Giáo trình hàn kim loại và hợp kim màu

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH 1 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢ NG C O NG CÔNG NGHI P N M NH GIÁO TRÌNH MÔ UN HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU NGÀNH/NGHỀ HÀN TRÌNH Ộ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ ngày thá[.]

1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯ NG C O NG CÔNG NGHI P N M NH

GIÁO TRÌNH

MÔ UN: HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU

NGÀNH/NGHỀ: HÀN TRÌNH Ộ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm

………… của………

N M NH, năm 2018

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

Nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng

và chất lượng Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên

cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun, trong

đó có bổ xung một số phần tự chọn để phù hợp với đặc trưng của mỗi trường

Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay

Giáo trình Hàn kim loại màu và hợp kim màu trong chương trình đào

tạo nghề hàn được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành Khi biên soạn cuốn sách này, chúng tôi đã tham khảo và chọn lọc các tài liệu

có liên quan đến nội dung và nhiều tài liệu công nghệ hàn trong và ngoài nước, kết hợp với việc sử dụng nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong thực tế sản xuất

Quá trình biên soạn các tác giả đã có rất nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Nam Định, ngày tháng năm

Tham gia biên soạn giáo trình

1 Trần Xuân Dũng – Chủ biên

2 Phan Tiến Nhã

3 Nguyễn Xuân Trưởng

4 Trần Quang Hải

4

MỤC LỤC

3 Giáo trình mô đun: Hàn kim loại màu và hợp kim màu 5

4 Bài 1: Hàn nhôm, HK nhôm bằng phương pháp hàn khí 6

5 Bài 2: Hàn nhôm, HK nhôm bằng phương pháp hàn TIG 9

6 Bài 3: Hàn đồng, HK đồng bằng phương pháp hàn khí 15

7 Bài 4: Hàn đồng, HK đồng bằng phương pháp hàn TIG 27

8 Tài liệu tham khảo 34

5

GIÁO TRÌNH MÔ UN HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU Tên mô đun: Hàn kim loại màu và hợp kim màu

Mã mô đun: T512031901

I Vị trí, tính chất của mô đun

- Vị trí: Mô đun này được bố trí sau khi học xong các môn học cơ sở và mô đun

chuyên ngành bắt buộc

- Tính chất: Là mô đun chuyên ngành tư chọn

II Mục tiêu mô đun:

+ Trình bày rõ quy trình hàn kim loại màu và hợp kim màu

+ Giải thích đúng nguyên tắc an toàn, phòng chống cháy nổ và vệ sinh phân xưởng

+ Hàn kim loại màu và hợp kim màu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Tổ chức nơi làm việc hợp lý khoa học, an toàn

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, có khả năng làm việc độc lập và theo nhómtốt

+ Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp

Nội dung của môn học/mô đun:

6

Bài 1: Hàn nhôm, hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn khí

1 Mục tiêu của bài:

+ Trình bày đúng đặc điểm, khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm + Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn khí đầy đủ an toàn

+ Chuẩn bị mép hàn sạch hết lớp ô-xy hoá, hết các vết bẩn đúng kích thước, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Chọn thuốc hàn, que hàn phụ phù hợp với tính chất của vật liệu hàn

+ Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật liệu, kiểu liên kết hàn

+ Hàn nhôm, hợp kim nhôm các mối hàn giáp mối, mối hàn gấp mép, mối hàn góc bằng phương pháp hàn khí đảm bảo độ sâu ngấu, không rỗ khí ngậm xỷ, không cháy cạnh, ít biến dạng

+ Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn

2 Nội dung của bài:

1.1 ặc điểm khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm

- Nhôm có ái lực với oxy tạo thành ôxít nhôm trên bề mặt vật hàn, nhiệt

độ nóng chảy của nó tới 20500

C trong khi nhiệt độ nóng chảy của bản thân nhôm chỉ khoảng 6000C – 6500C Như vậy khi hàn nhôm, phải làm nóng chảy hay phá hủy được lớp ôxít nhôm trên mặt vật hàn thì quá trình hàn mới thực hiện dược Ôxít nhôm dễ nằm lại trong mối hàn gây rỗ xỉ và làm ngăn cản quá trình hàn

- Ở nhiệt độ cao nhôm lỏng dễ hòa tan H2 tạo nên rỗ khí

- Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền rất thấp Khi gần đến nhiệt độ nóng chả thì vật hàn có thể phá hủy trọng lượng của bản thân nó

- Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm không có sự thay đổi màu sắc nhiều nên rất khó quan sát khi hàn

- Khối lượng riêng của ôxít nhôm lớn hơn của nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên khỏi bể hàn

- Điều chỉnh áp suất khí acetylen ở mức 0,2kg/cm2

- Điều chỉnh áp suất khí ôxi ở mức 1,5 kg/cm2

1.5 Kỹ thuật hàn

- Đặt hai tấm phôi lên mặt phẳng, điều chỉnh cho hai phôi sát nhau (không

có khe hở), tiến hành hàn đính

- Mồi lửa và điều chỉnh ngọn lửa

- Giữ mỏ hàn nghiêng một góc khoảng 450 so với hướng ngược với hướng hàn, nhân gọn lửa cách bề mặt vật hàn từ (2~3)mm, mỏ hàn và que hàn vuông góc với nhau

- Giữ mỏ hàn tại điểm đầu của đường hàn cho đến khi kim loại của vật hàn nóng chảy tạo bể hàn có kích thước khoảng (6~8)mm, tiến hành đưa que hàn phụ vào bể hàn, khi que hàn nóng chảy nhấc que hàn ra khỏi bể hàn (cách

bể hàn khoảng 6mm) và tiến hành di chuyển mỏ hàn Tiếp tục lặp lại thao tác trên cho đến hết đường hàn

- Trong quá trình hàn thường xuyên quan sát bể hàn và sự nóng chảy của hai cạnh hàn, điều chỉnh tốc độ hàn hợp lý và vị trí bể hàn vào đúng vị trí mối ghép Nêú có hiện tượng quá nhiệt phải tiến hành các biện pháp nhằm giảm lượng nhiệt cung cấp vào bể hàn tránh cho mối hàn bị chảy xệ hoặc cháy thủng

1.5.1 Kỹ thuật hàn giáp mối

* Trong quá trình hàn cần luôn giữ góc nghiêng của que hàn từ 150

-300 và của

mỏ hàn góc 700

-800 so với mặt phẳng nằm ngang hay bề mặt vật hàn (hình 10)

và que hàn

Hình 2: góc nghiêng que hàn và mỏ hàn khi hàn đồng thau

a.Hàn giáp mối; b Hàn góc

8

1.6.4.Những sai hỏng

1.7 An toàn

- Bảo hộ lao động đầy đủ

- Các cơ cấu kẹp chặt chắc chắn, an toàn

- Phân xưởng gá kết cấu hàn khô ráo không ẩm ướt

- An toàn về khí hàn

- Mặt bằng nơi làm việc đảm bảo thoáng mát sạch sẽ

9

Bài 2: Hàn nhôm, hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn TIG

1 Mục tiêu của bài:

+ Trình bày đúng đặc điểm, khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm

+ Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn TIG đầy đủ an toàn

+ Chuẩn bị mép hàn sạch hết lớp ô-xy hoá, hết các vết bẩn đúng kích thước, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Chọn điện cực, que hàn phụ phù hợp với tính chất của vật liệu hàn + Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật liệu, kiểu liên kết hàn

+ Hàn nhôm, hợp kim nhôm các mối hàn giáp mối, mối hàn gấp mép, mối hàn góc bằng phương pháp hàn TIG đảm bảo độ sâu ngấu, không rỗ khí ngậm

xỷ, không cháy cạnh, ít biến dạng

+ Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn

2 Nội dung của bài:

2.1 ặc điểm khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm

- Nhôm và các hợp kim nhôm hầu như chỉ được hàn với các phương pháp hàn có khí trơ bảo vệ như hàn TIG, hàn MIG, do chúng không cần chất trợ dung vẫn đảm bảo chất lượng mối hàn tối ưu Hàn nhôm nếu sử dụng phương pháp hàn hơi hoặc hàn vảy với chất trợ dung, cặn trợ dung tồn tại sau khi hàn có thể gây ra hiện tượng oxy hóa ảnh hưởng đến chất lượng mỗi hàn Hàn TIG cũng còn có ưu điểm là có thể hàn ở mọi vị trí

10

- Điện cực thích hợp khi hàn TIG nhôm thường là loại W và Zr Loại

W-Zr được sử dụng rộng rãi do ít bị nhiễm bẩn và có độ dẫn điện cao hơn Đầu điện cực phải có hình bán cầu Đầu điện cực kiểu này có thể tạo ra bằng cách hàn vài dây với dòng điện cao hơn bình thường 20A và để điện cực thẳng đứng

- Ar thường là khí bảo vệ Hỗn hợp khí Ar - He chỉ được sử dụng khi hàn mối hàn dày với tốc độ cao

- Khi hàn TIG với nhôm, có thể xuất hiện vệt trắng dọc theo đường hàn Vệt này chính là oxide nhôm Nếu vệt trắng có chiều rộng không quá 0.1mm thì lớp khí bảo vệ là đủ, nếu to hơn thì lượng khí là quá nhiều và bị lãng phí

- Khi hàn nhôm có chiều dày lớn hơn 6.3mm thì cần phải nung nóng trước khi hàn như hàn phẳng với chi tiết dày 6.3mm thì cần nung trước với nhiệt độ 200

độ C

2.2 Chuẩn bị thiết bị dụng cụ hàn TIG

- Máy hàn TIG (đủ bộ đã kết nối sẵn)

- Mặt nạ hàn, bàn chải sắt…

2.3 Chuẩn bị phôi hàn và vật liệu hàn nhôm

1 Cắt phôi:

- Ta tiến hành vạch dấu rồi dùng kéo cắt cần cắt phôi

+ Đối với mối hàn góc phôi có kích thước là: 150x80x4 mm; 150x40x4

11

+ Ta dùng máy mài MAKITA 125 để làm sạch lớp xỉ bám trên bề mặt chi tiết

+ Không cho dầu mỡ bám vào mép hàn,dùng rẻ lau để lau dầu – mỡ

+ Làm sạch lớp oxít trên bề mặt bằng bằng máy doa

- Sử dụng điện cực zirconi-vonfram có đường kính 3,2mm

- Kim loại phụ là các thanh hợp kim nhôm tương tự kim loại mối hàn và

có đường kính khoảng 3,2mm

- Mỏ hàn phải có đường kính 9.5mm

- Tầm với của điện cực khoảng 3,2mm tính từ miệng mỏ hàn

- Máy hàn phải đặt ở chế độ dòng AC có bổ sung cao tần với cường độ dòng điện là 120A

- Sử dụng khí bảo vệ là Argon với lưu lượng 16csh

- Các mối hàn đính phải cách đầu đường hàn ít nhất từ 6,4mm đến

12,7mm Điều này giúp cho người thợ không phải làm nóng chảy lại các mối hàn đính khi mồi hồ quang

2.5 Kỹ thuật hàn

2.5.1 Kỹ thuật hàn giáp mối

Khi hàn mối hàn này, nên đặt khe hở hàn rộng bằng chiều dày của tấm Khi đó có thể phải hàn đính để tránh biến dạng ngang

Các mối hàn giáp mối không vát mép sẽ có độ ngấu tốt khi chiều dày nhỏ hơn 3,2mm Độ ngấu của mối hàn khi vượt quá chiều dày kim loại cơ bản

thường được gọi là quá ngấu Chân mối hàn phải nhẵn, không được có kim loại

ở tư thế hàn ngang, các chi tiết như kiểu mối nối, khe hở hàn, số lớp hàn được biểu diễn bằng các ký hiệu theo AWS

- Giữ que hàn nghiờng 1 góc 45o so với hướng hàn

- Làm nóng chảy que hàn tại điểm đầu đường hàn Nung nóng chảy tới tận gốc của kẽ hàn

Chọn dòng điện hàn hợp lý

Tăng cường độ dòng điện

Điều chỉnh góc nghiêng của mỏ hàn hợp lý

14

2.7 An toàn

- Bảo hộ lao động đầy đủ

- Các cơ cấu kẹp chặt chắc chắn, an toàn

- Phân xưởng gá kết cấu hàn khô ráo không ẩm ướt

- An toàn về điện máy hàn

- Mặt bằng nơi làm việc đảm bảo thoáng mát sạch sẽ

15

Bài 3: Hàn đồng, hợp kim đồng bằng phương pháp hàn khí

1 Mục tiêu của bài:

Trình bày đúng đặc điểm, khó khăn khi hàn đồng, hợp kim đồng

+ Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn khí đầy đủ an toàn

+ Chuẩn bị mép hàn sạch hết lớp ô-xy hoá, hết các vết bẩn đúng kích thước, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Chọn thuốc hàn, que hàn phụ phù hợp với tính chất của vật liệu hàn

+ Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật liệu, kiểu liên kết hàn

+ Hàn đồng, hợp kim đồng các mối hàn giáp mối, mối hàn gấp mép, mối hàn góc bằng phương pháp hàn khí đảm bảo độ sâu ngấu, không rỗ khí ngậm xỷ, không cháy cạnh, ít biến dạng

+ Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn

2 Nội dung của bài:

3.1 ặc điểm khó khăn khi hàn đồng, hợp kim đồng

Nói chung đồng và hợp kim của đồng là vật liệu có tính hàn xấu vì chúng có những đặc điểm sau đây:

Đồng có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, nên khi hàn yêu cầu phải có nguồn nhiệt tập trung mạnh, tức là phải hàn với chế độ hàn cao ở nhiệt độ cao hạt đồng có xu hướng lớn lên mạnh, nhất là khi hàn mối hàn nhiều lớp, do đó giảm

độ bền của đồng xuống vì thế để đảm bảo độ bền của mối hàn thì tốt nhất là sau mỗi lớp hàn tiến hành rèn ở nhiệt độ 550-8000

Đồng có hệ số giãn nở dài tương đối lớn, (Gấp 1,5 lần so với thép) nên khi hàn hay bị biến dạng (cong, vênh ), nứt vì thế cần phải chú ý gá lắp các chi tiết hàn như thế nào để không hạn chế sự giãn nở khi nung nóng cũng như sự co của chúng khi nguội đồng thời cần phải nung nóng sơ bộ các chi tiết trước khi hàn lên một nhiệt độ nhất định

16

Đồng và hợp kim của đồng ở trạng thái lỏng hoà tan nhiều khí , nhất là ô-xy

và hyđrô do đó khi nguội mà chúng không kịp thoát ra khỏi vũng hàn sẽ gáay nên hiện tượng rỗ khí và nứt trong mối hàn Ngoài sự hoà tan vào kim loại lỏng

ở trong vũng hàn ra , trong quá trình hàn hyđrô còn khuyếch tán vào các vùng ảnh hưởng nhiệt tác dụng với ô-xít đồng (nằm ở vùng tinh giới) tạo thành hơi nước , tuy hơi nước không hoà tan vào đồng, nhưng nó lại thoát ra ngoài khi nguội, do đó gây nên hiện tượng nứt tế vi (rất nhỏ) ở vùng này để ngăn ngừa hiện tượng đó cần phải tìm biện pháp công nghệ đơn giản và thích hợp để hạn chế mức tối đa lượng hyđrô xâm nhập vào vùng hàn: Ví dụ phải sấy khô cẩn thận các vật liệu trước khi hàn, làm sạch mép hàn, dây hàn, nung nóng sơ bộ chi tiết trước khi hàn

Độ chảy loảng của đồng và hợp kim đồng cao (Nhất là đồng thanh) gây khó khăn trong quá trình hàn, vì sự chảy của kim loại lỏng qua khe hở hàn sang phía đối diện gây ảnh hương xấu đến sự hình thành mối hàn ở phía đó Để khắc phục hiện tượng này khi hàn ở vị trí hàn sấp nên tiến hành hàn trên tấm đệm, còn hàn

ở vị trí hàn đứng nên hàn bằng que hàn có thuốc bọc dày và hàn với chế độ thấp

3.2 Chuẩn bị thiết bị dụng cụ hàn khí

Thiết bị: Bình chứa khí ô-xy, bình chứa khí a-xê-ty-len, mỏ hàn, đồ gá hàn

Dụng cụ: Dụng cụ làm sạch, nguồn lửa, dụng cụ đo kiểm

Thiết bị phải đảm bảo độ kín, đảm bảo an toàn, nơi làm việc phải đảm bảo ngăn nắp đầy đủ ánh sáng thoáng mát đúng theo qui định an toàn

17

Thuốc hàn: Khi hàn đồng bằng phương pháp hàn khí, thuốc hàn có tác dụng

hoà tan với ôxyt đồng và chuyển nó vào xỉ cùng với tạp chất phi kim loại khác, thuốc có nhiều thành phần khác nhau nhưng chủ yếu là borắc (Na2B4O7) và axít boric (H3BO3) Việc chọng thuốc để hàn phụ thuộc vào chiều dày của chi tiết, chất lượng của mối hàn yêu cầu và thành phần của que hàn phụ Ví dụ: Khi hàn các chi tiết có chiều dày nhỏ có thể dùng thuốc hàn chỉ có thành phần là borắc, còn khi hàn các chi tiết trung bình hoặc lớn cần phải dùng thuốc là hỗn hợp của bôrắc, a xít bôríc và các muối natri Trường hợp dùng que hàn phụ không được hợp kim hoá fôtforic (H3PO4)

Trong quá trình hàn, bôrăc sẽ phân huỷ và tác dụng với ô-xit đồng như sau:

Na2B4O7 2NaBO2+B2O3.

2NaBO2 + B2O3 + CuO2NaBO2 Cu(BN2)2

Xỉ 2NaBO2 Cu(BN2)2. nổi lên bề mặt vũng hàn và dễ tách ra khỏi mối hàn

A xítbôric khi nung đến nhiệt độ 1400C sẽ phân huỷ theo phản ứng:

4H3BO35H2O + N2B4O7

ở nhiệt độ cao hơn H2B4O7 phân huỷ tiếp: H2B4O7 2HBO2 + B2O3

Sản phẩm phân huỷ của H2B4O7 tác dụng với ô-xit đồng tạo thành xỉ CuBO2

và CuO.B2O3 nổi lên trên bề mặt hàn

Que hàn phụ: Que hàn phụ có tác dụng bổ sung cho kim loại mối hàn Thàng

phần và kích thước của nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hàn

Để nhận được mối hàn có chất lượng tốt, có thể thực hiện bằng hai cách: Thứ nhất là dùng que hàn mà thành phần của nó có chứa các chất khử ô-xy; thứ hai

là sử dụng que hàn bình thường, còn thuốc hàn có các chất khử ô-xy Trong

bề mặt vũng hàn dễ dàng

3 Làm sạch mép hàn, tra thuốc hàn:

Trước khi hàn cần phải làm sạch dầu mỡ , ô-xít và các chất bẩn khác ở hai bên mép hàn cẩn thận Chiều rộng làm sạch về hai phía phải tối thiểu đảm bảo 30mm Việc chuẩn bị mép hàn tuỳ thuộc vào chiều dày của chi tiết

Những chi tiết có chiều dày S=1,5-2mm nên gấp mép để hàn, chiều cao phần gấp mép bằng chiều dày của chi tiết.(hình 2a)

Những chi tiết có chiều dày S3mm không cần vát mép nhưng yêu cầu khe