Giáo trình: công nghệ hàn Ch−ơng 4 Hàn và cắt kim loại bằng khí 4.1. Khái niệm chung 4.1.1. Thực chất và đặc điểm a/ thực chất Hàn và cắt bằng khí là ph−ơng pháp hàn hoặc cắt, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khí cháy (C2H2, CH4, C6H6 v.v...) hoặc H2 với ôxy để nung chảy kim loại. Thông dụng nhất là hàn và cắt 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 3200oC); còn ngọn lửa giữa O2 và các chất khí cháy khác chỉ cho nhiệt độ từ 2000ữ22000C. Tuy nhiên khi hàn d−ới n−ớc th−ờng dùng ngọn lửa giữa O2 và H2 vì C2H2 rất dể nổ ở áp suất cao và nhiệt độ lớn. b/ đặc điểm • Có thể hàn đ−ợc nhiều loại kim loại và hợp kim (gang, đồng, nhôm, thép ... ) • Hàn đ−ợc các chi tiết mỏng và các loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp. • Hàn khí đ−ợc sử dụng rộng rãi vì thiết bị đơn giản và rẻ tiền. • Năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dể cong vênh. Hàn khí dùng nhiều khi hàn các vật hàn có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các chi tiết mỏng, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, đồng thanh, nhôm, magiê, hàn nối các ống có đ−ờng kính nhỏ và trung bình. Hàn các chi tiết bằng kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v... Ngọn lửa khí hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép mỏng, các loại kim loại màu và nhiều vật liệu khác. 4.1.2. Khí hàn Khí hàn th−ờng dùng gồm ôxy kỹ thuật và các loại khí cháy (C2H2, CH4, C3H8, C6H6v.v...) hoặc H2. Trong hàn khí th−ờng dùng là C2H2 vì nhiệt độ ngọn lửa cao (3200oC) và có vùng hoàn nguyên tốt. Khi hàn thép có chiều dày d−ới 3ữ4 mm, hàn gang, đồng thau, hợp kim nhẹ, hàn vảy ta có thể dùng khí khác có nhiệt độ cháy thấp hơn (2000ữ2200oC) nh− H2, khí than mêtan, prôpan, butan, xăng, dầu hoả.... a/ Ôxy kỹ thuật 35 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Ôxy dùng để hàn khí là ôxy kỹ thuật chứa từ 98,5ữ99,5% ôxy và khoảng 0,5ữ1,5% tạp chất (N2, Ar). Trong công nhiệp, để sản xuất ôxy dùng ph−ơng pháp điện phân n−ớc hoặc làm lạnh và ch−ng cất phân đoạn không khí. Ôxy hàn chủ yếu dùng ph−ơng pháp làm lạnh không khí. Nh− chúng ta đã biết, trong thành phần không khí chứa khoảng 78,03 % N2, 0,93 % Ar và 20,93 % O2, nhiệt độ hoá lỏng của chúng t−ơng ứng là: (-195,80C), (-185,70C) và (- 182,060C). Bằng ph−ơng pháp làm lạnh không khí xuống nhiệt độ d−ới -182,060C nh−ng trên nhiệt độ hóa lỏng của N2 và Ar, sau đó cho N2 và Ar bay hơi ta thu đ−ợc ôxy lỏng. Ôxy kỹ thuật có thể bảo quản ở thể lỏng hoặc khí. ở thể lỏng, ôxy đ−ợc chứa bằng các bình thép và giữ ở nhiệt độ thấp, khi hàn cho ôxy lỏng bay hơi, cứ 1 lít ôxy thể lỏng bay hơi cho 860 lít thể khí ở điều kiện tiêu chuẩn. Bảo quản ở thể lỏng, tuy đòi hỏi dung tích bình chứa bé, nh−ng tốn kém trong khâu bảo quản lạnh. Trong các phân x−ởng cơ khí, chủ yếu dùng ôxy thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông th−ờng ôxy đ−ợc nén ở áp suất cao và chứa bằng bình thép có dung tích 40 lít, áp suất 150 at. b/ Khí Axêtylen Axêtylen là hợp chất của cácbon và hyđrô có công thức hóa học là C2H2, khối l−ợng riêng ở điều kiện tiêu chuẩn 1,09 kg/m3, nhiệt trị 11.470 Cal/m3. Axêtylen đ−ợc sản xuất từ đất đèn CaC2. Khi nấu chảy hỗn hợp đá vôi, than đá hoặc than cốc trong lò điện (nhiệt độ từ 1.900ữ2.3000C) ta thu đ−ợc đất đèn kỹ thuật: CaO + 3C → CaC2 + CO ↑ Đất đèn kỹ thuật chứa khoảng 65ữ80% CaC2, khoảng 10ữ25% CaO và khoảng 6 % các tạp chất nh− (CO2, SiO2). Khi cho đất dèn tác dụng với n−ớc ta thu đ−ợc Axêtylen theo phản ứng: CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 + 30.400 Cal/mol Tính chất của khí Axêtylen - C2H2 thuộc nhóm CnH2n-2. Nhiệt độ từ (- 82,4ữ83,6oC) ở thể lỏng, d−ới (- 85oC) ở thể rắn khi va chạm dể nổ. - Nhiệt độ tự bốc cháy khoảng 420oC (ở áp suất 1 at). - Dể phát nổ khi áp suất > 1,5 at và nhiệt độ trên 500oC hoặc hỗn hợp với khí khác, ví dụ: Hỗn hợp với không khí (chứa từ 2,2ữ82% C2H2), hỗn hợp với Ôxy (chứa từ 2,3ữ93% C2H2) có khả năng phát nổ ở nhiệt độ th−ờng và áp suất 1 at. Hỗn hợp chứa 45% C2H2 + 55% CH4 và hỗn hợp chứa 18% C2H2 + 82% H2 có khả năng phát nổ ở nhiệt độ th−ờng và áp suất trên 18 at. 36 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn - ở nhiệt độ và áp suất thấp dễ trùng hợp tạo thành các hợp chất khác nh− benzel (C6H6), stirôn (C8H8) ... Sự hòa tan của axêtylen: có khả năng hoà tan trong nhiều chất lỏng với độ hoà tan lớn, đặc biệt là trong axêtôn, ví dụ: - Hoà tan trong n−ớc : 1,15 lít C2H2/ lít. - Hoà tan trong Benzel : 4 lít C2H2/ lít. - Hoà tan trong dầu hoả: 5,7 lít C2H2/ lít. - Hoà tan trong axêtôn (CH3COCH3): 23 lít C2H2/lít. Sự hoà tan trong axêtôn đ−ợc sự dụng nhiều trong công nghiệp: dùng các chất bọt xốp (than gỗ, sợi amiăng, điatômit) thấm −ớt axêtôn để vào bình chứa, sau đó nén axêtylen vào bình để giảm khả năng nổ của axêtylen ở áp suất cao. Các tạp chất trong axêtylen - Không khí: làm tăng khả năng gây nổ, nên chỉ cho phép chứa 0,5ữ1,5%. - Hơi n−ớc: làm giảm nhiệt độ của ngọn lửa hàn. - Hơi axêtôn (CH3COCH3): ảnh h−ởng xấu đến quá trình hàn, nên chỉ cho phép chứa (45ữ50)g/m3 C2H2. - PH3: là chất có hại vì tăng khả năng tự nổ của hỗn hợp. cho phép chứa 0,09%. - H2S: làm hại đến chất l−ợng mối hàn, nên chỉ cho phép chứa (0,08ữ1,5)%. 37 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 4.2. Thiết bị hàn khí 4.2.1. Sơ đồ chung của một trạm hàn khí Các thiết bị chính của một trạm hàn hoặc cắt bằng khí gồm có các bộ phận chính sau: Bình chứa ôxy, bình chứa hoặc thùng điều chế axêtylen, khóa bảo hiểm, van giảm áp, 54 dây dẫn khí, mỏ hàn. 3 6 2 1 7 8 H.4.1. 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 4.2.2. Bình chứa khí Bình chứa khí dùng để chứa khí ôxy và khí axêtylen, đ−ợc chế tạo từ thép tấm dày 4ữ8 mm bằng ph−ơng pháp dập hoặc hàn. Bình có đ−ờng kính ngoài 219 mm, cao 1.390 mm, dung tích 40 lít, trọng l−ợng 67 kg. Bình chứa ôxy chứa đ−ợc một l−ợng khí có áp suất khoảng 150 at t−ơng ứng với 6 m3 khí (ở 200C và 1 at) bên ngoài đ−ợc sơn màu xanh hoặc xanh da trời. Bình chứa axêtylen chứa đ−ợc áp suất khí nạp tới d−ới 19 at, đ−ợc sơn màu vàng. Trong bình chứa bọt xốp (th−ờng là than hoạt tính) và tẩm axêtôn (khoảng 290ữ320 gram than hoạt tính tẩm 225ữ230 gram axêtôn/ một lít thể tích bình chứa). 4.2.3. Bình điều chế axêtylen Bình điều chế khí dùng để điều chế khí axêtylen từ đất đèn. Trong thực tế, ng−ời ta dùng nhiều loại bình điều chế khí khác nhau, đ−ợc phân loại theo các đặc tr−ng cơ bản: - Theo năng suất: có các loại nhỏ (d−ới 3,2 m3/h) và loại lớn (trên 5 m3/h). - Theo áp lực khí: thấp (0,01ữ0,1 at), trung bình (0,1ữ1,5 at) cao (1,5ữ1,75 at). 38 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn - Theo nguyên tắc tác dụng giữa đất đất đèn và n−ớc: đá rơi vào n−ớc, n−ớc rơi vào đá và đá tiếp xúc với n−ớc Hình (H.4.2) giới thiệu sơ đồ nguyên lý của một số bình điều chế khí điển hình. 6 C2H2 2 3 4 6 C2H2 5 1 1 2 2 C2H2 6 7 7 b/ 7 c/ a/ H.4.2. Sơ đồ nguyên lý bình điều chế khí a xêtylen a) Kiểu đá rơi vào n−ớc b) Kiểu n−ớc rơi vào đá c) Kiểu đá tiếp xúc n−ớc 1) N−ớc 2) Đất đèn (đá) 3) Nón cấp đất đèn 4) Phễu cấp n−ớc 5) Van điều chỉnh l−ợng n−ớc 6) ống dẫn khí ra 7) Ghi đỡ đất đèn Bình điều chế kiểu đá rơi vào n−ớc (H.4.2a) có hiệu suất sinh khí cao (trên 95%), khí C2H2 đ−ợc làm nguội và làm sạch tốt, nh−ng đòi hỏi đất đèn có độ hạt đều, tốn nhiều n−ớc, kích th−ớc lớn và điều chỉnh phức tạp. Kiểu bình điều chế n−ớc rơi vào đá (H.4.2b) có kích th−ớc bé, tốn ít n−ớc, không cần cỡ hạt đều nh−ng hiệu suất thấp (85ữ90 %), khí C2H2 không đ−ợc làm sạch và bị nung nóng mạnh. Hai loại bình trên thuộc loại điều chỉnh l−ợng khí bằng cách điều chỉnh l−ợng chất tham gia phản ứng. Kiểu bình điều chế đá tiếp xúc với n−ớc (H.4.2c) có kết cấu đơn giản, thuận tiện trong sử dụng nh−ng khí C2H2 cũng không đ−ợc làm sạch và làm nguội. 4.2.4. Khoá bảo hiểm Để tránh hiện t−ợng ngọn lửa cháy ng−ợc theo ống dẫn khí trở về bình điều chế khí gây nổ bình ng−ời ta dùng khóa bảo hiểm. Trong quá trình hàn, do một nguyên nhân nào đó, l−u l−ợng khí phun ra ở mỏ hàn hoặc mỏ cắt giảm mạnh hoặc tốc độ cháy của hỗn hợp tăng, dẫn đến tốc độ cháy của hỗn hợp lan truyền nhanh hơn tốc độ đi ra của khí sẽ gây ra hiện t−ợng ngọn lửa quặt. Sự giảm l−u l−ợng khí xẩy ra khi tiết diện lỗ dẫn khí ở mỏ hàn hoặc mỏ cắt giảm, ống dẫn bị tắc ... Sự tăng tốc độ cháy xẩy ra khi nhiệt độ khí và nhiệt độ môi tr−ờng tăng, l−ợng ôxy tăng... Khoá bảo hiểm đ−ợc phân loại theo các đặc tr−ng sau: • Theo kết cấu: loại hở, loại kín. 39 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn • Theo l−ợng tiêu thụ khí: loại nhỏ, loại lớn. C2H2 1 1 C2H2 6 C2H2 2 C2H2 3 4 3 2 b/ 5 a/ H.4.3. Sơ đồ nguyên lý khoá bảo hiểm a) Kiểu hở b) Kiểu kín 1) ống dẫn khí vào 2) ống dẫn khí ra 3) Van điều chỉnh mức n−ớc 4) ống thoát khí 5) Van 6) Van an toàn Khóa bảo hiểm kiểu hở (H.4.3a) dùng cho bình có áp lực thấp. Khí C2H2 đ−ợc dẫn vào qua ống (1), đi qua n−ớc vào ngăn chứa khí tới ống (2) đi ra mỏ hàn hoặc mỏ cắt. Khi có ngọn lửa quặt, áp suất trên mặt n−ớc của của khóa bảo hiểm tăng lên, đẩy n−ớc dâng lên trong ống (1) chặn không cho khí đi vào, đồng thời mực n−ớc hạ xuống, miệng ống thoát (4) hở, khí qua ống thoát đi ra ngoài. Khoá bảo hiểm kiểu kín (H.4.3b), 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 n−ớc tăng, viên bi bị đẩy xuống đóng kín đ−ờng dẫn khí, nếu áp suất khí trong van v−ợt quá giá trị cho phép, màng chặn của van an toàn (6) bị phá và khí thoát ra ngoài. 4.2.5. 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 vào khoảng 3ữ4 at, còn khí axêtylen áp suất trong bình tới 15ữ16 at, áp suất làm việc 0,1ữ1,5 at. Trên hình sau trình bày sơ đồ nguyên lý của một số van giảm áp: 40 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 2 34 5 1 p1 p1 p2 p2 10 6 9 7 8 b/ a/ H.4.4. Sơ đồ nguyên lý van giảm áp a/ Van kiểu thuận; b/ Van kiểu ngịch 1. Đ−ờng dẫn khí cao áp; 2. Lò xo phụ; 3. Van; 4. Van an toàn; 5. Đ−ờng dẫn khí ra; 6. Buồng thấp áp; 7. Lò xo chính; 8. Vít điều chỉnh; 9. Màng đàn hồi; 10. thanh truyền Nguyên lý làm việc: khí đ−ợc dẫn vào van theo ống (1) và qua ống (5) đi tới mỏ hàn hoặc mỏ cắt. áp lực khí trong buồng hạ áp (6) phụ thuộc vào độ mở của van (3). Khi lò xo chính (7) ch−a bị nén, van (3) chịu tác dụng của lò xo phụ (2) và áp lực của khí, đóng kín cửa van không cho khí vào buồng hạ áp (6). Khi vặn vít điều chỉnh (8), làm cho lò xo chính (7) bị nén, van (3) đ−ợc nâng lên, cửa van mở và khí đi sang buồng hạ áp. Tuỳ thuộc vào độ nén của lò xo chính (7), độ nén của lò xo phụ (2), độ chênh áp tr−ớc và sau van, cửa van (3) đ−ợc mở nhiều hay ít, ta nhận đ−ợc áp suất cần thiết trong buồng hạ áp. Nhờ có màng đàn hồi (9), van có thể tự động điều chỉnh áp suất ra của khí. Nếu do một nguyên nhân nào đó, áp suất khí ra (p2) 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, l−ợng khí đi vào buồng hạ áp giảm, làm áp suất khí ra giảm. Ng−ợc lại, nếu p2 giảm, cửa van (3) mở lớn hơn, l−ợng khí vào buồng hạ áp tăng, làm p2 tăng trở lại. 4.2.6. Dây dẫn khí Dây dẫn khí dùng để dẫn khí từ bình chứa khí, bình chế khí đến mỏ hàn hoặc mỏ cắt. Yêu cầu chung đối với ống dẫn khí: chịu đ−ợc áp suất tới 10 at đối với dây dẫn ôxy, 3 at với dây dẫn axêtylen, đủ độ mềm cần thiết nh−ng không bị gấp khúc. Dây dẫn đ−ợc chế tạo bằng vải lót cao su, có ba loại kích th−ớc sau: - Đ−ờng kính trong 5,5 mm, đ−ờng kính ngoài không quy định. - Đ−ờng kính trong 9,5 mm, đ−ờng kính ngoài 17,5 mm. - Đ−ờng kính trong 13 mm, đ−ờng kính ngoài 22 mm. 41 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 4.2.7. Mỏ hàn Đây là dụng cụ dùng để pha trộn khí cháy và ôxy, tạo thành hỗn hợp cháy có tỉ lệ thành phần thích hợp để nhận đ−ợc ngọn lửa hàn hoặc cắt theo yêu cầu. Mỏ hàn có 2 loại là mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp. 3 2 O2 6 1 4 5 C2H2 a/ O2 C2H2 b/ H.4.5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí 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. Đầu mỏ hàn Mỏ hàn kiểu tự hút (H.4.5a) sử dụng khi hàn với áp suất khí C2H2 thấp và trung bình. Khí C2H2 (áp suất 0,01ữ1,2 at) đ−ợc dẫn vào qua ống (1), còn khí ôxy (áp suất 1ữ4 at) đ−ợc dẫn vào qua ống (2). Khi dòng ôxy phun ra đầu miệng phun (5) với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút khí C2H2 theo ra mỏ hàn. Hỗn hợp tiếp tục đ−ợc hoà trộn trong buồng (6), sau đó theo ống dẫn (7) ra miệng mỏ hàn và đ−ợc đốt cháy tạo thành ngọn lửa hàn. Điều chỉnh l−ợng khí ôxy và C2H2 nhờ các van (3) và (4). Nh−ợc điểm của mỏ hàn tự hút là thành phần hỗn hợp cháy không ổn định. Mỏ hàn đẳng áp dùng khi hàn với áp lực khí C2H2 trung bình. Khí ôxy và C2H2 đ−ợc phun vào buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,5ữ1 at) và tiếp tục đ−ợc hòa trộn trong ống dẫn của mỏ hàn, đi ra miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa. 4.3. Thuốc hàn Thuốc hàn là những chất dùng để khử ôxy cho kim loại, tạo ra các hợp chất dễ chảy, dễ tách khỏi vũng hàn và tạo màng xỉ để che phủ mối hàn. Thuốc hàn chủ yếu dùng khi hàn một số thép hợp kim, gang và kim loại màu. 42 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Yêu cầu đối với thuốc hàn: - Nhiệt độ chảy phải thấp hơn nhiệt độ chảy của kim loại vật hàn. - Thuốc hàn phải nhẹ và có tính chảy loãng tốt, không gây ăn mòn kim loại. - Không sinh khí độc, dễ làm sạch mối hàn Khi hàn gang th−ờng dùng hỗn hợp K2O và Na2O; Khi hàn đồng đỏ, đồng thau th−ờng dùng borăc (Na2B4O7), axit boric (H3BO3); Khi hàn nhôm th−ờng dùng muối florua. 4.4. Các loại ngọn lửa hàn Khi hàn khí, tuỳ thuộc vào tỉ lệ thành phần của hỗn hợp cháy có thể nhận đ−ợc ba loại ngọn lửa hàn khác nhau: Ngọn lửa bình th−ờng, ngọn lửa ôxy hóa, ngọn lửa cácbon hóa. Ngọn lửa hàn có thể chia làm 3 vùng: nhân ngọn lửa có màu sáng trắng, vùng trung tâm có màu sáng vàng, vùng đuôi (ôxy hoá) màu vàng sẫm có khói. 4.4.1. Ngọn lửa bình th−ờng O2 = 11 ữ 1,2 . Ngọn lửa bình th−ờng nhận đ−ợc khi tỉ lệ , C2 H 2 a/ Vùng nhân ngọn lửa Trong vùng này xảy ra phản ứng phân hủy C2H2: C2H2 → 2C + H2. Ngọn lửa có I II III T(oC) màu sáng trắng, nhiệt độ thấp và thành phần khí giàu cácbon. 3.150 b/ Vùng cháy không hoàn toàn Trong vùng này xảy ra phản ứng cháy không hoàn toàn của cácbon: C2H2 + O2 = 2CO + H2 + Q↑ L (mm) Ngọn lửa vùng này có màu sáng xanh, H.4.6. Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn nhiệt độ cao nhất (3.2000C), khí chứa nhiều I/ Nhân ngọn lửa; II/ Vùng cháy ch−a CO và H2 là những chất hoàn nguyên. hoàn toàn; III/ Vùng cháy hoàn toàn Những chất này không tham gia vào các phản ứng cacbon hoá và ôxy hoá nên gọi là vùng hoàn nguyên. c/ Vùng cháy hoàn toàn Trong vùng này xẩy ra phản ứng cháy hoàn toàn: sản phẩm của vùng trên cháy với ôxy của không khí: 2CO + H2 + 1,5O2kk = 2CO2 + H2O + Q↑ Ngọn lửa vùng này có màu vàng sẫm, chứa nhiều CO2 và H2O là những chất ôxy hoá và nhiệt độ thấp hơn vùng giữa. 43 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 4.4.2. Ngọn lửa ôxy hóa O2 > 1,2 . Ngọn lửa ôxy hoá nhận đ−ợc khi tỉ lệ C2 H 2 Quá trình cháy cũng chia ra thành 3 vùng và vùng cháy không hoàn toàn xảy ra theo phản ứng sau: C2H2 + 1,5O2 = 2CO + H2 + 0,5O2 + Q↑ Sau đó chúng lại cháy tiếp với ôxy của không khí: 2CO + H2 + 0,5O2 + O2kk = 2CO2 + H2O + Q↑ Chúng ta nhận thấy nhân của ngọn lửa ngắn lại, vùng giữa d− O2 và chứa cả CO2 nên có tính ôxy hóa mạnh và giữa 2 vùng không phân biệt rõ ranh giới, ngọn lửa có màu từ vàng nhạt đến vàng sẫm. Ngọn lửa ôxy hóa chỉ dùng khi hàn đồng thau, cắt và đốt sạch bề mặt các chi tiết máy hoặc kết cấu máy. 4.4.3. Ngọn lửa các bon hóa O2 < 11 . Ngọn lửa này nhận đ−ợc khi tỉ lệ , C2 H 2 Quá trình cháy nh− sau: C2H2 + 0,5O2 = CO + H2 + C + Q↑ Sau đó cháy tiếp với ôxy của không khí: CO + H2 + C + 2O2kk = 2CO2 + H2O +Q↑ Nhân của ngọn lửa kéo dài, vùng giữa có một nguyên tử cacbon tự do nên ngọn lửa mang tính cácbon hoá và có nâu sẫm. Ngọn lửa cácbon hóa đ−ợc dùng khi hàn gang, thép gió và thép hợp kim, hoặc để tôi bề mặt các chi tiết máy. 4.5. Công nghệ hàn khí 4.5.1. Các loại mối hàn - Khi hàn khí th−ờng dùng nhất là mối hàn giáp mối, nếu vật dày S > 5 mm thì cần vát mép chữ V, X. - Khi hàn vật mỏng dùng mối hàn kiểu uốn mép và không cần que hàn phụ. - Mối hàn chồng dùng khi vật hàn có chiều dày S < 3 mm, hàn đính các tấm, thỏi, tấm lót, ly hợp của ống dẫn. 4.5.2. Công tác chuẩn bị tr−ớc khi hàn Tr−ớc khi hàn cần phải tiến hành các công tác chuẩn bị sau: - Tiến hành vát mép trên máy bào, máy mài, bằng dũa hay bằng mỏ cắt khí. - Làm sạch xỉ, ôxýt, dầu mỡ trên mép hàn rộng (20ữ30) mm bằng cách dùng mỏ đốt, sau đó dùng bàn chải sắt để làm sạch hoặc làm sạch bằng ph−ơng pháp tẩm thực. - Gá lắp vật hàn hợp lý và hàn đính một số điểm để đảm bảo vị trí t−ơng đối của kết cấu trong quá trình hàn. 44 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 2 4 3 5 4 7 2 1 3 5 1 6 4.5.3. Kỹ thuật và chế độ hàn khí a/ Ph−ơng pháp hàn Tuỳ thuộc vật liệu hàn, chiều dày vật hàn, có thể sử dụng hai ph−ơng pháp hàn khác nhau: hàn phải và hàn trái. 1 2 4 3 a/ b/ H.4.7. Sơ đồ các ph−ơng pháp hàn khí a) Hàn phải b) Hàn trái 1) Mỏ hàn 2) Que hàn phụ 3) Mối hàn 4) Vật hàn Ph−ơng pháp hàn phải: Khi hàn phải (H.4.7a), trong quá trình hàn ngọn lửa hàn h−ớng về phía mối hàn, mỏ hàn luôn đi tr−ớc que hàn. Đặc điểm của hàn phải là nhiệt chủ yếu tập trung vào vũng hàn nên độ ngấu của mối hàn sâu, vùng hoàn nguyên h−ớng vào mép hàn, mối hàn nguội chậm và đ−ợc bảo vệ tốt, l−ợng tiêu hao khí giảm. Ph−ơng pháp này đ−ợc ứng dụng khi hàn các tấm dày hoặc kim loại vật hàn dẫn nhiệt nhanh. Th−ờng dùng khi S > 5 mm. Ph−ơng pháp hàn trái (H.4.7b): trong quá trình hàn ngọn lửa hàn h−ớng về phía ch−a hàn, que hàn đi tr−ớc mỏ hàn đi sau. Trong tr−ờng hợp hàn trái, mép hàn đ−ợc nung nóng sơ bộ nên kim loại vũng hàn đ−ợc trộn đều hơn, đồng thời quan sát mối hàn dễ, mặt ngoài mối hàn đẹp. Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng khi hàn các tấm mỏng (S < 3 mm) hoặc kim loại vật hàn dễ chảy. b/ Chế độ hàn khí Khi hàn khí, dựa vào tính chất của vật liệu, kích th−ớc, kết cấu vật hàn, vị trí mối hàn và kiểu mối hàn để chọn chế độ hàn hợp lý, bao gồm chọn góc nghiêng mỏ hàn, công suất ngọn lửa và đ−ờng kính que hàn phụ. Góc nghiêng mỏ hàn (α): so với mặt phẳng hàn đ−ợc chọn theo nguyên tắc sau: α Chiều dày càng lớn, góc nghiêng mỏ hàn càng 45 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 H.4.8. Góc nghiêng mỏ hàn Giáo trình: công nghệ hàn lớn; Nhiệt độ chảy và độ dẫn nhiệt của vật liệu hàn càng cao, góc nghiêng càng lớn. Ví dụ khi hàn đồng góc nghiêng α = 60ữ80o, còn khi hàn chì α ≤ 10o. Bắt đầu hàn góc nghiêng lớn, gần kết thúc góc nghiêng giảm. Công suất ngọn lửa: công suất ngọn lửa tính bằng l−ợng khí đ−ợc đánh giá qua l−ợng khí tiêu hao trong một giờ, chọn theo nguyên tắc: Vật hàn càng dày, công suất ngọn lửa càng lớn; vật liệu có nhiệt độ chảy và độ dẫn nhiệt càng cao, công suất ngọn lửa càng lớn. Công suất của ngọn lửa khi hàn phải cao hơn hàn trái. • Khi hàn thép cácbon thấp, đồng thau, đồng thanh th−ờng chọn l−ợng tiêu hao C2H2 trong một giờ theo công thức sau: VC2H2 = (100 ữ 120).S [lít/h] - đối với hàn trái VC2H2 = (120ữ150).S [lít/h] - đối với hàn phải Trong đó S là chiều dày vật hàn [mm]. • Khi hàn đồng đỏ do tính dẫn nhiệt lớn nên tính theo công thức sau: VC2H2 = (150ữ200).S [lít/h] Đ−ờng kính que hàn: phụ thuộc vật liệu hàn và ph−ơng pháp hàn. Khi hàn thép cácbon chọn theo công thức kinh nghiệm sau: S d = +1 Hàn trái: [mm] 2 S d= Hàn phải: [mm] 2 c/ Chuyển động của mỏ hàn và que hàn khí Căn cứ vào vị trí mối hàn, kiểu mối hàn, chiều dày vật hàn để chọn chuyển động của que hàn và mỏ hàn cho hợp lý. Khi hàn sấp và hàn góc có thể tiến hành theo ph−ơng pháp hàn phải hoặc hàn trái. Khi hàn sấp, dịch chuyển que hàn và mỏ hàn th−ờng theo đ−ờng dích dắc (H.4.9a). Khi hàn góc, tại các điểm biên đảo chiều chuyển động, que hàn và mỏ hàn có thời gian dừng thích hợp để nung nóng mép hàn tốt, để kim loại trộn đều và mối hàn liên kết tốt (H.4.9b). Khi hàn sấp các tấm mỏng, ng−ời ta còn sử dụng ph−ơng pháp hàn nhỏ giọt (H.4.9c). Khi hàn, nung chảy que hàn tạo thành từng giọt dắp lên mép hàn, sau đó nhấc que hàn ra, đ−a mỏ hàn sát vào vật hàn nung chảy giọt kim loại ở mối hàn tạo thành một điểm hàn, sau đó tiếp tục lặp lại để hàn điểm tiếp theo. Que hàn Mỏ hàn Mỏ hàn Que hàn 46 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn d/ Hàn các mối hàn có vị trí khác nhau trong không gian Trên (H.4.10) giới thiệu ph−ơng pháp hàn tại các vị trị mối hàn khác nhau: - Khi hàn đứng th−ờng dùng hàn trái từ d−ới lên (H.4.10a). - Khi hàn ngang, mỏ hàn đặt lệch trục với h−ớng hàn để hạn chế kim loại vũng hàn bị rơi khi hàn (H.4.10b). - Đối với hàn trần (H.4.10c), cần nung nóng mép hàn tốt mới đ−a que hàn vào, khi hàn nên hàn từng lớp mỏng và hàn nhiều lần nếu mối hàn lớn. c/ b/ a/ H.4.10. Ph−ơng pháp hàn một số vị trí mối hàn đặc biệt a) Hàn đứng b) Hàn ngang c) Hàn trần 4.6. Cắt kim loại bằng khí 4.6.1. Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí 47 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí là đốt cháy kim loại cắt bằng dòng ôxy, tạo thành các ôxýt (FeO, Fe2O3, Fe3O4), làm nóng chảy các ôxyt đó và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt. Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí O2 đ−ợc trình bày trên (H.4.11): Khi bắt đầu C2H2+O2 1 cắt, kim loại ở mép cắt đ−ợc nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa 3 nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim 2 loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxýt. Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt. Tiếp theo, do phản ứng cháy của kim loại toả 5 4 nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung H.4.11. Sơ đồ cắt bằng khí nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo 1) Dòng ôxy cắt 2) Dòng hỗn hợp khí cháy 3) Ngọn lửa nung nóng 4) Rãnh cắt 5) Phôi cắt thành rãnh cắt. 4.6.2. Điều kiện để cắt đ−ợc bằng khí Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau: - Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Đối với thép cácbon thấp C < 0,7% nhiệt độ cháy vào khoảng 13500C còn nhiệt độ chảy gần 1.5000C nên thoả mãn điều kiện này. Đối với các loại thép cácbon cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên tr−ớc khi cắt phải đốt nóng sơ bộ đến 300ữ6500C. - Nhiệt độ nóng chảy của ôxýt kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Thép hợp kim crôm hoặc crôm-niken, do khi cháy Cr tác dụng với O2 để tạo thành ôxýt crôm Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2.050oC vì vậy phải dùng thuốc cắt mới có thể cắt đ−ợc. Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành ôxýt nhôm Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2.000oC, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi dùng thuốc cắt. - Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt đ−ợc liên tục, quá trình cắt không bị gián đoạn. Khi cắt các tấm mỏng bằng thép cácbon thấp nhiệt l−ợng sinh ra khi cháy đạt tới 70% chỉ cần nhiệt l−ợng của ngọn lửa 30% nữa là đủ cắt liên tục. - Ôxýt kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt, để dễ tách ra khỏi mép cắt. Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt cháy và khi cháy tạo ra ôxýt silic SiO2 có độ sệt cao. - Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt. 4.6.3. Mỏ cắt khí 48 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Để cắt bằng khí chủ yếu sử dụng các mỏ cắt dùng nhiên liệu khí. Sơ đồ cấu tạo chung của chúng đ−ợc trình bày trên hình sau: 5 7 2 4 O2 6 1 3 C2H2 H.4.12. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí 1/ ống dẫn khí C2H2 2/ ống dẫn khí ôxy 3/ Van điều chỉnh dòng C2H2 4/ Van điều chỉnh dòng ôxy nung 5/ Van điều chỉnh dòng ôxy cắt 6/ ống dẫn hỗn hợp khí cháy 7/ ống dẫn dòng ôxy cắt Khí axêtylen đ−ợc dẫn vào ống (1) đi qua van (3), còn ôxy đ−ợc dẫn vào ống (2), sau đó phân làm hai nhánh, một dòng đi qua van (4) và tới miệng phun hút khí axêtylen và hòa trộn tạo ra hỗn hợp cháy để nhận đ−ợc ngọn lửa nung nóng, một dòng đi qua van (5) tới đầu mỏ phun để tạo ra dòng ôxy cắt. 4.6.4. kỹ thuật cắt khí a/ Bắt đầu cắt Khi cắt phôi tấm theo đ−ờng cắt hở, bắt đầu cắt từ mép phôi. Với phôi tấm dày d−ới 50 mm, mỏ cắt đặt thẳng góc với mặt phẳng cắt (H.4.13a). Nếu chiều dày phôi lớn hơn 50 mm, khi bắt đầu cắt nên nghiêng mỏ cắt một góc 5ữ10o theo h−ớng cắt để nung nóng tốt mép cắt, sau đó đặt thẳng góc (H.4.13b). II I H−ớng cắt H−ớng cắt a/ c/ b/ 5ữ10o H.4.13. Kỹ thuật cắt khí Khi cắt phôi tấm theo đ−ờng cắt kín, quá trình cắt bắt đầu ở giữa tấm, bởi vậy phải tạo lỗ tr−ớc bằng ph−ơng pháp khoan hoặc dùng mỏ cắt để tạo lỗ cắt ban đầu. Khi dùng mỏ cắt để tạo lỗ, để tránh hiện t−ợng nổ, đối với tấm mỏng d−ới 20 mm, đặt mỏ cắt tại vị trí cắt lỗ, mở khí nung nóng tr−ớc sau đó mới mở ôxy cắt, với các tấm 49 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn dày bắt đầu nung nóng ở vị trí (I) và di chuyển chậm mỏ cắt đến vị trí (II) mới bắt đầu mở ôxy cắt (H.4.13c). b/ Tốc độ cắt Tốc độ cắt là tốc độ dịch chuyển của mỏ cắt dọc theo đ−ờng cắt, cũng là một thông số ảnh h−ởng lớn tới quá trình cắt. Khi tốc độ cắt nhỏ hơn tốc độ ôxy hóa kim loại theo chiều dày cắt thì mép cắt bị phá hỏng, đồng thời năng suất cắt giảm. Ng−ợc lại, nếu tốc độ cắt quá lớn, dẫn tới cắt bị sót hoặc quá trình cắt bị gián đoạn do mép cắt không đ−ợc nung nóng tốt. Tuỳ theo kim loại cắt, chiều dày vật cắt, tốc cắt th−ờng từ 75 - 550 (mm/phút). c/ Khoảng cách từ mỏ cắt đến kim loại cắt Trong quá trình cắt khí cần phải khống chế khoảng cách từ mỏ cắt tới vật cắt thích hợp. Khi cắt thép tấm, căn cứ vào chiều dài nhân ngọn lửa và chiều dày tấm cắt ta có thể chọn khoảng cách này nh− sau: h = l + 2 [mm]. l - chiều dài nhân ngọn lửa Để giữ đ−ợc khoảng cách này không đổi khi cắt ta gá thêm một cặp bánh xe. d/ Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt - Khi cắt tấm theo đ−ờng thẳng, hợp lý nhất là mỏ cắt nên đặt nghiêng một góc 20ữ300 về phía ng−ợc h−ớng cắt (H.a). - Khi cắt phôi tiết diện tròn (H.b), bắt đầu nung nóng ở mặt trên và dịch chuyển mỏ cắt một quảng ngắn, mở ôxy cắt để tiến hành cắt. 20ữ300 d a/ c b H.4.14. Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt - Đối với phôi tiết diện vuông bắt đầu cắt từ góc, ban đầu mỏ cắt đặt nghiêng 2ữ3o theo chiều ng−ợc h−ớng cắt, lúc đến gần cuối nghiêng theo chiều ng−ợc lại (H.c). - Đối với phôi thép góc, mỏ cắt th−ờng đặt vuông góc với mặt cắt, bắt đầu cắt từ mép tới đỉnh đến mép tiếp theo (H.d). Ch−ơng 5 50 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Hàn điện tiếp xúc 5.1. Thực chất và đặc điểm 5.1.1. Thực chất Hàn điện tiếp xúc (còn gọi là 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 c−ờng độ lớn đi qua mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn để nung nóng kim loại. Sơ đồ nguyên lý của ph−ơng pháp hàn P P điện tiếp xúc nh− sau: Khi hàn, hai mép hàn đ−ợc ép sát vào nhau nhờ cơ cấu ép, sau đó cho dòng điện chạy qua mặt tiếp xúc, theo định luật Jun-Lenxơ nhiệt l−ợng sinh ra trong mạch điện hàn xác định theo công thức: Q = 0,24. R. I 2 . t H.5.1. Sơ đồ nguyên lý máy hàn điện tiếp xúc I - c−ờng độ dòng điện hàn, t - thời gian dòng điện chạy qua vật hàn; R - điện trở của toàn mạch. Do bề mặt tiếp xúc giữa hai mép hàn có độ nhấp nhô, diện tích tiếp xúc thực tế bé hơn so với diện tích tiếp xúc danh nghĩa, mặt khác trên bề mặt có màng ôxýt và không sạch hoàn toàn nên điện trở tiếp xúc lớn, l−ợng nhiệt sinh ra trong mạch chủ yếu tập trung ở mặt tiếp xúc của hai mép hàn, nung nóng kim loại đến trạng thái hàn. Khi hai mép hàn đ−ợc nung nóng đến trạng thái hàn, hai chi tiết hàn đ−ợc ép vào nhau với áp lực lớn tạo thành mối hàn. Ph−ơng pháp này phụ thuộc vào điện trở suất ρ. Kim loại có điện trở suất nhỏ thì c−ờng độ dòng điện cần phải lớn và ng−ợc lại. Ví dụ: khi hàn đồng, nhôm và hợp kim của chúng thì phải dùng máy hàn có công suất lớn. 5.1.2. Đặc điểm - Thời gian hàn ngắn, năng suất cao. Mối hàn đẹp và bền. - Dễ cơ khí hóa và tự động hóa các hệ thống hàn điện tiếp xúc. - Đòi hỏi phải có máy hàn công suất lớn (dòng điện hàn có thể lên đến vài chục ngìn Ampe). Thiết bị hàn đắt, vốn đầu t− lớn. 5.2. Hàn tiếp xúc giáp mối 51 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Hàn tiếp xúc giáp mối là ph−ơng pháp hàn điện tiếp xúc mà mối hàn đ−ợc thực hiện trên toàn bộ mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn. 5.2.1. Nguyên lý chung l2 3 l1 2 4 1 Sơ đồ nguyên lý của ph−ơng pháp P nh− sau: hai chi tiết hàn (1) và (4) đ−ợc kẹp chặt trên giá cố định (2) và giá di dộng (3), đ−ợc nối với hai đầu cuộn dây 5 thứ cấp của biến áp hàn (5). Nhờ một cơ cấu ép cơ khí hoặc thủy lực hai chi tiết hàn đ−ợc ép vào nhau khi hàn. Theo trạng thái nung kim loại mép hàn, có hai kiểu hàn giáp mối: hàn giáp mối thuần điện trở và hàn giáp mối nóng chảy. H.5.2. Sơ đồ máy hàn điện tiếp xúc giáp mối 5.2.2. Chuẩn bị chi tiết tr−ớc khi hàn Hàn tiếp xúc giáp mối đ−ợc ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp, hình sau giới thiệu một số kết cấu đ−ợc chuẩn bị tr−ớc khi hàn tiếp xúc giáp mối. a/ b/ H.5.3. Chuẩn bị chi tiết hàn a/ Chuẩn bị không đúng; b/ Chuẩn bị đúng 5.2.3. Kỹ thuật và chế độ hàn a/ Hàn điện tiếp xúc giáp mối thuần điện trở - Lực ép: sau khi hai chi tiết hàn đ−ợc ép sát vào nhau với lực ép sơ bộ từ 10ữ15 N/mm2, tiến hành đóng điện nung kim loại mép hàn đến trạng thái dẻo, cắt điện và ép kết thúc với lực ép từ 30ữ40 N/mm2 để tạo thành mối hàn. - Điện áp hàn: U = 1ữ12V. - C−ờng độ dòng điện hàn: có thể xác định bằng công thức sau: 52 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Th Ih = (A). 0,24. K 2 . ρtb . t 0,24. m1 . Rtx . t + C. γ . F 2 F . π . γ . C. λ Trong đó: Th- Nhiệt độ cần hàn (00C); K2- hệ số tổn thất nhiệt. Đối với thép cácbon kết cấu thấp lấy bằng 0,75; các loại thép khác lấy bằng 0,9. ρtb- điện trở suất trung bình. ρtb = ρo (1 + αTh) (Ω.cm). ρo- điện trở suất vật hàn ở 0oc. α- hệ số nhiệt điện trở. Đối với thép ρtb phụ thuộc Th và đ−ợc xác định theo giản đồ. Th−ờng thì đối với thép hợp kim thấp và cácbon thấp ρtb = 48 MΩ.cm; Các loại thép khác ρtb = 96 MΩ.cm m1 - Hệ số phụ thuộc điện trở tiếp xúc lấy gần đúng = 0,4. Rtx - Điện trở tiếp xúc lúc bắt đầu hàn; C - Điện dung kim lọai vật hàn. γ - Khối l−ợng riêng kim loại vật hàn; F - Diện tích tiết diện chi tiết. λ - Hệ số dẫn nhiệt ( Calo/cm.s); t - Thời gian cần thiết nung nóng Ta có J √ t = K . 103; J- mật độ dòng điện, đối với thép J = 20 ữ 60 A/mm2 K - Hệ số phụ thuộc tính chất vật hàn, tiết diện chi tiết và chiều dài phần nhô: Vật liệu hàn Chiều dài phần nhô Đ−ờng kính vật hàn K l1, l2 (mm) (mm) 4 ữ10 Thép Cacbon thấp d 10 10 ữ 40 Thép hợp kim thấp 8 (0,7ữ1)d Đồng 2d -- 27 Đồng thanh 1,5d -- 20 Nhôm 1,5d -- 12ữ15 - Công suất hàn: Công suất riêng th−ờng lấy (0,12ữ0,15) KVA/mm2. Khi hàn ống lấy bằng 0,2 KVA/mm2 . - Lực ép: Lực ép sơ bộ tr−ớc khi nung nóng có thể xác định với áp suất (10ữ15) N/mm2, và sau khi nung nóng với áp suất (30ữ40) N/mm2 - Chiều dài phần nhô l1, l2: l1 = (0,5ữ1,5)d ; l2 = (0,5ữ4)d. Hàn tiếp xúc giáp mối thuần điện trở đòi hỏi các mép hàn phải phẳng và song song với nhau, tiết diện tại mép hàn không chênh lệch nhau nhiều và bề mặt tiếp xúc phải đ−ợc làm sạch kỹ tr−ớc lúc hàn. Hàn tiếp xúc giáp mối thuần điện trở chủ yếu ứng dụng để hàn các thanh, thỏi và dây kim loại có tiết diện đơn giản (hình tròn, vuông, đa giác... ) có diện tích tiếp xúc d−ới 1000 mm2. b/ Hàn giáp mối nóng chảy 53 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Đây là ph−ơng pháp hàn mà kim loại mép hàn đ−ợc nung đến trạng thái nóng chảy. Có hai ph−ơng pháp tiến hành hàn giáp mối nóng chảy: liên tục và gián đoạn. Với quá trình hàn liên tục: ban đầu hai mép hàn đ−ợc ép nhẹ, đồng thời đóng điện. Ban đầu do tiếp xúc không hoàn toàn, mật độ dòng điện tại các đỉnh tiếp xúc lớn, nhanh chóng làm nóng chảy các đỉnh nhấp nhô, diện tích tiếp xúc tăng dần và c−ờng độ dòng điện tăng nhanh. Khi kim loại trên mặt tiếp xúc nóng chảy hoàn toàn, các ôxyt và một phần kim loại nóng chảy cùng vật lẫn bị đẩy ra ngoài do tác dụng của lực điện từ, cắt điện và tiến hành ép với lực ép lớn ( từ 2500ữ5000 N/mm2) tạo thành mối hàn. Điện áp hàn khi hàn nóng chảy liên tục U = 1ữ12 V, mật độ dòng điện từ 10ữ50 A/mm2. Với quá trình hàn gián đoạn: điện đ−ợc đóng liên tục, còn hai chi tiết hàn đ−ợc ép tiếp xúc với nhau theo chu kỳ. Khi hai mép hàn tiếp xúc, kim loại bị nung nóng bởi dòng điện chạy qua mặt tiếp xúc, còn khi hai mép hàn tách ra, giữa hai mép hàn xuất hiện tia lửa điện làm tăng tốc độ nung nóng mép hàn. Khi kim loại hai mép hàn nóng chảy tốt, tiến hành ép kết thúc với lực ép từ 15 ữ 50 N/mm2, để tạo thành mối hàn. Điện áp hàn nóng chảy gián đoạn U = 5ữ15 V, mật độ dòng điện J = 3ữ15 A/mm2. Hàn giáp mối nóng chảy không đòi hỏi làm sạch bề mặt hàn kỹ tr−ớc khi hàn, hàn đ−ợc các tiết diện phức tạp hơn và chênh lệch nhau lớn. Ph−ơng pháp hàn nóng chảy gián đoạn công suất của thiết bị yêu cầu thấp hơn hàn liên tục. 5.3. Hàn điểm 5.3.1. Định nghĩa Hàn điểm là ph−ơng 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. 5.3.2. Các ph−ơng pháp hàn điểm Khi hàn điểm hai chi tiết hàn dạng tấm đ−ợc đặt xếp chồng lên nhau. Theo cách bố trí điện cực hàn có hai kiểu hàn điểm: hàn một phía và hàn hai phía. - Khi hàn điểm hai phía (H.5.4a), các tấm hàn đ−ợc đặt giữa hai điện cực hàn. Sau khi ép sơ bộ và đóng điện, dòng điện trong mạch chủ yếu tập trung ở một diện tích nhỏ trên mặt tiếp xúc giữa hai tấm nằm giữa các điện cực, nung nóng kim loại đến trạng thái nóng chảy. Tiếp theo cắt điện và ép với lực ép đủ lớn, tạo nên điểm hàn. Ph−ơng pháp hàn hai phía mỗi lần hàn chỉ đ−ợc một điểm hàn giữa hai tấm, nh−ng có thể đ−ợc các tấm dày hoặc hàn cùng một lúc nhiều tấm xếp chồng. 54 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn P P P a/ b/ H.5.4. Nguyên lý các ph−ơng pháp hàn điểm a/ Hàn điểm 2 phía; b/ Hàn điểm một phía - Khi hàn điểm một phía (H.5.4b), hai điện cực bố trí cùng một phía so với vật hàn. Sự nung nóng các điểm hàn do dòng điện chạy qua tấm d−ới của vật hàn. Để tăng c−ờng dòng điện chạy qua các điểm hàn, ng−ời ta bố trí thêm tấm đệm bằng đồng. Sau khi điểm hàn đ−ợc nung chảy, tiến hành ép với lực ép đủ lớn ta nhận đ−ợc hai điểm hàn. Còn hàn một phía, mỗi lần hàn chỉ hàn đ−ợc hai tấm, nh−ng cùng một lúc có thể hàn đ−ợc từ hai (trên máy có hai điện cực) hoặc nhiều điểm hàn (trên máy hàn nhiều điện cực). - Ph−ơng pháp hàn điểm bằng điện cực giả (H.5.5) P Đây là ph−ơng pháp hàn điểm mà nguyên lý là lợi dụng các phần nhô ra của hai chi tiết cần hàn để coi chúng nh− là các điện cực hàn. Mỗi P phần nhô và tiếp xúc của hai chi tiết sẽ là một H.5.5. Hàn điểm bằng điện cực giả điểm hàn. 5.3.3. Chế độ hàn điểm Chế độ hàn điểm phụ thuộc vào vật liệu hàn. Khi hàn thép cácbon thấp hoặc thép hợp kim thấp, dùng chế độ hàn mềm: J = 80 - 160 A/mm2; P = 15 - 40 N/mm2; t = 0,5 - 3 giây Khi hàn thép không rỉ và các hợp kim dẫn nhiệt nhanh nh− hợp kim nhôm, hợp kim đồng hoặc các tấm có lớp phủ bảo vệ, dùng chế độ hàn cứng: J = 120 - 360 A/mm2; P = 40 - 100 N/mm2; t = 0,001- 0,1 giây Điện cực th−ờng chế tạo bằng đồng hoặc hợp kim đồng có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, bên trong có n−ớc làm nguội, do đó mặt tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết ít sinh nhiệt so với tại điểm hàn. 5.4. Hàn đ−ờng 55 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 5.4.1. Nguyên lý chung Hàn đ−ờng là ph−ơng pháp hàn tiếp xúc, trong đó mối hàn là tập hợp các điểm hàn liên tục. Sơ đồ nguyên lý của hàn đ−ờng trình bày trên hình sau: P P P P a/ b/ H.5.6. Sơ đồ nguyên lý máy hàn đ−ờng Khi hàn đ−ờng ng−ời ta sử dụng các điện cực kiểu con lăn (H.5.6a), nhờ đó vật hàn có thể dễ dàng chuyển động để dịch chuyển điểm hàn dùng để hàn 2 tấm kim loại có chiều dày từ 0,3ữ3 mm với nhau. Hàn đ−ờng cũng đ−ợc dùng để hàn các loại ống khi sản xuất ống có mối hàn (H.5.6b). Theo chế độ hàn ng−ời ta phân ra ba kiểu hàn đ−ờng: hàn đ−ờng liên tục, hàn đ−ờng gián đoạn và hàn b−ớc. - Khi hàn đ−ờng liên tục: trong quá trình vật hàn chuyển động, điện cực th−ờng xuyên ép vào vật hàn và đóng điện liên tục. Ph−ơng pháp này đơn giản về công nghệ nh−ng vật hàn bị nung nóng liên tục, dễ bị cong vênh, vùng ảnh h−ởng nhiệt lớn và điện cực bị nung nóng mạnh, chóng mòn, nhất là khi đ−ờng hàn dài. - Khi hàn đ−ờng gián đoạn: vật hàn chuyển động liên tục, nh−ng dòng điện chỉ đ−ợc cấp theo chu kỳ, thời gian cấp từ 0,01ữ0,1 giây, tạo thành các đoạn hàn cách quãng. - Khi hàn b−ớc: vật hàn dịch chuyển gián đoạn, tại các điểm dừng vật hàn đ−ợc ép bởi các điện cực và cấp điện tạo thành điểm hàn. 5.4.2. Chế độ hàn đ−ờng a/ B−ớc hàn: là khoảng cách giữa 2 điểm hàn th−ờng lấy S = (1,5 ữ 4,5) mm. b/ Đ−ờng kính đĩa điện cực Đối với các máy hàn đ−ờng th−ờng có điện cực chế tạo bằng đồng, đ−ờng kính đĩa điện cực: D = 200 ữ 250 mm. π. d 2 . σ b c/ Lực ép: khi hàn xác định theo công thức: P = [N] 4 56 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Trong đó d - đ−ờng kính điện cực [mm]; σb - giới hạn bền của vật liệu hàn [N/mm2]. d/ Thời gian hàn Thời gian hàn là tổng thời gian dòng điện chảy qua đ−ờng hàn để hàn và thời gian 0,06. S t= phụ đ−ợc tính nh− sau: (s). Vh S - b−ớc hàn; Vh - tốc độ hàn, th−ờng lấy bằng (0,5ữ3) m/phút. đ/ Dòng điện hàn: khi hàn đ−ờng nên chọn cao hơn hàn điểm từ (20 ữ 80)%. ch−ơng 6 57 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Hàn Gang, đồng, nhôm 6.1. hàn gang 6.1.1. Đặc điểm của hàn gang - Gang là hợp chất Fe-C mà C > 2%, ngoài ra còn Mn, Si, S, P...gang hợp kim có thêm Cr, Ni, Al, Ti, Mo, Cu và các nguyên tố khác. - L−u huỳnh S dể tạo thành cácbít, do đó dể sinh nứt khi hàn. - Gang có tính dẻo kém, độ cứng, dòn cao nên khi hàn dể nứt. - Khi hàn gang th−ờng sinh ra sự biến đổi cục bộ grafit thành xêmentit nên càng tăng độ dòn và cứng của gang. - Trong quá trình hàn C bị cháy và tạo ra khí CO gây cho mối hàn rỗ khí, còn Si bị cháy tạo thành SiO2 khó nóng chảy. - Nhiệt độ chảy của gang không cao và độ chảy loãng lớn nên khi hàn mối hàn đứng, hàn trần hoặc mối hàn ngang rất khó. 6.1.2. Các ph−ơng pháp hàn gang a/ Hàn nguội Hàn nguội có một số yếu tố kỹ thuật nh− sau: - Tr−ớc hết vát mép hàn rồi khoan các lỗ và tarô ren sau đó cắm các chốt thép có d = (5ữ13)mm (nh− hình vẽ) vì độ liên kết giữa thép và gang không tốt lắm. - Dùng que hàn thép cácbon C 08 có bọc một lớp thuốc dày 0,3 mm hàn ôm xung quanh phần nhô ra của H.6.1. Hàn nguội gang chốt cho dính chặt với gang sau đó hàn đắp cho đầy mối hàn. - Nếu hàn các vết nứt thì trức hết phải khoan các lỗ nhỏ ở 2 đầu vết nứt để vết nứt không còn phát triển. Ưu điểm dùng que hàn thép là cho phép sửa chửa các chi tiết nhỏ mà không cần tháo rời ra khỏi kết cấu. Ngoài ra còn có thể dùng que hàn mônen: 30%Cu, 65%Ni, 1,5%Mn, 3%Fe còn thành phần thuốc bọc: 45% grafit, 15% tinh quẳng cao lanh, 20% đất sét, 10% than gổ vụn và 10% xút dùng để hàn các kết cấu không chịu bền cao. b/ Hàn nóng 58 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Hàn nóng là ph−ơng pháp hàn có nung nóng sơ bộ 500ữ6000C: - Chuẩn bị hàn: vát mép, làm sạch, khoan lỗ ở 2 đầu vết nứt. - Chế tạo khuôn bằng vật liệu: bột grafit, cát rây nhào trỗn với thuỷ tinh lỏng có khi trỗn với đất sét. - Lắp khuôn lên vị trí hàn để không cho gang lỏng chảy ra ngoài. Sấy khuôn và nung sơ bộ chổ mối hàn đến H.6.2. Hàn bánh xe gang 500ữ6000C bằng ngọn lửa khí cháy. bằng hàn nóng - Dùng que hàn gang có d = (6ữ20) mm; Ih= 300ữ1000 A. - Khi mối hàn ở trạng thái lỏng cho borắc (Na2B4O7) vào vũng hàn để tạo xỉ. Ngoài ra còn bỏ vào vũng hàn fêrô silic để tăng nồng độ Si cho gang, do đó gang xám sau khi hàn xong phải làm nguội chậm để chống nứt. Chú ý: - Có thể hàn gang bằng ph−ơng pháp hàn khí bằng cách dùng ngọn lửa cácbon hoá. Tất cả các tr−ờng hợp hàn gang bằng ngọn lửa hàn khí đều hàn nóng. - Thuốc hàn gang: borắc và một số chất: Na, bicácbônat, ôxyt silic. - Cũng có thể sử dụng các loại que hàn đồng và một số que hàn chế tạo bằng kim loại khác để hàn gang. - Ph−ơng pháp hàn nóng tốt hơn hàn nguội. 6.2. hàn đồng và hợp kim đồng 6.2.1. Đặc điểm chung - Đồng và hợp kim đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao (gấp 6 lần Fe), do đó để tạo nên vũng hàn yêu cầu nguồn nhiệt lớn. Vùng ảnh h−ởng nhiệt lớn làm giảm cơ tính của vật hàn, gây biến dạng lớn khi nung nóng và làm nguội. - ở nhiệt độ cao độ bền mối hàn giảm, do đó ứng nhiệt sinh ra khi hàn dể tạo nên nứt nẻ trong mối hàn. - Cu dể bị ôxy hoá tạo nên CuO hoặc Cu2O khi nguội làm cho mối hàn dòn. - Nhiệt độ chảy thấp nên dễ quá nhiệt, khi hàn trần, hàn đứng kim loại dể bị chảy ra ngoài. - Khi hàn đồng thau, kẽm dễ bị cháy làm thay đổi thành phần kim loại mối hàn so với vật hàn. - ở nhiệt độ cao H2 và CO khuyết tán vào kim loại và tác dụng với ôxy trong kim loại tạo thành H2O và CO2 không hoà tan trong kim loại mà sẽ bay ra ngoài với áp suất lớn. Khi mối hàn nguội lạnh áp suất này gây nứt nẻ cho mối hàn. 6.2.2. Hàn đồng đỏ a/ Hàn đồng đỏ bằng khí hàn 59 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn - Vật hàn phải chuẩn bị tốt, làm sạch mối hàn, vật hàn mỏng S = (1,5ữ2)mm thì dùng kiểu uốn mép, S = (3ữ10)mm vát mép 450, S > 10mm vát mép 900. Dùng ngọn lửa bình th−ờng, có thể nung sơ bộ (400 - 5000C). - Dùng que hàn đồng có thành phần nh− vật hàn hoặc có thêm các chất khử ôxy nh− P, Si nh−ng nhiệt độ chảy của que này phải thấp hơn đồng. - Trong quá trình hàn phải dùng thuốc hàn để bảo vệ mối hàn khỏi bị ôxy hoá và khử ôxy của ôxýt đồng. Th−ờng hay dùng nhất là borắc Na2B4O7 và axits boríc H3BO3. b/ Hàn đồng đỏ bằng hồ quang điện - Có thể dùng điện cực than hoặc điện cực kim loại. Các que hàn đ−ợc bọc thuốc hàn nh− hàn khí. - Que hàn là hợp kim đồng có chất khử ôxy là Phốtpho P với dq = (1,5ữ10) mm, Ih = (35ữ65)dq. 6.2.3. Hàn đồng thau a/ Hàn đồng thau bằng khí hàn - Đặc điểm cần chú ý là sự bốc hơi của kẽm (9050C) gần bằng nhiệt độ chảy của đồng thau (<10000C) hoặc tạo thành ZnO có hơi ảnh h−ởng đến sức khoẻ, làm mờ kính hàn...Vì thế khi hàn cần hạn chế sự cháy của kẽm. - Dùng ngọn lửa có thành phần O2/C2H2= 1,25 -1,4 làn ngọn lửa có thừa ôxy để tạo thành lớp ZnO trên mặt mối hàn để ngăn cạn sự bốc hơi của kẽm và ôxy hoá của môi tr−ờng. - Que hàn có thể dùng loại LCuZn32 và pha thêm các chất khử ôxy nh− Al, Si, Ni, Mn - Thuốc hàn th−ờng dùng borắc hoặc axít boríc. b/ Hàn đồng thau bằng hồ quang điện - Dùng que hàn có lõi: LCuSi3Zn17; BCuSi3Mn; LCuMnFeZn39 thành phần thuốc bọc tuỳ theo thành phần vật hàn và lõi que hàn. - Đ−ờng kính que hàn: nếu S < 8 thì d = S; nếu S >8 thì d = S-1 (mm). Ih= (27ữ40)d. 6.2.4. Hàn đồng thanh a/ Hàn đồng thanh bằng khí hàn - Khi hàn đồng thanh để giảm sự cháy của thiếc và kẽm thì nên dùng ngọn lửa bình th−ờng. - Thuốc hàn khi hàn đồng thanh thiếc hoặc đồng thanh silic th−ờng dùng borắc, còn khi hàn đồng thanh nhôm thì dùng loại: 45% KCl + 20%BaCl +20%NaCl +15%NaF. b/ Hàn đồng thanh bằng hồ quang điện: Tiến hành nh− hàn đồng thau. 60 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn 6.3. Hàn nhôm và hợp kim nhôm 6.3.1. Đặc điểm chung - Nhôm có ái lực mạnh với ôxy để tạo thành ôxyt nhôm Al2O3, ôxyt này có Tch= 20500C rất cao so với nhôm và hợp kim của chúng Tch= 600 - 6500C. ôxyt này ở trong mối hàn gây rỗ xỉ và ngăn cản quá trình hàn. - ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền rất thấp nên chi tiết hàn có thể bị phá hoại do khối l−ợng bản thân nó. - Khối l−ợng riêng của ôxyt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên vũng hàn. - ở nhiệt độ cao dể hoà tan khí H2 tạo nên rỗ khí. 6.3.2. Hàn nhôm bằng khí hàn - Chi tiết tr−ớc khi hàn phải làm sạch ôxyt nhôm cách mép hàn (30 - 35)mm. Nếu S ≤ 1,5mm thì phải uốn mép, nếu S > 4mm thì cần vát mép. - Th−ờng sử dụng ngọn lửa hàn bình th−ờng để hàn vì nếu thừa ỗy thì dể tạo thành ôxyt nhôm, còn thừa axêtylen thì dể tạo thành rỗ khí. - Công suất ngọn lửa lấy lớn hơn khi hàn thép một ít W = 150.S (l/giờ). - Que hàn có thành phần nh− vật hàn, khi hàn nhôm có thể dùng que AK (có 5% Si) thì mối hàn tốt hơn. - Thuốc hàn chủ yếu là các muối clo và flo (NaCl, KCl, NaF, CaF2, ...). Sau khi hàn xong phải rửa sạch mối hàn để trách ăn mòn do thuốc hàn còn thừa trên mối hàn. 6.3.3. Hàn nhôm bằng hồ quang điện - Hàn bằng điện cực nóng chảy th−ờng dùng nhất là hàn tự động trong môi tr−ờng bảo vệ (thuốc hàn hoặc khí). Thuốc hàn gồm muối clo và flo. Ví dụ: 20%KCl + 24%LiCl + 39%KF +17%NaF để hàn nhôm-magiê. - Khi hàn điện cực than hoặc vonfram, nên dùng loại có dq = 12, 15, 20 mm với dòng một chiều hoặc xoay chiều Ih= (200 - 500)A. Thuốc hàn nh− hàn khí. - Đ−ờng kính que hàn phụ thuộc vào chiều dày vật hàn S. nếu S = (5 ữ 7) mm thì dq = S +1; S = (8 ữ 10) mm thì dq = S/2 + 2; S = (11 ữ 15) mm thì dq = S/2 + 3. - C−ờng độ dòng điện tính theo công thức: Ih= B.dq (A) B - mật độ dòng điện, lấy B = (32 - 35)A/mm đ−ờng kính điện cực. dq - đ−ờng kính que hàn (mm). Dùng dòng điện một chiều nối nghịch là tốt nhất. - Hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc là ph−ơng pháp có năng suất cao và chất l−ợng mối hàn tốt, que hàn là dây nhôm nguyên chất hoặc hợp kim AK. 61 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Ih K Tốc độ dây hàn Vd = (m/h). Q Q - khối l−ợng một mét dây hàn (g/m). K - hệ số chảy, K = 8 - 8,3 (g/A.h). Ph−ơng pháp hàn nhôm tự động cũng đ−ợc dùng phổ biến với khí bảo vệ (H2, Ar, CO2 v.v...), chế độ hàn nh− hàn tự động d−ới lớp thuốc. Ch−ơng 7 Các ph−ơng pháp hàn đặc biệt 62 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Ngoài các ph−ơng pháp hàn đ−ợc sử dụng rộng rãi nh− hàn hồ quang, hàn điện tiếp xúc, hàn khí, trong thực tế ng−ời ta còn sử dụng nhiều ph−ơng pháp hàn khác với những ứng dụng rất đa dạng, đ−ợc gọi chung là hàn đặc biệt. 7.1. Hàn vảy 7.1.1. Thực chất và đặc điểm a/ Thực chất của quá trình hàn vảy Hàn vảy là ph−ơng pháp hàn dùng các kim loại hoặc hợp kim hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp (gọi là vảy hàn) điền đầy vào mép hàn đã đ−ợc nung nóng tạo nên liên kết hàn. Mối liên kết giữa hai chi tiết hàn chủ yếu do sự khuếch tán của các nguyên tử kim loại vảy hàn và vật hàn tạo nên. Quá trình hàn vảy đ−ợc chia ra các công đoạn sau: - Nung nóng kim loại mối hàn đến nhiệt độ t−ơng đ−ơng với nhiệt độ nóng chảy của vảy hàn. - Làm nóng chảy vảy hàn. - Cho vảy hàn ở thể lỏng điền đầy mối hàn. - Hoà tan kim loại cơ bản ở trong vảy lỏng và sự phân ly, khuyết tán giữa chúng với nhau. - Thực hiện quá trình kết tinh của vảy hàn trong mối hàn. b/ đặc điểm - Hàn vảy có thể tiến hành hàn trong lò có khí bảo vệ, hàn trong chân không hoặc trong lò muối, do đó không yêu cầu thuốc hàn. Chỉ khi hàn hở bằng các ph−ơng pháp nung nóng khác mới yêu cầu thuốc hàn. - Khi tiến hành hàn vảy trong các lò thì tính kinh tế cao, đảm bảo đ−ợc bề mặt mối hàn phẳng, đẹp. - Sau khi hàn vảy không yêu cầu gia công cơ khí. - Hàn vảy có thể chế tạo đ−ợc những sản phẩm mà các ph−ơng pháp hàn khác không thực hiện đ−ợc. Ví dụ: trong kỹ thuật điện có một số sản phẩm yêu cầu thép hàn với đồng, đồng với bạc v.v... Không yêu cầu trình độ tay nghề của công nhân cao. 7.1.2. Vảy hàn Theo loại vảy hàn đ−ợc sử dụng, ng−ời ta phân hàn vảy ra hai dạng: hàn bằng vảy hàn cứng (nhiệt độ nóng chảy của vảy hàn > 4500) và hàn bằng vảy hàn mềm (T0 nóng chảy của vảy hàn < 4500). a/ vảy hàn cứng 63 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Vảy hàn cứng có nhiệt độ nóng chảy trên 450oC, độ bền kéo từ 6ữ50 KG/mm2. Hàn bằng vảy hàn cứng chủ yếu dùng để hàn các mảnh hợp kim khi chế tạo dụng cụ cắt, hàn nối ống, hàn các chi tiết trong sửa chữa khi đòi hỏi độ bền mối hàn t−ơng đối cao. Vảy hàn này th−ờng dùng: • Đồng thau: LCuZn58 có Tc= 8200C; LCuZn46 ...dùng để hàn các chi tiết bằng đồng thau, đồng đỏ. • Nguyên liệu hàn bạc có thành phần cơ bản là bạc, đồng và kẽm. • Nguyên liệu hàn bền nóng: là hợp kim có chứa từ (50ữ90)%Cu, (20ữ40)%Zn, (3ữ8)% Ni, (2ữ5)% Mn, < 2% Fe. Loại này dùng nhiều để hàn các mảnh hợp kim cứng vào dụng cụ cắt. b/ Vảy hàn mềm Khi hàn bằng vảy hàn mềm, sử dụng vảy hàn có thành phần cơ bản là thiếc, có nhiệt độ chảy nhỏ hơn 400oC, độ bền kéo d−ới 7 KG/mm2. Hàn bằng vảy hàn mềm chủ yếu dùng để hàn kín các bình chứa khí vâócc bình chứa chất lỏng, không đòi hỏi về độ bền cao. 7.1.3. Thuốc hàn vảy Thuốc hàn vảy có nhiệm vụ làm sạch các ôxyt và các chất bẩn khác trong vảy hàn, đồng thời tạo khả năng tốt cho kim loại vảy hàn thẩm thấu vào kim loại vật hàn, giảm đ−ợc sức căng bề mặt của kim loại nóng chảy. - Thuốc hàn khi hàn vảy cứng: hay dùng borắc (Na2B4O7), axýt boric (H2BO3). - Thuốc hàn dùng khi hàn vảy mềm: th−ờng ở thể lỏng, chủ yếu là dung dịch của muối clo: clorua kẽm, clorua amôn, axit phốtphoric và các hỗn hợp khác. 7.2. Hàn nhiệt 7.2.1. Thực chất của ph−ơng pháp hàn nhiệt Hàn nhiệt là ph−ơng pháp hàn dựa trên cơ sở của phản ứng toả nhiệt giữa một ôxýt kim loại với một kim loại khác có ái lực hóa học với ôxy mạnh hơn, thông dụng nhất là phản ứng giữa nhôm và ôxýt sắt từ Fe2O3: 3Fe2O3 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe + 185.000 cal/mol Phản ứng bắt đầu xảy ra khi nung nóng một l−ợng nhỏ hỗn hợp đến nhiệt độ khoảng 1.200 - 1.300oC, sau đó phản ứng tiếp tục đ−ợc duy trì nhờ nhiệt của phản ứng và lan nhanh ra toàn khối hổn hợp làm nhiệt độ tăng lên tới 3.000oC, nung nóng chảy sắt tạo thành thép lỏng và làm nóng chảy các tạp chất tạo thành xỉ lỏng. Thông th−ờng, hỗn hợp nhiệt nhôm gồm (20 - 220)% Al và (78 - 80)% Fe2O3. 7.2.2. Các ph−ơng pháp hàn nhiệt 64 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Theo nguyên tắc tạo thành mối hàn, ng−ời ta phân ra hàn nhiệt nóng chảy và hàn nhiệt áp lực. a/ Hàn nhiệt nóng chảy Hàn nhiệt nóng chảy là đặt hai chi tiết hàn cách nhau một khoảng hẹp tạo thành khe hàn và sử dụng khuôn cát bao quanh mép hàn. Phản ứng nhiệt nhôm đ−ợc tiến hành trong nồi chứa riêng. Sau khi nung nóng khuôn và mép hàn, tiến hành mồi phản ứng, khi thép lỏng nóng chảy tốt và xỉ nổi lên hết, tiến hành mở lỗ rót ở đáy nồi phản ứng để rót thép lỏng vào khuôn. Thép lỏng có nhiệt độ cao nung chảy mép hàn, sau đó đông đặc tạo thành mối hàn. 5 4 AA A 2 3 1 6 A H.6.1. Sơ đồ hàn nhiệt nóng chảy 1. Chi tiết hàn; 2. Khuôn; 3. Hệ thống rót; 4. Nồi chứa; 5. Xỉ; 6. Thép lỏng b/ Hàn nhiệt áp lực Hàn nhiệt áp lực là đặt hai chi tiết sát nhau và cũng đ−ợc bao quanh nhờ một khuôn cát. Đầu tiên ng−ời ta rót xỉ lỏng vào khuôn tr−ớc để nung nóng sơ bộ, sau đó rót thép lỏng vào khuôn tiếp tục nung mép hàn lên đến trạng thái hàn và tiến hành ép hai chi tiết vào nhau với áp lực đủ lớn để tạo ra mối hàn. Hàn nhiệt đ−ợc sử dụng để hàn các đ−ờng ray, đ−ờng ống bằng thép trong lắp đặt và sửa chữa ở những nơi không thể tiến hành bằng các ph−ơng pháp hàn khác. 7.3. Hàn điện xỉ 65 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006 Giáo trình: công nghệ hàn Hàn điện xỉ là ph−ơng hàn sử dụng nhiệt sinh ra khi cho dòng điện có c−ờng độ lớn đi qua một lớp xỉ có điện trở lớn để nung kim loại mép hàn và làm nóng chảy điện cực hàn. 1 Sơ đồ nguyên lý của ph−ơng pháp hàn xỉ điện đ−ợc trình bày trên (H.6.2): Hai tấm hàn 2 8 đ−ợc đặt theo ph−ơng thẳng đứng cách nhau 3 một khoảng bằng khe hở hàn. 4 Mặt d−ới của khe hàn đ−ợc chắn bởi tấm đệm (7), hai bên đ−ợc bao kín bởi hai hộp làm nguội (8). Khi hàn, cấp thuốc hàn vào khe 5 hàn, đ−a điện cực hàn (2) đi xuống và gây ra 6 7 hồ quang. Nhiệt của ngọn hồ quang làm nóng H.6.2. Sơ đồ hàn điện xỉ 1/ Vật hàn 2/ Điện cực 3/ Thuốc hàn 4/ Xỉ lỏng chảy kim loại và thuốc hàn tạo thành vũng hàn 5/ Kim loại lỏng 6/ Mối hàn 7/ Tấm đệm và xỉ lỏng. Khi xỉ lỏng dâng lên tiếp xúc với điện cực hàn làm tắt hồ quang, dòng điện tiếp tục chạy qua lớp xỉ lỏng. Do điện trở của lớp xỉ cao, nhiệt toả ra lớn, làm cho kim loại điện cực và kim loại mép hàn tiếp tục nóng chảy. Nhờ sự làm nguội nhanh của các hộp làm nguội, kim loại lỏng ở phần d−ới vũng hàn liên tục đông đặc, đồng thời hệ thống hộp làm nguội dịch chuyển lên phía trên theo tốc độ hình thành mối hàn. Hàn điện xỉ đ−ợc ứng dụng để hàn các tấm dày, kích th−ớc lớn theo các đ−ờng hàn thẳng đứng trong chế tạo vỏ tàu thuỷ, thân máy cỡ lớn ... 66 Tr−ờng đại học bách khoa đà nẵng - 2006

[close]