tài liệu môn công nghệ hàn

Điện trở tiếp xúc giữa điện cực với chi tiết hàn và điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn với nhau có một ý nghĩa rất lớn đối với quá trình hình thành mối hàn.. Điện trở tiếp xúc thay

Trang 1

CHƯƠNG I

KHÁI NIỆM CHUNG

1.1 Các từ khóa:

Số hiệu theo ISO 4063: Resistance welding

21: Hàn tiếp xúc điểm: Spot welding – RP;

22: Hàn tiếp xúc đường: Seam welding – RR;

23: Hàn tiếp xúc điện cực giả: Projection welding – RB;

24: Hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy: Flash welding – RA;

25: Hàn tiếp xúc đối đầu điện trở: Butt welding – RPS;

29: Các quá trình hàn tiếp xúc khác: Other resistance welding processes

- Butt weld with foil: Hàn giáp mối với lá kim loại;

- Overlapped with wire electrode: Hàn chồng với với điện dây;

- Projection diameter: Đường kính cực giả;

- Primary tranformer: Cuộn sơ cấp của biến áp;

- Secondary of tranformer: Cuộn thứ cấp của biến áp;

Tài liệu lưu hành nội bộ - Chưa hiệu chỉnh

Trang 2

- Clamping jaws: Các má kẹp chi tiết;

- Surface resistance: Điện trở tiếp xúc;

1.2 khái niệm về hàn điện tiếp xúc:

1.2.1 Thực chất, đặc điểm và ứng dụng:

a Thực chất:

Hàn điện tiếp xúc là một dạng hàn áp lực, dùng dòng điện có cường độ lớn đi qua chỗ tiếp xúc giữa các chi tiết hàn để sinh ra nhiệt lượng nung nóng vùng hàn đến trạng thái chảy hoặc dẻo, sau đó sử dụng lực ép thích hợp để ép các bề mặt tiếp xúc lại với nhau tạo thành mối hàn

Khi có dòng điện lớn đi qua, bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết được nung nóng lên rất nhanh do điện trở tiếp xúc giữa chúng lớn hơn điện trở của các chi tiết, nhiệt lượng sinh ra tại chỗ tiếp xúc sẽ tỷ lệ thuận với điện trở tiếp xúc, với bình phương của cường độ dòng điện và tỷ lệ thuận với thời gian dòng điện chạy qua chi tiết

Q = 0,24.I2.R.tKhi bề mặt tiếp xúc của các chi tiết được nung nóng, dưới tác dụng của lực ép, các nguyên tử kim loại sẽ liên kết và tạo thành mối hàn

b Đặc điểm:

- Dòng điện có cường độ rất lớn

- Thời gian tác dụng ngắn

- Không cần dùng que hàn phụ, thuốc hàn hay khí bảo vệ

- Chất lượng mối hàn cao, mối hàn không có xỉ

- Năng suất quá trình hàn cao, chi tiết hàn biến dạng ít

Hình 1: Quá trình hình thành mối hàn điện tiếp xúc

Trang 3

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn.

* Hàn tiếp xúc điểm:

- Điện cực với diện tích tiếp xúc nhỏ;

- Mối nối tại một điểm;

- Có thể hàn liên tục hoặc gián đoạn và:

- Công suất của máy hàn lớn

* Hàn tiếp xúc điện cực giả:

- Phôi hàn được tạo đỉnh (để thực hiện nhiệm vụ tạo mật độ dòng điện hàn lớn tại những điểm nhô);

- Hình dạng của mối hàn phụ thuộc vào hình dạng đỉnh nhô của phôi;

- Điện cực có diện tích tiếp xúc lớn;

- Một lần thao tác có thể hàn được khoảng 50 điểm và:

- Công suất của máy hàn lớn

Hình 2: Quá trình hàn điện tiếp xúc điểm và tiếp xúc đường

Hình 3: Quá trình hàn tiếp xúc điện cực giả

Trang 4

* Hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy:

- Xung quanh mối hàn xuất hiện những pavia không đều;

- Phải chuẩn bị mép hàn đạt độ nhám yêu cầu;

- Có những trường hợp phải nung nóng sơ bộ mép hàn và:

- Tác động hai giai đoạn: Kéo hồ quang và ép lại

* Hàn tiếp xúc đối đầu điện trở:

- Xung quanh mối hàn xuất hiện những pavia đều nhau;

- Phải chuẩn bị mép hàn với bề mặt song song nhau, độ nhám yêu cầu nhỏ và bề mặt tiếp xúc phải sạch

Tài liệu lưu hành nội bộ - Chưa hiệu chỉnhHình 4: Quá trình hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy và đối đầu điện trở

Trang 5

- Hàn nhôm và hợp kim nhôm có δ = 0,5 ÷ 2,0mm (0,1 ÷ 8,0mm)

- Hàn các vật liệu kim loại khác

* Hàn tiếp xúc đường:

- Được sử dụng để hàn các liên kết hàn chồng (có một vài trường hợp được dùng để hàn giáp mối);

- Hàn các vật liệu là thép có δ = 0,5 ÷ 2,0mm (0,05 ÷ 3,5mm) và:

- Hàn nhôm và hợp kim nhôm có δ = 0,5 ÷ 1,5mm (0,1 ÷ 3,0mm) -

Hàn các vật liệu kim loại khác

* Hàn tiếp xúc điện cực giả:

- Được sử dụng để hàn các liên kết hàn chồng;

- Hàn các vật liệu là thép có δ = 0,8 ÷ 3,0mm (0,5 ÷ 8,0mm) và:

- Hàn nhôm và hợp kim nhôm có δ = 1,0 ÷ 2,0mm (0,4 ÷ 3,0mm)

* Hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy:

- Được sử dụng để hàn các chi tiết dạng thanh, ống;

- Hàn các vật liệu là thép có đường kính ∅1,5 ÷ ∅300mm (max:

10000mm 2 );

- Hàn nhôm và hợp kim nhôm đến 12000mm2 và:

* Hàn tiếp xúc đối đầu điện trở:

- Được sử dụng để hàn các chi tiết dạng thanh, ống;

Trang 6

- Hàn các vật liệu là thép có đường kính ∅0,5 ÷ ∅30mm (max:

600mm 2 );

- Hàn nhôm và hợp kim nhôm (chỉ hàn những chi tiết có đường kính nhỏ) và:

Vậy: Hàn điện tiếp xúc là quá trình hàn áp lực, sử dụng điện trở của dòng điện chạy qua bề mặt mép hàn để nung kim loại mép hàn đến trạng thái hàn (dẻo hoặc rơm rớm chảy), sau đó sử dụng lực để ép hai chi tiết hàn lại với nhau Kim loại ở hai mép hàn sẽ khuếch tán và thẩm thấu sang nhau để tạo thành liên kết hàn

Chú ý: Đối với quá trình hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy (flash welding – 24), sử dụng nhiệt của hồ quang để nung nóng chảy mép hàn, sau đó sử dụng lực ép để ép hai chi tiết hàn lại với nhau

1.2.2 Phân loại quá trình hàn điện tiếp xúc:

1.2.3 Một số định luật điện học liên quan:

a Định luật Ohm:

R

U

I =

HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC

Hàn

điểm đườngHàn

Hàn chồng

Hàn giáp mối

Tiếp xúc chảy

Tiếp xúc không chảy

Hàn một phía

Hàn hai phía

Hình 5: Phân loại các quá trình hàn điện tiếp xúc

Trang 7

Trong đó: I: Cường độ dòng điện (A);

U = 1 = =

i

R R

11

A: Tiết diện dây dẫn (mm 2 ).

b Công suất mạch điện:

I U

P el = (W)

Năng lượng:

t I

U

c Hiệu ứng nhiệt:

t R I

điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ và

Trang 8

ngược lại, vật cách điện có điện trở cực lớn.

Điện trở dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của dây dẫn được tính theo công thức:

.L

R S

ρ

=

Trong đó: R là điện trở có đơn vị là Omh (Ω)

ρ: Điện trở suất

L là chiều dài của dây

S là tiết diện của dây dẫn

b Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử:

c Hình dáng và kí hiệu:

Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử không phân cực, nó

là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử Chúng được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỉ lệ mà tạo ra các con điện trở có điện dung khác nhau

Đơn vị của điện trở được đo bằng: Ω, K Ω, MΩ

2.2.2 Tụ điện:

Tụ Điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu mạch xoay chiều, mạch dao động

a Khái niệm:

Hình 6: Hình dạng của điện trở trong thực tế

Hình 7: Hình dạng của điện trở trong các sơ đồ mạch điện tử

Trang 9

Tụ điện là linh kiện dùng để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp.

Tụ không phân cực là tụ có 2 cực có vai trò như nhau và giá trị thường nhỏ (pF)

Tụ phân cực là tụ có 2 cực tính âm và dương và không thể dùng lẫn lộn nhau được và nó có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

b Tụ điện trong thực tế và trong các mạch điện tử:

2.2.3 Biến trở:

Biến trở là điện trở có thể thay đổi giá trị và có kí hiệu là VR và có hình dạng như sau:

Biến trở thuờng được lắp ráp trong máy

phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân

Hình 8: Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý

Hình 9: Tụ hoá, tụ gốm, tụ giấy và tụ xoay

Hình 10: Biến trở trong thực tế và trong các mạch điện

Hình 11: Hình dạng của triết áp

trong thực tế

Trang 10

chỉnh của kĩ thuật viên và có cấu tạo

như sau:

Biến trở nhiệt là có điện trở thay

đổi theo nhiệt độ Trong thực tế mà ta

hay gặp loại biến trở có giá trị thay đổi

bằng cách xoay vít

Triết áp: Cũng có cấu tạo tương

tự như điện trở nhưng có thêm cần chỉnh

và thường bố trí ở trước mặt máy cho người điều chỉnh dễ sử dụng, nó có công dụng triết ra 1 phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ quy định như: Volume, Bass…

phuơng diện cấu tạo thì

Transitor tương đương với

hai Diode có dấu ngược

chiều nhau

Ba lớp đó được nối thành 3 cực: Lớp giữa gọi là cực gốc kí hiệu là B (Base), còn hai lớp bên ngoài nối thành cực phát E (Emitter) và cực thu là C (Collector) Cực B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, còn vùng bán dẫn E và

C có bán dẫn cùng loại (N hay P) nhưng có nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị được

* Nguyên tắc hoạt động của Transitor:

Hình 12: Transitor thuận và transitor ngược

Trang 11

Đối với NPN ta xét hoạt động của Nó theo hình vẽ sau

Ta cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó cực C nối với

(+) còn cực E nối (-) như hình vẽ

Ta cấp nguồn U BE đi qua công tắc và hạn trở dòng vào hai cực B và E

trong đó (+) vào chân B còn (-) vào chân E

Khi ta mở công tắc ta thấy rằng khi hai cực C và E đã có dòng điện nhương đèn lại không sáng lúc này dòng qua C =0

* Hình dạng và kí hiệu của Transitor:

Trong các mạch điện tử thì Transitor có hình dạng sau:

Hình 16: Transitor công suất nhỏ Hình 15: Transitor công suất lớn

Hình 14: Ký hiệu của Transitor trong các mạch sơ đồ nguyên lý

Hình 13: Nguyên lý hoạt động của Transitor

Trang 12

2.2.5 Rơle:

a Khái niệm:

Rơle là một thiết bị bảo vệ hệ thống hoặt động trên nguyên lý đóng cắt

Nó có vai trò như là một khoá

Kí hiệu và cấu tạo:

Nguyên tắc hoạt động: Là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tắc về cơ khí như đóng mở các hành trình của các thiết bị tự động

a Phân loại:

Có một số loại Role như sau:

+ Role điện: Đóng cắt bằng điện;

+ Role từ: Đóng cắt bằng từ;

+ Role nhiệt: Đóng cắt bằng nhiệt và:

+ Role thời gian: Sau 1 thời gian thì Role sẽ đóng cắt

b Đóng cắt Role:

Đóng Rơle bằng cách cho điện vào hai cực của nam châm điện có tuỳ loại Role mà ta đưa điện áp vào Role ví dụ như 5 V , 12 V… Sau đây là mạch biểu thị hoạt động của Rơle

Hình 17: Cấu tạo của rơle

Hình 18: Nguyên lý hoạt động của rơle

Trang 13

2.2.6 IC:

a Khái niệm:

Trong thực thế IC có rất nhiều loại, mỗi loại lại có chức năng khác nhau IC là một khối gồm rất nhiều các linh kiện như điện trở, Transitor, Tụ Điện Cấu tạo thành một khối giữ 1 chức năng nhất định

Trang 14

- IC nguồn: Dùng để ổn định nguồn như: LM 7805 , LM 7809,…

- IC có khả năng lập trình: Nó có rất nhièu chân và mỗi chân lại có chức năng khác nhau như CY8C 29466, 8051; AT89C2051…

Nói chung chíp lập trình đa dạng mỗi loại lại có cấu hình chân và cổng khác nhau muốn học được thì mình phải đi tìm hiểu sâu về nó hơn

2.2.7 Thrysito:

a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Thyristor:

Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghộp lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp, một Transistor thuận và một Transistor ngược (như sơ

đồ tương đương ở trên) Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là

A-K-G, Thyristor là Diode cú điều khiển, bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn

Hình 22: Nguyên lý hoạt động

của Thyristor Hình 21: Cấu tạo Thyristor và Thyristor trong sơ đồ tương đương

Trang 15

cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn Thí nghiệm sau đây minh hoạ sự hoạt động của Thyristor

Ban đầu công tắc K2 đóng, Thyristor mặc dự được phân cực thuận nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua => đèn không sáng

Khi công tắc K1 đóng, điện áp U1 cấp vào chân G làm đèn Q2 dẫn => kéo theo đèn Q1 dẫn => dòng điện từ nguồn U2 đi qua Thyristor làm đèn sáng

Tiếp theo ta thấy công tắc K1 ngắt nhưng đèn vẫn sáng, và khi Q1 dẫn, điện áp chân B đèn Q2 tăng làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm áp chân B đèn Q1 giảm làm đèn Q1 dẫn, như vậy hai đèn định thiên cho nhau và duy trì trạng thái dẫn điện

Đèn sáng duy trì cho đến khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp điện

và ngưng trạng thái hoạt động

Khi Thyristor đó ngưng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn không sáng như trường hợp ban đầu

Trang 16

N U

U

=

2 2 1 1 2

t N U

∆

2 2

Trong đó: ∅: Từ thông (Vs);

I 1 : Dòng điện sơ cấp (A);

N 1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp (vòng) và:

R m : Từ trở (A/Vs).

2.5 Công suất dòng xoay chiều:

2.5.1 Với tải thuần trở:

P=

Công suất biểu kiến:

2 2

S

P

=ϕ

cos

Trong đó: P: Công suất tác động;

Q: Công suất phản kháng.

2.6 Cơ sở sinh nhiệt trong quá trình hàn điện tiếp xúc:

2.6.1 Cơ sở sinh nhiệt trong quá trình hàn:

Trang 17

Khi ta cung cấp một lượng nhiệt Q nhất định cho một khối lượng kim loại m thì nhiệt độ của nó sẽ tăng lên một lượng nhất định Lượng nhiệt đó được xác định bằng công thức sau:

c m

Q T

=

∆

Trong đó: ∆T: Lượng tăng nhiệt độ;

c: Nhiệt dung riêng của kim loại.

Đối với hàn điện tiếp xúc, người ta sử dụng nguồn nhiệt điện trở để đưa kim loại hàn đến trạng thái hàn

Lượng nhiệt sinh ra do dòng điện chạy trong kim loại được xác định theo công thức:

t I R

Q= 2

Trong đó: Q: Nhiệt lượng sinh ra (J);

R: Điện trở của kim loại (Ω);

I: Cường độ dòng điện (A) và:

T: Thời gian (s).

2.6.2 Sự thất thoát nhiệt trong quá trình hàn:

Trong quá trình hàn, tổng năng lượng nhiệt của nguồn hàn bị phân tán thành các năng lượng nhiệt thành phần

Phần lớn lượng nhiệt của quá trình hàn được tập trung tại vị trí hàn (mối hàn), lượng nhiệt còn lại bị phân tán và một phần được truyền vào hai đầu điện cực, phần còn lại được truyền vào các chi tiết hàn (phần lớn) và truyền ra môi trường xung quanh

La Ls

Trang 18

Trong đó:

+ Q add : Năng lượng tổng; + Q eff : Năng lượng hiệu dụng;

+ Q L : Năng lượng mất mát; + Q Le : Năng lượng truyền vào điện cực;

+ Q Ls : Năng lượng truyền vào chi tiết hàn;

+ Q La : Năng lượng truyền vào môi trường và:

+ η: Hệ hố hiệu dụng.

2.7 Điện trở và tính toán điện trở trong hàn tiếp xúc:

2.7.1 Điện trở trong hàn tiếp xúc:

Trong hàn điện tiếp xúc, có 2 loại điện trở và có tất cả 7 vùng điện trở trong một mạch hàn

Điện trở tiếp xúc giữa điện cực với chi tiết hàn và điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn với nhau có một ý nghĩa rất lớn đối với quá trình hình thành mối hàn Chúng là những điện trở sinh nhiệt chủ yếu trong quá trình hàn

Trong đó: R EL : Điện trở điện cực hàn;

R S : Điện trở chi tiết hàn;

R ES : Điện trở tiếp xúc giữa chi tiết và điện cực hàn;

R SS : Điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn.

2.7.2 Tính toán điện trở trong hàn tiếp xúc:

a Cơ sở tính toán:

R I

Trang 19

t R I

Q=0,24 2

).1

F: Diện tích tiết diện ngang của chi tiết và:

α1 = 0,004: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ.

* Điện trở mặt tiếp xúc:

- Nếu như t < 600°C khi đó sẽ xuất hiện điện trở mặt tiếp xúc (Rk)

- Nếu t > 600°C thì điện trở mặt tiếp xúc coi như không tồn tại

α

P

r R

k

Trong đó: R k : Điện trở mặt tiếp xúc (Ω);

r k : Điện trở tiếp xúc đơn vị sinh ra do tác dụng lực (P = 1kg);

P: Lực tác dụng (kg);

α: Hệ số kể đến ảnh hưởng của lực P đến R k Nếu vật liệu là thép: r k = 0,005 ÷ 0,006 (Ω); α = 0,65 ÷ 0,75

Nếu vật liệu là nhôm: r k = 0,001 ÷ 0,002 (Ω); α = 0,75 ÷ 0,85

b Điện trở khi hàn tiếp xúc giáp mối:

* Khi hàn giáp mối điện trở:

k ct

Ví dụ: Xác định điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình

khi hàn giáp mối điện trở hai thanh thép cacbon thấp biết:

Trang 20

+ rk = 0,006 (Ω); + α = 0,75 và: + ρ0= 13,5 (µΩ.cm).

* Nhiệt độ giai đoạn đầu (25°C - 600°C):

k ct i

F

L t

R ct =ρ +0(1 α1.1) (µΩ)+ Tại 600°C ta có:

F

L t

R ct =ρ +0(1 α2.2) (µΩ)

* Nhiệt độ giai đoạn cuối tính tương tự

* Điện trở trung bình:

+ Giai đoạn đầu:

2

600 250 Σ Σ

Σ Σ

R

RΣ = 1+ 2 +

J V F

R k

9500

3

1 3 2

=

Trong đó: R k : Điện trở khi hàn giáp mối nóng chảy (µΩ);

F: Diện tích của tiết điện của chi tiết (mm 2 );

J: Mật độ dòng điện (A/mm 2 ) và:

V: Vận tốc nóng chảy (cm/s).

c Điện trở khi hàn điểm:

k E

R

RΣ =2 + +

Trong đó: R E = 0,5R k : Điện trở tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết.

Trang 21

π

4

0 = : Đường kính tính toán của điện cực

Giai đoạn đầu σc = 4000 (kg/mm 2 );

Giai đoạn cuối: σc = 450 (kg/mm 2 );

RΣ = 2R ct ;

δ: Chiều dày của chi tiết;

d Điện trở mạch rẽ:

n n

Z I

U = =

2 2

T

d

l F

l R

2

δρ

=

Trong đó: l: Chiều dài bước hàn;

D m : Đường kính điện cực.

2.8 Ảnh hưởng của các thông số đến điện trở tiếp xúc.

2.8.1 Ảnh hưởng của lực ép điện cực:

Lực ép điện cực có ảnh hưởng rất lớn đến điện trở tiếp xúc của chi tiết hàn Khi lực ép điện cực càng lớn thì điện trở tiếp xúc giảm càng nhanh và ngược lại

Trang 22

2.8.2 Thay đổi điều kiện tiếp xúc khi hàn do lực ép điện cực và nhiệt sinh ra:

- Diện tích tiếp xúc lý tưởng (theo lý thuyết): 100% dẫn điện;

- Tiếp xúc tại nhiệt độ phòng:

+ Lực ép điện cực thấp;

+ Điện trở tiếp xúc lớn

- Bắt đầu hàn:

+ Lực ép điện cực lớn;

+ Điện trở tiếp xúc nhỏ hơn

- Sau khi hàn một thời gian (khoảng vài ms):

+ Lực ép không tồn tại;

+ Điện trở tiếp xúc giảm xuống

2.8.3 Thay đổi điện trở trong quá trình hàn:

Khi quá trình hàn bắt đầu lực ép của điện cực ở gia đoạn đầu (còn gọi

là lực ép sơ bộ), đồng thời chưa cho dòng hàn chạy qua chi tiết Khi đó điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết tăng lên rất nhanh (lớn nhất), điện trở tiếp xúc giữa điện cực với chi tiết hàn cũng tăng lên rất nhanh Ở giai đoạn này, điện trở tiếp xúc của vật liệu cũng bắt đầu tăng nhưng không đáng kể

Sau một thời gian ngắn (khoảng vài ms), khi lực ép điện cực gia tăng lên một trị số nhất định, khi đó điện trở tiếp xúc và nhiệt độ trong quá trình hàn biến thiên Điện trở tiếp xúc thay đổi kéo theo sự thay đổi điện trở của vật liệu

Tại thời điểm kết thúc quá trình hàn, điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết

và điện trở tiếp xúc giữa điện cực với chi tiết giữ nguyên Lúc này điện trở của vật liệu tăng lên

2.8.4 Thay đổi nhiệt độ trong quá trình hàn:

Trang 23

Khi quá trình hàn bắt đầu lực ép của điện cực ở gia đoạn đầu (còn gọi

là lực ép sơ bộ), đồng thời chưa cho dòng hàn chạy qua chi tiết Nhiệt độ ở giai đoạn này bằng nhiệt độ của chi tiết

Sau một thời gian ngắn (khoảng vài ms), khi lực ép điện cực gia tăng lên một trị số nhất định, khi đó điện trở tiếp xúc thay đổi kéo theo sự thay đổi của nhiệt độ trong quá trình hàn làm cho nhiệt độ của vật liệu thay đổi

Tại thời điểm kết thúc quá trình hàn (giai đoạn hình thành điểm hàn), lúc này điện trở của vật liệu tăng lên làm cho nhiệt độ của chi tiết cũng tăng lên

Trang 24

- Do điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn lớn nên tại chỗ tiếp xúc sinh

ra lượng nhiệt chủ yếu Sau một thời gian dòng điện chạy qua, kim loại tại bề

mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn sẽ được nung nóng đến trạng thái hàn (dẻo hoặc rơm rớm chảy).

- Khi đó ta sử dụng lực ép P thông qua cơ cấu đòn bẩy hoặc khí nén hoặc thuỷ lực tác động lên điện cực để ép hai chi tiết lại với nhau và giữ lực ép này ở một thời gian nhất định, sau khi nguội ta sẽ được liên kết hàn theo yêu cầu

3.1.1 Các dạng hàn tiếp xúc điểm:

a Hàn điểm trực tiếp (hàn từ hai phía):

Đặc điểm:

- Dòng hàn chạy trực tiếp, hầu như không có sự tổn hao mạch rẽ;

- Hầu hết các máy hàn điểm tiêu chuẩn được thiết kế để hàn theo kiểu này

Hình 27: Sơ đồ nguyên lý hàn tiếp xúc điểm và mối hàn tiếp xúc điểm

Hình 28: Sơ đồ nguyên lý hàn điểm trực tiếp

Trang 25

b Hàn điểm gián tiếp (hàn từ một phía):

Hình 29: Sơ đồ nguyên lý hàn điểm gián tiếp

Trang 26

3.1.2 Hiện tượng dòng mạch rẽ:

IWseq: Dòng điện tổng; IW: Dòng điện hiệu dụng; Ish: Dòng mạch rẽNguyên nhân:

- Do khoảng cách của hai điểm hàn quá gần nhau;

- Vật liệu của chi tiết hàn ở gần điểm hàn bị tiếp xúc với nhau;

- Khi hàn một phía (hàn gián tiếp);

- Do tiếp xúc điện giữa vật hàn với mạch động lực;

- …

3.1.3 Hiện tượng tổn hao do cảm ứng

Hình 31: Hiện tượng tổn hao do cảm ứng trong hàn điện tiếp xúc

Trang 27

Nguyên nhân:

- Do độ lớn của cửa sổ thứ cấp (cao * sâu);

- Do tần số của dòng thứ cấp và lượng từ hoá của phôi làm trở kháng của mạch hàn tăng lên, do đó dòng hàn thứ cấp bị giảm đi

3.1.4 Hiện tượng mài mòn điện cực khi hàn:

Hình 32: Hiện tượng mài mòn điện cực trong hàn điện tiếp xúc

Trang 28

- Dòng điện I có cường độ rất cao chạy từ biến áp hàn qua hệ thống dây dẫn dạng bản tới điện cực dạng bánh xe, sau đó đi qua các bề mặt tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết hàn rồi qua bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn;

- Vì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn lớn nên tại chỗ tiếp xúc sẽ sinh

ra một lượng nhiệt chủ yếu Sau một thời gian có dòng điện chạy qua, kim loại

tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết sẽ được nung nóng đến trạng thái hàn (dẻo hoặc rơm rớm chảy);

- Khi đó ta sử dụng một lực ép P phù hợp thông qua cơ cấu đòn bẩy hoặc khí nén hoặc thuỷ lực tác động lên điện cực để ép hai chi tiết lại với nhau tạo thành liên kết hàn

3.2.2 Các dạng hàn trên máy hàn tiếp xúc đường:

+ Hàn thông thường (hàn liên tục)

Hình 33: Nguyên lý hàn điện tiếp xúc đường

Hình 34: Các dạng hàn trên máy hàn tiếp xúc đường

Hình 35: Các dạng máy hàn tiếp xúc đường

Trang 29

3.2.4 Các dạng liên kết có thể thực hiện

- Hàn chồng;

- Hàn chéo mép;

- Hàn giáp mối với lá kim loại;

- Hàn chồng với lá kim loại và:

- Hàn chồng với điện cực dây

3.3 Hàn tiếp xúc điện cực giả:

- Khi đó ta sử dụng một lực ép P phù hợp thông qua cơ cấu đòn bẩy hoặc khí nén hoặc thuỷ lực tác động lên điện cực để ép hai chi tiết lại với nhau tạo thành liên kết hàn Sau khi ép, các điện cực giả sẽ bị chùn lại

3.3.2 Các dạng hàn tiếp xúc điện cực giả:

F I

Hình 36: Nguyên lý hàn tiếp xúc điện cực giả

Trang 30

- Hàn điện cực giả dập nổi;

- Hàn điện cực giả dạng vòng;

- Hàn điện cực giả dạng vấu;

3.4 Hàn tiếp xúc đối đầu:

3.4.1 Hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy:

- Dòng điện I có cường độ rất cao chạy từ biến áp hàn qua hệ thống dây dẫn dạng bản tới điện cực dạng vam kẹp, sau đó đi qua các bề mặt tiếp xúc giữa

điện cực và chi tiết hàn rồi qua bề mặt tiếp xúc đối đầu giữa hai chi tiết hàn (bề mặt tiếp xúc rộng);

- Vì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn lớn và mật độ dòng điện tại vị trí tiếp xúc giữa hai chi tiết lớn nên tại đó sẽ sinh ra một lượng nhiệt chủ yếu Sau một thời gian có dòng điện chạy qua, kim loại tại bề mặt tiếp xúc giữa hai

chi tiết sẽ được nung nóng đến trạng thái hàn (dẻo);

- Khi đó ta sử dụng một lực ép P phù hợp thông qua cơ cấu đòn bẩy hoặc khí nén hoặc thuỷ lực tác động lên một đầu điện cực để ép hai chi tiết lại với nhau tạo thành liên kết hàn

3.4.2 Hàn tiếp xúc đối đầu điện trở:

- Dòng điện I có cường độ rất cao chạy từ biến áp hàn qua hệ thống dây dẫn dạng bản tới điện cực dạng vam kẹp, sau đó đi qua các bề mặt tiếp xúc giữa

điện cực và chi tiết hàn rồi qua bề mặt tiếp xúc đối đầu giữa hai chi tiết hàn (bề mặt tiếp xúc rộng);

F

I

Hình 37: Nguyên lý hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy

Trang 31

- Vì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn lớn và mật độ dòng điện tại

vị trí tiếp xúc giữa hai chi tiết lớn nên tại đó sẽ sinh ra một lượng nhiệt chủ yếu Sau một thời gian có dòng điện chạy qua, kim loại tại bề mặt tiếp xúc giữa hai

chi tiết sẽ được nung nóng đến trạng thái hàn (dẻo);

- Khi đó ta sử dụng một lực ép P phù hợp thông qua cơ cấu đòn bẩy hoặc khí nén hoặc thuỷ lực tác động lên một đầu điện cực để ép hai chi tiết lại với nhau tạo thành liên kết hàn

F

I

Hình 37: Nguyên lý hàn tiếp xúc đối đầu nóng chảy

Trang 32

Chương 4:

QUÁ TRÌNH NHIỆT KHI HÀN TIẾP XÚC

4.1 Khái niệm về truyền nhiệt

- Hầu hết các phương pháp hàn đều dùng nguồn nhiệt tập trung vào vị trí mối hàn đến nhiệt độ nóng chẩy hoặc nhiệt độ biến dạng dẻo Tuỳ thuộc vào tích chất của vật liệu hàn và của kết cấu mà sự truyền nhiệt nhanh hay chậm khác nhau ra vùng xung quanh

- Chế độ nung nóng và làm nguội không đúng sẽ là một trong các nguyên nhân làm xuất hiện các khuyết tật hàn (nứt nóng, nứt nguội mối hàn và yùng ảnh hưởng nhiệt, mối hàn không ngấu, liên kết hàn cong vênh, tạo ra ứng suất dư ) làm giảm khả năng làm việc của kết cấu

- Trạng thái nhiệt của kim loại hàn, của xỉ hàn và của các phần tử khác tương tác trong quá trình hình thành mối hàn, những quá trình hoá lý, quá trình luyện kim, làm thay đổi tổ chức của liên kết hàn Đặc biệt khi hàn nóng chảy quá trình luyện kim xảy ra rất ngắn sẽ ảnh hưởng tới tổ chức và tính chất của liên kết hàn

- Những giả thuyết đặc trưng cho ứng suất biến dạng phát sinh ra trong kết cấu hàn chủ yếu phụ thuộc vào chu trình nung nóng và làm nguội, phụ thuộc sự lan truyền nhiệt trong liên kết và tổ chức kim loại mối hàn

- Kim loại cơ bản gần mối hàn, (Vùng ảnh hưởng nhiệt: ahn) xác định bởi đặc điểm sự phân bố và sự lan truyền nhiệt, trong đó tốc độ nguội và tốc độ lan truyền nhiệt quyết định vùng ảnh hưởng nhiệt

- Nếu không tính toán đến trạng thái nhiệt của kim loại thì không giải thích được sâu sắc và đầy đủ các hiện tượng xuất hiện khi hàn Muốn nghiên cứu các quá trình hàn phải nghiên cứu đầy đủ các quá trình xẩy ra, phải đặt ra các giả thuyết gần đúng về định luật nung nóng trong vật thể, kết cấu và sự lan truyền nhiệt trong kết cấu đó

- Muốn nghiên cứu một cách tỉ mỉ phải hiểu được các đại lượng vật lý của vật liệu kết cấu

+ Số lượng nhiệt của nguồn sinh ra : Q (cal); (J)

+ Nhiệt dung : C (cal /g. 0C)

Trang 33

+ Khối lượng riêng: γ (g/cm3),( kg/m3)

+ Nhiệt dung thể tích : Cγ ( cal /cm3.0C)

- Với chất rắn nhiệt dung thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, muốn nung nóng một vật thể lên 10C mỗi khoảng nhiệt độ mới hỗn hợp tiêu hao 1lượng nhiệt khác nhau Vật thể nhân một khối lượng nhiệt là Q để nung nóng một khối lượng là G từ T10C lên T20C thì có thể xác định giá trị trung bình của nhiệt dung ở khoảng nhiệt độ cho trước

( / )

) (

0 1

2

C g cal T T G

Q C

−

=

+ Nhiệt dung ở nhiệt độ T :

) / ( cal g0C GdT

nhiệt độ như nhau Trường nhiệt độ đặc trưng

bởi đường đẳng nhiệt hoặc mặt đẳng nhiệt

+ Đường đẳng nhiệt: là đường trên đó

nhiệt độ mọi điểm là như nhau

+ Mặt đẳng nhiệt : là mặt hình học có

nhiệt độ mọi điểm trên bề mặt đó là như nhau,

giao giữa mặt đẳng nhiệt và mặt nào đó thuộc

Trang 34

+ Gradien nhiệt độ của một điểm cho trước có véc tơ cùng phương của

sự biến đổi nhiệt độ lớn nhất trùng với pháp tuyến mặt đẳng nhiệt

+ Khi T0 tăng thì gradien > 0 và ngược lại, nguồn nhiệt tác dụng ở tâm t2

< t1 → gradien < 0

- Nếu vật hàn có sự phân bố nhiệt độ không đều thì phần nhiệt độ cao truyền sang phần nhiệt độ tháp đến một lúc nào đó tại điểm đang xét, nhiệt độ truyền qua có sự cân bằng nhiệt

- Trong vật rắn nhiệt độ truyền từ nơi cao đến nơi thấp gọi là truyền nhiệt trong nội bộ vật thể

- Nhiệt truyền từ nội bộ kết cấu hàn ra bên ngoài môi trường lỏng hoặc

khí gọi là truyền nhiệt đối lưu, bức xạ

- Trong quá trình truyền nhiệt có thể xảy ra một trong ba điều kiện biên :

*Quá trình đoạn nhiệt:

+ Nhiệt độ bề mặt vật thể phụ thuộc vào tọa độ bề mặt và thời gian,

nhiệt độ chỉ phân bố trên bề mặt mà không phân bố bên trong vật thể, tức là nhiệt độ bề mặt không thay đổi trong suốt thời gian t

),,,() ( x y z t T

T F = F

+ Dòng nhiệt phân bố trên bề mặt vật thể phụ thuộc tọa độ bề mặt và thời gian

),,,() ( x y z t q

q F = F

Trang 35

+ Điều kiện biên giới của vật thể không có sự trao đổi nhiệt, trong trường hợp hàn nếu có sự trao đổi nhiệt của vật thể với môi trường xung quanh không lớn lắm so với nhiệt bên trong ta có thể tạm coi là quá trình đoạn nhiệt.

* Quá trình đẳng nhiệt :

Bề mặt kết cấu có nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình hàn

* Điều kiện trao đổi nhiệt với môi trường có nhiệt độ cho trước.

- Trên mặt phẳng tập hợp tất cả các đường đẳng nhiêt (t1, t2, t3,… tn,) là trường nhiệt độ khi hàn tấm mỏng

+ Nếu tấm dày đẳng hướng : Sự phân bố nhiệt khắp bề mặt vật thể là như nhau, tập hợp tất cả các đường đẳng nhiệt tạo một hình trụ

+ Nếu vật thể không đồng nhất, không đẳng hường, nguồn nhiệt di động thì sự phân bố các đường đẳng nhiệt là đường phức tạp và sự phân bố theo chiều dày δ là các đường cong phức tạp

- Sự phân bố nhiệt theo các phương là khác nhau

0

; cos cos

T

n dS

n

T S

T

α α

- Công thức tính nhiệt tổng quát khi nung nóng khối lượng kim loại m tới nhiệt độ T

Q = C.m.t = C.m ∆T

- Dòng nhiệt riêng :

t F

Q q

4.2 Định luật truyền nhiệt Furier

Mật độ dòng nhiệt đi vào phương cho trước tỉ lệ thuận với phương đó (mật độ dòng nhiệt tỉ lệ thuận với Gradien nhiệt độ )

n

T q

Trang 36

- Dòng nhiệt là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là Q (W)

- Dòng nhiệt truyền qua diện tích dF :

- Dòng nhiệt truyền qua bề mặt

phân tố thể tích theo các phương là :

Dòng nhiệt tích lại trong phân tố

thể tích theo các hướng

) (

.

z

q y

q x

q dt dz dy

dx

dt dz dy dx z

q dt dz dy dx y

q dt dz dy dx x

q dQ

dQ dQ

dQ

z y

x

z y

x z

y x

∂

∂ +

∂

∂ +

y

T q

; ) (

z

T z

z

q y

T y

y

q x

T x

x

q

z

z y

y x

Trang 37

T y

x

T x

dxdydzdt

z y

λ

λ= = = (giả thiết vật thể đồng nhất đẳng hướng)

dt dz dy dx z

T y

T x

T

2 2

2

∂

∂ +

∂

∂ +

T y

T x

∂

∂ +

∂

2 2

2

γ λ

Phương trình cho biết sự thay đổi nhiệt độ theo không gian và thời gian của điểm bất kỳ

t

T z

T y

T x

∂

∂ +

∂

2 2

T y

T x

T a

∂

∂ +

∂

2 2

2 2 2

2 2

z

T y

T x

T T

∂

∂ +

∂

∂ +

Đối với một số trường hợp lan truyền nhiệt độ khi hàn phương trình truyền nhiệt có thể đơn giản hơn nhiều

a Khi hàn tấm mỏng

Trang 38

- Nhiệt độ đồng đều theo chiều dầy δ của tấm

- Tấm mỏng nhiệt độ không phụ thuộc vào z Và = 0

∂

z T

)

2 2

2

y

T x

T a t

T

∂

∂ +

Trang 39

b Khi hàn thanh, ống mỏng, các kết cấu tương tự quy về thanh mỏng, tấm mỏng : Lúc đó nhiệt độ sẽ phân đều trên khắp tất cả tiết diện của ống và thanh

không phu thuộc vào y và z Ta có = 0

c Trường hợp cân bằng nhiệt trong quá trình hàn (T 0 cấp =T 0 thoát)

- Mỗi một phân thể tích nhận được cả sự tỏa nhiệt và sự lan truyền nhiệt, lúc cân bằng nhiệt độ của một phân tố bất kỳ nào đó là không đổi T = const

2 2

2

=

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

z

T y

T x

0

2

2 2

2

=

∂

∂ +

∂

y

T x

T

+ Phương trình của quá trình lan truyền nhiệt khi nguồn nhiệt tác dụng

là nguồn nhiệt đường, lúc đó trường nhiệt tác dụng chỉ phụ thuộc vào tọa độ x

Trang 40

- Từ những điều kiện cụ thể trên của hàn đối với phương trình tổng quát

để tính toán quá trình lan truyền nhiệt, ta sử dụng phương pháp truyền nhiệt gần đúng theo các điều kiện đã biêt như nhiệt độ phân bố ban đầu trên kết cấu

- Còn khi nào có trao đổi nhiệt từ trong kết cấu ra bên ngoài của kết cấu

ta phải sử dụng điều kiện biên loại 2 Tính toán hệ số truyền nhiệt đối lưu bức

xạ theo phương trình Niutơn

- Khi sử dụng 3 điều kiện biên, thông thường là điều kiện đẳng nhiệt tức

là bề mặt kết cấu có nhiệt độ không đổi suốt trong quá trình hàn

- Điều kiện biên loại 1 là điều kiện đoạn nhiệt, là điều kiện trao đổi nhiệt

trên bề mặt của kết cấu là bằng không

- Điều kiện trao đổi nhiệt trên bề mặt có tiếp xúc với môi trường có nhiệt

độ cho trước, lúc đó dòng nhiệt tỷ lệ thuận với hiệu nhiệt độ sản phẩm và môi trường, tức là : qF = (TF - To).α

Lúc này nhiệt độ truyền tới bề mặt biên của kết cấu hoàn toàn phù hợp với định luật truyền nhiệt furie

- Nếu mất nhiệt là lớn thì dòng nhiệt là nhỏ tức là tỷ số α / λ  ∞, Lúc đó nhiệt độ bề mặt gần đến nhiệt độ môi trường bao quanh kết cấu hàn tức

là điều kiện trao đổi nhiệt gần tiến tới điều kiện đẳng nhiệt

- Nếu mất nhiệt là nhỏ, dòng nhiệt mạnh tức là tỷ số α / λ 0 , thì sự trao đổi nhiệt ở biên là không có, nhận được điều kiện đoản nhiệt trong quá trình hàn

4.3 Tính toán nhiệt khi hàn

Khi dòng điện chạy qua kim loại thì màng tinh thể của kim loại bị nung nóng lên từ nhiệt độ ban đầu đến một nhiệt độ nhất định nào đó Khi đó, hệ số

α sẽ bị thay đổi kéo theo sự thay đổi của điện trở tại chỗ tiếp xúc Điện trở tiếp xúc sẽ thay đổi từ giá trị cực đại tới giá trị cực tiểu Điện trở tiếp xúc trong quá trình hàn phụ thuộc vào nhiệt độ và lực ép của điện cực

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	7,79 MB

tài liệu môn công nghệ hàn

Hàn điểm gián tiếp (hàn từ một phía):

Kiểm tra không phá huỷ (NDT):