡ ra và kim loại đƣợc tiếp xúc với kim loại.
Trƣờng hợp V: Lớp ôxít chỉ bị vỡ ra một phần.
Trƣờng hợp B: Lớp ơxít cịn ngun vẹn, sự tiếp xúc chỉ diễn ra giữa các ơxít.
Tuy vậy dịng điện sẽ đi qua cả 3 điểm tiếp xúc này, nhƣng mật độ dòng điện ở
mỗi điểm là khác nhau, lớn nhất là điểm A và thấp nhất là điểm B

Hình 1.6: Sự tiếp xúc khi hàn điểm

1.1.3.2. Điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm
Bề mặt tiếp xúc của các chi tiết dù gia công kiểu gì kể cả mài vẫn tồn tại nhấp
nhơ tế vi. Khi các chi tiết bị ép tạo ra tiếp xúc điểm trên các bề mặt. Số điểm tiếp xúc
và diện tích các điểm tiếp xúc đó phụ thuộc vào vật liệu, tính chất bề mặt tiếp xúc
nhiệt độ, lực ép và nhiều yếu tố khác trong đó yếu tố lực ép hết sức quan trọng.
Trên hình 1.7 chỉ ra sơ đồ hàn tiếp xúc giáp mối với bề mặt sạch lý tƣởng. Khi
lực ép nhỏ số điểm tiếp xúc nhiều diện tích các điểm tiếp xúc nhỏ với các đƣờng kính
khác nhau d1, d2 , d3. Do đó dịng điện đi qua sẽ uốn nhiều hơn.
Khi tăng lực ép diện tích bề mặt tiếp xúc lớn lên và đƣờng đi của dòng điện đỡ
uốn hơn. Theo kỹ thuật điện, độ uốn của dòng điện càng nhiều, điện trở càng lớn.
Trong thực tế bề mặt không thể sạch tuyệt đối với tình trạng tiếp xúc đƣợc thể
hiện trên hình 1.7. Tại A có vảy ơxít hồn tồn bị phá hỏng nên tạo ra kim loại tiếp xúc
với kim loại do đó cả hai đều biến dạng đáng kể và mật độ dòng điện đi qua lớn nhất.

10


Tại C chỉ có một phần bị phá hủy. Bởi vậy, nhiệt sinh ra tại các điểm đó khơng giống
nhau tạo nên dịng nhiệt nhƣ trên hình vẽ 1.7.

Hình1.7 Dịng nhiệt sinh ra khi hàn điểm

Nhƣ vậy, điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết do giảm tiết diện đáng kể gần chỗ tiếp xúc
và do tồn tại trên bề mặt các màng mỏng (ơxít, dầu mỡ, bẩn…) làm giảm điện trở.
Điện trở tiếp xúc giữa các mặt tiếp xúc nhau dƣới áp lực đƣợc tính theo cơng thức:

Rk=

()

(1.1)

rk: Điện trở tiếp xúc đơn vị ( khi P = 1KG) ()
P: Lực ép (KG)
: Hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc nằm trong khoảng.
 = 0,5 1 phụ thuộc vào vật liệu
VD: Hợp kim nhôm  = 0,75  0,85
Thép  = 0,65  0,75
Điện trở tiếp xúc đơn vị phụ thuộc vào vật liệu và trạng thái bề mặt tiếp xúc.
Chẳng hạn khi làm sạch tốt đối với thép rk = 0,005  0,006 cịn đối với hợp kim nhơm
rk = 0,001  0,002. Chúng ta có thể thấy rõ ảnh hƣởng của trạng thái bề mặt tiếp xúc
đến điện trở tiếp xúc qua bảng 1.1.
Bảng 1.1. Điện trở của bề mặt tiếp xúc
Phƣơng pháp làm sạch bề mặt

Điện trở ()

Làm sạch bằng ăn mòn axit

300

Làm sạch bằng đá mài

100

Bề mặt phủ dầu mỡ sau khi làm sạch

300

Bề mặt bị oxyd hóa sau khi làm sạch

500.000

Làm sạch bằng gia công cắt gọt

1200

Lạm sạch bằng dũa

280

Làm sạch bằng mài

110

11


Ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc đƣợc trình bày trên đồ thị hình 1.8.

Hình 1.8. Ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc ở trạng thái nguội

a. Thép các bon thấp, làm sạch tốt.
b. Đuyara 16 khi tiếp xúc giữa các tấm:
1- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng bàn chải sắt,
2- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng ăn mòn axit,
3- Dày 0,5 + 0,5mm làm sạch bằng ăn mòn axit
c. Giữa điện cực đồng với các tấm Đuyra 16
1- Dày 1,5mm, mm làm sạch bằng bàn chải sắt
2- Cũng với chiều dày nhƣ thế nhƣng ăn mòn bằng axit photphoric
3- Dày 0,5mm ăn mịn bằng axit photphoric.
Ví dụ 1:
Xác định điện trở tiếp xúc khi hàn hai tấm thép cacbon thấp cán nguội với lực ép P =
600KG, Biết  = 0,75, rk = 0,006. Thay các trị số trên vào cơng thức ta có:
Rk=

=

0,006
 67
600 0,75

Sự thay đổi điện trở tiếp xúc theo nhiệt độ và áp lực đƣợc biểu thị trên đồ thị hình 1.9.
Khi nung nóng nhiệt độ thay đổi làm cho điện trở riêng thay đổi. Cùng với sự
thay đổi của nhiệt độ, số điểm tiếp xúc và diện tích tiếp xúc cũng thay đổi.
Trong điều kiện hàn tiếp xúc tăng diện tích tiếp xúc là yếu tố quyết định đến trị
số điện trở tiếp xúc. Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy ở nhiệt độ trên 6000C hầu nhƣ điện
trở tiếp xúc không phụ thuộc vào lực ép nữa.
Đối với thép ít các bon thơng thƣờng điện trở tiếp xúc vẫn còn nhƣng rất bé.

12


Đối với hợp kim nhôm ở nhiệt độ 3500C hầu nhƣ điện trở tiếp xúc đã biến mất.
Trong một vài trƣờng hợp, khu nung nóng cả màng ngăn bị phá hủy làm cho
diện tích tiếp xúc giảm.

Hình 1.9: Sự phụ thuộc của điện trở tiếp xúc vào nhiệt độ và lực ép khi hàn thép cacbon thấp

Điện trở mạch rẽ khi hàn tiếp xúc.
Trong nhiều trƣờng hợp khi hàn dòng điện thứ cấp của máy hàn bị phân nhánh
thành hai thành phần: Dòng điện mạch hàn Ih và dòng mạch rẽ Ir khơng đi qua chỗ hàn
nhƣ hình 1.10.
Trong tất cả các trƣờng hợp dòng điện tổng I2 ở mạch thứ cấp của máy hàn đều
đƣợc xác định theo công thức:
I2 = I h + I r

Hình 1.10: Sơ đồ thay thế

Khi hàn không chỉ không gian bao quanh vật hàn mà cả trong bản thân vật hàn
cũng xuất hiện từ trƣờng. Phụ thuộc vào khả năng từ hóa hay không của vật hàn mà số
đƣờng sức của từ trƣờng cũng khác nhau. Khi hàn điểm không gian bao quanh điện
cực cũng nhƣ bản thân bên trong điện cực cũng xuất hiện từ trƣờng.
Dù hình thức phân nhánh của những phƣơng pháp khác nhau có khác nhau nhƣng
trong hai trƣờng hợp đã nêu ở trên chúng đều có sơ đồ thay thế nhƣ hình 1.10.
Với những vật liệu khơng từ tính, độ thấm từ của nó bằng khơng khí, có nghĩa là bằng
1. Cịn với thép, độ thấm từ có thể hàng chục hoặc hàng trăm.
Do vậy khi hàn điểm thép tấm thậm chí kể cả chiều dày khơng lớn thì dịng từ trƣờng
khép kín trong chúng cũng lớn.
Theo định luật Ơm ta có:

U= IhRh = Irzr (2.2)
Từ đó ta có: Ir = Ih

Rr
Zr

(1.3)

Ở đây Ih: Dịng điện mạch hàn (A)
Ir : Dòng điện mạch rẽ

13


Rh: Điện trở thuần mạch hàn ( )
Zr : Điện trở tồn phần của mạch rẽ và đƣợc tính theo công thức:
Zr =

(m * Rr ) 2  X r2

(1.4)

m: Hệ số hiệu ứng bề mặt
Xr: Điện trở cảm ứng của mạch rẽ
Khi hàn giáp mối một vòng xuyến bằng thép các bon thấp ( hình 1.11.a) hoặc
những vật liệu từ tính khác từ thanh trịn có đƣờng kính nhỏ hơn 20mm hay chiếu dày
đến 10mm, ảnh hƣởng của hiệu ứng bề mặt có thể bỏ qua (m = 1). Khi đƣờng kính
tƣơng ứng với chiều dày 20mm, lấy gần đúng m = 1,5 khi đƣờng kính 60mm thì m đạt
đến trị số 2,5
.

Hình 1.11: Hàn giáp mối một vịng xuyến bằng thép các bon thấp

Điện trở thuần của mạch rẽ vịng xuyến đƣợc tính:
R= = ρ0.π.D/F
(2.5)
Ở đây D: Đƣờng kính vịng xuyến
F: Diện tích tiết diện ngang của vịng xuyến
0 : Điện trở riêng của thép.
Điện trở cảm ứng của vịng xuyến phụ thuộc vào vật liệu kích thƣớc hình học và
mật độ dịng điện trong nó.
Một cách gần đúng khi đƣờng kính vịng xuyến từ 100mm đến 500mm, điện trở
cảm ứng có thép lấy bằng 300  1500  ( với vòng xoay chiều tần số 50Hz) . Điện
trở này tỷ lệ với đƣờng kính phơi hàn và đƣờng kính vịng xuyến và tăng với sự tăng
của mật độ dịng điện.
Điện trở mạch rẽ khi hàn điểm:

Hình 1.12: Dịng mạch rẽ khi hàn điểm điện cực một phía
a) không hợp lý; b) Hợp lý; c) Mạch thay thế

14


Khi hàn điểm (Hình 1.12c và 1.13c), điện trở thuần của mạch rẽ có thể tính theo
cơng thức: Rr = 20

(2.6)

Rr = 20
Ở đây, 0: Điện trở riêng của thép (.Cm)

l: Khoảng cách giữa các tâm điểm hàn (Cm)
S: Chiều dày vật hàn (cm)
h: Chiều rộng tƣơng đƣơng của mạch dẫn
Tỷ số h/l phụ thuộc vào tỷ số l/dm và đƣợc xác định theo đồ thị trên hình 1.13b.
Ở đây dm là đƣờng kính của lõi điểm hàn (Cm). Hệ số hiệu ứng bề mặt khi hàn điểm
những chi tiết bằng thép có chiều dày lớn tƣơng đối lớn, cịn với chiều dày nhỏ hơn 2
mm có thể bỏ qua.
Hệ số hiệu ứng bề mặt m có thể xác định trên đồ thị hình 1.13.c

Hình 1.13: Đồ thị xác định hệ số hiệu ứng bề mặt m

Điện trở cảm ứng thay đổi rất nhanh cùng với sự thay đổi của mật độ dòng điện
trong mạch rẽ. Lúc đầu điện trở cảm ứng tăng cùng với sự tăng cƣờng độ dòng điện và
sau đó giảm chậm. Trong khi tính tốn ta có thể bỏ qua điện trở cảm ứng trong mạch
rẽ và đƣợc tính gần đúng theo cơng thức:
Zr = mRr
(2.7.)
Dịng điện mạch rẽ có ý nghĩa rất quan trọng khi hàn điểm một phía ( hình 1.12) . Khi
đó điện trở chủ yếu của mạch hàn là điện trở tiếp xúc và điện trở của tấm dƣới, điện trở này

15


đƣợc xác định theo công thức ( 1.6) với hệ số m xác định theo đồ thị 2.13.c. Điện trở mạch
rẽ ở tấm trên đƣợc xác định theo công thức (1.6 ) với hệ số m.
Ví dụ 1. Xác định điện trở tồn phần của mạch rẽ và dịng điện mạch rẽ khi hàn
giáp mối nóng chảy vịng xuyến có đƣờng kính 400mm từ phơi trịn bằng thép
h/l
cacbon thấp có diện tích tiết diện ngang là 6200 mm2, điện áp hàn 2,5 vol.

3
m
4,0

2

Zr

3,0
2,0

1

m*Rr
S(mm) Rr (A)

1,0
4

8

12

3,0 6,0 9,0 12,0

l/dm

Điện trở thuần mạch rẽ khi hàn giáp mối nóng chảy vịng xuyến đƣợc xác định bằng
cơng thức
Rr = ρ0.π.D/F

Điện trở tồn phần của mạch rẽ là:
Zr =

(m * Rr ) 2  X r2

Trong đó:
- ρ0 : Là điện trở riêng của chi tiết ở 00; tra bảng đƣợc ρ0 = 13,5 μΩ.cm
- D: Đƣờng kính phơi trịn; D = 400mm = 40 cm.
- F: Diện tích tiết diện ngang của phơi; F = 6200 mm2 = 62 cm2.
 Rr = 13,5*3,14*40/62 = 27,3 μΩ
Điện trở toàn phần của mạch rẽ là:
Zr =

(m * Rr ) 2  X r2

Trong đó:
- m: Là hệ số hiệu ứng bề mặt; phụ thuộc chiều dày vật hàn
- D: Đƣờng kính phơi trịn; D = 400mm = 40 cm.
- F: Diện tích tiết diện ngang của phôi; F = 6200 mm2 = 62 cm2.
 S  5 mm = 0,5cm
Tra đồ thị đƣợc m = 2,5
- Xr: Là điện trở cảm ứng của vòng xuyến; trong tính tốn lấy Xr = 0
 Z r  (2,5 * 27,3) 2 = 68,3 μΩ
Dòng điện mạch rẽ là:
Ir 

U
2,5

 36600 ( A)

Rz
68,3 * 10 6

16

Ir (A


Ví dụ 2.Tính điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình tính tốn khi
hàn giáp mối điện trở thanh trịn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 30 mm với
chiều dài nhơ ra của phơi về một phía 25mm. Biết tốc độ nóng chảy là v = 0,25 cm/s,
mật độ dòng điện J = 20 A/mm2 và lực ép khi hàn là 500KG, Điện trở tiếp xúc đơn vị
rk = 0,005
Giai đoạn đầu: khi T < 6000 .
Ta có điện trở tổng cộng đƣợc xác định:
R∑1 = Rct1 + Rct2 + Rk
Trong đó:
- Rct1 và Rct2 là điện trở chi tiết hàn, khi hàn 2 tấm có kích thƣớc giống nhau thì
Rct1 = Rct2 = 2Rct , và đƣợc xác định theo công thức
Rct   t

l
F

Với: + ρt : điện trở riêng của chi tiết; lấy ρt = ρ0 = 13,5 μΩ.cm
+ l : chiều dài vật dẫn; l = 25mm = 2,5 cm.
+ F : diện tích tiết diện ngang chi tiết;
+ r : bán kính phơi trịn r = 15mm = 1,5 cm
F=π.(d/2)2 = π×1,52 = 7,1 cm2 .
Rct = 2×13,5×(2,5/7,1) = 9,5 μΩ.- Rk : điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết;

Rk 

0,005
rk
=
= 47,3 μΩ

P
500 0, 75

Thay các giá trị trên vào cơng thức ta có:
R∑1 = 9,5 + 47,3 = 52,8 μΩ
Giai đoạn cuối: khi T > 6000.
Khi T > 6000 thì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết Rk = 0;
Khi đó điện trở tổng cộng đƣợc xác định:
R∑2 = Rct1 + Rct2 = 2.Rct
 t   0 (1   .T ) = 13,5(1 + 0,004ì1250) = 81 (àcm)
Rct t

2,5
l
= 81
= 28,5 à
F
7,1

R2 = 2. Rct = 2×28,5 = 57 μΩ.
Điện trở trung bình của tồn bộ q trình là :
Rtb 

R1  R 2
2



52,8  57
= 55 μΩ
2

1.1.4. Quá trình tạo điểm hàn
Gồm các giai đoạn sau
- Ép sơ bộ các chi tiết hàn.
- Nung nóng chi tiết ở chỗ hàn đến nhiệt cần thiết.
- Làm nguội sau hàn.

17


Giai đoạn 1
Tạo sự tiếp xúc hoàn toàn nhờ lực ép P cho tới khi có điện.
Giai đoạn 2
Lõi điểm hàn đƣợc tạo bằng kết tinh nên mối hàn bền sau khi làm nguội
Trong thực tế hiện nay, hàn bằng lõi nóng chảy đƣợc dùng đáng kể bởi lẽ nó
đảm bảo độ bền.
Lõi hàn đƣợc bảo vệ bởi vành biến dạng dẻo. Nếu không đủ điều kiện bảo vệ,
kim loại lỏng có thể bị đẩy ra ngồi với lý do:
- Nung nóng q nhanh, lực ép nhỏ
- Cuối q trình thời gian nung quá dài
Một số thông số cơ bản
* Đƣờng kính lõi nóng chảy

dm = 2S + 3 mm,
trong đó s mm hay
dm = (0,9  1,4) de ,
de là đƣờng kính điện cực mm
d e  (5 10) s

S: mm

* Bƣớc hàn L = (6  8)dm (mm)
* Thời gian nén điện cực t (gy):
Tấm mỏng: S = 1 - 1,5 mm

Hàn điểm hai phía

t = 0,1 0,2 gy
Tấm dày

s = 8  10 mm

t = 0,5 2,5 (s).
Khoảng cách giữa các điểm:

th tch

thƣờng l = 3d. I P

I P

th tch

I

I

P

P

t

t

a)
Hình 1.14 : Hàn điểm

tng

b)
Đơn giản (a)

Phức tạp hơn (b)

Quan trọng thời gian nghỉ tng. Khi tng lớn(>0,2s) sẽ khơng có lợi. Khi ép q sớm
(tng <0) kim loại sẽ bắn toé ra ngoài tạo nên ba via.

18


Trong nhiều trƣờng hợp (phần lớn khi hàn thép), chế độ nguội sau hàn có ảnh hƣởng
lớn đến chất lƣợng mối hàn. Thƣờng đƣợc làm nguội giữa các điện cực hàn theo áp lực

hàn. tng dài đáng kể có thể dẫn tới tơi điểm hàn gây giịn
Các thơng số liên quan đến hiện tƣợng này:
- Ih, thời gian duy trì nó và điện trở chi tiết hàn ảnh hƣởng đến nung nóng nó.
- Lực đặt vào điện cực và kích thƣớc bề mặt tiếp xúc của điện cực với chi tiết hàn.
- Cả hai thông số đồng thời ảnh hƣởng đến biến dạng dẻo của kim loại vùng hàn
cũng nhƣ điện trở chi tiết hàn.
1.1.5. Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm
Đa số các trƣờng hợp trong sản xuất là hàn điểm các tấm chiều dày bằng nhau. Dòng
điện xoay chiều khi hàn đi từ điện cực này đến điện cực khác sẽ gặp các điện trở sau:
- Điện trở chuyển tiếp giữa điện cực và chi tiết là R'n và Rn'' , coi Rn  Rn'  Rn''
nên điện trở chuyển tiếp sẽ là 2Rn.
- Tổng trở của mặt tiếp xúc hàn Rtx.
Nhiệt phát ra trong một đơn vị thời gian:
Q = qk + 2qn (1.8)
Trƣờng hợp hai chi tiết chiều dày khác nhau sự phát nhiệt trong mặt chuyển tiếp
sẽ không đều.

Q  qn  qn'  qn" (1.9)
Trong điều kiện bình thƣờng bỏ qua nhiệt chuyển tiếp vì điện trở tiếp xúc lớn
hơn nhiều điện trở chuyển tiếp. Khi nóng chảy cơng thức (1.8) và (1.9) viết đƣợc:

'  q" và Q  q  2q  q (1.10)
Q  qT  qT'  qT"  qM
T
z
M
M
Sơ đồ quá trình nhiệt khi hàn điểm biểu thị trên hình 1.15a và b.

Hình 1.15 Sơ đồ phân bố dòng nhiệt khi hàn điểm

Nếu đo nhiệt độ trong mặt tiếp xúc, trực tiếp ở nhân điểm hàn thì ta có thể vẽ
đƣợc đồ thị liên quan giữa thời gian nung nóng và nguội lạnh với nhiệt độ nhƣ hình
1.16. Trên đồ thị vị trí 1 là lúc tiếp xúc nguội, vị trí 2 mặt tiếp xúc nóng chảy dần, vị trí
3 tạo thành điểm hàn và vị trí 4 mối hàn đông đặc và nguội lạnh.

19


Nhiệt độ lớn nhất ở tâm điểm hàn và cao hơn nhiệt độ chảy của kim loại. Tốc
độ nung nóng và nguội lạnh khi hàn rất cao có thể đạt đƣợc hàng ngàn độ trong một
giây. Do đó ở vùng nóng chảy và vùng lân cận điểm hàn tạo ra tình trạng gia cơng
nhiệt luyện phức tạp.

Hình 1.16: Sơ đồ nhiệt độ trong mặt phẳng tiếp xúc khi hàn điểm và sự hình thành điểm hàn

Trƣờng nhiệt độ của mỗi một vị trí trên hình 1.16, trên hình này ta thấy vị trí 1 là
lúc ép chi tiết hàn chƣa đóng điện, vị trí 2 là lúc bắt đầu đóng điện và nóng chảy, vị trí
3 hồn tồn tạo ra điểm hàn và bắt đầu ngắt điện, vị trí 4 mối hàn kết tinh và nguội.
Để điểm hàn đủ bền, nhiệt cung cấp cho việc hình thành mối hàn phải tạo ra đƣợc
hai thơng số quan trọng là đƣờng kính và chiều cao của điểm hàn.
Do đó phải chọn chế độ hàn sao cho đủ nhiệt cung cấp làm nóng chảy một
chiều cao không nhỏ hơn 30% nhƣng không lớn hơn 80% tổng chiều dày của hai
chi tiết hàn. Hàn tấm chiều dày khác nhau thì tấm mỏng phải nóng chảy khoảng
30% chiều dày. Hàn tấm dày trung bình mà hai chi tiết giống nhau, chiều cao điểm
hàn bằng chiều dày một tấm là tốt nhất.
1.1.6. Phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm
Thực tế nhiều trƣờng hợp hàn chiều dày chi tiết khác nhau nhƣ hình 1.17, mật
độ dịng điện trên mỗi chi tiết có khác nhau và nhiệt tạo ra trên bề mặt điện cực
cũng khác nhau. Bởi vậy sự nung nóng và hình thành điểm hàn sẽ không đều, chất

lƣợng điểm hàn sẽ xấu. Những kết cấu hàn khơng phải dạng tấm hình 1.18 cũng
tƣơng tự hàn các tấm có chiều dày khác nhau nhƣ hình 1.17. Chính vì vậy ngƣời cơng
nghệ khi gặp phải kết cấu nhƣ thế phải tìm biện pháp điều chỉnh nhiệt để tạo ra mối
hàn điểm có chất lƣợng tốt nhất.

20


Thông thƣờng hay dùng nguồn phát nhiệt phụ đặt dƣới điện cực là tấm đệm mỏng
khơng nóng chảy hoặc nóng chảy. Đối với kết cấu thép, lá đồng, đối với hợp kim
nhôm, lá thép không gỉ để làm tấm đệm khơng hàn, cịn những tấm đệm hàn cũng
tƣơng tự nhƣ thế.
Chiều dày tấm đệm phải so với tấm mỏng, nhƣng nhân điểm hàn vƣợt ra ngoài
phạm vi tấm mỏng. Hàn đƣờng dùng tấm đệm điều chỉnh là trƣờng hợp hàn đƣờng
giáp mối, mối hàn sẽ ngấu cả tấm đệm điều chỉnh.

Hình 1.17: Hàn điểm các tấm có chiều dày khác nhau

Hình 1.18: Hàn điểm chi tiết khơng phải dạng tấm

21


Hình 1.19: Sơ đồ cơng nghệ hàn các tấm có chiều dày khác nhau

a. Hai chi tiết dày khác nhau nhân điểm hàn lệch về phía tấm dày do mất nhiệt
b. Dùng tấm đệm mỏng không đƣợc hàn.
c. Dùng tấm đệm mỏng đƣợc hàn nên ngấu đều.
d. Hàn đƣờng giáp mối dùng hai tấm đệm đƣợc hàn ngấu đều
1.1.7. Phƣơng pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc

Muốn tính chế độ hàn điều trƣớc tiên là phải tính đƣợc giá trị dòng điện hiệu dụng I.

I 2 T
. Đây là năng lƣợng nhiệt cung cấp cho kim loại để đảm bảo điểm hàn có
dT2
h = S. Qua nhiều thực nghiệm hàn các loại vật liệu thép: Dura, Titan, Hợp kim MA8,

I 2 T
Latong, thép không gỉ thấy rằng
nằm trong phạm vi từ 14.000 đến 30.000W/cm.
dT2
I 2 T
Về ý nghĩa vật lý thì
là năng lƣợng nhiệt làm nóng chảy kim loại một hình trụ
dT2
đƣờng kính dT chiều cao h = 1cm trong thời gian 1s.
Bởi vậy có thể xác định dịng điện hàn bằng phƣơng trình:

I 2.

T
 14.000  30.000(W / cm)
dT2
Hay:
I  120 170

dT

T

(1.12)

Trong đó:
I – tính bằng (ampe);
dT = dm - đƣờng kính điểm hàn (cm);

T - điện trở riêng ( cm ).
Đƣờng kính điểm hàn dT phải xác định trƣớc theo yêu cầu về độ bền của mối
hàn, điện trở riêng T xác định theo từng loại vật liệu hàn. Do đó hồn tồn tính đƣợc
dịng điện hàn cho mỗi một vật liệu.

22


1.1.8. Công nghệ Hàn điểm một số vật liệu
1.1.8.1. Công nghệ hàn thép có chiều dày nhỏ và trung bình
Trong công nghiệp thƣờng hàn thép các bon với chiều dày S ≤ 6 mm.
Với chiều dày lớn hơn đòi hỏi công suất máy lớn hơn và phải ứng dụng công
nghệ đặc biệt.
Hàn điểm có thể tiến hành cả với thép cán nóng và cán nguội.
Thép cán nóng có lớp vảy ôxit sắt (thậm chí cả xỉ) nên phải làm sạch cẩn thận
trƣớc khi hàn.
Thép cán nguội khơng địi hỏi phải làm sạch.
Thép ít cacbon đƣợc hàn theo chu trình đơn giản hình 1.14 a

I

P

tch

I
P

t
Hình 1.14 a Thép ít cacbon hàn theo chu trình đơn giản

+ Đặc điểm
- Dịng hàn khơng liên tục
- Lực ép duy trì khơng đổi trong suốt quá trình hàn.
- Nhạy cảm nhỏ với nhiệt.
+ Chế độ hàn
Có hai chế độ hàn:
Khi chiều dày đến 6 mm có thể hàn với cả tốc độ nung nóng lớn (chế độ cứng)
và nhỏ (chế độ mềm), tất nhiên máy phải có cơng suất lớn.
- Thời gian hàn, cƣờng độ dịng điện hàn:
Ta có thể xác định một số thơng số chế độ hàn theo cơng thức:
- Đƣờng kính lõi nóng chảy
dm = 2S + 3 mm,
trong đó S mm hay
dm = (0,9  1,4) de , de là đƣờng kính điện cực mm

de  (5 10) S
S : mm
Bƣớc hàn L = (6  8) dm (mm)
Thời gian nén điện cực, t (s):

23


Tấm mỏng: S = 1 1,5 mm

t = 0,1  0,2 (s)
Tấm dày S = 8  10 mm
t = 0,5  2,5 ( s).
Thời gian hàn, cƣờng độ dòng điện hàn:
Với chiều dày đến 6mm và chế độ hàn cứng: t = 0,5  1,5 s.
Dòng điện hàn phụ thuộc chiều dày vật hàn, thời gian hàn, áp lực và đƣờng kính
tiếp xúc của điện cực de.
+ Chế độ hàn cứng:
th = (0,1  0,2)S (s) , S: chiều dày vật hàn mm.
J = 120 360 A/ mm2.
+ Chế độ hàn mềm:
th = (0,8  3) S

(s)

J = 80  160 A/ mm2.
Bảng 1.1. Chế độ hàn thép các bon thấp trên máy hàn tự động, sản xuất hàng loạt, chế độ cứng
(B12,S38)

Lực ép (KG)

Thời gian

Ih .103 (A)

Chiều dày

Đƣờng kính tiếp xúc

mỗi tấm

mm

của điện cực mm

0,5

56

30  40

0,2  0,3

45

1,0

56

80  120

0,2  0,35

67

1,5

68

120  160

0,25  0,35

78

2,2

8  10

180300

0,25  0,35

9  10

3,0

10  12

500600

0,6  1,0

12  16

4,0

12  14

600800

0,8  1,1

14  18

5,0

12  14

700900

0,9  1,2

17  22

6,0

14  16

10001200

1,1  1,5

20  25

hàn(s)

Bảng 1.2. Chế độ hàn thép các bon thấp trên máy hàn không tự động, chế độ mềm (B13,S.38)
Chiều dày
mỗi tấm mm

Đƣờng kính tiếp xúc
của điện cực mm

Lực ép (KG)

Thời gian hàn
(s)

Ih .103 (A)

1

67

80  100

0,6  1

45

1,5

79

100  140

0,8  1,2

56

2

8  10

140  180

1,5  2,0

6  7.5

3

9  11

180  250

2,0  3,0

7,5  9

24


+ Lực ép P
Hàn thép các bon thấp, chiều dày S ≤ 6 mm, cán nóng.
P = ( 60  200 )S (KG), S mm.
+ Áp lực riêng
2  3 KG/mm2, chế độ hàn mềm, S =0,5  3 mm.
4  8 KG/mm2, chế độ hàn mềm, S = 4  6 mm.
2  5 KG/mm2, chế độ hàn cứng, S =0,5  2 mm.

6  10 KG/mm2, chế độ hàn cứng, S= 3  6 mm.
Chú ý: Khi hàn thép cán nguội, tăng (20  30)%.
- Đƣờng kính điện cực chỗ tiếp xúc dm.
dm = 2S + 3 mm
Trong q trình hàn điện cực mịn làm tăng de nhƣng không vƣợt quá (15  20) %.
Bề mặt tiếp xúc cầu : r = 50  70 mm.
Điện cực bằng đồng hoặc hợp kim khác nhƣng phải đảm bảo độ cứng và dẫn điện
≥ 75 % Cu.
- Kích thƣớc thực tế của điểm hàn
Khi chế độ công nghệ hàn hợp lý đƣờng kính điểm hàn:
dm = ( 0,9  1,4)de
- de : Đƣờng kính tiếp xúc của điện cực mm.
de = 2S + 3 mm
Khi hàn hai chi tiết có chiều dày giống nhau điểm hàn hình thành đối xứng với
độ ngấu tổng:
h = (0,5  0,75)S mm
Khi lực ép khơng đủ ta nhận đƣợc lõi đúc khơng bình thƣờng.
Khi kích thƣớc điện cực khác nhau, trên điện cực lớn khơng có vết lõm và do đó
lõi có xu hƣớng di chuyển về phía điện cực nhỏ.
Hàn các chi tiết có lớp phủ bề mặt, hàn đƣợc tiến hành ở chế độ hàn cứng.
Thời gian hàn : th = 0,1 0,2 (s)
Lực ép P cao hơn so với thép các bon khơng phủ có cùng chiều dày 15  25%.
Khi hàn các tấm thép có chiều dày khơng đồng nhất, chế độ hàn đƣợc xác định theo
tấm có chiều dày bé và tăng Ih lên 10  20%.
- Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến 25mm nhƣng khi chiều dày lớn hơn
6mm gặp những khó khăn sau:
+ Để tiếp xúc tốt phải có lực ép lớn

25