Giáo trình công nghệ kim loại ppt

Hiện nay còn có thểdùng keo để dán các chi tiét lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép; • Ngoài ra ta còn có thể dung keo kim loại để dán chung dInh chắc vào nhau gọi làdán kim loại..

Đại học Đà nẵng

Trường đại học kỹ thuật

ĐINH MINH DIỆM

GIÁO TRÌNH

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT

ĐINH MINH DIỆM

GIÁO TRÌNH

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

TẬP 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI

ĐÀ NẴNG, 2001

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT

ĐINH MINH DIỆM

GIÁO TRÌNH

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

TẬP 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI

ĐÀ NẴNG, 2001

CHƯƠNG I HÀN KIM LOẠI

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

• Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuy t tán kimloại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy Hiện nay còn có thểdùng keo để dán các chi tiét lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép;

• Ngoài ra ta còn có thể dung keo kim loại để dán chung dInh chắc vào nhau gọi làdán kim loại

1.1.2 ỨNG DӨNG :

Hàn kim loại dóng một vai trò rất quuan trọng trong quá trình gia công, chtạo và sửa chữa ph c hồi các chi ti t máy.Hàn không ch thể dùng để nối ghép cáckim loại lại với nhau mà còn ứng d ng để nối các phi kim loại hoặc hổn hӧp kimloại với phi kim loại Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y t haytrong các ngành ph c hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật,

1.1.3 Đặc điểm của hàn kim Ioại

a Ti t kiệm kim Ioại

• So với tán ri vê, hàn kim loại có thể ti t kiệm từ 10 - 15 % kim loại (do phầnđinh tán, phần khoa lổ) và chưa kể đ n độ bền kéêt cấu bị giảm do khoan lổ

H 1-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán rivê

• So với đúc : Ti t kiệm khoảng 50 % kim loại do mối hàn khi hàn không cần hệthông đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh đó chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn,

< Ti t kiệm kim Ioại quý hi m : VI d khi ch tạo dao tiện ta ch cần mua vật liệuphần cắt gọt là thép d ng c còn phần cán ta sử d ng thép thường CT38 Sẽ có gIthành rẻ mà vẫn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật

b Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu được áp lực

c Thiết bị đơn giản, giá thành hạ

d Nhược điểm Tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn tại ứng suất

và bi n dạng sau khi hàn

1.2 - PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN

P KG/mm2 III

Hình 1-2 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn

CHƯƠNG 2 QÚA TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NÓNG CHẢY

2.1 QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NÓNG CHẢY

Khi hàn nóng chảy nhiệt độ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800 oC ở trạngthái nhiệt độ cao kim loại lỏng chịu sự tác động mạnh của môi trường xung quanh

và các nguyên tố có trong thành phần que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim loại mốihàn ở trạng thái lỏng và một phần bi bay hơi Trong vùng mối hàn xảy ra nhiều quátrình như ô xy hoá, khử ô xy, hoàn nguyên và hӧp kim hoá mối hàn, quá trình tạo

xỷ và tinh luyện , Các quá trình đó phần nào tương tự như những quá trình luyệnkim nên người ta gọi quá trình này là quá trình luyện kim khi hàn nhưng xảy ratrong một thể tIch nhỏ và thời gian ngắn

Hình 2 - 1 Sơ đồ những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn

Ảnh hưởng của ôxy

Ôxy có trong các môi trương xung quanh như không khI, hơi nước, Co2, H2O, và trong các ỗit kim loại, trong lớp x khi hàn,

Ôxy có tác d ng mạnh với các nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, k t quả sẽ làmthay đổi thành phần và tInh chất của kim loại mối hàn

VI d :

Fe + O > FeO

Fe + O2 > 2FeOMột phần các ôxit sắt như trên sẽ đi vào x , một phần sẽ trộn lẫn với kim loạimối hàn do không thoát ra ngoài kịp Mối hàn có lẫn x sẽ làm cho cơ tInh giảmmạnh

Trong môi trường xung quanh cũng còn có nhiều chất khI có ảnh hưởng đ n chất lưӧng mối hàn như hydro., Nitơ, lưu huỳnh, phốt pho,

Hydro: có trong hơi nước, trong các loại khI bảo vệ hoặc do bị phân huỷ cácchất trong quá trình hàn sẽ hoà tan vào mối hàn và gây nên rỗ khI Đối với thép và hӧp kim nhôm, hy dro là nguyên nhân chủ y u gây nên rỗ khI

Lưu huỳnh là chất gây nên nứt nóng cho mối hàn

Phốt pho gây nên nứt nguội cho mối hàn

Trong vùng mối hàn xảy ra quá trình khử ôxy Có thể tóm tắt theo các dạng phảnứng sau:

[FeO] + (Si) > [Fe] + (SiO2)

[ ] - Thành phần các chất đi vào kim loại;

( ) - Thành phần các chất đi vào trong xỷ ;

[FeO] + (Mn) > [Fe} + (MnO2)[FeO] + (SiO2 > (FeO.SiO2)FeS + Mn > MnS + FeFeS + MnO > MnS + FeO

Fe3P + FeO -> (P2O5) + 9 FeCaO + P2O5 > Ca3P2O8

Cơ tính của vật liệu

AH

% O2

Hình 2 - 2 Sơ đồ ảnh hưởng của o xy đến cơ tính mối hàn [13]

Ảnh hưởng của một số chất khí đ n cơ tính mối hàn (như hình 2 - 3)

loại vật liệu hàn Vũng hàn đưӧc chia ra 2 vùng chInh: vùng đầu và vùng đuôi vũnghàn.

H

H 2-5 Sơ đồ đường hàn và vị trí vũng hàn

I - Vùng đầu vũng hàn; II - Vùng đuôi vũng hàn

1 - Vùng có nhiệt độ không xác định 2- Vùng có nhiệt độ khoảng 1800 o C;

3 - Vùng có nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy (khoảng 1500 o C)

B - Chiều rộng mối hàn; C- Chiều cao mối hàn; H - Chiều sâu của mối hàn

Quá trình k t tinh của mối hàn

< Mối hàn k t tinh trong điều kiện phần đầu vũng hàn luôn bị nung nóng bởi nguồnnhiệt hàn còn vùng đuôi thì đưӧc nguội dần

< Kim loại vũng hàn luôn chuyển động;

< Thể tIch vũng hàn nhỏ khoảng 0,2-0,4 cm3

< Thời gian kim loại mối hàn tồn tại ở trạng thái lỏng nhỏ,;

< Tốc độ làm nguội lớn

< Vùng tâm mối hàn có nhiệt độ cao dễ làm cho kim loại bị quá nhiệt

2.3 TỔ CHỨC KIM LOẠI MỐI HÀN VÀ VÙNG CẬN MỐI HÀN

Sau khi đông đặc, kim loại mối hàn sẽ có thành phần khác so với kim loại cơbản Dưới tác d ng của nhiệt độ ổ chức kim loại mối hàn cũng đưӧc chia thànhnhiều vùng khác nhau.

Tổ chức kim loại mối hàn ph thuộc phương pháp hàn, kim loại vật hàn, và

ch độ hàn Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn đưӧc chia ra 7 vùngkhác nhau : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt gồm có các vùng: vùng quá nhiệt, vùng thường hoá, vùng k t tinh lại không hoàn toàn vùng k t tinh lại, vùng dòn xanh

Vùng ảnh hưởng nhiệt :

Là vùng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy nhưng có tổ chức và tInhchất thay đổi dưới tác d ng của nhiệt độ Chiều rộng vùng này ph thuộc chiều dàyvật hàn, nguồn nhiệt, ch độ hàn, phương pháp hàn, (xem bảng 1.1)

Bảng 1 -1 Phương pháp hàn Chiều

dày (mm)

Tổng chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt (a) mm

Trong đó chiều rộng vùng quá nhiệt (mm)

Vùng k t tinh Iại không hoàn toàn (5) : có nhiệt độ khoảng T = 720 880

Tứ là nằm trong khoảng AC1 - AC3, nên có thể xảy ra quá trình chuyển bi n ôstenit

về tổ chức péclIt và martenxit cho nên có thành phần hoá học và cơ tInh không đồngnhất, cơ tInh bị giảm

Hình 2 - 6 Sơ đồ các vùng của mối hàn (I- Vùng có nhiệt độ cao , II- Vùng có nhiệt độ cao hơn T nóng chảy, III- Vùng có nhiệt độ nhớ hơn nhiệt độ nóng chảy)

1882 mới được đua vào ứng dụng để nung chảy kim loại Nguồn nhiệt của

hồ quang điện này được ứng dụng để hàn kim loại và phương pháp nối ghépnày được gọi là hàn hồ quang

Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi trường khí hoặc hơi Hồ quang điện được ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn.3.1.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang

hàn:

Hình 3-1 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang của các loại dòng điện

a- Nối với nguồn điện b- Nối nghịch ( Cực dương nối với que hàn, âm nối với vật hàn) c- Nối thuận (Cực âm nối với que hàn, cực dương nối với vật hàn)

Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài

của nóđược gọi là chiều dài cột hồ quang (Lhq) Cấu tạo của hồ quang điện

có dạng như hình 3-2

1 3

Lhq2

1- Vùng cận anốt 2- Vùng cận ka tốt

3- Cột hồ quang

Hình 3-2 Sơ đồ cấu tạo cột hồ quang hàn.

Điện cực hàn được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau:

Loại điện cực không nóng chảy : Vônfram (W), Grafit, than,

Điện cực nóng chảy : Chế tạo từ thép, gang, các loại kim loại màu,

Nguồn điện hàn : Xoay chiều (tần số công nghiệp, tần số cao, chỉnh lưu, một chiều

9

Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có hướng của các phần

tử mang điện (ion âm, ion dương, điện tử) trong môi trường khí; trong dó điện tử

có vai trò rất quan trọng

Trong điều kiện bình thường, không khí giữa hai điện cực ở trạng tháitrung hoà nên không dẫn điện Khi giữa chúng xuất hiện các phần tử mang điệnthì sẽ có dòng điện đi qua Vì vậy để tạo ra hồ quang ta cần tạo ra môi trường

có các phần tử mang điện Quá trình đó gọi là quá trình ion hoá Môi trường cóchứa các phần tử ion hoá gọi là môi trường ion hoá Quá trình các điện tử thoát ra

từ bề mặt điện cực để đi vào môi trường khí gọi là quá trình phát xạ điện tử hayphát xạ electron Năng lượng để làm thoát điện tử ra khỏi bề mặt các chất rắn gọi làcông thoát electron

Công thoát electron của một số chất được thể hiện trong bảng 3-1

Bảng 3-1Nguyên tố Công thoát

động từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận tốc lớn Với sự chuyển

động đó các điện tử se va chạm vào các phân tử, nguyên tử trung hoà truyền năng lượng cho chúng và kết quả làm tách các điện tử khỏi nguyên tử phân tử và tạo nên các ion Như vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là

do sự va chạm giữa các điện tử được tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiệncác phần tử mang điện giữa 2 điện cực và hồ quang xuất hiện (nói cách khác là có sự phòng điện giữa

2 điện cực qua môi trường không khí) Như vậy muốn có hồ quang phải tạo ra một năng lượng cần thiết để làm thoát các điện tử Nguồn năng lượng này có thể thực hiện bằng các biện pháp :

1 Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại

2 Tăng cường độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch.3.1.4 Các phương pháp gây hồ quang khi hàn.

Tăng điện áp : Phương pháp này dễ gây nguy hiểm cho người sử dụng nên người ta phải sử dụng bộ khuyếch đại điện áp

Phương pháp cho ngắn mạch : Cho que hàn tiếp xúc vật hàn và nhấc lên khoảng cách 1-3 mm và giữ cho hồ quang cháy ôn định (xem hình 3-3)

a Cho chuyển động thẳng đứng

2

1- Que hàn 2- Vật hàn

Hình 3-3 Sơ đồ quá trình gây hồ quang khi hàn

b Đặt nghiêng que hàn và cho chuyển động tiếp xúc với vật hàn

1- Que hàn 2- Vật hàn

Hình 3-4 Sơ đồ quá trình gây hồ quang bằng cách cho que hàn tiếp xúc vật hàn

3.1.5 Đặc diểm của h quang hàn :

< H quang c a dông di n m t chi u cháy ổn d nh

< H quang c a dông xoay chi u khong ổn d nh nén chất 1 ợng mối hàn kém hơnNhi t d ở catot kho ng 2100 oC Ngu n nhi t to ra chiếm kho ng 36%

)

Uhq Lhq2 L1 < L2

L hq1

Hình 3-6 Đường đặc tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc chiều dài hồ quang L hq

• Trong kho ng I < 100A (J,12A/m 2) U gi m khi I tăng Đi u dó có thể gi i thích

nh sau: khi I tăng, di n tích tiét di n c a c t h quang cũng tăng vì thế m t ddông sẽ gi m (J = I/F sẽ gi m trong dó F 1à di n tích tiết diẹn c a c t h quang)

U = IR = I (ρ L)/F = J ρ.L ; mà ρ.L = const nén J gi m khi U gi m,

< Trong kho ng I = 100- 1000 A, di n tích c t h quang tăng rất ít vì dã dã g n b ohoà, nén d dẫn di n ít b thay dổi, vì thế m t d dông J g n nh khong dổi Đoạn này d ợc sử d ng rất r ng rãi khi hàn h quang

< Trong kho ng J>80A/mm2 Kho ng này có m t d dông J 1 n nén th ờng sử d ng

dể hàn t d ng Kho ng này có U tăng vì I 1 n, nh ng tiết di n c t h quang h u

nh khong tăng; nén khi J tăng dể d m b o cho I tăng thì U ph i tăng)

< Đ th trén ứng v i các d ờng dặc tính tĩnh c a h quang khi chi u dài c t h quang khong dổi Khi thay dổi Lhq, ta sẽ nh n d ợc nhi u d ợng dặc tính tĩnh t ơng t nh trén

b H quang của dông di n xoay chi u

Khi sử d ng ngu n xoay chièu, dông di n và hi u di n thế thay dổi theo chu kỳ V i t

n số cong nghi p f = 50 Hz, ta có 100 1 n thay dổi c c nén có 100 1 n h quang b tắt

do I = 0 Khi dó nhi t d sẽ gi m, mức d ion hoá c a c t h quang sẽ gi m 1àmcho cho h quang cháy khong ổn d nh

Muốn xuất hi n h quang tiếp theo thì yéu c u di n áp ngu n ph i dạt và 1 n hơngiá tr tối thiểu gọi 1à di n áp m i h quang

H quang sẽ cháy ổn d nh khi U ngu n > U m i h quang

H quang sẽ tắtkhi U ngu n < U m i h quang

Khi hàn h quang tay U m i h quang = (1,8 - 2,5)U hàn

U m i h quang = (60-80V)

T

T t

U m hq

Hình 3-8 Sơ đồ đường biến thiên của điện áp và dòng điện nguồn

và hồ quang dòng xoay chiều

Tt - Thời gian h quang tắtChú ý :

• Thời gian h quang tắt Tt ph thu c di n áp khong t i (Ukt); t n số (f) f tăng thì Ttnhỏ

• Ukt 1 n thi Tt nhỏ nh ng tăng Ukt thì kích th c máy sẽ 1 n, khong có 1ợi

• Tăng t n số thì ph i mắc thém b khuyếch dại t n nh ng sẽ 1àm phức tạp thémmạch di n

• Trong th c tế dể 1àm ổn d nh h quang ngu n xoay chi u ng ời ta mắc th m cu n

c m dể 1àm 1 ch pha giữa dông di n và di n áp Dông di n xuất hi n trong cu n

c m sẽ có tác d ng duy trì s cháy c a h quang Tại thời diểm I = 0 di n áp ngu n dạt giá tr U m i h quang nén vẫn có h quang xuất hi n

3.2 „ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG ĐỐI VỚI HỒ QUANG HÀN.

C t h quang d ợc coi nh m t dây dẫn m m nén nó sẽ ch u tác d ng h ởng

H

F F

Hình 3-10 Sơ đồ biẻu diễn lực điện trường tác dụng lên cột hồ quang hàn.

• L c F c a tất c các ph n tử mang di n d u h ng vào tâm c a c t h quang Khi hàn, 1 c tác d ng 1én c t h quang g m có :

tr ờng mạnh, m t d d ờng sức dày hời phía dối di n nén h quang b thổi 1 ch v phía di n tr ờng yếu hơn

3.2.3 Ảnh h ởng của góc nghiéng que hàn.

Đ nghiéng c a que hàn cũng nh h ởng dến s phân bố d ờng sức xungquanh quanh h quang, vì thế có thể thay dổi h ng que hàn cho phù hợp v i ph ơng

c a h quang nh hình 3-12b

14

Hình 3-12 Sơ đồ biẻu diễn ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn.

3.2.4 Ảnh h ởng của v t 1i u sắt từ.

V t 1i u sắt từ dặt g n h quang sẽ 1àm tăng d từ thẩm 1én hàng ngàn 1 n so v ikhong khí xung quanh (μ = 1000 10.000 1 n) Từ thong qua sắt từ có d trở khánhnhỏ, 1 c từ tr ờng từ phía sắt từ gi m xuống 1àm cho h quang b thổi 1 ch v phía sắttừ

1

Fe 2

Hình 3-13 Sơ đồ biểu diễn ảnh hưởng của sắt từ đối với hồ quang hàn.

1- Que hàn ; 2 - Vật hàn

Hi n t ợng 1 ch h quang có thể xuất hi n ở cuối d ờng hàn Vì 1úc dó có d

từ thẩm phía v t hàn 1 n hơn nhi u so v i khong khí nén h quang b thổi 1 ch v phía bén trong mối hàn

Khi hàn giáp mối ta ph i nối c c c a ngu n di v i 2 v t hàn v 2 phía dể mối hàn khong b thổi 1 ch h quang

Hình 3-14 Một số biện pháp khắc phục hiện tượng hồ quang bị thổi lệch

1 - Vật hàn

2 - Que hàn

3.3 PHÂN LOẠI HÀN HỒ QUANG

3.3.1 Phân 1oại theo di n c c

< Hàn h quang bằng di n c c khong nóng ch y : nh di n c c than, grafit, W , hợpchất c a m t số nguyén tố có kh năng phát xạ ion nh La, Th,

< Hàn bằng que hàn nóng ch y : có các 1oại que hàn thép ( que hàn thép các bon thấp,que hàn thép các bon cao, que hàn thép hợp kim, ) que hàn nhom, que hàn dng, Các 1oại que hàn này có 1õi và 1 p thuốc bọc Chúng có khá năng bổ sungkim 1oại cho mối hàn và các tác d ng khác nh kích thích h quang, b o v mốihàn, hợp kim hoá mối hàn,

3.3.2 Phân 1oại theo ph ơng pháp dấu dây

Dấu dây tr c tiếp :

1

Nguồn điện 1 pha2

3

Hình 3 - 5 Sơ đồ đấu dây trực tiếp

1 -Điện cực hàn ( que hàn) 2-Hồ quang hàn 3 - Vật hàn

Khi hàn dông m t chi u có thể có hai ph ơng pháp nối dây : noí thu n và nối ngh ch

1 2

3 Nối thuận

Hình 3 - 16 Sơ đồ nối thuận

1 - Điện cực hàn ( que hàn)2 - Hồ quang hàn; 3- Vật hàn

1 2

3 Nối nghịch

Hình 3-17 Sơ đồ nối nghịch

1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn

Đấu dây gián tiếp :

Nguồn một pha1

3

Hình 3 - 17 Sơ đồ đấu dây gián tiếp

1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn

Đấu dây hổn hợp (H quang 3 pha):

Nguồn ba pha2

1

3

Hình 3 - 19 Sơ đồ đấu dây hổn hợp

2 - Điện cực hàn 1 2 - Điện cực hàn 2 3 - Vật hàn ( điện cực hàn 3)

Có 3 ngọn 1ữa h quang giữa 3 di n c c: h quang giữa 1-3 giữa 1-2 và giữa 2 - 3.3.4 NGUỒN ĐIỆN HÀN VÀ MÁY HÀN

3.4.2 Yêu cầu đối với nguồn điện hàn

1 Dể gây h quang và khong gây nguy hiểm cho ng ời sử d ng Khi nghién cứu h quang c a dông xoay chi u ta thấy rằng dể dể dang m i h quang thì di n áp khong

t i c a máy hàn ph i cao hơn 1úc h quang cháy ổn d nh Để d m b o an toàn di n

di n áp khong t i th ờng nhỏ hơn 100 von

< Ukt ≈ 55 - 80 V ( dối v i dông xoay chi u)

< Ukt ≈ 30 - 55 V , Uh = 16 - 35 V, ( dối v i dông m t chi u)

2 Ph i có dông di n ngắn mạch hạn chế dể khỏi 1àm h hỏng máy

Ing.m = (1,3 - 1,4) Ih

3 Khi 1àm vi c h quang ph i cháy ổn d nh

4 Máy hàn ph i di u chỉnh d ợc c ờng d dông di n hàn phù hợp v i các 1oại chi u dày, d ờng kính và v trí t ơng dối c a mối hàn trong khong gian.

5 Khi hàn ng ời ta th ờng mắc thém cu n c n dể tạo ra s 1 ch pha c a dông di n

Hình 3 - 21 Các dạng đường đặc tính động của máy hàn

Đ ờng cong 1 - Dạng u tăng dùng cho hàn t d ng trong moi tr ờng khí b o v

Đ ờng cong 2 - Dạng U khong thay dổi (h u nh khong tăng khi I tăng) dùng cho hàn

di n xỷ, hàn t d ng trong moi tr ờng khí b o v Bởi vì khi hàn trong moi tr ờng khí

b o v , kim 1oại dây hàn ch y thành dông tạo nén dông ngắn mạch 1ién t c, dông di nhàn tăng nhanh 1àm nóng ch y day hàn nhanh và 1ién t c Chế d này phù hợp v i 1aọidây có dh = 0,5 - 1,2 mm

Đ ờng cong 3 - Dạng cong dốc thoai tho i dùng cho hàn t d ng và bán t d ng d i

1 p thuốc có tốc d cấp dây hàn khong dổi Vi c cấp 1õi dây hàn theo nguyén 1ý t

d ng di u chỉnh (tức 1à khi I tăng, Uh gi m 1àm cho nhi t 1 ợng Q = UIt gi m kết qu dây cháy ch m 1ại, ph c h i chi u dài c t h quang

Đ ờng cong 4 - Dạng cong dốc dùng cho hàn h quang tay và hàn t dọng d i 1 pthuốc (khi mà tốc d cấp dây ph thu c chế d hàn Khi U h thay dổi, nh ng Ih thaydổi ít nén chế d hàn ổn d nh hơn

Kết hợp các d ơng dặc tính d ng và d ờng dặc tính tĩnh c a h quang ta sẽthấy chúng giao nhau tại 2 diểm A và B (tại dó Ungu n = Uh quang)

Tại diểm B hi u di n thế cao d dể gây h quang nh ng vì dông di n nhỏkhong d u dể duy trì s cháy ổn d nh c a h quang Th c v y nếu vì m t 1ý do nào dó1àm cho dông di n gi m xuống thì hi u diẹn thế h quang sẽ tăng 1én và 1úc dó Uhq >Ung, có nghĩa 1à hi u di n thế c a ngu n khong d dể gây h quang nén nó tắt

Ng ợc 1ại, nếu tăng dông I thì Ung > Uhq ; di n thế thừa Ung - Uhq 1à nguyén nhângây nén s tiếp t c tăng dông di n cho dến khi dạt d ợc giá tr ở diểm A Nh v ykhi I tăng hoặc I gi m tại diểm A có s ph c h i 1ại di u ki n ổn d nh c a h quang

(Uhq = Ung)

U, V B

A

I, A

Hình 3-22 Sơ đồ biểu diễn vị trí hồ quang cháy ổn định

Ta biết răng khi h quang cháy, trongmạch hàn h , quang sẽ sinh ra suất di n

19

Nh v y h quang cháy ổn d nh khi trong mạch hàn nanh chóng ph c h i trạngthái cấn bằng : Uh = Uhq = Ung.

3.4.3 Máy hàn hồ quang

Máy hàn h quang th ờng có các 1oại sau :

• Máy hàn dông xoay chi u : máy biến áp có b t c m riéng, máy biến áp hàn cóhàn có từ thong t n 1 n (dạng có 1õi từ di d ng), máy biến áp hàn có cu n dây di

Máy biến áp hàn hay máy hàn xoay chi u 1à 1oại máy hạ áp Nguyén 1ý hoạt

d ng c a máy t ơng t các máy biến áp khác, nghĩa 1à d a trén hi n t ợng c m ứng

di n từ

U1, U2 - Đi n áp sơ cấp và thứ cấp

W1, W2 - số vông dây cu n sơ cấp và thứ cấp

φ 1 - Tổng từ thong sinh ra ở cu n sơ cấp

φ 1 - Từ thong chính mắc vông qua cu n thứ cấp

φ t1 φ t2 - Từ thong t n qua khong khí trong các cu n dây sơ cấp và thứ cấp

Khi dặt vào cu n sơ cấp c a máy hàn dông di n xoay chi u hình sin v i di n áp U1,dông di n sẽ chạy qua cu n sơ cấp và tạo ra trong mạch m t từ thong chính

3

Hình 3-23 Sơ đồ máy biến áp W1 - Cuộn dây sơ cấp; W2 - Cuộn dây thứ cấp; 3 - Lõi từ (gông tư của máy biến áp)

φ 1 = φ o + φ t1 .

Do mạch từ khép kín nén φ o.móc vông cu n thứ cấp và sinh ra từ thong t n φ t2 Các

từ thong trén sinh ra suất di n d ng trong cu n sơ cấp và thứ cấp :

dφ dφTrong cu n sơ cấp : e =

1

1 1 dt dt

Đặc diểm chung của máy biến áp hàn :

< Máy biến áp hàn 1à máy biến áp hạ áp Có di n áp thứ cấp thấp (Ukt < 100V) dể

d m b o an toàn cho ng ời sử d ng

< Dông thứ cấp 1 n dể d cung cấp ngu n nhi t cho quá trình nung ch y kim 1oại khihàn

< Máy biến áp hàn có số vông dây cu n thứ cấp ít hơn cu n sơ cấp và tiết di n dâyquấn cu n thứ cấp 1 n hơn tiết di n dây quấn cu n sơ cấp

< Số vông dây ở cu n thứ cấp ph i thay dổi d ợc dể di u chỉnh c ờng d dông di nhàn

< Ph i hạn chế dông ngắn mạch dể tránh cho máy khỏi b h hỏng

< Máy biến áp hàn h quang tay có d ờng dặc tính ngaôi cong dốc Để tạo ra 1oại

d ờng dặc tính này ng ời ta sử d ng máy biến áp hàn có b t c m riéng (máy biến

áp hàn có cu n kháng ngoài), hoặc chế tạo mạch từ có từ thong t n 1 n nh máyhàn có 1õi từ di d ng,

W tc

Máy biến áp hàn có b t c m riéng.

Các chế độ làm việc của máy

Chế độ không tải : khi mạch ngoài hở:

Ih = IKT = 0 U2 = Ukt = U20.Khi 1àm vi c :Uh = U20 - Utc

Hình Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng

Khi dông di n tăng, từ thong qua b t c m tăng (ph thu c vào khe hở c a mạch t b t c m) 1úc dó hi u di n thế hàn sẽ gi m

3

Hình 3 - 24 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp có lõi từ di động

1- Gông từ, 2- Lõi từ di động 3- Vật hàn, 4- Que hàn

Khi ngắn mạch : Uh = U20 - Et2 = U20 - Ih.Xba

Khi I tăng sẽ 1àm cho suất di n d ng E t2= U2 = U20 Nén Uh = 0

I nm = U 20 /X ba

(Xba = X1 + X2; X1,X2 ( C m kháng cu n sơ cấp và thứ cấp)

Để di u chỉnh c ờng d dông di n hàn ng ời ta thây dổi v trí c a

1õi từ di d ng Khi 1õi từ di vào gong từ, từ thong t n tăng 1én và 1àm

gi m dông di n hàn; ng ợc 1ại khi 1õi từ di ra khỏi gong từ thì từ thong

t n gi m, dông di n hàn sẽ tăng

Đ ờng dặc tính ngoài c a 1oại máy này rất dốc nén chỉ ứng d ng

cho 1oại máy hàn có dông khong 1 n

Hình 3 - 25 Sơ đồ nguyên lý máy hàn có nhiều trạm

1

3

2

Hình 2 - 26 Sơ đồ nguyên lý máy hàn 3 pha

1- máy biến áp hàn 2 - Vật hàn 3 - Que hàn (điện cực hàn)

C Máy hàn một chiều

Máy hàn di n m t chièu cũng nh các 1oại máy di n m t chi u khác có

3 b ph n cơ b n: ph n c m, ph n ứng và vành dổi chi u

Phần cảm : 1à ph n cố d nh, ph n này tạo ra từ thong chính c a máy do

cu n kích từ

Phần ứng : 1à ph n quay có 1õi thép hình tr bắt chặt vào tr c, trén b mặt

1õi thép có xẻ rãnh dể dặt các dây quấn ph n ứng Thân máy, c c từ

(ph n c m), 1õi thép hợp thành mạch từ c a máy di n m t chi u

Vành đổi chiều : g m các 1á d ng ghép thành hình tr , giữa các 1á d ng có

1 p cách di n v i nhau và v i tr c bằng m t 1 p mica mỏng Trén vành

dổi chi u có 2 chổi than d ợc giữ cố d nh tại m th v trí và nối dây ra

mạch ngoài

D a vào ph ơng pháp kích từ máy di n m t chi u có các 1oại : kích từ

d c 1 p, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hổn hợp

Phân 1oại máy phát di n hàn m t chi u:

1 Máy phát di n hàn có cu n kích từ d c 1 p và cu n dây khử từ

(cu n c n) mắc nối tiếp

2 Máy hàn có cu n kích từ song song và cu n khử từ mắc nối

tiếp

3 Máy hàn m t chi u có c từ 1ắp rời

4 Máy hàn di n m t chi u có nhi u trạm

D a vào d ờng dặc tính ngaôi c a máy có các 1oại cong dốc, dốc thoai

tho i và 1oại dặc tính cứng

c/ d/

Hình 3 - 27 Sơ đồ nguyên lý một số máy phát a/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ độc lập

b/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc nối tiếp

c/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc song song

d/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn các cuộn dây nối hổn hợp

Máy phát di n hàn có cu n kích từ d c 1 p và cu n dây khử từ (cu n c n) mắc nối tiếp

Cu n kích từ

Cu n c n

Hình 3 - 28 Sơ đồ nguyên lý một máy hàn một chiều kiểu kích từ độc lập

Cu n c n tạo ra từ thong c n nhằm khử từ và tạo ra d ờng dặc tính ngoài

cong và dốc

Đ ợc dặc tính ngaôi c a máy hàn h quang tay bằng dông di n m t chi u

có dạng nh sau:

ại từ

R

Thay đổi nhờ cái chuyển mạch

Hình 3 - 29 Đường đặc tính ngoài

Từ thong sinh ra trong cu n c n có h ng chống 1 I thong chính do

cu n kích từ sinh ra (Φchính) Tổng hợp từ thong c a máy khi 1àm vi c sẽ

Rkhe hở - Từ trở c a các khe hở mà từ thong di qua (từ trở c a mạch từ)

Thay dổi v trí c a biến trở sẽ thay dổi c ờng d dông di n kích từ và từ dó

thay dổi hi u di n thế khong t i c a máy.ở v trí d u và v trí cuối c a biến

trở sẽ ứng v i di n áp khong t i Ukt max và Ukt min c a máy

Khi có tải : Ih ≠ 0

Trong mạch chính có dông di n hàn di qua, ở cu n c n xuất hiẹn từ thong

Φc có h ng ng op c 1ại v i từ thong Φkt

Suất di n d ng sinh ra trong ph n c m c a máy ph thu c vào tổng từ

thong Φc và Φktvà d ợc tính theo cong thức:

Chế độ ngắn mạch : Từ thong thong c a cu n c n Φc tăng 1én d t ng t, 1àm cho tổng từ thong Φtổng = Φkt -Φc sẽ rất nhỏ Từ thong này kích thích ph n c msinh ra suất di n d ng c a ngu n khong 1 n 1ắm và nó sẽ b tiéu hao trén các di ntrở trong c a máy phát Hi u di n thế hàn gi m xuống g n bằng khong nén dông

• Thay dổi v trí c a biến trở dể 1àm thay dổi từ thong cu n kích từ Φkt

• Thay dổi số vông dây c a cu n c n

d.Máy hàn dòng chỉnh lưu

Đặc điểm của máy hàn chỉnh lưu :

• Kho ng di u chỉnh chế d hàn r ng;

• Chất 1 ợng hàn cao

• Khong có ph n quay nén khong có tiếng n;

• ít tổn thất khi chạy khong t i;

• Khối 1 ợng nhỏ và cơ domngj hơn;

• Có thể thay các dây quấn từ d ng bằng dây nhom sẽ có giá thành rẻ hơn

Nhược điểm :

• Thời gian ngán mạch dài, có thể 1àm cho diốt b hỏng

• Ph thu c vào di n thế ngu n

Máy hàn chỉnh 1 u có 3 b ph n :

• Máy biến áp và các b ph n di u khiển, dóng ngắt dông và di n áp;

• B ph n chỉnh 1 u

• B ph n thay dổi dông di n dể hàn

Hình 3-30 Sơ đồ nguyên lý của máy hàn một pha chỉnh lưu 2 nửa chủ kỳ

Ing

28

T

T

b/

Hình 3 30 Biến thiên của dòng điện nguồn (a) và dòng chỉnh lưu (b)

Hình 3 - 31 Sơ đồ nguyên lý máy hàn chỉnh lưu 3 pha

I

T

Hình 3- 32 Đồ thị biến thiên dòng điện chỉnh lưu 3 pha

3 5 ĐIỆN CỰC HÀN

Đi n c c hàn 1à tén gọi chung cho các 1oại que hàn nóng ch y và khong nóng

ch y Khi hàn h quang ta có thể sử d ng di n c c nóng ch y (th ờng gọi 1à que hàn)

và di n c c khong nóng ch y Trong th c tế do quen nén th ờng gọi chung 1à quehàn Vì v y trong hàn h quang và hàn khí ta sẽ dùng thu t ngữ “que hàn” dể chỉ

di n c c nóng ch y và khong nóng ch y

Que hàn khong nóng ch y th ờng d ợc chế tạo từ than, grafít

vonfram hoặc các v t 1i u trén kết hợp v i các chất dễ phát xạ e1ectron (nh La, Ra, )

Que hàn nóng ch y 1à 1oại di n c c mà 1õi 1àm bằng kim 1oại (thép, gang, d ng,nhom, ) bén ngoài có m t 1 p thuốc bọc Khi hàn que hàn sẽ bổ sung kim 1oại vàtăng c ờng m t số tính chất dặc bi t cho mối hàn Que hàn nóng ch y có nhi u 1oại

nh que hàn thép các bon, que hàn thép inóc, que hàn thép hợp kim, que hàn d ng,que hàn nhom,

3.5.1 Cấu tạo của que hàn nóng chảy

2 1

< Đ m b o thành ph n hoá học c n thiết c a mối hàn;

< Có tính cong ngh tốt ( dể gây h quang, h quang cháy ổn d nh, nóng

ch y d u, có kh năng hàn ở tất c các v trí trong khong gian, mối hànkhong có rổ, khong nứt, xỷ nổi d u và dễ bong ra, khong bắn toé nhi u

< H số dấp cao;

< Khong sinh khí d c hại nh h ởng dến sức khoẻ c a congnhân;

< Dễ dàng chế tạo & giá thành rẻ;

3.5.3 Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn

< Kích thích h quang và 1àm cho h quang cháy ổn d nh;

< Tạo khí & tạo xỷ dể b o v mối hàn;

< L p xỷ có tác d ng 1àm cho muối hàn ngu i ch m tránh hi n t ợng toi

c a mối hàn;

< Khử oxy hoàn nguyén kim 1oại;

< Tăng cơ tính và m t số tính chất dặc bi t c a mối hàn;

3.5.4 Ký hiệu tiêu chuẩn Việt Nam

N - 48-32

- N - Chỉ que hàn nối thép;

< Số tiếp sau - chỉ d b n σB 10 7 (N/m2)

< Chỉ số tiếp theo - chỉ nhóm thuốc bọc

1 - nhóm axít; 2 - nhóm bazơ; 3 - nhóm xỉ ti tan);

Thuốc bọc que hàn có thể sử d ng các chất sau dây:

< Chất dễ gây h quang và ổn d nh h quang (kim 1oại ki m, kim 1oại ki m thổ nh mica : KA12[A1SiO3O10](OH)2

KnA12O3.SiO2 MgO2, Na2CO3 (thuỷ tinh 1ỏng)

< Chất sinh khí b o v Xen 1u 1o, tinh b t, CaCO3.MgCO3 (Do1omide CaMg(CO3) ;

C6H10O5)n // Destrin,

< Chất tạo xỷ [quặng sắt dỏ (Fe2O3 chiếm 90%)], Fe3O4, cẩm thạch, CaCO3, huỳnh thạch (CaF2), CaMgCO3, TiO2, NaA1Si3O5, (KNaA12)3.6SiO2

< Chất khử oxy & hợp kim hoá mối hàn : Fero hợp kim, b t nhom , b t sắt, grafít,

< Chất tạo hình : cao 1anh A12O3.2SiO2.2H2O, ben to nhít (nSiO2.m A12O3), xen1u1o,

< Chất dính kết : Thuỷ tinh 1ỏng, krio1ít (NaA1F6,) Destrin (C6H10O5)n

Các 1oại que hàn khong nóng cháy d ợc chế tạo từ grafít, vonfram W, hoặc từ

m t số hợp kim dặc bi t khác Đ ờng kính di n c c vonfram trong

kho ng từ 1 6 mm và có thể 1 n hơn

Đi n c c than, grafít có dh = 6 30 mm , 1 < 300 mm

3- 6 QUÁ TRÌNH NÓNG CHẢY VÀ DỊCH CHUYỂN

KIM LOẠI QUE HÀN NÓNG CHẢY.

Khi hàn h quang quá trình nóng ch y và d ch chuyển kim 1oại que hàn x y ra qua nhi u giai doạn:

F Trọng lực P

F

Hình 3 - 35 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên giọt kim loại lỏng

< Giai doạn 1 : Hình thành 1 p kim 1oại 1ỏng trén b mặt que hàn và v t hàn (1) D itác d ng c a 1 c di n tr ờng (tạo nén vùng b co thắt) và d i tác d ng c a trọng

1 c giọt kim 1oại 1ỏng d ch chuyển xuống d n cho dến khi tiếp xúc v t hàn

< Giai doạn 2 : D i tác d ng c a trọng 1 c và sứ căng b mặt giọt kim 1oại 1ỏng d ợchình thành (2)

< Giai doạn 3 : Khi giọt kim 1oại 1ỏng tiếp xúc v t hàn thì ngắn mạch, kết qu nhi ttăng d t ng t 1àm cho giọt kim 1oại 1ỏng 1 n nhanh và tách ra khỏi que hàn (3)Kích th c và số 1 ợng giọt kim 1oại 1ỏng ph thu c vào c ờng d dông di n, c c

di n nối v i que hàn , thành ph n và các tính chất khác c a que hàn Giọt kim 1oại1ỏng có kích th c kho ng 1 - 4 mm ( dối v i que hàn khong có thuốc bọc); trén

d i 0,1 mm khi hàn dông 1 n và que hàn có thuốc bọc

< Giai doạn 4 : Các quá trình trén cứ tiếp t c 1ặp 1ại theo các trình t trén (4)

Giọt kim 1oại 1ỏng 1uon ch u tác d ng c a các 1 c : trọng 1 c, sức căng b mặt, ph n

1 c c a các chất khí, 1 c di n tr ờng Khi hàn sấp giọt kim 1oại 1ỏng 1uon rơi và vũngvũng hàn m t cách dẽ dàng Khi hàn tr n (xem hình b/) trọng 1 c gây khó khăn choquá trình d ch chuyển kim 1oại di 1én Tuy nhién ở dây vai trô c a sức căng b mặt,

1 c d y c a các chất khí và 1 c di n tr ờng có vai trô rất quan trọng 1àm cho giọt kim1oại 1ỏng di 1én từ que hàn vào vũng hàn L c di n tr ờng bao g m 2 1 c : 1 c di n

tr ờng tỉnh (1àm co thắt giọt kim 1oại 1ỏng) và 1 c di n tr ờng d ng có chi u từ quehàn dến v t hàn có tác d ng d y giọt kim 1oạ 1ỏng Vì c ờng d di n tr ờng c a que

hàn (có m t d dông 1 n) 1uon 1uon 1 n hơn c ờng d di n tr ờng c a v t hàn (có m t

IV

Hình 3 - 36 Vị trí các mối hàn trong không gian.

I - hàn bằng II - hàn ngang , hàn 1eo(hay hàn dứng)

III - hàn ngữa IV - hàn tr n (hàn tr n 1à v trí hàn dặc bi t

ghi chú: 1- que hàn 2-v t hàn 3 - h quang

3.7.2 Các loại mối ghép hàn được phân ra:

< Mối hàn giáp mối (a, c) tức 1à các mép v t hàn tiếp giáp vào nhau; mối hàn ch ng

mí (b); mối hàn góc ( d ) mối ghép hàn theo kiểu chữ T , L (e)

Hình 3 - 37 Các loại mối ghép hàn

3.7.3 Chuẩn bị các loại mối hàn.

Để tạo di u ki n cho mối hàn kết tinh (dong dặc) tốt, tránh d ợc m t số khuyết t t,

ng ời ta ph i chuẩn b các mép hàn tr c khi hàn:

Khâu chuẩn b bao g m các b c :

< Làm sạch mép v t hàn ;

< Đổi v i thép mỏng c n gấp mép ;

< Đối v i thép có chi u dày 1 n c n ph i vát mép.hình dạng và kích th c c n vát theo tiéu chuẩn

Nguyén tắc chọn que hàn có thành ph n g n t ơng t thành ph n kim 1oại cơ b n

L u ý c n chọn que hàn có thành phàn các bon thấp hơn m t ít và chọn 1oại có cácnguyén tố hợp kim dể tăng cơ tính cho mối hàn

Khi hàn h quang tay, thì dh và Ih 1à hai dại 1 ợng quan trọng nhất

a - Chọn đường kính que hàn phụ thuộc vào :

< Khi hàn những tấm kim 1oại mỏng c n gi m dông di n xuống 10 - 15 %

Khi hàn thép có chi u dày 1 n, ta c n hàn nhi u 1 p

- 1 p thứ 1 (Fo) : ta hàn que hàn nhỏ , kho ng 3 mm

- các 1 p tiếp theo (Fn) ta hàn bằng que hàn 1 n có d ờng kính 4 hoặc 5 mm

t h q - thời gian h quang cháy

t ph - thời gian ph ( thời gian dóng mở máy, thay que hàn, chuẩn b v t hàn,

di chuyển v t hàn, di 1ại, Để dơn gi n ta tính:

Để tăng năng suất khi hàn ta nén chon chế d sao cho t h nhỏ nhất Hay nén cho

I 1 n, chọn que hàn có h số hàn dấp (αd ) cao; chon que hàn 1 n, hàn bằng h quang 3pha hoặc hàn bằng que hàn nằm, Bén cạnh dó c n tổ chức s n xuất tốt dể gi m thờigian ph