cong nghe hàn

Vũng hàn Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn một phần kim loại cơ bản tại vị trí mép hàn cùng với kim loại bổ sung từ vật liệu hànque hàn, dây hàn, thuốc hàn… bị nóng ch

CÔNG NGHỆ HÀN

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Kh¸i niƯm:

Hàn là quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn là chảy hay dẻo Sau đó kim loại đông đặc (hàn nóng chảy) hoặc dùng áp lực để ép chúng dính lại với nhau (hàn áp lực)

1.2 Đặc điểm

1.2.1 Ưu điểm:

- Tiết kiệm vật liệu

- Hàn có thể nối các kim loại khác nhau

- Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo

- Hàn cho mối nối bền, kín, chịu được áp suất cao, đáp ứng được các yêu cầu chế tạo như: vỏ tàu, bồn bể, nồi hơi…

- Hàn có năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa

1.4 Vũng hàn

Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn một phần kim loại

cơ bản tại vị trí mép hàn cùng với kim loại bổ sung từ vật liệu hàn(que hàn, dây hàn, thuốc hàn…) bị nóng chảy tạo ra một khu vực kim loại lỏng thường goị là vũng hàn

2 c«ng nghƯ hµn hå quang tay.

Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là hồ quang điện cháy giữa hai điện cực Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang trong quá trình hàn được thực hiện bằng tay

2.1 Khái niệm

2.2 Đặc điểm.

- Hàn được mối hàn ở các vị trí khác nhau

- Hàn được trên các chi tiết to, nhỏ, đơn giản, phức tạp khác nhau

- Hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn dưới nước, hàn trong chân không…

- Thiết bị hàn và trang bị gá lắp hàn đơn giản, dễ chế tạo

- Năng suất hàn thấp, chất lượng mối hàn không cao, phụ thuộc vào tay ngh ề

c a công nhân.ủ

2.3.Cách gây hồ quang hàn

Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang tay

Cho que hàn tiếp xúc với vật hàn theo phương thẳng góc ( hình a) hoặc cho que hàn vạch lên vật hàn như cách đánh diêm( hình b) trong khoảng thời gian ngắn(1/2 s ÷ 1/3s).

Tách hai điện cực cách nhau khoảng (2÷5mm), giữa 2 điện cực xuất hiện hồ quang hàn

Hiện nay cũng có thể gây hồ quang hàn bằng nguồn xoay chiều cao tần

Phương pháp này dùng để gây hồ quang khi hàn bằng điện cực không nóng chảy

2.4 Phân loại hàn hồ quang

2.4.1 Phân loại theo điện cực hàn

a) Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy

Điện cực là các thanh graphit, than hoặc vonfram Điện cực có tác dụng gây và duy trì hồ quang

Sự hình thành mối hàn là do kim loại vật hàn nóng chảy hoặc do cả kim loại que hàn phụ bổ sung

b) Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy:

Điện cực là que hàn kim loại(que hàn thép, que hàn nhôm, que hàn đồng…) Que hàn vừa có tác dụng gây hồ quang, duy trì hồ quang đồng thời bổ sung kim loại để hình thành mối hàn

2.4.2 Phân loại theo dòng điện hàn

-Thiết bị gọn nhẹ, sử dụng đơn giản, giá thành rẻ nhưng hồ quang cháy không ổn định nên chất lượng mối hàn không cao, có thể nối điện tùy ý

b)Hàn bằng dòng điện một chiều

- Gây hồ quang dễ và ổn định nên chất lượng mối hàn cao nhưng thiết bị đắt tiền, cồng kềnh, sử dụng phức tạp, khó bảo quản

- Các phương pháp nối dây khi hàn bằng dòng điện một chiều: Có 2 phương pháp

+Nối thuận:

Cực dương của nguồn điện nối với vật hàn, cực âm nối với que hàn

Trường hợp này nhiệt độ hồ quang phần vật hàn cao hơn ở que hàn vì vậy thường dùng khi hàn vật có chiều dày lớn

Đối với điện cực không nóng chảy khi nối thuận sẽ làm tăng tuổi thọ của điện cực

+Nối nghịch:

Cực dương nối với que hàn còn cực âm nối với vật hàn

Dùng khi hàn vật mỏng, kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp (đồng, nhôm)

2.4.3 Phân loại theo cách nối dây

a) Nối dây trực tiếp (hình a):

Cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai cực của nguồn Hồ quang cháy giữa que hàn và vật hàn

Phương pháp này thường dùng khi hàn bằng điện cực nóng chảy

b) Nối dây gián tiếp (hình b):

Hai cực của nguồn điện nối vào hai điện cực, hồ quang cháy giữa hai điện cực

Phương pháp nối dây gián tiếp thường dùng khi hàn bằng điện cực không nóng chảy và hàn vật mỏng

c) Nối dây hỗn hợp (hình c):

Dùng máy hàn ba pha Nối 2 pha với 2 điện cực còn pha thứ 3 nối với vật hàn

Nối dây hỗn hợp có đặc điểm là 3 hồ quang cháy đồng thời vì vậy nhiệt tập trung ở vùng hàn cao, kim loại cơ bản và kim loại bổ sung chảy mạnh hơn, do đó năng suất hàn cao hơn

Phương pháp này chỉ thích hợp hàn các vật dày, vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao.

2.5 Vật liệu hàn hồ quang tay.

2.5.1 Que hàn

a Cấu tạo

* Lõi hàn

Lõi hàn có tác dụng bổ sung kim loại vào mối hàn

Chiều dài lõi từ 250 – 450 mm, tương ứng với đường kính 1,5 – 6,0 mm Qui ước đường kính que hàn được gọi theo đường kính của phần lõi d

* Thuốc hàn

- Yêu cầu đối với thuốc bọc que hàn:

+ Dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định.

+ Tạo ra môi trường khí bảo vệ tốt vùng hàn, không cho nó tiếp xúc với oxy và nitơ của môi trường xung quanh

+ Tạo xỉ lỏng phủ đều trên bề mặt kim loại mối hàn

+ Có khả năng hợp kim hóa mối hàn.

+ Thuốc hàn phải bám chắc vào lõi hàn, bảo vệ lõi không bị oxy hóa

+ Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi hàn

b Ký hiệu que hàn: Theo TCVN gồm có 4 loại que hàn:

- Que hàn thép cac bon và hợp kim thấp (N)

Ví dụ: N50 – 6B

N - Que hàn thép cac bon và hợp kim thấp

50: Kim loại mối hàn có độ bền kéo tối thiểu 50kG/mm2

6 – hàn dòng một chiều

B – vỏ thuốc hệ bazơ

- Que hàn thép chịu nhiệt (Hn)

Ví dụ: Hn.Cr05 Mo10 V04 – 450R

Hn: que hàn chịu nhiệt

450R: Nhiệt độ tối đa là 4500C, thuốc bọc hệ rutin

Kim loai mối hàn có thành phần hóa học 0.5%Cr ; 1%Mo; 0.4%V

- Que hàn thép bền nhiệt và không gỉ (Hb)

Ví dụ: Hb.Cr18 Ni8.Mn –600B

Hb: Que hàn bền nhiệt và không gỉ

600B: Nhiệt độ làm việc ổn định của mối hàn là 6000C, thuốc bọc hệ bazơ.Kim loại đắp có thành phần hóa học 18%Cr ; 8%Ni; 1%Mn

- Que hàn hợp kim có độ bền cao (Hc)

Ví dụ: Hc.60.Cr18 Mo.W.V – B

Hc: que hàn hợp kim có độ bền cao

60: kim loại đắp có giới hạn bền kéo tối thiểu 60kG/mm2,

B: thuốc bọc hệ bazơ

Kim loại mối hàn có thành phần hóa học 18%Cr ; 1%V; 1%W; 1%Mo

2.5.2 Điện cực không nóng chảy

- Điện cực than, graphit: Có dạng hình trụ, chiều dài từ 200-700mm và đường kính 5-25mm Khi hàn một đầu được vát côn 60-70.0

- Điện cực volfram: Là loại điện cực có chất lượng cao nhất trong các loại điện cực không nóng chảy Đường kính điện cực từ 0.2-10mm, dài từ 250-350mm

Điện cực volfram thường dùng khi hàn hồ quang tay yêu cầu chất lượng cao; hàn tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ

5 Trình tự hàn hồ quang tay

2.6.1 Vị trí hàn trong không gian

- Mối hàn sấp (mối hàn bằng): Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 600

- Mối hàn đứng: Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 60-1200.

- Mối hàn ngang: Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 60-1200 và mối hàn nằm theo phương ngang.

- Mối hàn ngửa(hàn trần): Là mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 120-1800

2.6.2 Các loại mối hàn

2.6.3 Chuẩn bị mối hàn

- Làm sạch dầu mỡ, đất bụi ở chỗ cần hàn trước khi hàn

- Vát mép chỗ hàn nếu cần thiết

Một số kiểu vát mép mối hàn

2.6.4 Các kiểu di chuyển que hàn

- Chuyển động theo chiều dài mối hàn: Để thực hiện hết chiều dài mối hàn, chuyển động này có ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng mối hàn và năng suất lao động.

- Chuyển động dao động ngang: Để bảo đảm chiều rộâng của mối hàn

- Chuyển động theo trục que hàn: Để điều chỉnh chiều dài hồ quang chuyển động này phải có tốc độ bằng tốc độ chảy của que hàn thì mới có thể duy trì được hồ quang cháy ổn định

Phối hợp 3 chuyển động trên ta có các kiểu di chuyển que hàn.

2.6.5 Chế độ hàn hồ quang tay.

a) Xaực ủũnh ủửụứng kớnh que haứn

- Khi hàn giáp mối:

- Khi hàn góc:

S: Chiều dày vật hàn (mm)

K: Cạnh mối hàn góc hay ch T (mm)ữ

1( ) 2

S

dq = + mm

2( ) 2

K

Đường kính que hàn d(mm) 1,5 ÷ 2 3 4 4 ÷ 5 5 5 ÷ 6 Chiều dày liên kết giáp mối S (mm) ≤ 2 3 4 ÷ 8 9 ÷ 2 13 ÷ 15 16 ÷ 20

> 20

Chọn đường kính que hàn theo bảng:

b) Xác định cường độ dòng điện hàn(Ih)

Khi hàn thép, ở vị trí sấp có thể tính theo công thức gần đúng sau:

Ih= (βâ+α.d) d (A)

d : là đường kính lõi que hàn (mm);

α,β : Hệ số thực nghiệm; Khi hàn thép α = 6, β = 20

Chú ý:

Khi chiều dày chi tiết S>3dq thì nên tăng Ih lên 15% Khi S<1,5 dq

thì giảm 15% so với trị số tính toán

Khi hàn đứng thì nên giảm cường độ dòng điện 10-15%

Khi hàn trần nên giảm 15-20% so với hàn sấp

4 Hàn điện tiếp xúc (Tham kh o) ả

3 Hàn hồ quang tự động và bán tự động.

( Tham kh o) ả

5 HÀN KIM LOẠI BẰNG KHÍ.

5.1 Khái niệm.

Hàn bằng khí là phương pháp hàn, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khí cháy (C2H2, CH4, v.v ) hoặc H2 với ôxy để nung chảy kim loại

Thông dụng nhất là hàn bằng khí Ôxy - Axêtylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn lửa có nhiệt độ cao (vùng cao nhất đạt tới 32000C)

5.2 Đặc điểm khí hàn.

Phản ứng điều chế :

CaC2 +2 H2O  C2H2 + Ca(OH)2 + Q

1 kg CaC2 cho 300 lít khí C2H2.

5.2.2 Khí Oxy (O2)

Oxy dùng trong kỹ thuật hàn cần có độ tinh khiết từ 98,5 – 99,5% (còn lại là tạp chất nitơ và argon), nên thường gọi là oxy kỹ thuật

Để sản xuất oxy dùng phương pháp hóa lỏng không khí, sau đó cho bốc hơi ở nhiệt

độ -183oc, thu được nước oxy lỏng màu xanh

Một lít oxy lỏng thu được 790 lít khí O2

5.3 Ngän lưa hµn.

Căn cứ vào tỉ lệ của hỗn hợp khí, ngọn lửa hàn có thể chia làm 3 loại:

5.3.1 Ngọn lửa trung tính

Ngọn lửa hàn chia 3 vùng: Vùng nhân, vùng hoàn nguyên, vùng ngọn lửa (vùng cháy hoàn toàn)

-Vùng nhân: Có ánh sáng trắng, vùng này do C2H2 bị phân hủy ra, có C nên

không dùng để hàn vì dễ làm cho mối hàn thấm các bon trở nên dòn

-Vùng hoàn nguyên(cháy không hoàn toàn): Vùng nằm giữa, có màu xanh, vùng

này có CO và H2 có tính chất khử oxy nên bảo vệ mối hàn không bị oxy hoá Vì vậy, người ta thường dùng vùng này để hàn, nhiệt độ cao khoảng 3200oC

-Vùng ngọn lửa: Sản phẩm của vùng hoàn nguyên tiếp tục cháy với oxy của không

khí tạo thành CO2 và hơi nước Do CO2 và hơi nước dễ bị phân hủy thành O2 nên ở nhiệt độ cao nó sẽ oxy hóa kim loại hàn Vì vậy vùng này không dùng để hàn

5.3.2 Ngọn lửa oxy hoá

Ngọn lửa này có vùng nhân màu sáng nhạt kích thước vùng nhân ngắn hơn

Vùng ngọn lửa và vùng hoàn nguyên khó phân biệt có màu xanh tím Nhiệt độ ngọn lửa oxy hóa cao hơn so với ngọn lửa trung tính

ng d ng: Ngọn lửa oxy hoá đ c dùng trong hàn đồng và nung nóng chi tiết khi

tôi

5.3.3 Ngọn lửa các bon hóa

Ngọn lửa có nhiệt độ thấp hơn ngọn lửa trung tính, vùng nhân kéo dài gần hết

vùng ngọn lửa và có màu xanh không có ranh giới rõ ràng với vùng hoàn nguyên, đuôi ngọn lửa có màu vàng nhạt

Do có các bon tự do dễ xâm nhập vào kim loại hàn, nên ngọn lửa chủ yếu dùng để hàn gang, tôi bề mặt, và hàn hợp kim cứng

5.4 Thiết bị hàn khí

5.4.1 Sơ đồ chung của một trạm hàn khí

5.4.2 Bình chứa khí

Bình chứa khí dùng để chứa khí ôxy và khí axêtylen, được chế tạo từ thép tấm dày 4 ÷8 mm bằng phương pháp dập hoặc hàn

Bình chứa ôxy chứa được một lượng khí có áp suất khoảng 150 at , bên ngoài

Bình chứa axêtylen chứa được áp suất khí nạp tới dưới 19 at, được sơn màu vàng

5.4.3 Khoá bảo hiểm

Để tránh hiện tượng ngọn lửa cháy ngược theo ống dẫn khí trở về bình điều chế khí gây nổ bình người ta dùng khóa bảo hiểm

Phân loại theo kết cấu có hai loại khoá bảo hiểm: Khóa bảo hiểm kiểu hở và khóa bảo hiểm kiểu kín

Sơ đồ nguyên lý khoá bảo hiểm

a) Khóa bảo hiểm kiểu hở

Dùng cho bình có áp lực thấp Khí C2H2 được dẫn vào qua ống (1), đi qua nước vào ngăn chứa khí tới ống (2) đi ra mỏ hàn hoặc mỏ cắt Khi có ngọn lửa quặt, áp suất trên mặt nước của của khóa bảo hiểm tăng lên, đẩy nước dâng lên trong ống (1) chặn không cho khí đi vào, đồng thời mực nước hạ xuống, miệng ống thoát (4) hở, khí qua ống thoát đi ra ngoài

b) Khoá bảo hiểm kiểu kín

Dùng cho bình có áp lực trung bình Khi C2H2 dẫn vào qua

ống (1), đẩy viên bi của van (5) nổi lên và đi qua van, tập

trung ở ngăn chứa khí, sau đó qua ống (2) đi tới mỏ hàn hoặc

5.4.4 Van giảm áp

Van giảm áp là dụng cụ dùng để giảm áp suất khí trong bình chứa xuống áp suất làm việc cần thiết và tự động duy trì áp suất đó ở mức ổn định

Đối với khí ôxy áp suất khí trong bình đạt tới 150 at, áp suất khí làm việc

3÷4 at, còn khí axêtylen áp suất trong bình tới 15÷16 at, áp suất làm việc 0,1÷1,5 at

Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch

1. Đường dẫn khí cao áp;

2. Lò xo phụ;

3 Van;

4 Van an toàn;

5 Đường dẫn khí ra;

6 Buồng thấp áp;

Nguyên lý ho t đ ng: ạ ộ

Khí nén từ bình chứa theo ống (1) vào buồng cao áp(A), áp suất trong buồng cao áp được đo bằng đồng hồ (11) Nhờ có khe hở dưới nắp (3) khí sẽ đi xuống buồng thấp áp (B), với áp suất được xác định theo đồng hồ (12), rồi đi ra mỏ hàn Ban đầu,

ta nhìn vào đồng hồ (12) điều chỉnh áp suất theo yêu cầu bằng cách điều chỉnh khe hở van 3 thông qua vít (8)

Nguyên lý ho t đ ng: ạ ộ

Nếu do một nguyên nhân nào đó, áp suất khí ra (p2) tăng, áp lực tác dụng lên mặt trên của màng đàn hồi (9) tăng, đẩy màng đàn hồi dịch xuống và thông qua con đội van (3) bị kéo xuống, làm cửa van đóng bớt lại, lượng khí đi vào buồng hạ áp giảm, làm áp suất khí ra giảm

5.4.5 Mỏ hàn

Mỏ hàn là dụng cụ dùng để trộn khí cháy và ôxy, tạo thành hỗn hợp cháy có

tỉ lệ thích hợp để nhận được ngọn lửa hàn theo yêu cầu

Mỏ hàn có 2 loại là mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí

a) Mỏ hàn kiểu hút

Sử dụng khi hàn với áp suất khí C2H2 thấp và trung bình Khí C2H2 được dẫn vào ống (1), còn khí ôxy được dẫn vào ống (2)

a) Mỏ hàn kiểu hút

Khi dòng ôxy phun ra đầu miệng phun(5) với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút khí C2H2 theo ra mỏ hàn Hỗn hợp tiếp tục được hoà trộn trong buồng (5), sau đó theo ống dẫn (6) ra đầu mỏ hàn và được đốt cháy tạo thành ngọn lửa hàn Lượng khí ôxy và C2H2 được điều chỉnh nhờ các van (3) và (4)

a) Mỏ hàn kiểu hút

Nhược điểm của mỏ hàn kiểu hút là thành phần hỗn hợp cháy không ổn định

b) Mỏ hàn đẳng áp

Dùng khi hàn với áp lực khí C2H2 trung bình Khí ôxy và C2H2 được phun vào buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,5÷1 at) và tiếp tục được hòa trộn trong ốngdẫn của mỏ hàn, đi ra miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa

b) Mỏ hàn đẳng áp

So với mỏ hàn hút, mỏ hàn đẳng áp ít được sử dụng hơn Nó chủ yếu sử dụng khi cần đảm bảo thành phần hỗn hợp của ngọn lửa là không đổi (ví dụ khi hàn các loại hợp kim màu, thép hợp kim, hoặc trong hàn khí tự động…)

5.5 Phương pháp hàn.

5.5.1 Hàn phải:

Mỏ hàn và que hàn chuyển động từ trái sang phải (mỏ hàn đi trước, que hàn đi sau) Ngọn lửa luôn hướng vào vũng hàn nên hầu hết nhiệt tập trung vào viêc làm nóng chảy kim loại hàn Do áp suất ngọn lửa hàn mà kim loại lỏng của vũng hàn luôn xáo trộn đều tạo điều kiện nổi xỉ tốt hơn Bảo vệ vũng hàn tốt, nguội chậm

Phương pháp này dùng khi vật hàn dày hơn 6mm, hoặc những vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao.

5.5.2 Hàn trái:

Mỏ hàn và que hàn chuyển động từ phải sang trái (que hàn đi trước mỏ hàn đi sau) Trong quá trình hàn, ngọn lửa không trực tiếp hướng vào vũng hàn, nhiệt ít tập trung hơn, vũng hàn ít được xáo trộn đều nên xỉ khó nổi lên hơn

Phương pháp này dùng khi vật hàn mỏng(dưới 6 mm), hoặc những vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp.