Chương 5 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI

5.1 khái niệm chung

5.1.1 khái niệm và đặc điểm

hàn là -hương pháp tạo ra mối ghép ko tháo đc ,thực chất là đốt nóng cục bộ kL tới nhiệt độ nóng chảy và gắn với nhau nhờ lực hút giữa các phân tử kL để tạo thành mối nối.

-Ở trạng thái nóng chảy ,KL kết tinh hoàn toàn để tạo thành mối nối .

-ở trang thái dẻo (t* < t nc) phải có lực P ép 2 vật thể để tăng sự khuếch tán KL

Đặc điêm:

- hàn chỉ thực hiện đc với các KL có tính hàn ( vật liệu có tính hàn) : các kL đen .KL và hợp kim màu ...

- chế tạo đc những tổ hợp phức từ những phần tử đơn giản

- tiết kiệm đc KL ,so với mối ghép đinh tán thì mối ghép hàn tiết kiệm đc 15-30% KL, so với đúc trong khuôn cát thì mối ghép hàn tiết kiệm đc 30-50% KL

-độ bền ,độ cứng ,độ kín cao

-khuyết tật về hàn khó kt: rỗ , nứt, cong vênh...

Các phương pháp hàn :

căn cứ vào trạng thái kL của vùng hàn ,người ta chia ra:

- hàn nóng chảy : hàn hồ quang điện ,hàn khí

-hàn áp lực :hàn tiếp xúc ,hàn rèn

căn cứ vào dạng năng lượng :

-hàn điện sử dụng điện năng để biến thành nhiệt năng -hàn hồ quang điện , hàn tiếp xúc

- hàn hóa học hàn khí , hàn nhiệt nhôm

- hàn cơ học hàn ma sát, hàn nổ hàn nguội

một số dạng hàn đặc biệt: hàn siêu âm. hàn cảm ứng ,hàn lase

5.2 Hàn hồ quang điện

5.2.1 khái niệm

hồ quang là htg phóng điện trong Mt khí đã đc ion hóa giữa các cực . Nhiệt độ tại trung tâm hồ quang có thể lên đến 6000 *C , kèm theo sự phát sáng của các tia hồng ngoại ,tư ngoại năng lượng này làm nóng chảy KL

Hồ quang có thể đc sinh ra giữa hai điện cực theo sơ đồ mắc trực tiếp , gián tiếp.

sơ đồ .............

yêu cầu của nguồn điện hàn và thiết bị hàn

Hiệu điện thế của nguồn điện hàn Uo-phải đủ lớn để gây và duy trì sự cháy ổn định cho hồ quang nhưng ko gây nguy hiểm cho thợ hàn

-nếu là dòng một chiều:Uo=30V-50V ,khi hàn Uo=15V- 25V

-nếu là dòng xoay chiều:Uo=55V-80V ,khi hàn Uo=25-40V

cường độ dòng điện hàn :có thể thay đổi vô cấp hoặc phân cấp tùy thuộc kim loại hoặc chiều dày vật hàn.

cường độ dòng ngắn mạch phải nhỏ nhằm nâng cao tuổi thọ cho máy

sơ đồ.......

quan hệ giữa U và I :khi I tăng thì U giảm và ngược lại, đồng thời U avf I phải lệch pha nhau để ko cùng triệt tiêu.

sơ đồ..........

thiết bị hàn cần có cấu tạo đơn giản ,gọn nhẹ, dễ sử dụng,an toàn,rẻ......

các loại nguồn điện hàn:

nguồn điện xoay chiều: giá thành rẻ ,thông dụng nhưng hồ quang cháy ko ổn định ,chất lượng mối hàn kém.

nguồn điện 1 chiều:thiết bị hàn phức tạp ,đắt nhưng chất lượng mối hàn tốt dùng để hàn những mối hàn quan trọng.

5.2.2 điện cực hàn

1.điện cực nóng chảy: que hàn ,dây hàn

que hàn (hình vẽ)

yêu cầu của lõi que hàn và vật liệu làm lõi

-có thành phần hóa học giống và tốt hơn kim loại cần hàn

-dễ gây và duy trì hồ quang cháy ổn định , cung cấp kim loại bổ sung cho mối hàn

-giá thành rẻ

-vật liệu làm lõi thông thường là thép các bon

yêu cầu đối với thuốc bọc, các loại thuốc bọc

-có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi để tạo ra ống hướng kim loại lỏng vào mối hàn

-tạo ra khí và xỉ để bảo vệ mối hàn ,ngăn ko cho O2 ,N2 ,... xâm nhập vào kim loại lỏng làm ôxy hóa mối hàn

-hợp kim hóa mối hàn nhằm loại bỏ tạp chất có hại

-tăng độ chảy loãng của kim loại lỏng,tăng độ điền đầy

-các loại thuốc bọc :axit ,rutin ,bazo, xenlulo....

-dây hàn được chế tạo thành cuộn ,dùng trong hàn tự động hoặc bán tự động

2.điện cực ko nóng chảy

dùng để gây và duy trì sự cháy của hồ quang giữa nó với nhau hoặc với vật hàn

vật liệu

hình vẽ

lưu ý :vật hàn tự nóng chảy để hình thành mối hàn ,đôi khi có kim loại bổ sung

5.2.3 máy hàn hồ quang tay

hình vẽ

thực chất là một biến áp để hạ điện áp của lưới điện 110v,220v,380v xuống điện áp hàn từ 65v-75v và một bộ tự cảm.

khi đấu cuộn dây sơ cấp W1 vào điện lưới có điện áp U1,dòng i1 sẽ sinh ra từ thông trong lõi biến áp và gây ra sức điện động cảm ứng trong cuộn dây W2 và có hiệu điện thế u2

U2=Uh+Uc =>Uh =U2-Uc

khi hàn :Ih tăng tức là Uc tăng thì Uh giảm và ngược lại

thay đổi Ih phù hợp với vật liệu hàn và chiều dày vật hàn bằng cách:

-thay đổi từ trở của mạch từ của cuộn cảm Rt bằng cách thay đổi khe hở ko khí a

-thay đổi số vòng dây của cuộn cảm bằng cách thay đổi tiếp điểm đấu dây với que hàn

5.2.4 công nghệ hàn hồ quang tay

chuẩn bị mối hàn: làm sạch ,vát nép

làm sạch

-cơ học :chổi sắt ,giấy giáp

-hóa học: hóa chất tẩy gỉ, dầu mỡ

vát mép ,uốn mép:

gá hàn

hình vẽ

vát mép để tăng diện tích tiếp xúc ,tăng liên kết hàn

gá hàn :tùy thuộc vào kết cấu ,vị trí mối hàn trong ko gian để kê kích ,hàn gá,(xem thêm sgk)...

hình vẽ

chế độ hàn hồ quang tay

đường kính que hàn:d

hình vẽ

-khi hàn giáp mối: d=s/2 +1 (mm)

-hàn góc ,hàn chữ T :d= K/2 +2

cường độ dòng điện hàn : Ih =(20+6d).d (A)

chuyển động của que hàn

hình vẽ

5.2.5 hàn hồ quang tự động và bán tự động

là quá trình hàn trong đó một phần hoặc toàn bộ các thao tác như gây hồ quang ,dịch chuyển que hàn,...được thực hiện bởi chính thiết bị hàn

các phương pháp hàn tự động:

hàn dưới lớp thuốc(hình vẽ)

thuốc hàn được cấp liên tục vào vùng hàn, vật hàn là các điện cực tạo và duy trì hồ quang.dây hàn ,thuốc, kim loại cần hàn cùng nóng chảy để tạo thành mối hàn và xỉ

hàn trong khí bảo vệ(hình vẽ)

khí bảo vệ từ vòi phun sẽ vây kín mối hàn , ko cho chúng tiếp xúc với môi trường xung quanh.nếu khí bảo vệ là các chất hoạt tính thì có khả năng phản ứng để loại trừ tạp chất trong mối hàn.hàn trong khí bảo vệ cho mối hàn đẹp, có thể hàn được mọi vị trí trong ko gian.thường áp dụng phương pháp này để hàn các kết cấu thép C ,thép hợp kim,...hàn trong môi trường khí bảo vệ có các công nghệ sau:

-hàn hồ quang trong môi trường khí hoạt tính CO2(MAG-metal active gas)

-hàn hồ quang trong môi trường khí trơ Ar , He

-hàn hồ quang với điện cực là W trong môi trường khí trơ

hàn bán tự động:

chuyển động tạo vận tốc v2 được thực hiện bằng tay dùng để hàn các chi tiếp phức tạp

5.3 hàn điện tiếp túc

khái niệm :thực chất là cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiếp hàn ,nung nóng kim loại lên tới trạng thái hàn.sau đó người ta dùng áp lực ép chúng lại với nhau tạo thành liên kết hàn.

hàn giáp mối(hình vẽ)

là phương pháp hàn đc tiến hành trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc của vật hàn bằng dòng điện có cường độ lớn.tùy theo trạng thái kim loại chỗ nối mà ta có các phương pháp hàn giáp mối điện trở và nóng chảy

-hàn giáp mối điện trở :là phương pháp hàn mà trong đó các bề mặt tiếp xúc của vật hàn đc tiếp xúc hoàn toàn dưới một lực ép P và đc nung nóng bởi dòng điện đến nhiệt độ dưới nóng chảy ,quá trình hàn đc tiến hành ở trạng thái dẻo

-hàn giáp mối nóng chảy là dạng hàn mà các mặt đầu vật hàn đc nung nóng tới trạng thái chảy bằng cách đưa chúng tiếp xúc ko liên tục với nhau và ko dùng lực ép.sau đó dùng lực ép ,ép nhanh chi tiết lại với nhau để tạo thành mối hàn

hàn điểm

liên kết các vật hàn dạng tấm mỏng tại các điểm hàn đc tạo ra bởi các điện cực.có thể hàn nhiều điểm hàn cùng một lúc

hình vẽ

hàn đường (hình vẽ)

là trường hợp đặc biệt của hàn điểm khi bước hàn t=0 và các điện cực là đĩa quay.

5.4 hàn vảy

lầ phương pháp nối kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái rắn nhờ vật liệu trung gian có nhiệt độ nong chảy nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của vật hàn. vật liệu trung gian gọi là vảy hàn.hình thành mối hàn nhờ sự nóng chảy và khuếch tán của vật liệu hàn vào vảy hàn

phương pháp này thường áp dụng để hàn trong vật liệu kỹ thuật điện,dụng cụ cắt gọt,...

các loại vảy hàn và nhiệt độ nóng chảy của vảy hàn:

-vảy hàn mềm :Sn-Pb ;Sn-Zn.nhiệt độ nóng chảy dưới 450*C

-vảy hàn cứng :Fe,Cu.có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 500*C, thường nhiệt độ nóng chảy từ 720-1000*C

công nghệ và chế độ hàn vảy

-làm sạch chỗ hàn :làm sạch bằng thuốc hàn

-chọn nhiệt độ hàn

-thời gian nung nóng và nhiệt độ nung nóng

5.5 hàn khí

5.5.1 khái niệm

sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng tỏa nhiệt của các khí cháy để làm nóng chảy chỗ hàn

khí cháy có thể là etan, propan, axetylen,...axetylen ko mầu ,nhẹ hơn ko khí ,trộn với ôxy để tạo thành hỗn hợp

5.5.2 thiết bị hàn khí

sơ đồ trạm hàn khí oxy -axetylen(hàn hơi)

hình vẽ

mỏ hàn khí (hình vẽ)

oxy ở bình chứa có áp suất lớn ,sau khi qua van giảm áp chỉ còn 3-4 at.vì miệng phun có đường kính rất bé nên dòng oxy đi qua có tốc đổ rất cao tạo thành vùng áp suất thấp xung quanh miệng phun , nhờ vậy khí C2H2 đc hút vào buồng hỗn hợp 5 thông qua ống dẫn 4 ,trộn với oxy để tạo thành hỗn hợp khí cháy

5.5.3 công nghệ hàn khí

điều chỉnh ngọn lửa hàn:

hệ số b(bêta đấy)=thể tích O2/thể tích C2H2=1,1 - 1,3

ngọn lửa hàn bình thường khi b=1,1- 1,3 .có 3 phần rõ rệt: (hình vẽ)

1-nhân ngọn lửa : mầu sáng trắng t*=1000*C

2-vùng hoàn nguyên :t*= 3200*C,mầu sáng xanh

3-vùng cháy hoàn toàn :nhiệt độ thấp nhất ,mầu hơi sẫm

ngọn lửa oxy hóa :b>1,3 -ngọn lửa thừa oxy ,có nhiệt độ cao hơn ngọn lửa thường(hình vẽ)

ngọn lửa cacbon hóa :b<1,1 có nhiệt độ thấp hơn ngọn lửa bình thường ,dùng để hàn gang(hình vẽ)

phương pháp hàn:

hàn phải: (hình vẽ)

mỏ hàn dịch chuyển từ trái qua phải ,que hàn phụ đi sau mỏ hàn .phương pháp này thường dùng để hàn tấm dầy, vật liệu khó nóng chảy

hàn trái :ngược lại với hàn phải

chuẩn bị mối hàn:

-làm sạch và vát mép :làm sạch như hàn hồ quang điện hoặc làm sạch bằng chính ngọn lửa hàn

-gá hàn :kê kích và hàn gá (có thể hàn gá bằng hàn điện)

chế độ hàn khí:

-góc nghiêng của mỏ hàn so với vật hàn (hàn sấp) tùy theo chiều dày vật hàn và tính chất lý nhiệt của kim loại hàn

hình vẽ

trong quá trình hàn ,lúc đầu để nung nóng nhanh ,a(anpha)=80*-90*.khi gần kết thúc mối hàn ,giảm góc nghiêng để tránh sự chảy của kim loại và tăng khả năng điền đầy

-đường kính que hàn : hàn phải d=s/2 ;hàn trái d=s/2 +1 ,mm

-công suất ngọn lửa hàn : A=k.s ,lít/giờ

s-chiều dày vật hàn

k-hệ số phụ thuộc khả năng dẫn nhiệt của vật hàn .đối với thép ,k=100-150; đồng k=150-200; nhôm k=120-150

5.6 cắt kim loại bằng khí oxy (xem sgk)

5.7 kiểm tra chất lượng mối hàn

5.7.1 các khuyết tật của mối hàn

-các khuyết tật về hình dạng mặt ngoài của mối hàn: chiều cao ko đều,đường hàn vặt vẹo, nhấp nhô.nguyên nhân do chuẩn bị mép hàn, gá lắp ko đúng, chế độ hàn ko đc duy trì ổn định ,chất lượng vật liệu hoặc trình độ công nhân quá thấp

-các khuyết tật tế vi mặt ngoài và bên trong:

+chảy loang:là kim loại lỏng chảy tràn bề mặt của kim loại cơ bản nơi chưa đc nung nóng đến nhiệt độ hàn

+lõm hàn :phần lõm chạy dọc ranh giới mép hàn và kim loại đắp ,do cường độ dòng điện hàn lớn ,góc nghiêng que hàn chưa hợp lý...

+ko ngấu :là những chỗ gián đoạn trong liên kết giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp .nguyên nhân do công tác chuẩn bị chưa tốt ,khe hở giữa các chi tiết quá nhỏ ,....

+rỗ khí: sinh ra do hiện tượng bão hòa khí trong kim loại lỏng của mối hàn ko kịp thoát ra ngoài khi kim loại đông đặc.nguyên nhân do bề mặt chi tiết bị bẩn do sơn ,dầu ,mỡ ,tốc độ hàn và chiều dài cột hồ quang quá lớn ..

+lẫn xỉ :do mép hàn chưa đc làm sạch ,vật liệu hàn bị bẩn ,tốc độ hàn quá lớn mà dòng điện hàn quá bé,...

hình vẽ

5.7.2 kiểm tra chất lượng mối hàn bằng phương pháp ko phá hủy:

a,quan sát mặt ngoài,phương pháp này dùng để kiểm tra các khuyết tật mặt ngoài như:chảy loang ,lõm ,rỗ co,nứt,....

b,kiểm tra độ kín mối hàn :

-kiểm tra bằng khí amoniac:làm sạch mối hàn,bôi chất chất chỉ thị mầu lên bề mặt vừa làm sạch,thổi khí có chứa 1%amoniac lên bề mặt kia với áp suất nhất định, nếu chất chỉ thị mầu bị đổi màu (sau 1-5 phút) thì mối hàn có khuyết tât ( ko đảm bảo độ kín )

-Kiêm tra độ kín của mối hàn bằng áp lực :thg áp dụng với các chi tiết như bình hơi, các thiết bị thủy lực,...Ta bịt kin sau đó bơm khí vào ở một áp suất nhất định ,bôi nc xà phòng ở phía ngoài và quan sát chỗ rò rỉ.

-kiểm tra tia X ,siêu âm, tia gamma, từ tính,

5.8 Một số phương pháp hàn cắt đặc biệt

5.8.1 hàn các tấm mỏng-chiều dày têta (T cong)<=2 mm

phương pháp này sử dụng máy hàn của Phần Lan -Superkempak .quá trình hàn đc tiến hành trong khí bảo vệ Ar.

5.8.2 Cắt plasma.

phương pháp này sử dụng máy hàn PLC 100 của Phần Lan . cho dòng khí nén chuyển động trong vùng có điện áp và tần số cao ,làm cho dòng khí bị ion hóa -tồn tại dưới dạng plasma.Plasma đc dùng để cắt. cắt nhôm s =2-13mm ; cắt thép các bon s=15-30mm; căt hợp kim s=13-25 mm .

5.8.3 Cắt bằng dao siêu âm

truyền dao động ở tần số siêu am (16khz) vào dụng cụ cắt ,dụng cụ này đập vào các hạt mài ,hạt mài lại va đập vào bề mặt gia công tạo nên quá trình cắt.

đặc điểm của phương pháp :

- cắt đc các vật liệu cứng , giòn như hợp kim cứng, gốm...

- ko phát sinh nhiệt trong quá trình cắt

-độ chính xác cao

-Năng suất cắt thấp.

5.8.4 các phương pháp han cắt đặc biệt.

Cắt bằng tia laze, hàn sợi quang...