Nghiên cứu nâng cao độ bền chịu mài mòn của xupap động cơ diesel bằng công nghệ hàn đắp plasma với bột hợp kim nền cobalt

Hàn ñắp plasma cho phép phục hồi các chi tiết máy cần chiều dày phục hồi lớn nhưng lại không làm thay ñổi cấu trúc tế vi của kim loại nền, không gây biến dạng chi tiết, bề mặt chi tiết ñ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

TRƯƠNG TIẾN LỘC

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ðỘ BỀN CHỊU MÀI MÒN CỦA XUPAP ðỘNG CƠ ðIÊZEL BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP

PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM NỀN COBALT

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả,

số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả luận văn

Trương Tiến Lộc

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi ựã nhận ựược sự giúp ựỡ và cộng tác nhiệt tình của nhiều tập thể cũng như các cá nhân trong và ngoài Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Phòng thắ nghiệm trọng ựiểm Quốc gia về công nghệ hàn và xử lý

bề mặt, Viện Nghiên cứu cơ khắ,Bộ Công Thương đến nay luận văn của tôi ựã hoàn

thành, tôi xin ựược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS đào Quang Kế và TS Hoàng Văn Châu ựã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình thực hiện

và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ ựiện, Ban ựào tạo sau ựại học, ựặc biệt là Bộ môn Công nghệ Cơ khắ Trường đại học Nông nghiệp

Hà Nội ựã ựóng góp ý kiến, tạo ựiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện

và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ của Phòng thắ nghiệm trọng ựiểm Quốc gia về công nghệ hàn và xử lý bề mặt,Viện Nghiên cứu cơ khắ, Bộ Công Thương ựã giúp ựỡ, tạo mọi ựiều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị cho tôi triển khai thực hiện và hoàn thành luận văn

Nhân dịp này cho tôi ựược gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo ựã giảng dạy và truyền ựạt cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian học tập ở lớp Cao học Cơ khắ nông nghiệp khóa 21, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

Tôi xin chân thành cám ơn !

Tác giả luận văn

Trương Tiến Lộc

1.2.4 Tình trạng hư hỏng và tuổi thọ của xupap xả ñộng cơ ñiezel 22

1.4 Tình hình nghiên cứu và một số kết quả ñạt ñược tại Việt Nam 27

CHƯƠNG 2: ðỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.3 Vật liệu, thiết bị công nghệ 372.3.1 Nghiên cứu, phân tích bột hợp kim cobal dùng trong công nghệ hàn

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ công nghệ hàn ñắp plasma với hợp kim

nền cobalt ñến ñộ bền chịu mài mòn của xupap ñộng cơ ñiêzel 43

3.2.7 Các biện pháp giảm ứng suất dư ñể tăng ñộ dai va ñập của chi tiết 56

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN VỀ KẾT QUẢ THỰC

4.2.1 Mô tả quá trình thực nghiệm 66

4.3 Kiểm tra, ñánh giá ñộ bền chịu nhiệt bằng phương pháp thử kéo vật liệu [4] 74

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

- PAW : Công nghệ hàn hồ quang plasma (plasma Are Welding)

- PTA : Công nghệ hàn plasma bột (plasma Transferred Are)

- TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

- TCTV : Tổ chức tế vi

- B : Chiều rộng mối hàn

- W : Biên ñộ dao ñộng ngang ñầu hàn

4-4: Sai số cho phép của nhiệt ñộ qui ñịnh θ và nhiệt ñộ chỉ thị θi [4] 78

4-7: Kết quả kiểm tra ñộ bền của mẫu thử, vật liệu Co 263-3, thời gian

4-8: Kết quả kiểm tra ñộ giãn dài của mẫu thử, vật liệu Co 263-3, thời

DANH MỤC HÌNH

1-5: Sơ ñồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ

2-4: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ (a) và tốc ñộ biến dạng ε (b) ñến phá hủy

3-1: Ảnh hưởng của dòng ñiện plasma, lưu lượng khí plasma, tỷ lệ bột

3-2: Ảnh hưởng của lưu lượng khí lên hình dạng lớp ñắp và sự hòa tan

3-3: Mối quan hệ của ñiện áp và dòng ñiện ñến nhiệt ñộ hồ quang plasma 45

4-11 Ảnh tổ chức tế vi của vùng hàn (vùng 1), a) 100x; b) 200x 704-12 Ảnh tổ chức tế vi của vùng ranh giới (vùng 2), a) 100x; b) 200x 71 4-13 Ảnh tổ chức tế vi của vùng ảnh hưởng nhiệt (vùng 3), a) 100x; b)

MỞ ðẦU

Chất lượng bề mặt của các chi tiết máy và các trang bị , dụng cụ, kết cấu có ý nghĩa quan trọng Tùy theo yêu cầu cụ thể của ñiều kiện làm việc, chúng ta phải chế tạo ñược các chi tiết, kết cấu có khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, chống gỉ vv… Tất cả các tính chất trên có ý nghĩa quyết ñịnh ñến tuổi thọ, ñộ tin cậy, ñộ bền của máy móc, kết cấu công trình Thêm vào ñó, xu thế nâng cao năng suất và tác dụng nhanh của thiết bị làm cho ñiều kiện làm việc của chúng thêm khắc nhiệt, buộc khoa học - công nghệ phải giải quyết nhiều vấn ñề mà trước hết là bề mặt chi tiết, kết cấu Hiện nay nhu cầu về thiết bị ngày càng nhiều, nguồn tài nguyên ngày càng

ít, vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc ñã mòn, mỏi mất hết giá trị sử dụng, ví dụ kích thước xuống quá giới hạn, không ñảm bảo ñộ bền cũng như dung sai lắp ghép theo ñúng thiết kế v.v… có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn

Ngày nay ñể giải quyết các vấn ñề trên, chúng ta có nhiều gải pháp công nghệ Ví dụ mạ ñiện hóa, mạ hóa học, phủ hóa học, mạ nhúng trong kim loại nóng chảy, thấm kim loại, thấm lưu huỳnh, thấm các bon, thấm ni tơ, thấm xiauya, nhiệt luyện, xử lý tia lửa ñiện, hàn ñắp, phun phủ kim loại vv… Song công nghệ cho phép giải quyết hai yêu cầu cùng một lúc, vừa phục hồi kích thước, vừa tạo nên chất lượng bề mặt phù hợp chỉ có mạ, hàn ñắp, phun phủ mà thôi Hàn ñắp plasma cho phép phục hồi các chi tiết máy cần chiều dày phục hồi lớn nhưng lại không làm thay ñổi cấu trúc tế vi của kim loại nền, không gây biến dạng chi tiết, bề mặt chi tiết ñược phủ các lớp oxit và ñặc biệt bề mặt có thể ñược phủ các lớp vật liệu phi kim loại – ñây chính là những ñiều mà các công nghệ khác không thực hiện ñược

Do plasma có nhiệt ñộ rất cao, có thể dễ dàng hóa lỏng ñược tất cả các loại vật liệu kim loại mà kỹ thuật có thể tạo ra từ trước ñến nay Cho nên hàn ñắp plasma ñang ngày càng ñược ứng dụng rộng rãi ñể chế tạo, phục hồi các chi tiết máy phục vụ trong nhiều ngành như: luyện kim màu, luyện kim ñen, chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật ñiện- ñiện tử, xây dựng, công nghiệp hóa dầu, thực phẩm,

Xuất phát từ những yêu cầu nêu trên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS đào Quang Kế và TS.Hoàng Văn Châu cùng sự giúp ựỡ của các thầy cô giáo trong

Bộ môn Công nghệ Cơ khắ Ờ Khoa Cơ ựiện Ờ Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ựã chọn ựề tài nghiên cứu:

ỘNghiên cứu nâng cao ựộ bền chịu mài mòn của xupap ựộng cơ ựiêzel bằng công nghệ hàn ựắp plasma với bột hợp kim nền cobaltỢ

I Nội dung của ựề tài

Chương 1: Tổng quan vấn ựề nghiên cứu

Chương 2: đối tượng, thiết bị và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết

Chương 4: Thực nghiệm và thảo luận về kết quả thực nghiệm

xây dựng, vận tải biểnẦ

- Xác ựịnh ựược các yếu tố chắnh ảnh hưởng ựến ựộ bền chịu mài mòn của xupap và quá trình làm việc của xupap ựộng cơ ựiêzel

- Trên cơ sở phân tắch lý thuyết và thực nghiệm ựể lựa chọn các thông số công nghệ hàn ựắp plasma với hợp kim nền cobalt trong phục hồi chi tiết xupap ựộng cơ ựiêzel

- đánh giá ựộ bền chịu nhiệt của vật liệu Co 263-3

- Phục hồi kắch thước, hình dạng ban ựầu và nâng cao ựộ bền chịu mài mòn của xupap ựộng cơ ựiêzel ựể ựưa vào sử dụng

2.Cơ sở khoa học và thực tiễn của ựề tài

- đề tài ựã tiến hành nội dung nghiên cứu trên các bước cơ bản kết hợp lý thuyết

và thực nghiệm, kiểm tra ựo ựạc tại các Phòng thắ nghiệm chuyên ngành, tại các cơ sở

sản xuất và áp dụng vào thực tế, tiến hành trên mẫu và trên chi tiết công nghiệp

- đã ứng dụng hiệu quả công nghệ ựiều khiển, tin học vào nghiên cứu công

nghệ hàn và chế tạo, phục hồi chi tiết máy

- đề tài ựã tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực công nghệ trọng ựiểm: Thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu về ựặc ựiểm của phương pháp hàn Plasma với bột hợp kim là phương pháp ựang ựược ứng dụng rộng rãi trên thế giới tại các nước

công nghiệp phát triển ựể chế tạo mới và phục hồi chi tiết máy

- đề tài ựã triển khai áp dụng công nghệ hàn ựắp tự ựộng bằng hồ quang Plasma dịch chuyển với bột hợp kim trong phục hồi Xupap ựộng cơ máy thủy phục vụ cho sản xuất, tạo ựiều kiện nâng cao chất lượng công nghệ sản phẩm

thiết bị ở Việt Nam

- Bằng thực nghiệm ựã xác ựịnh ựược mối quan hệ giữa dòng ựiện hồ quang với ựộ cứng Khi tăng dòng ựiện hồ quang lên thì ựộ cứng lớp hàn ựắp giảm xuống

và ngược lại

- đã ứng dụng kết quả của ựề tài hàn ựắp nâng cao ựộ bền chịu mài mòn của xupap xả ựộng cơ ựiezell

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Công nghệ hàn plasma bột

1.1.1 ðặc ñiểm công nghệ hàn bột plasma

1.1.1.1 Nguyên lý công nghệ hàn bột Plasma

Quy trình hàn bột Plasma (PTA) ñược sử dụng ñể ñắp lên vật liệu nền một lớp kim loại làm tăng khả năng chống chịu mài mòn hoặc ăn mòn do những ñiều kiện làm việc trong môi trường khắc nghiệt của chi tiết máy Kỹ thuật này ñược ứng dụng ñể làm tăng ñộ cứng bề mặt, tăng khả năng chịu mài mòn bề mặt chi tiết ðây

là công nghệ tiên tiến trong xử lý bề mặt mà ñối tượng là hồ quang ñiện giữa ñiện cực vonfram và vật liệu phủ bề mặt

Quá trình hàn bột Plasma hồ quang dịch chuyển (PTA) có thể ñược coi là một dẫn xuất của quá trình hàn hồ quang Plasma (PAW) Cả hai quy trình hàn sử dụng một ñiện cực vonfram không tiếp xúc nằm bên trong ñầu hàn, mỗi mỏ hàn ñều ñược làm mát bằng nước, khí bảo vệ ñể bảo vệ bể hàn nóng chảy và khí Plasma ðiểm khác biệt giữa hai quá trình hàn nằm trong bản chất của vật liệu phụ ñó là bột thay vì dây, kim loại phụ ñược cung cấp dưới dạng bột bởi một chất khí vận chuyển (khí mang) ñến khu vực hồ quang mà trong ñó ñã chứa ñầy ñủ các thành phần nguyên tố hợp kim với hàm lượng cần thiết tuỳ thuộc vào tính chất lớp ñắp yêu cầu (bột hợp kim)

Trong hai quá trình hàn bột Plasma và hàn hồ quang plasma sử dụng một khí trơ như khí plasma, khí này buộc phải ñi qua các lỗ của ñầu hàn, nơi ñiện cực ñược ñịnh tâm chắc chắn Khí bảo vệ qua miệng ñầu hàn bao quanh bên ngoài lớp hàn có tác dụng chống lại sự ôxy hóa từ không khí bên ngoài khí quyển lên bề mặt lớp hàn Mặt khác, trong quá trình hàn bột Plasma khí mang ñược sử dụng ñể vận chuyển vật liệu phụ thông qua ñường dẫn và ñược ñiều chỉnh lượng cấp cho phép ñến khu vực hồ quang plasma sao cho lượng bột cấp là tập trung nhất Khí ñược sử dụng cho mục ñích này thường là khí argon

ðặc trưng của phương pháp hàn bột plasma hồ quang dịch chuyển ñó chính

là hồ quang Plasma Plasma (một chất khí bị ion hóa hoàn toàn ñạt ñến trạng thái dẫn ñiện) có thể ñược xem như là trạng thái tự nhiên thứ tư của vật chất Trạng thái Plasma chiếm hơn 99,9% thành phần vật chất trong vũ trụ Nhiệt Plasma bao gồm một chất khí có ít nhất 1% bị ion hóa với một nhiệt ñộ lớn hơn 13.000 ° C và là một chất dẫn ñiện tốt Trong quá trình phát sinh từ khí trơ ñến argon tạo thành một dòng Plasma tập trung ở nhiệt ñộ cao

Bột hợp kim ñược ñưa từ cơ cấu cấp bột vào ñầu hàn plasma nhờ khí mang bột Cơ cấu cấp bột ñảm bảo ñịnh lượng bột cấp chính xác và ổn ñịnh nhờ mạch phản hồi ñưa về ñộng cơ cấp bột ñược ñiều khiển bởi phần mềm máy tính

Cấu tạo của ñầu hàn bột Plasma [8]:

Hình 1-1: Sơ ñồ cấu tạo của mỏ hàn bột Plasma

Bột hợp kim bị nóng chảy khi ñi qua hồ quang plasma và ñược rót vào vũng hàn Toàn bột vùng hàn ñược bao bọc bởi lớp khí bảo vệ Argon Bộ cấp khí có nhiệm vụ cung cấp và ñiều chỉnh tự ñộng bằng mạch ñiện tử lưu lượng khí tạo

về mặt luyện kim (tương tự như ñúc) với kim loại cơ bản

Hình 1-2: Nguyên lý công nghệ hàn bột Plasma

Hàn hồ quang Plasma ñể làm cứng bề mặt chi tiết là một phương pháp hàn phù hợp tạo ra một liên kết kim loại nóng chảy giữa lớp nền và lớp ñắp Chiều dày lớp ñắp có thể dao ñộng từ 0,6 ÷ 6,0 mm, chiều rộng từ 3 ÷ 10 mm khi sử dụng một lớp hàn ñắp, nhiều lớp hàn khi hàn chiều dày lớp ñắp có thể ñến 20 mm và chiều rộng trên 30 mm [11]

Trong hàn hồ quang ñể làm cứng bề mặt chi tiết, hai nguồn cung cấp ñiện

DC ñược sử dụng: nguồn thứ nhất tạo hồ quang không dịch chuyển giữa ñiện cực vonfram (-) và anot (+) và sau ñó hồ quang tạo nên giữa ñiện cực vonfram (-) và vật hàn (+) Hồ quang mồi tạo nên do một thiết bị tần số cao và dòng khí plasma bao quanh catot (cực âm) ñược ion hóa ở ñầu ñiện cực

Khi hồ quang chuyển dịch ñược tạo nên, vật hàn trở thành một phần của mạch ñiện và hồ quang plasma ñược dẫn hướng và tập trung thông qua các miệng của ñầu hàn vào vật hàn Bột phun ra dưới một áp lực lớn của dòng khí Argon, từ ñầu hàn tới bề mặt của chi tiết hàn ðầu hàn sau ñó hoặc là di chuyển bằng cách dịch chuyển chùm tia lên trên vật hàn, hoặc là vật hàn ñược xoay hay di chuyển theo ñầu hàn ñể tạo ra một lớp hàn ñắp.Các lớp ñắp hồ quang có tỷ trọng lớn và ñược liên kết liền khối với vật hàn Cấu trúc lớp ñắp là liền khối của kim loại nóng chảy cùng với sự hình thành các tinh thể dạng nhánh trong suốt quá trình ñông ñặc

Một tính năng quan trọng nhất của quá trình hàn bột plasma hồ quang dịch chuyển là nó cho phép khống chế phần kim loại cơ bản tham gia vào kim loại ñắp

Tỷ lệ kim loại cơ bản tham gia vào kim loại ñắp chỉ còn 5%, so với 20-25% khi hàn bằng các phương pháp hàn tiên tiến khác như hàn MAG, MIG, TIG Do ñó chỉ cần một lượt hàn ñã có thể ñạt ñược các tính chất cần thiết của lớp ñắp

1.1.1.2 Qúa trình lý hóa khi hàn plasma

Trong quá trình hàn nóng chảy, quá trình lý hóa xảy ra trong kim loại vũng hàn cũng giống như quá trình luyện kim ví dụ quá trình oxy hoá, khử oxy, cháy hợp chất hợp kim, hợp kim hoá … nhưng nó có dặc ñiểm riêng của nó

Khi hàn hồ quang kim loại bị chảy ra rất nhanh ( khoảng vài giây) và lượng kim loại bị nóng chảy rất nhỏ (khoảng 8cm3) nhiệt ñộ kim loại vũng hàn cao hơn rất nhiều so với các lò luyện Sau khi hàn xong kim loại vùng hàn do tiếp xúc với kim loại vật hàn nên nguội lạnh rất nhanh Do các ñặc ñiểm trên nên quá trình hoá lý không thể thực hiện ñược triệt ñể

Hình 1-3 : Hàn bột Plasma 1.1.1.3.Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy

a Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy

Khi hàn nóng chảy nhiệt ñộ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800oC Ở trạng thái nhiệt ñộ cao kim loại lỏng chịu sự tác ñộng mạnh của môi trường xung quanh và các nguyên tố có trong thành phần que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng và một phần bị bay hơi Trong vùng mối hàn xảy ra nhiều quá trình như ôxy hoá, khử ôxy, hoàn nguyên và hợp kim hoá mối hàn, quá trình tạo xỷ và tinh luyện ,

Các quá trình ñó phần nào tương tự như những quá trình luyện kim nên người ta gọi quá trình này là quá trình luyện kim khi hàn nhưng xảy ra trong một thể tích nhỏ và thời gian ngắn

Hình 1- 4: Sơ ñồ những yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng mối hàn

b Vũng hàn và ñặc ñiểm của nó

Khi hàn, dưới tác dụng của nguồn nhiệt, vùng kim loại nóng chảy tạo nên một vũng hàn Kim loại ở ñây là hổn hợp các nguyên tố của kim loại cơ bản và kim loại vật liệu hàn Vũng hàn ñược chia ra 2 vùng chính: vùng ñầu và vùng ñuôi vũng hàn Hình 1-5: biểu diễn sơ ñồ mối ghép hàn và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn

hồ quang [6]:

Hình 1-5: Sơ ñồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ

quang (b)

Hình 1-6: Sơ ñồ ñường hàn và vị trí vũng hàn I- Vùng ñầu vũng hàn; II-Vùng ñuôi vũng hàn 1- Vùng có nhiệt ñộ không xác ñịnh;

2- Vùng có nhiệt ñộ khoảng 1800oC;

3-Vùng có nhiệt ñộ gần nhiệt ñộ nóng chảy (khoảng 1500oC)

B- Chiều rộng mối hàn;

C- Chiều cao mối hàn; H - Chiều sâu mối hàn

c Tổ chức kim loại mối hàn và vùng cận mối hàn

Sau khi ñông ñặc, kim loại mối hàn sẽ có thành phần khác so với kim loại cơ

Hình 1-7: Tổ chức kim loại vũng hàn

Hình 1-8: Vùng ảnh hưởng nhiệt

Hình 1-9: Tổ chức kim loại vùng mối hàn và cận mối hàn

Tổ chức kim loại mối hàn phụ thuộc phương pháp hàn, kim loại vật hàn, và chế ñộ hàn Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn ñược chia ra 7 vùng khác nhau : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt gồm có các vùng : vùng quá nhiệt, vùng thường hoá, vùng kết tinh lại không hoàn toàn vùng kết tinh lại, vùng dòn xanh

- Vùng mối hàn (1) :

Vùng này kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi nguội lạnh có tổ chức tượng tự

tổ chức thỏi ñúc, thành phần và tổ chức khác với kim loại bột hàn và vật hàn

Vùng sát với kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc ñộ nguội lớn nên hạt rất nhỏ Vùng tiếp theo kim loại sẽ kết tinh theo hướng thẳng góc với mặt tản nhiệt tạo nên dạng nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm do nguội chậm, nên hạt lớn và có lẫn chất phi kim

Có thành phần kim loại hỗn hợp giữa vật hàn, vật liệu hàn Tổ chức có dạng kéo dài về tâm mối hàn (theo hướng kết tinh) Vùng gần viền chảy có tổ chức hạt nhỏ mịn

do tốc ñộ tản nhiệt nhanh; vùng trung tâm có lẫn nhiều tạp chất do kết tinh sau cùng

và pha ñặc nên trong mối hàn có thể lẫn các tạp chất Hạt tinh thể vùng này nhỏ, có

cơ tính tốt Vùng này tồn tại 2 pha lỏng có chhiều rộng vùng này nhỏ khoảng 0,1- 0,3 mm rất khó phân biệt chúng nên gọi chung là vùng viền chảy

-Vùng ảnh hưởng nhiệt :

Là vùng có nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt ñộ nóng chảy nhưng có tổ chức và tính chất thay ñổi dưới tác dụng của nhiệt ñộ Chiều rộng vùng này phụ thuộc chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt, chế ñộ hàn, phương pháp hàn,

Có nhiệt ñộ khoảng (880 - 11000C), có chiều rộng khoảng 0.2 - 5 mm có tổ chức gồm các hạt ferit nhỏ và một số hạt peclit, cơ tính tốt

- Vùng kết tinh lại không hoàn toàn (5):có nhiệt ñộ khoảng T = 720- 8800C Tức là nằm trong khoảng AC1 - AC3, nên có thể xảy ra quá trình chuyển biến ôstenit về tổ chức péclít và martenxit cho nên có thành phần hoá học và cơ tính không ñồng nhất, tổ chức là các hạt ferit to và ôstenit nhỏ, vì thế cơ tính vùng này giảm (do hạt không ñều)

- Vùng kết tinh lại (6) :

Là vùng có nhiệt ñộ 500-7000C Tổ chức giống tổ chức kim loại vật hàn, nhưng ở nhiệt ñộ này là nhiệt ñộ biến mềm làm mất hiện tượng biến cứng ( ví dụ làm mất sự không cân bằng và kéo dài của hạt khi gia công áp lực nguội) nên tổ chức tính chất của kim loại trở lại trạng thái ban ñầu Vùng này có ñộ cứng giảm, tính dẻo tăng

- Vùng dòn xanh (7) : T = 100 - 500oC

Tổ chức kim loại ít bị thay ñổi, gần giống vật liệu cơ bản nhưng do không khí xâm nhập vào nên cơ tính giảm, tồn tại ứng suất dư, kim loại bị hoá già, khi thử kéo mẫu hay bị ñứt vùng này Chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc: chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt hàn, ñiều kiện thoát nhiệt khỏi vũng hàn

Chiều dày vật hàn lớn, nguồn nhiệt hàn nhỏ, ñiều kiện thoát nhiệt tốt, chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ và ñộ cứng kim loại tăng Nung nóng sơ bộ trước khi hàn, nguồn nhiệt lượng, chiều dày vật hàn nhỏ thì tổ chức mối hàn ở vùng ảnh hưởng nhiệt thô, chiều rộng vùng quá nhiệt tăng vì thế giảm tính dẻo, ñộ dai va chạm của mối hàn và vùng lân cận mối hàn Hàn hồ quang plasma có vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ nhất Dòng ñiện càng nhỏ, tốc ñộ hàn càng lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ

1.1.2 Ưu, nhược ñiểm của công nghệ hàn bột Plasma

1.1.2.1 Ưu ñiểm

- Nhờ có sự tập trung khí plasma mà vùng nóng chảy ñược thu hẹp một cách tương ñối và ñiều này giảm tối thiểu nhiệt ñộ làm việc của vật liệu cơ bản

- Lớp bột chuyển tiếp rất mỏng tạo thành lớp hàn ñắp giữa vật liệu cơ bản

và bản thân bề mặt hàn với ñộ dày cho phép khoảng từ 1÷2 mm

- Cùng với việc ñịnh vị chi tiết bề mặt hàn,một lớp hàn ñược tạo thành giữa 2

bề mặt hàn với dung sai lớn khoảng 1mm nên giảm thiểu chi phí gia công tiếp theo

- Giảm tối thiểu sự pha loãng của vật liệu nền, tự ñộng hóa dễ dàng, dễ dàng ñiều chỉnh ñường hàn có nghĩa là tạo ra chất lượng cao và lớp phủ có tính chịu mài mòn trong hầu hết các hợp kim Ứng dụng rất hiệu quả cho sản xuất hàng loạt

1.1.2.2 Nhược ñiểm

- Vật liệu hàn bột là các vật liệu ñắt tiền nhất so với vật liệu que hoặc dây hàn

- ðối với hàn bột Plasma thì yêu cầu việc ñịnh vị với việc cấp bột tự ñộng lên

bề mặt theo dạng hình trụ và hình cầu phải rất chính xác trong giới hạn cho phép

- Giống như việc bổ sung vât liệu, phương pháp này yêu cầu phải sử dụng chủ yếu là bột nền coban như hợp kim nguội bao (gồm Coban, crom, vonfram và molipden) ñể tạo ra lớp chống chịu ñược ñộ cứng cao (lên ñến 55HRC) chịu mài mòn với hóa chất, và ăn mòn nhiệt và tải tiếp xúc

- Trong quá trình PTA, khí plasma ñược tập trung trong khi buộc phải thông qua các cực anot chịu nhiệt, gây ra một sự gia tăng ñáng kể mật ñộ hồ quang, năng lượng và nhiệt ñộ

1.1.3 Ứng dụng công nghệ hàn plasma bột

Hàn plasma bột là công nghệ hàn tiên tiến, PTA có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp, ñặc biệt là lĩnh vực phục hồi các chi tiết máy chịu mài mòn và tạo lớp ñắp cứng bề mặt của dụng cụ cắt (dao xén giấy, dao băm tre, )

Một số ứng dụng ñiển hình của công nghệ hàn plasma bột:

Hình 1-11: Tạo lớp ñắp cứng bề mặt chịu mài mòn các chi tiết

Hình a: Răng gầu xúc; Hình b: Trục vít ñùn trong công nghiệp xi măng

Hình a Hình b

Hình 1-12: Tạo lớp ñắp cứng bề mặt chịu mài mòn các chi tiết

Hình a: Lưỡi cày bừa; Hình b: Trục nghiền trong công nghiệp xi măng

Hình 1-13: Phục hồi bề mặt làm việc của xupap 1.2.Tổng quan về xupap

1.2.1.Cấu tạo xupap

- Nhiệm vụ: Xupap là một bộ phận của ñộng cơ phục vụ cho việc mở ñịnh

kỳ và ñóng các lỗ hút và xả của các kỳ tùy thuộc vào vị trí của piston trong xi-lanh

và thứ tự của ñộng cơ

- Cấu tạo:

Hình 1-14: Cấu tạo của xupap Các xupap ñược cấu tạo gồm 3 phần: nấm, thân và ñuôi xupap

+ Nấm xupap:

Hình 1-15: Nấm xupap

Nấm xupap có dạng hình côn phía trên ñỉnh làm phẳng hoặc lõm, mặt vát của

ñế tiếp xúc kín với mặt vát của ñế xupáp (ổ ñặt) góc vát thường 45o hay 30o ñối với xupáp nạp ñộng cơ công suất lớn

Nấm xupap có phần mép hình trụ có chiều dày ñủ lớn ñể ñảm bảo bền và kích thước khi sửa chữa

ðường kính nấm xupáp hút lớn hơn ñường kính nấm xupáp xả ñể ñảm bảo hệ

ðộng cơ công suất lớn thân xupáp xả ñược làm rỗng trong chứa bột Nátri ñể nhanh truyền nhiệt làm mát Khi xupáp chịu nhiệt ñộ cao Natri hoá lỏng chảy ở 97

0 C, chất lỏng Natri tham gia vận chuyển nhiệt từ mặt nấm tới thân và qua ống dẫn hướng, nắp và nước làm mát

Thân xupap là một thanh chịu lực bề mặt tiếp xúc với rãnh hướng xupap Trọng tâm là các xupap phải có một biên ñộ ñủ an toàn có thể chịu ñược tải trọng liên tục truyền ñến cánh xupap ðường kính của thân phụ thuộc vào trọng lượng và hiệu quả hoạt ñộng dự kiến của xupap Cắt giảm ñường kính của các xupap và làm tăng ñáng

kể ñộ thấm hỗn hợp vào ñầu xupap là một giải pháp hữu ích Làm giảm ñáng kể trọng lượng của xupap có thể ñược giảm ñường kính của thân

Mạ Chrome cho xupap làm tăng ñộ bền của nó trong ñiều kiện bôi trơn không

ñủ ðiều này ñặc biệt ñúng ñối với sự nóng lên các xupap xả

+ ðuôi xupap:

Là phần nhận lực của cò mổ, có tiện rãnh tròn ñể lắp móng hãm cùng ñế chặn lò

xo Móng hãm ñược xẻ làm hai, mặt ngoài hình côn, ñáy lớn ở trên Mặt trong của

ñế ñỡ lò xo cũng là mặt côn ăn khớp với mặt ngoài của móng hãm bóp chặt hai phần móng hãm ngàm vào rãnh

a/ b/

Hình 1-17: ðuôi xupap(a) và kết cấu một số ñuôi xupap(b)

Hình 1-18: Các quy ựịnh chuẩn về kắch thước của xupap

Xupáp ựược lắp ghép ựậy kắn với ựế xupáp trên nắp máy nhờ ống dẫn hướng, lò

xo xu páp, ựế ựỡ lò xo, móng hãm đế xupap nằm trên nắp máy và cũng có mặt vát tương tự đế có thể ựược gia công trực tiếp trên nắp máy (nếu nắp máy ựúc bằng gang) hoặc chế tạo thành chi tiết rời rồi ép vào nắp máy Các mặt tỳ của nấm xupáp

và ựế phải ựược mài rà với nhau kỹ lưỡng trước khi lắp ựể ựảm bảo ựộ kắn Thân xupáp di chuyển trong ống dẫn hướng, ống này thường ựược chế tạo ựộc lập sau ựó

ép vào nắp máy Nó vừa có nhiệm vụ dẫn hướng vừa làm kắn Do vậy, phần thân xupáp trượt trong ống phải ựược gia công với ựộ chắnh xác và ựộ bóng cao đuôi của xu páp thường là nơi bố trắ chi tiết hãm Kết cấu của khoá hãm tương ựối ựa dạng, nhưng phổ biến hơn cả là loại khoá hãm 2 nửa: mặt ngoài côn, mặt trong trụ

và có gờ ăn vào rãnh tiện trên ựuôi xu páp Khoá này chặn ựĩa ựỡ phắa trên của lò

xo, nhờ nó mà lực ựẩy của lò xo ựược truyền sang thân xu páp, ựảm bảo cho mặt tỳ của xupáp luôn tỳ chặt lên ựế, nghĩa là ựảm bảo ựộ kắn cho buồng ựốt khi xupáp ở trạng thái ựóng

+ Bề mặt xupap và chất lượng của nó ảnh hưởng rất lớn ựến dòng hỗn hợp khắ

- nhiên liệu và dòng khắ thải chảy qua lỗ xupap Việc ựánh bóng các bề mặt ựầu các loại xupap ựạt chất lượng cao là rất quan trọng, làm tăng ựộ bền của xupap và tạo ựiều kiện cho việc lưu thông dòng chảy của các hỗn hợp khắ đánh bóng có rất nhiều ưu ựiểm đầu tiên, bằng cách loại bỏ các bề mặt gồ ghề và xử lý tất cả các khiếm khuyết ban ựầu tạo ựiều kiện thuận lợi cho các dòng chảy hỗn hợp và thứ hai, trong quá trình ựánh bóng loại bỏ bất kỳ các ựiểm tập trung ứng suất cho bề mặt xupap

1.2.2 Vật liệu chế tạo xupap

Trong quá trình làm việc của ựộng cơ, xupáp xả phải chịu nhiệt ựộ rất cao do luồng khắ cháy ựi qua nó ở kỳ xả Vì vậy, xupáp xả thường ựược chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt, còn xu páp hút ựược chế tạo bằng thép crôm đôi khi phần ựầu

và thân của xu páp ựược chế tạo rời từ các loại vật liệu khác nhau và ghép lại với nhau bằng mối hàn Trong một số trường hợp, thân và ựầu xupap ựược làm rỗng, trong ựó chứa các loại muối nóng chảy hay natri kim loại (nóng chảy ở nhiệt ựộ 97ồ C) Khi gặp nhiệt ựộ cao, các chất này nóng chảy, làm tăng khả năng ựiều hoà nhiệt

ựộ trên toàn thân xu páp (dẫn nhiệt nhanh từ vùng nóng sang vùng nhiệt ựộ thấp hơn) và làm giảm nhiệt ựộ cho khu vực chịu nhiệt cao của xupap

Vật liệu cho các loại xupap phải ựáp ứng tất cả các yêu cầu của ựộng cơ Thuật ngữ "thép không gỉ" thường ựược áp dụng ựối với thép hợp kim, có chứa crôm ắt nhất 10% Như các hợp kim gần mức này sẽ có giá cả vẫn còn thấp so với thép hợp kim cacbon cao

+ Sil XB, 422, 21 và 21-2N-4N: hợp kim thép không gỉ

+ 1541: thép carbon cao với các bổ sung của mangan, làm tăng sức ựề kháng ăn mòn 8440: thép hợp kim, thắch hợp cho làm việc với xupap nặng để tăng sự ổn ựịnh nhiệt của các hợp kim crôm

+ Sil1: thép hợp kim có hàm lượng Cr 8,5%, thắch hợp cho làm việc với xupap nặng được sử dụng cho các loại xupap chất lượng ựầu vào cao

+ Sil XB: ferit hợp kim có chứa 20% crôm và niken 1,3% Nó ựược sử dụng cho sản xuất của các xupap nạp, làm việc với tải trọng cao

+ 422: thép hợp kim không gỉ ựược sử dụng ựể sản xuất lượng xupap cao Các hợp kim phát triển ựặc biệt cho xupap với tầm hoạt ựộng nhiệt ựộ không thắch hợp cho việc sản xuất các xupap xả Xupap từ các loại hợp kim này thường có chỉ ựịnh

"cho các môi trường khắc nghiệt"

+ Ti-6: titan - một loại vật liệu ựược sử dụng ựể sản xuất các loại xupap hoạt

+ 21-2N: thép không gỉ austenit hợp kim có chứa 21% crôm và niken 2% Các vật liệu phổ biến nhất cho việc sản xuất các xupap xả, giữ lại các tài sản có tăng ñáng

kể nhiệt ñộ Do xử lý bổ sung của các ñặc tính xupap của vật liệu này có thể ñược gần gũi hơn ñể tối ưu Kết quả là một xupap không tốn kém và chất lượng rất cao

+ 21-4N: austenit hợp kim thép không gỉ, chất lượng tương tự như 21-2N, nhưng với một nội dung nickel cao hơn (4%) ðược sử dụng như là một thay thế cho hợp kim 21-2N

Bảng 1-1: Một số loại thép thông dụng chế tạo xupap trên thế giới

9 33Cr23Ni8Mn3N X33CrNiMnN238

Bảng 1-2: Cơ tính của thép 40Х9С2 Giới hạn bền

(MPa)

Giới hạn chảy (MPa)

ðộ giãn dài (%)

ðộ co kéo (%)

ðộ cứng (HB) Nhiệt ñộ tôi

1.2.3 ðiều kiện làm việc của xupap xả ñộng cơ ñiezel

Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải ñộng và phụ tải nhiệt rất lớn

Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên ñến 10.000 ñến 20.000 N (trong ñộng cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể tăng ñến 30.000 N)

Do xupap xả trực tiếp tiêp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt ñộ rất cao Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va ñập mạnh với ñế xupap nên rất dễ biến dạng Nhiệt ñộ của xupap xả trong ñộng cơ diezel là 500-6000C Nhất là trong

kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt ñộ rất cao, vào khoảng 700-9000C ñối với ñộng cơ ñiezel

Hơn nữa tốc ñộ dòng khí thải rất lớn, mới bắt ñầu thải cơ thể ñạt ñược

400-600 m/s nên khiến cho xupap nhất là xupap xả thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn

Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt ñế xupap Vì vậy vật liệu dùng ñể chế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống ñược ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt

ñộ cao

Các xupap ñược ñặt tại ñầu xi-lanh ở một góc với trục thẳng ñứng của xi lanh Các xupap hút bằng thép thông thường ñược làm nguyên khối, còn xupap xả ñược làm từ 2 phần và ñược nối với nhau bằng phương pháp hàn Phần trên của xupap chính là phần lõi trục của nó ñược làm bằng thép chịu mài mòn cao, phần dưới của trục và ñầu của các xupap xả làm bằng thép chịu nhiệt

Hình 1-20: Xupap bị rõ bề mặt tiếp xúc với buồng ñốt

* ðặc ñiểm: trong quá trình làm việc bề mặt nấm tiếp xúc với ñế xupap bị mòn, rỗ

dẫn ñến xupap ñóng không kín và làm giảm công suất của ñộng cơ (khe hở ñối với

xupáp nạp nhỏ hơn 0,08mm ñối với xupap xả 0,1mm)

* Nguyên nhân hư hỏng:

+ Thân xupáp bị mòn do ma sát, bị cong, kẹt trong ống dẫn hướng do khe hở lắp ghép lớn, nhớt bị cháy, nhiều muội than dẫn tới xupap không ñóng kín với ổ ñặt

+ Cháy xupap: khí thải sẽ rò qua bộ mặt làm kín của xupap Nếu khí cháy rò Tốc ñộ của khí cháy rò qua xupap cao sẽ làm hỏng xupap ðể xupap bị mòn quá mức làm cho bề mặt làm kín giữa xupap và nấm xupap sẽ bị lõm xuống tạo thành vành lõm xung quanh nấm xupap làm tăng sức cản lưu thông của khí xả.ít thì không quan trọng lắm, nhưng khí xả sẽ ngày càng rò nhiều hơn, nhiệt ñộ khí xả sẽ tăng Trong trường hợp cần thiết thì phải cắt nhiên liệu của xilanh ñó, phát hiện xupap bị rò càng sớm càng tốt

- ðuôi xupáp mòn do ma sát, va ñập

Hình 1-23: Nấm xupap bị nứt, vớ, cháy 1.2.4.2 Nguyên nhân cháy của Xupap xả

- Liên tục quá tải của ñộng cơ, cụ thể gây ra nhiệt ñộ khí thải cao

- ðốt trong (hoặc sau khi ñốt) không hết của nhiên liệu do kim phun nhiên liệu bẩn, áp lực phun nhiên liệu không chính xác, nhiệt ñộ nhiên liệu không chính xác, phun nhiên liệu vào cuối thời gian, thiếu không khí, nước hoặc tạp chất trong nhiên liệu

- Xupap không ñóng cửa do giải phóng khí không chính xác hoặc thiếu cung cấp không khí vào

- Không ñủ cung cấp nước làm mát có thể gây ra các xupap quá nóng

- Ăn mòn do nhiên liệu kém chất lượng, trong ñó có chứa natri vanadi cao

- Không ổn ñịnh vật liệu ñược sử dụng

1.3 Tình hình nghiên cứu và các kết quả ñạt ñược ở nước ngoài

Từ năm 1941, các nhà khoa học Mỹ ñã nỗ lực nghiên cứu giải pháp hàn và cắt các loại vật liệu từ kim loại nhẹ và hợp kim của chúng nhằm phục vụ cho Công nghiệp Quốc phòng, ñặc biệt là chế tạo kết cấu máy bay Nhờ vậy, một trong những phương pháp hàn mới ñã ñược phát minh ñó là hàn hồ quang bằng ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ TIG (Tungsten Inert Gas) Từ những năm 1950, hàn TIG ñã ñược công nhận như là một phương pháp hàn tiên tiến [7] ứng dụng một cách có hiệu quả ñể chế tạo các liên kết hàn từ vật liệu khó hàn và ñòi hỏi chất lượng cao

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu nhằm phát triển hơn nữa công nghệ hàn TIG, các nhà khoa học Mỹ không những ñã nhận thấy một số hạn chế của phương pháp hàn này mà còn phát hiện thêm hiệu ứng quan trọng của hồ quang plasma nén và từ ñó các công trình nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang plasma PAW (Plasma Arc Welding) ñã ñược có một sự phát triển mạnh mẽ [9,10]

So sánh với quá trình hàn hồ quang bằng ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ, hàn hồ quang plasma có những ưu ñiểm vượt trội: Mức ñộ tập trung năng lượng nhiệt cao hơn ( nếu như trong hàn TIG hồ quang có dạng hình nón

và nhiệt ñộ chỉ ñạt tới khoảng 5.000- 6.0000K thì nhiệt ñộ của hồ quang plasma nén

có thể vượt quá 24.000 0 K); ñộ ổn ñịnh của hồ quang cao hơn, có thể sử dụng chế

ñộ hàn với phạm vi ñiều chỉnh cường ñộ dòng hàn lớn ( từ một vài ampe ñến hàng trăm ampe); Chất lượng mối hàn cao và ổn ñịnh (vì các thông số của vũng hàn ít phụ thuộc vào khoảng cách làm việc, ít bị khuyết tật công nghệ), vùng ảnh hưởng nhiệt có kích thước bé,…

Bằng nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ), Tây Âu, Nhật Bản…, công nghệ hàn hồ quang plasma ngày càng ñược phát triển và hoàn thiện và vào ñầu thập kỷ 60 nó ñã ñược ứng dụng khá rộng rãi và có hiệu quả

ở các nước công nghiệp phát triển, ñặc biệt là ở khu vực châu Âu ñể hàn thép hợp

Ngày nay bằng nhiều kết quả nghiên cứu về công nghệ và thiết bị mới ựã ựưa công nghệ hàn plasma thay thế các công nghệ hàn bằng tia laser hoặc hàn bằng chùm tia ựiện tử mà trước ựây bắt buộc phải sử dụng với chi phắ và mức ựộ ựầu tư rất cao đó là các sản phẩm như bình nhiên liệu cho các tàu con thoi, vỏ tàu cánh ngầm và tàu ngầm, bồn bể chứa hóa chất, thiết bị hóa thực phẩm, máy móc trong công nghiệp dược phẩm, y tế,

để ựáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành công nghiệp sản xuất tiên tiến nói chung, và công nghiệp quốc phòng nói riêng hướng tới các quy trình chế tạo và phục hồi chi tiết máy hiệu quả hơn, trong những năm gần ựây tại các Viện nghiên cứu về hàn trên thế giới và ựặc biệt là các chuyên gia về hàn ở Nhật Bản ựã nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp hàn plasma dùng vật liệu bột - PTA (Plasma Transferred Arc) đây là một trong những biến thể của công nghệ hàn

hồ quang plasma mà vật liệu bổ sung ựược cung cấp dưới dạng bột kim loại Hệ thống thiết bị cơ bản dùng cho PTA bao gồm máy hàn plasma, thiết bị cấp bột và cụm mỏ hàn Thành phần bột kim loại (hỗn hợp cacbit chrome, cacbit vonfram, nickel, cobaltẦ ) là yếu tố quan trọng nhất ựem lại những tắnh chất ựặc biệt (thành phần hóa học và cơ tắnh) cho kim loại mối hàn theo yêu cầu sử dụng của sản phẩm

Phương pháp hàn plasma bột ựem lại những ưu ựiểm nổi bật như: Chất lượng mối hàn và năng suất ựược nâng cao, không bị hạn chế về vị trắ hàn trong không gian, kết quả tốt khi hàn các vật liệu hợp kim và kim loại mầu, hạn chế tối ựa sự tham gia của kim loại nền vào kim loại mối hàn, cho khả năng kiểm soát nhiệt cung cấp cho liên kết hàn tốt nên có thể ứng dụng cho hàn các loại vật liệu có tắnh hàn rất khác nhau với nhau mà các phương pháp hàn khác khó có thể thực hiện ựượcẦ

Ở các nước công nghiệp phát triển, các lĩnh vực tiêu biểu ựã ứng dụng mạnh mẽ công nghệ hàn PTA là chế tạo mới hay phục hồi các vắt tải, van của ựộng cơ ựốt trong (ựộng cơ ô tô, máy thủy, ựầu kéo, v.vẦ), các chi tiết phụ tùng trong ngành hóa chất, dầu khắ, sản xuất ựiện, dụng cụ cắt (dao, dao phay, dao doa, dao chuốt, v.v ), thiết bị khai thác mỏ, nghiền, cán, xây dựng, giao thông, thiết bị trong ngành gốm sứ và sản xuất xi măng, chế tạo và phục hồi khuôn mẫu, thiết bị trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy, máy nông nghiệp, thiết bị phụ tùng cho các nhà máy ựiện hạt nhân, v.v

Có thể nói, công nghệ hàn plasma ựã ựáp ứng ựược các tiêu chuẩn chất lượng và năng suất trong nhiều ngành công nghiệp có sử dụng thép không gỉ, các kim loại màu và hợp kim của chúng ựặc biệt như các loại vật liệu có tắnh dẫn nhiệt cao như ựồng, nhôm Hàn plasma có những lợi thế ựáng kể, bao gồm tốc ựộ hàn tăng và biến dạng hàn thấp

Rõ ràng rằng, công nghệ hàn plasma có những bước phát triển vượt bậc trong ba mươi lăm năm qua, ựặc biệt là trong vòng năm năm trở lại ựây nó ựã trở thành một công nghệ khá phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, ựược các Trường, Viện nghiên cứu và các nhà khoa học quan tâm chú ý phát triển và hoàn thiện Trong việc chế tạo và phục hồi các chi tiết máy làm việc trong ựiều kiện khắc nghiệt, công nghệ hàn plasma luôn là công nghệ nổi trội, ựưa lại chất lượng và hiệu quả kinh tế cao

1.4 Tình hình nghiên cứu và một số kết quả ựạt ựược tại Việt Nam

đề tài ỘNghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn ựắp plasma bột ựể chế tạo các dụng cụ cắt làm việc trong ựiều kiện chịu mài mòn và va ựập caoỢ (Research to apply plasma powder surfacing for the manufacturing of cutting tools working under heavy

impact and wear conditions), mã số VLIR-HUT PJ04, thuộc chương trình hợp tác

giữa Trường đHBK HN và cộng ựồng các trường ựại học khối Flemish-Vương Quốc

Bỉ VLIR-HUT đề tài do PGS.TS Bùi Văn Hạnh, đH Bách khoa HN làm chủ nhiệm đề tài ựã ựi sâu nghiên cứu công nghệ chế tạo các loại dao chặt mảnh dùng cho ngành giấy có kắch thước nhỏ Các kết quả chủ yếu ựã ựạt ựược:

-đã nghiên cứu ựược tổ chức lớp kim loại lưỡi cắt dao chặt mảnh trong ngành giấy chế tạo bằng phương pháp hàn ựắp plasma bột

-đã ựề xuất ựược phương án lựa chọn thành phần bột

-đã thiết kế ựược QTCN gia công cơ khắ dao chặt mảnh sau khi hàn ựắp -đã nghiên cứu ựược những hư hỏng, ựộ mài mòn, tuổi thọ của dao chặt mảnh sử dụng trong ngành giấy

Về công nghệ PTA ứng dụng ựể phục hồi chi tiết máy ở Việt nam hiện nay chưa có một công bố nào Chỉ có một số thiết bị hàn PAW ựược nhập về nhưng hiệu quả sử dụng chưa cao (Thiết bị hàn Microplasma tại PTNTđ Hàn và Xử lý bề mặt thuộc NARIME) hoặc chỉ mới phục vụ cho công tác ựào tạo (đH BK Hà nội, Trung tâm ựào tạo và chuyển giao công nghệ Việt Ờđức thuộc TC đL-CL)

1.5 Kết luận chương 1

Qua quá trình nghiên cứu, phân tắch về kết cấu, ựiều kiện làm việc, các hỏng hóc ựiển hình và tuổi thọ của xupap máy thủy ta thấy rằng ựối với mỗi loại xupap (xupap nạp hoặc xupap xả) thì ựiều kiện làm việc của chúng là hoàn toàn khác nhau Do ựó, cấu tạo của chúng cũng khác nhau Sự khác biệt ựó thể hiện về mặt kết cấu, thành phần vật liệu của từng loại tương ứng với ựiều kiện làm việc và kết cấu

của ựộng cơ

Do làm việc trong môi trường nhiệt ựộ cao, mài mòn và ăn mòn hóa học nên biểu hiện hư hỏng chắnh của xupap thường là bị cong vênh, cháy rỗ bề mặt, nứt bề mặt làm việc Với xupap xả, do thường xuyên làm việc trong môi trường nhiệt ựộ cao của khắ xả nên bị hư hỏng nặng nề nhất là bề mặt làm việc Những hư hỏng này ảnh hưởng nghiêm trọng ựến công suất của ựộng cơ và quan trọng hơn ựó là tuổi thọ của chúng Chắnh vì vậy, trước khi tiến hành nghiên cứu lựa chọn chế ựộ công nghệ hàn thì việc ựánh giá, phân tắch về nguyên lý hoạt ựộng, thành phần kết cấu, thành phần vật liệu cũng như những dạng hư hỏng ựiển hình là bước không thể thiếu trong cả quy trình hàn phục hồi

Trong quá trình nghiên cứu ta nhận thấy rằng ựối với việc phục hồi xupap yêu cầu cơ tắnh và khả năng chống chịu ựược những ựiều kiện làm việc khắc nghiệt rất cao thì công nghệ hàn bột Plasma là phương pháp có những ưu ựiểm nổi trội hơn

cả đó là:

- Nhờ có sự tập trung khắ plasma mà vùng nóng chảy ựược thu hẹp một cách tương ựối và ựiều này giảm tối thiểu nhiệt ựộ làm việc của vật liệu cơ bản

- Lớp bột chuyển tiếp rất mỏng tạo thành lớp hàn ựắp giữa vật liệu cơ bản

và bản thân bề mặt hàn với ựộ dày cho phép khoảng từ 1-2mm