Sửa chữa ô tô máy kéo nguyễn nông, hoàng ngọc vinh, nguyễn đại thành

Gia công tia lửa điện ít được ứng dụng để hồi phục kích thước các chi tiết lắp ghép, nhưng có thể ứng dụng để tăng bền dao cắt hoặc để lấy dụng cụ cắt bị gãy trong chi tiẽt.Gia công cơ -

PGS PTS NGUYÊN NÔNG - PGS PTS NGUYÊN ĐẠI THÀNH

PTS HOÀNG NGỌC VINH

SỬA CHỮA

Ô TÔ MÁY KÉO

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO D ự c - 1999

67/397 - 99 Maso : 7B449M9

GD - 99

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở Việt Nam cố hàng vạn máy kéo lớn và nhô đang được sứ dụng rộng rai trong nông nghiệp Đây là nguồn động lực quan trọng góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Việc sử dụng máy móc trong nông nghiệp mật cách hiệu quá có mối quan hệ chặt chẽ đến việc bảo dương và sửa chữa.

Sửa chữa và băo dương ô tô máy kéo là một trong cức quá trình nhầm kéo dái thời hạn phục

vụ Dù lá nền kinh tế thị trường tự do hay nền kinh tế thị trường định hướng theo xã hội chủ nghĩa, vấn đề bâo dương và sứa chữa máy móc nói chung và ô tô máy kéo nói riêng văn là công việc căn thiết Có khác chăng chi là hình thức tổ chức cồng việc này cho phù hợp với cơ chế kinh

tế mới Chính vì vậy, từ nhiều năm nay môn học" Công nghệ sửa chữa ô tô máy kéo" là một trong những môn học chính của sinh viên ngành cơ khí nông nghiệp Giáo trình được biên soạn theo chương trình đại học đa được sứa đối năm 1994 cửa ngành Cơ khí nông nghiệp.

Tái liệu này được trình bày một cách có hệ thống quy trình công nghệ phục hồi chi tiết máy

và kĩ thuật sứa chữa cụ thể cứa toàn bộ các tổng thành của một số ô tô máy kéo sứ dụng khứ phô’ biến trong nông nghiệp Qua thực tế giảng dạy sinh viên ngành Cơ khí nông nghiệp cứng như những đợt đi thực tế chúng tôi thấy ràng môn học sứa chữa máy đa thực sự góp phẩn quan trọng trong việc đào tạo kĩ sư cơ khí vừa có kiến thức chuyên môn vừa có kĩ năng thực hành sứa chữa

và bào dưỡng ô tô máy kéo.

Giáo trình chia làm ba phần do PGS PTS Nguyễn Nông, PGS PTS Nguyễn Đại Thành và PTS Hoàng Ngọc Vinh biên soạn.

Trong quá trình biên soạn chúng tôi nhận được sự giúp đơ vá góp ý quý báu của các đồng nghiệp trong vá ngoái ngành Đặc biệt chúng tôi cang nhận được sự giúp đơ to lớn của một sô' cơ quan quăn tí dự án dạy nghê ở Việt Nam trong việc cung cấp tài liệu để biên soạn giáo trình này Tài liệu này dùng để giăng dạy cho sinh viên ngành cơ khí nông nghiệp và có thẽ dừng làm tài liệu tham khảo trong một số trường đại học, trung học chuyên nghiệp, các trường dạy nghề có chuyên ngành sứa chữa ô tô măy kéo đồng thời cho các cán bộ kĩ thuật, nghiên cứu khác.

Đẽ tài liệu ngày căng hoàn thiện hơn, chúng tôi mong nhận được cức ý kiến góp y, chi dãn cửa đồng nghiệp và bạn đọc Thư góp ý gửi vê bộ môn Kim loại và Sửa chữa máy, khoa Cơ Điện, trường Đại học Nông nghiệp ĩ Hà Nội.

3 Các tác giả

Chương 1

CÔNG NGHỆ HỒI PHỤC

1.1 MỞ ĐẦU

1.1.1 Ý nghĩa của hồi phục chi tiết

Đa sõ các chi tiết của ô tô, máy kéo đưa vào đại tu do hao mòn, mỏi v ật liệu, các

hư hỏng cơ học và ăn mòn làm m ất khả năng làm việc Tuy nhiên chỉ một sô ít chi tiết fehl tiết đơn giản và dễ tìm trong chê tạo) khi mất hoàn toàn khả năng làm việc yêu cầu phải được thay thế Đa sô chi tiết có lượng dự trữ còn lại có thể sử dụng lại thông qua công nghệ hồi phục với chi phí chấp nhận được

>; Hồi phục chi tiết có tầm quan trọng lớn đôi với nền kinh tế quốc dân Các chi tiết được hồi phục bằng các phương pháp khác nhau có độ tin cậy và độ bền lâu bằng hoặc thậm chi vượt độ tin cậy và độ bền lâu của các chi tiết mới Giá thành hồi phục chi tiêt thâp một cách đáng kể so với giá thành chê tạo, chi phí hồi phục chi tiết thậm chí

ờ các xí nghiệp nhỏ phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ và mức độ hao mòn chỉ chiếm vào khoảng 35-60% giá mua chi tiết mới Chi tiết càng phức tạp, càng đắt thì khi chế tạo hiệu quả hồi phục càng cao

Hiệu quả kinh tê của hồi phục chi tiết cao so với chê tạo là do : khi hồi phục chi tiết làm giảm đáng kể chi phí cho vật liệu và loại trừ hoàn toàn các chi phi có liên quan tới tạo phôi

Theo số liệu của nhiều nhà nghiên cứu, chi phí vật liệu và tạo phôi khi chế tạo chi tiết chiêm 70-75% giá thành nhưng khi hồi phục chi phí này dao động trong khoảng tử 1-12% phụ thuộc vào phương pháp hồi phục

Khi hồi phục chi tiết cũng sẽ làm giảm các chi phí liên quan đến gia công chi tiết

do không phải gia công tấ t cả các bề mặt mà chỉ gia công những bề m ặt có hư hỏng.Hối phục chi tiết là một trong những biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cùa các

xi nghiệp sửa chữa

Y nghĩa của hồi phục chi tiết còn cho phép giảm các nhu cầu trong sản xuất phụ tùng thay thê và ngoại tệ để mua phụ tùng

1.1.2 Các phương pháp hồi phục

Hiệu quả và chất lượng hồi phục chi tiết phụ thuộc một cách đáng kể vào phương phap công nghệ đươc sử dụng để gia công Hiện có nhiều phương pháp hồi phục chi tiết

5

khác nhau cho phép không chỉ hoàn trả các tính chât ban đẩu của chi tiết mà còn cải thiện trong một sô trường họp.

Ngưòi ta chia các phương pháp hồi phục ra làm ba nhóm chính tùy thuộc vào các

hư hỏng ; hồi phục các chi tiêt bị mòn mỏi kim loại, các hư hỏng do cơ học và ăn mòn.Ngưòí ta khắc phục các hư hỏng cơ học bằng các phương pháp khác nhau như hàn

và hàn đắp, hàn vẩy, biến dạng dẻo, phun kim loại, sử dụng chất dẻo, gia công nguội Các hư hỏng chi tiết do ăn mòn dưói dạng rỗ, ôxy hóa, tróc lớp kim loại bề m ặt được hồi phục bằng các phương pháp nguội - cơ khí

Hồi phục các chi tiết lắp ghép có thể thực hiện bằng 2 phương pháp : hồi phục cặp lăp ghép bằng cách thay đổi kích thước ban đầu của chí tiết và hồi phục lại kích thước chi tiết cho đến kích thước ban đầu

Hổi phục cặp lắp ghép bằng cách thay đổi kích thước ban đầu được thực hiện bằng phương pháp kích thước sửa chữa vói kích thước nhỏ hơn hoặc lớn hơn kích thước binh thường

Hồi phục lại kích thước ban đầu được tiến hành bằng cách đắp lên bề m ặt chi tiêt

bị mòn một lóp kim loại và sau đó gia công cơ để đạt được kích thước yêu cầu Đắp lớp kim loại lên bề m ặt chi tiết được thực hiện bằng các phương pháp như : h àn đẳp,

mạ, phun kim loại

Hồi phục các chi tiết lắp ghép bằng gia công áp lực dựa trên việc ứng dụng tín h dẻo của vật liệu chi tiết Những phương pháp đó là nong, chồn, chấn, tóp, .vv

Vật liệu polime đôi khi được dùng đế hồi phục có hiệu quả một sô chi tiêt bị nứt

vỡ hoặc bị hao mòn

Gia công tia lửa điện ít được ứng dụng để hồi phục kích thước các chi tiết lắp ghép, nhưng có thể ứng dụng để tăng bền dao cắt hoặc để lấy dụng cụ cắt bị gãy trong chi tiẽt.Gia công cơ - điện được ứng dụng khá rộng rãi để làm bền các chi tiết qua hồi phục bằng hàn đắp và để chuẩn bị bề m ặt chi tiết trước khi phun kim loại

Gia cóng a-nốt dừng để cắt kim loại với độ cứng bất kì

Tóm lại, trong lĩnh vực sửa chữa ô tô máy kéo ta có thể ứng dụng khá nhiều phương pháp khác nhau để hồi phục các hư hỏng và hao mòn của chi tiết máy Tuy nhiên, để phục.hồi hoàn toàn khả năng làm việc của chi tiết, người ta thường sử dụng một sô các phương phập nếu như chi tiết có nhiều dạng hư hỏng

1.2 H ồ l PHỤC CHI TIẾT BANG g ia cô ng n g u ộ i - c ơ k h í

1.2.1 Các dạng gia côn g ngu ội - C O ’ khí được sử dụng khi hồi p h ục ch i tiế t

Các công việc về nguội được sử dụng với tư cách là các công việc bổ sung hay hoànthiện, người,ta cũng sử dụng chúng khi chuẩn bị chi tiết để hồi phục bằng các phương pháp khác nhau Các công việc về nguội có: dũa khi tu sửa các phần bị gãy của chi tiết, khoan, doa, khoét lỗ, cắt ren, cạo, rà và mài nghiền

Lao động th ủ công của thợ nguội ngày càng được cơ khi hóa nhiều hơn và sõ lượngcông việc về nguội ngày càng giảm

6

Gia công cơ khí trong sửa chữa được sử dụng như là một phương pháp gia công độc lập hoặc phối hợp với các phương pháp hồi phục khác trong qưá trình chuẩn bị và gia công kết thúc bề mặt.

Trong thực tế sản xuất người ta sử dụng các phương pháp hồi phục chi tiết bằng gia công cơ để hổi phục các bề m ặt bị hao mòn hay bị hư hỏng hoặc lắp thêm chi tiêt phụ

Đê hồi phục chi tiết người ta sử dụng rộng rãi các dạng gia công cơ như sau: tiện, khoan, doa, phay, mài, đánh bóng, mài nghiền

Khi gia công cơ khí cần chú ý tới một số các đặc điểm sau:

Chọn chê độ gia công cần căn cứ vào: độ cứng bề mặt; hao mòn không đều của chi tiết; tính châ't cơ-lý đặc biệt của lớp kim loại phủ và sự khác biệt về cơ - lý tính ở các vùng khác nhau của các bề mặt cần hồi phục

Khi gia công các chi tiết có độ cứng cao của các bề mặt hồi phục và lượng dư gia

công nhỏ người ta thường dùng phương pháp mài Chế độ mài quy định phù hợp với

các tài liệu gia công kim loại của các vật liệu tương ứng Tuy nhiên do hao mòn các

bề m ặt gia công không đều và do đó lượng dư gia công cũng không đều nên có thể giảm bớt một ít chiều sâu cắt và bước tiến đá

Gia công các chi tiết được hồi phục bằng hàn đắp thường gặp khó khăn do : lượng

dư gia công không đồng đều; tính chất kim loại hàn đắp không đồng nhất ; tạp chất của xỉ và các nguyên nhân khác làm xấu điều kiện làm việc của các dụng cụ cắt Tùy thuộc vao độ cứng của kim loại hàn đắp mà người ta tiến hành gia công tren máy tiện hav trên máy mài Khi độ cứng của kim loại hàn đắp nhỏ hơn HRC 35-40 có thể tiện bằng dao hợp kim cứng.'Trường hợp độ cứng của kim loại hàn đắp vượt HRC 35-40 thì nên gia công bề m ặt hồi phục bằng mài Bắt đầu ở các chế độ cắt giảm thấp khi mài thô và sau đó mài tinh

Gia công cơ khí các chi tiết được hồi phục bằng phương pháp phun kim loại có liên quan đến độ giòn, độ rỗ xốp và độ cứng cao của chúng Tùy thuộc vào độ cứng của các lớp phủ kim loại củng như lượng dưv gia công người ta gia công bằng tiện hay bằng mài Khi tiện sử dụng daò hợp kim cứng và gia công ở chế độ cắt giảm thấp, vận tốc cắt không lớn hơn 60-80 m/ph, chiều sâu cắt không lởn hơn 0,1-0,3 mm, còn lượng ăn dao 0,1-0,2 mm/vòng

Mài các chi tiết được hồi phục bằng phương pháp phun với lớp phủ chịu mòn có độ cứng cao bằng đá mài kim cương trên chất kết dính vuncanit hay bằng đá cacbo-rundum

có cỡ hạt nhỏ và trung bình trên chất kết dính gôm Chế độ mài: vận tốc cắt 30-35 m/s, lượng tiến dọc theo chiều rộng B của đá 0,3-0,4 mm/vòng, lượng tiến đá ngang 0,005-0,001 mm trên một hành trình kép của bàn

Lớp mạ crôm có độ cứng cao thường được gia công bằng mài Chọn chế độ mài các chi tiết mạ crôm cần tính đến độ truyền nhiệt của crôm thấp và có thể làm nóng lớp kim loại mạ đưa đến làm thay đổi tính chất của crôm Chọn chế độ mài không đúng

có thể làm giảm độ cứng tế vi của lóp mạ và làm xuất hiện các vết nứt do mài không chỉ trong lóp mạ mà còn trong kim loại chính Các vết-nứt đo màí đặc biệt nguy hiểm

vì nó làm xuất hiện ứng suất tập trung và làm giảm độ bền mỏi cùa các chi tiết hồi phục

7

Mài các chi tiết, mạ crôm nên tiến hành bằng đá mài corunđum ở các chê độ: vận

tốc cắt 30-35 m/ph, lượng chay đá ngang 0,002-0,005 mm trên một hành trin h kép cua bàn, lượng chạy đá dọc 2-10 mm/vòng, chi phí dung dịch làm m át không nhó hơn 25-30 lít/ph

Lóp phủ chất dẻo trên bề m ặt chi tiết có độ truyền nhiệt thấp và không cho phép

đốt nóng chât dẻo nhiệt cứng đến nhiệt độ lớn hơn 150-160°c, còn chất dẻo nhiệt mềm đến nhiệt độ lớn hơn 120°c Gia công lóp phủ chất dẻo nên sử dụng dụng cụ cắt làm bang vật liệu chịu nhiệt, có thể dùng gia công tiện ở vận tốc cắt cao (250-300 m/ph) và

lượng án dao rấ t nhỏ (0,1-0,2 mm/vòng)

Khí gia công các chi tiết được hối phục cần đảm bảo độ bóng, độ chính xác của các kích thước, hình dáng hình học và vị trí tương đôi của các bề m ặt làm việc Độ chính xác gia công hên quan đến định vị và bắt chặt

Mục đích của định vị là tạo cho phôi có một vị trí yêu cầu, tương đối với hệ thôngtọa độ được chọn

Chuẩn là bề mặt, đường trục hav điểm dùng đê xác định vị trí tương đôi của các bềmặt hay trục khác Có nhiều loại chuẩn: chuẩn thiết kế, chuẩn đo và chuẩn công nghệ.Chuẩn thiết kê dùng để xác định vị trí của các chi tiết trong đơn vị lắp Người ta chia chuẩn thành chuẩn chính (sử dụng để xác định vị trí của chi tiết trong chê tạo)

và chuẩn phụ (sử dụng để xác định vị trí của các chi tiết liên kêt hay các đơn vị lắp).Chuẩn đo dùng để xác định vị trí tương đôi của chi tiết, đơn vị lắp và để tín h kích thước

Chuẩn công nghệ dùng đê xác định vị trí của phôi trong quá trìn h gia công chúng Chuẩn công nghệ được chia th àn h chuẩn thô (thường được sử dụng với tư cách trung gian; và chuẩn tinh tùy thuộc vào tinh trạng bề m ặt của phôi

Khi định vị phôi người ta xuất phát từ nguyên tắc b ất,b iến và nguyên tắc phôi họp của các chuẩn Nguyên tắc bất biến, người ta sử dụng củng một chuẩn để thực hiện sô nguyên công càng nhiều càng tốt, còn nguyên tắc phối họp với tư cách chuẩn công nghệ người ta sử dụng làm chuẩn đo

Áp dụng cho các chi tiết hồi phục ta thấy : thứ nhất, để phù họp với các nguyên tắc trên, cố gắng sử dụng một chuẩn ở nguyên công công nghệ phủ bề m ặt bị mòn và

ử các gia công tiếp theo ; th ứ hai là khi hồi phục cần sử dụng các chuẩn được thiết lập ở giai đoạn th iết k ế và hồi phục chi tiết

Khi bắt buộc phải thay chuẩn nên chuyển từ chuẩn kém chính xác sang chuẩn chính xác hơn Sử dụng chuẩn ban đầu chỉ một lần do độ chính xác của nó nhỏ Chuẩn để gia công k ết thúc không bị biến dạng dưới tác dụng của lực kẹp chặt Một số sơ đổ định vị thường gặp được trìn h bày trên hình 1.1

Định vị các chi tiết thân (khối xilanh, hộp số, thân cầu sau) có hình dáng hình học phức tạp nhờ dụng cụ gá chuyên dùng để hạn chế sáu bậc tự do của nó và như vậy cẩn có sáu điểm tự a cố định Trong thực tế người ta định vị và bắt chặt các chi tiết thân bằng một m ặt phẳng và hai lỗ công nghệ của nó

Loại chi tiết Bản vẽ phác Chuẩn Kẹp chặt

ơ mâm cặp

ba vấu

Bề mặt bên trong Trên trục gá

I Ba mật phẳng

1 vuông góc với ! Trong đồ ca

! nhau !

H ình 1.1 Sơ đổ định vị chi tiết.

1.2.2 Hồi phục chi tiế t băng phương pháp kích thước sửa chữa

Khi khe hở trong các cặp lắp ghép do hao mòn đạt đến giá trị giới hạn Smax, thì chúng không thể làm việc được và khả năng làm việc của cặp lắp ghép chỉ có thê hồi

Các cặp lắp ghép nằm bên ngoài máy (tổng thành) và ít quan trọng có thể tiến hành hổi phục trong quá trình phục vụ kĩ thuật bằng điều chỉnh (siết chặt) Tuv nhiên ở một

sô lắp ghép quan trọng làm việc trong điều kiện ma sát ướt việc điều chỉnh như vậv không mang lại hiệu quả do không thay đổi vùng chịu tải của cặp lắp ghép Ớ phương pháp hồi phục chi tiết bằng kích thước sửa chữa, một trong những chi tiết của lắp ghép thường là chi tiết quan trọng và có giá thành cao hơn cả (ví dụ trục khuỷu) được gia công theo kích thước sửa chữa Bằng gia công theo kích thước sửa chữa người ta hồi phục lại hình dáng hình học, độ bóng và các thông sô chính xác khác của các bề mặt hao mòn của các chi tiết Chi tiết hồi phục có thể có một sô' kích thước sửa chữa Số lượng và giá trị của chúng phụ thuộc vào đại lượng hao mòn, lượng dư gia công và lượng dự trữ độ bền của chi tiết

9

H ìn h 1.2 So' đổ xác định kích thước sửa chứa

a) đ ể cho trục ; b) đ ể cho lổ.

Phương pháp xác định giá trị và sô lượng các kích thước sửa chửa trục và lỗ như sau: Giả sử trục và lỗ khi đưa vào sửa chữa có hình dáng và kích thước như chỉ trên hình 1.2, kích thước sửa chữa đầu tiên có thể xác định theo công thức :

đối với trục :

d Sc l = d H - 2 ( u m ax + z)đối với lỗ :

D scl = D H + 2 ' u m a x + z >

trong đó : dscj và Dsc| - kích thước sửa chữa lần một của trục và lỗ, mm ;

dH và Dh - kích thước bình thường (theo bản vẽ) của trục và lỗ, mm ;

Lượng dư gia công phụ thuộc vào dạng gia công Khi tiện và doa kêt thúc : 0,05-0,lmm; khi mài : 0,03-0,05mm tính trên một phía

Đại lượng hao mòn cực đại umax một phía có thể xác định bằng thực nghiệm Tuy nhiên khi kiểm tra và phân loại chí tiết người ta thường đo không phải là hao mòn cực đại m à là hao mòn chi tiết u theo đường kính giữa hai lần sửa chữa Bởi vậy để đơn giản công thức trên người ta đưa vào hệ số mòn không đều ß (bằng ti' sô của hao mòn cực đại một phía với đại lượng hao mòn theo đường kính u):

ß h n axu

Khi mòn đêu umax = umin = — , hệ số mòn không đều ß = — - = 0,5

Khi mòn một phía U jjy jj = o, U j j ^ = u, hệ số mòn không đều ß = — = 1,0

Như vậy giá trị của hệ số mòn không đều có thể thay đổi từ 0,5-1,0 Các chi tiết cụ thể giá trị của hệ số đó được xác định bằng thực nghiệm

10

Vì umax = (iu nên sau khi th ế giá trị đó vào công thức trên ta có công thức xác định các kích thước sửa chữa:

d scl = d H - 2 ( P U +

D sc l = D H + 2((ỉu + z)Trong các công thức đó đại lượng 2((3u + z) = Y là gian cách giữa hai lần sửa chữa

Do đó công thức tính toán để xác định các kích thước sửa chữa có dạng như sau:

trong đó : n - sô kích thước sửa chữa

Trên đây là các công thức sử dụng trong trường hợp gia cóng không thay đổi tâm Khi chi tiết cho phép thay đổi tâm thì :

trong đó: dmin - đường kính tô'i thiểu của trục, mm ;

Dmax - đường kính cực đại của lỗ, mm

Đường kính tôi thiểu của trục và đường kính cực đại của lỗ được xác định theo điều kiện bền của chi tiết

Gia công chi tiết dưới kích thước sửa chữa được sử dụng rộng rãi để hồi phục các chi tiết của ô tô máy kéo Phưong pháp này có những ưu điểm sau: quy trình công nghệ và trang thiết bị sử dụng đon giản, hiệu quả kinh tế cao; duy trì tính lắp lẫn của các chi tiết trong giới hạn của kích thước sửa chửa nhất định Nhược điểm của phưomg pháp này là làm tăng danh mục của phụ tùng thay thế, làm phức tạp các quá trình ghép bộ các chi tiết, lắp cụm và bầo quản chi tiết Ngoài ra việc thay đổi kích thước làm giảm một cách đáng kể thời hạn phục vụ của chi tiết

1.2.3 Dùng chi tiết phụ

Sử dụng chi tiết phụ nhằm mục đích bù hao mòn của các bề m ặt làm việc của chi tiết cũng như thay thế các phần bị hao mòn hay bị hư hỏng của nó

11

Trong trường hợp này người ta lắp chi tiết phụ trực tiếp lên bề m ặt hao mòn của

may ơ bánh, ô đặt xupáp bị mòn và các chi tiêt khác

Chi tiết phụ có thế là ông lót, vòng, vòng đệm, bạc có ren tùy thuộc vào dạng bề

m ặt hối phục

Chi tiết phụ thường được chế tạo từ vật liệu giống vật liệu chi tiết được phục hồi

Hồi phục các chi tiết bằng gang củng có thể chế tạo chi tiết phụ bằng thép Bề mặt

làm việc của chi tiết phụ phải'tư ơng ứng với tính chất của bề m ặt được hồi phục của

chi tiết Vì vậy trong trường hợp cần th iết chi tiết phụ củng phải được gia còng nhiệt

cán đảm bảo độ tin cậy củạ lắp ghép có thể bắt chặt bổ sung nhờ h àn vảy theo mặt

rìa, bắt vit hay dũng chốt hãm Để đề phòng biến dạng trước khi ép bạc nên bôi trên

bế m ặt chi tiết hỗn hợp dầu máy và grafit

Sau khi lắp và bắt chặt các chi tiết phụ người ta móì tiên hành gia công cơ k ẽt thuc

đê đạt được kích thước yêu cầu

Phương pháp hồi phục bằng chi tiết phụ được sử dụng rộng rãi trong sửa chữa máy

do quy trinh công nghệ và trang thiết bị sử dụng đơn giản Tuy nhiên sử dụng phương

phap hổi phục này không phải luôn luôn đáp ứng quan điểm kinh tê do chi phí vật

liệu lớn đê chê tạo các chi tiết sửa chữa phụ Ngoài ra nhiều trường hợp đưa đến làm

giảm độ bền cơ học của chi tiết hồi phục và làm phức tạp trong lắp lẫn

1.3 H ồi PHỤC CHI TIẾT BANG p h ư ơ n g p h á p hàn

1.3.1 Hàn và hàn đắp b ăn g tay

A HÀN HƠI

I K iến th ứ c ch u n g

Trong hàn hơi kim loại nóng chảy nhờ nhiệt nhận được từ ngọn lửa của khí đốt

Ngọn lửa dùng phổ biến để h àn và h àn đắp trong sửa chữa máy là ngọn lửa axêtylen-oxỹ

và ít hơn nhiều là propan-butan, dầu hỏa-oxy

Sử dụng mỏ hàn axêtylen-oxy có thể thực hiện được các công việc sau : hàn các chi

tiết bằng thép mỏng, chi tiết bằng gang có hình dáng phức tạp, chi tiết bằng hợp kim

và kim loại màu; h àn đắp các hợp kim cứng ; tôi bề mặt; cắt kim loại ; hàn vảy bằng

chãt hàn cứng ; h àn chất dẻo

Khi hàn hơi kim loại chính và kim loại hàn nóng chảy dễ bị oxy hóa và thấm cacbon

Các nguyên tố hợp kim như m angan, silic trong kim loại cũng bị đốt cháy Rim loại

hấp th u khí hydro, nitơ, chịu sự biến đổi thể tích và cấu trúc Oxy có trong kim loại

mối hàn làm giảm độ bền, độ dai va đập cũng như độ chịu ăn mòn ôxy hóa

Hydro thâm vào kim loại nóng chảy từ vùng hoàn nguyên của ngọn lửa h àn đồng

thời hydro trong mối hàn tạo rỗ khí và nó là nguyên nhân làm xu ất hiện các vết nứt

Nitơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao của ngọn lửa hàn sẽ chuyển từng phần thành

trạng thái nguyên tử và hòa tan vào kim loại lỏng Ngoài ra nó còn liên kết hóa học

Với Fe và các nguyên tố hóa học khác tạo th àn h các nitrua Fe2N, Fe4N, MnN, SiN

12

Chúng làm cho kim loại hàn đắp có độ cứng và độ giòn cao Azôt bão hòa quá mức trong kim loại đưa đến tạo rỗ trong mối hàn khi nguội.

2 Thuốc hàn Để giảm ảnh hưởng của oxy, hydro vá azôt đến chất- lượng của kim

loại hàn đắp người ta sử dụng thuốc hàn

Thuốc hàn chuyển các oxit, thành các hợp chất dễ chảy nổi lên bề m ặt của kim loạilỏng, bảo vệ kim loại khỏi tác dụng của các khí có hại, Khi hàn các kim loại đen người

ta sử dụng các loại thuốc hàn chính sau : borac (Na2B40) natri hydroẹac-bonat (NaHC03)

và axit bonc (H3B 0 3)

3 Vật liệu hàn Tính chất cơ lý hó¿i của kim loại hàn phải giông như kim loại cùa

chi tiết Để không thay đổi thành phần của lớp hàn đắp, khi hàn các nguyên tô dễ bị oxy hóa trong thành phần que hàn phải lớn hơn trong kim loại chi tiết

Vật liệu hàn để hàn các chi tiết thép ít quan trọng có thê sứ dụng thép ít cacbon

mangan, silíc-mangan thâp

Đẽ hàn các chi tiết bằng gang có hình dáng phức tạp bằng phương pháp hàn nóng người ta dùng que hàn thanh gang có mả hiệu A (3-3,6% c, 3-3,5% Si ; dưới 0,5% Cr; dưới 0,3% Ni ; 0,2-0,5% p và không quá 0,08% S)

Đế hàn chi tiết bằng gang khi hàn nguội người ta sử dụng thanh gang có mã hiệu

B, chỉ khác thanh mã hiệu A là có thêm mangan 0,5-0,8% và được tăng cường lượng

Si đến 4,8% Mangan khi hàn trung hòa tác dụng có hại của lưu huỳnh, silic tăng cường quá trinh grafit hóa và cản trở quá trình tạo gang trắng

Để hàn hơi các chi tiết nhỏ người ta dùng thanh que hàn bằng đồng điện phân.Hàn chi tiết bằng đồng thau người ta sử dụng thanh que hàn bằng đồng thau chứa một lượng kẽm lớn

Khi hàn đồng, nhôm và các chi tiết từ các hợp kim của chúng người ta sử dụng thanh que hàn có thành phần như chi tiết hàn

Khi hàn đắp người ta chọn vật liệu que hàn phụ thuộc vào công dụng của lớp hàn đắp

Để nâng cao độ chông mòn của chi tiết trong thực tê sửa chữa người ta sử dụng rộng rãi cạc hợp kim xóomai N°1 (2,5-3,5% c, 25-31% Cr, 3-5% Ni, 1,5% Mn, 2,8-4,2%

Si còn lại là Fe) và relit

4 Chọn c h ế độ hàn đắp

Các yếu tô chính xác định

chê độ hàn hơi là phương pháp

hàn, công suất, đặc điểm ngọn

lửa, đường kính thanh que hàn

thanh que hàn trong tay trái còn

mỏ hàn ở tay phải và dịch chuyển

H ìn h 1.3 Các phương pháp hàn hưi a) hán phải : h) hờn trái.

13

chúng từ phải sang trái Phương pháp hàn phải có hướng chuyển động ngược lại của thanh que h àn và mỏ hàn.

Chi tiết có chiều dày dưới 4mm người ta hàn bằng phương pháp h àn trái đê tránh cháy thủng, còn chi tiết có chiều dày lớn hơn 4mm hàn bằng phương pháp hàn phải.Chất lượng của mối hàn khi hàn phải cao hơn khi hàn trái, vì ngọn lửa h àn bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi tác dụng của không khí tốt hơn và nguội nhanh Khi h àn phải mối hàn chặt và dẻo hơn

2 Công suất ngọn lửa đặc trưng bằng chi phí axetylen trong một giờ A(dm3/h) phụ thuộc vào đầu cuối mỏ hàn Chi phí axetylen trong một giờ được xác định theo công thức :

A = k strong đó : k - hệ số đặc trưng cho vật liệu của chi tiết, phương pháp hàn và

phương thức liên kết, dm3/h cho lm m chiều dày chi tiết ;

s - chiều dày chi tiết, mm

Đôi với thép k = 100-120 dm3/h ; đôi với gang k = 110-140 dm3/h ; đôi với đồng thau

k = 130 dm3/h ; đối vói nhôm k = 60-100 dm3/h,

3 Đặc điểm của ngọn lửa phụ thuộc vào công việc hoàn thành

Các chi tiết chê tạo từ hợp kim nhôm, đồng, đồng th an h và thép có lượng cacbon dưới 0,5% được hàn bằng ngọn lửa bình thường (trung hòa) Khi vá các vết nứt cũng dùng ngọn lửa loại này

Ngọn lửa trung hòa có khả năng khử oxy, ôxit cacbon và hyđrô Vì vậy nếu hàn trong vùng này của ngọn lửa hàn thì chất lượng mối hàn sẽ tốt hon

Người ta tiến hành hàn các chi tiết bằng gang, các chi tiết bằng thép chứa cacbon trên 0,5% và hàn đắp các hợp kim cứng bằng ngọn lửa thừ a axêtylen Ngọn lửa như

trong kim loại tăng lên một ít, silic không bị đốt cháy và gang không bị biến trắng.Người ta sử dụng ngọn lửa h àn thừa ôxy để cắt kim loại, đốt nóng chi tiết khi tôi, hàn vảy và hàn các chi tiết bằng đồng thau Ngọn lửa thừa ôxy đốt nóng nhanh hơn nhiều so với các ngọn lửa khác vì nó có nhiệt độ cao nhất

Ngọn lửa thừa ôxy khi h àn đồng th au do không có khí hyđrô tự do nên bảo đảm nhận được môi h àn chặt không rỗ

Ngọn lửa thừa axêtylen có thể sử dụng để tôi cục bộ hay toàn bô bề m ặt của chi tiết với chiều sâu tôi không lớn (1,5-2,0 mm) Trong trường hợp đó người ta bố trí trực tiếp sau mỏ h àn bộ phận để cung cấp chất lỏng tôi

4 Đường kính của thanh que hàn Đường kính của thanh que hàn phụ thuộc vào chiều dày của chi tiết h àn và phương pháp hàn

Khi hàn chi tiết cồ chiều dày nhỏ hơn 15mm, đường kính của th an h que h àn có thể chọn theo công thức thực nghiệm sau:

g

d = — + 1 (hàn trái)

g

d = ^7 + 2 (hàn phải)z

trong đó : s - chiều dày của chi tiết, mm

14

Với nhữngchi tiết có chiều dày lớn hơn ,15 mm

đường kính của thanh que hàn lấy bằng 6-8mm

5 Góc nghiêng của mỏ hàn lấy phụ thuộc vào

chiều dày (hình 1.4), tính chất nhiệt và vật lý

của kim loại hàn

Góc nghiêng càng lớn thi tác dụng của ngọn

lửa lên bề m ặt chi tiết càng lớn

Propan-butan được sử dụng để hàn khi hồi

phục các chí tiết có thành mỏng (ca-bin)

B HÀN VÀ HÀN ĐẮP BẰNG Plồ QUANG ĐIỆN

1 K iến thứ c chung về hồ quang hàn

Khi hàn hồ quang điện, kim loại của chi tiết nóng chảy bằng hồ quang phát sinh giữa thanh vật liệu que hàn (que hàn) và chi tiết Hàn hồ quang có thể sử dụng dòng điện một chiều hay dòng điện xoay chiều Hàn bằng dòng điện một chiều hồ quang cháy

ổn định hơn, đồng thời ở cực dương tỏa nhiệt nhiều hơn (Q = 43%, nhiệt độ t = 4200°C)

so với cực âm (Q = 36%, t = 3600°C) Nếu như cần tăng chiều sâu cháy của chi tiết khi hàn thì người ta tiến hành hàn ở trường thuận (nối chi tiết với cực dương) Các chi tiết có chiều dày nhỏ (để tránh cháy, thủng) cũng như các chi tiết thép cacbon trung bình và thép hợp kim cao (để trong vùng chuyển tiếp không tạo các vết nứt tôi) người

ta hàn với trường ngược (nôi chi tiết với cực âm nguồn điện) Khi hàn bằng dòng điện xoay chiều nhiệt tỏa ra giống nhau ở que hàn và ở chi tiết

Chi tiết chế tạo bằng thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp có chiều dày lớn và trung bình được hàn bằng dòng điện xoay chiều Điều đó làm giảm chi phí năng lượng điện và cho phép sử dụng trang thiết bị hàn rẻ tiền

Chiều dài của hô quang L (hình 1.5) bằng tông chiều dài của ba vùng : anôt, catôt và cột hồ quang Điện áp của cột hồ quang được đặc trưng bằng đường gãy khúc abcd

Sụt áp ở vùng catôt và vùng anôt phụ thuộc vào vật liệu của điện cực, áp suất và tính chất của môi trường khí xung quanh, bời vậy trong quá trình hàn chúng không thay đổi Sụt áp ở cột hồ quang, ngoài các yếu tô kể trên còn phụ thuộc vào chiều dài của

hồ quang

Hàn tay với điện cực chảy được tiến hành bằng

hổ quang ngắn có chiều dài 2-6 mm Khi tăng chiều dài hồ quang, điện áp sẽ tăng vì tăng trở kháng của cột hồ quang Đường kính của điện cực càng lớn hồ quang càng dài Khi hàn bằng hồ quang dài kim loại mối hàn sẽ bị rỗ vì làm tăng ôxy hóa và lượng nitơ trong kim loại hàn, tôn th ất kim loại do tung tóe, số khuyết tậ t trong mối hàn cũng tăng lên, làm giảm năng suất Ngoài ra còn làm xấu sự hình thành mối hàn Khi hàn bằng điện cực than người ta tiến hành hàn bằng hồ quang dài

H ình 1.4 Sự phụ thuộc giữa góc nghiêng

của mỏ hàn và chiều dày của chi tiết.

15

Hồ quang cháy ổn định k h i h àn bằng điện cực kim loại ở điện áp 18-28 V còn ở điện cực th a n hay grafit ở điện áp 30-35 V.

độ dòng điện đạt đến trị scí gần 100 A nếu tiêp tục tăng cường độ dòng điện, ảnh hưởng đến điện áp không đáng kể (vùng II) Khi tăng cường độ dòng điện lởn hơn 1000 A điện áp tăng (vùng III).Với việc tăng chiều dài hồ quang đường cong của đặc tinh tĩnh (đặc tính vôn-ampe) được nâng lên và hầu như không thay đổi hình dáng của mình

Vùng thứ nhất và đầu vùng thứ hai của đặc tính tĩnh tương ứng với hồ quang được

sử dụng khi hàn tay, còn vùng thứ hai và thứ ba dùng cho h àn tự động và bán tự động.Năng suất hàn được đặc trưng bằng số lượng điện cực (que hàn) hay kim loại hàn nóng chảy (g) trên đơn vị thời gian và nó được xác định theo công thức :

t - thời gian cháy hồ quang, h

Hệ số hàn đắp phụ thuộc vào vật liệu hàn, vật

liệu điện cực và thành phần của lớp bọc nó (thuốc

hàn), loại và trường điện củng như sự m ất m át

khi hàn Hệ sô h àn đắp khi hàn tav dao động

trong khoảng 6-18 77 và trung bình là 8-12 “ 7

Sự m ất m át điện cực do tung tóe khi hàn tay

bằng que hàn trầ n và que hàn có lóp thuốc bọc

mỏng vào khoảng 10-20% ; còn bằng que hàn có lóp

thuốc bọc dày là 5-10% và troiig khí bảo vệ 3-6%

3 Cấu tr ú c k im lo ạ i ở v ù n g hàn

Nhiệt độ đốt nóng ỡ vùng hàn dao động từ

điểm nóng chảy đến nhiệt độ ban đầu của chí

tiết Cấu trúc kim loại ở vùng ảnh hưởng nhiệt

và kích thước của vùng này phụ thuộc vào th àn h

phần hóa học, chiều dày của chi tiết hàn, phương

pháp và chê độ h àn cũng như chu kỳ nhiệt của

hàri và các yếu tô khác Trên hình 1.7 trình bày

H ìn h 1.7 Cấu trúc kim loại

ở vùng ảnh hưởng nhiệt a) thép c tháp ; h) thép c trung hình

1 - 1 1 các vùng th ay đổi cắ'u trúc kim loại.

16

sơ đồ cấu trúc của kim loại ờ vùng ảnh hưởng nhiệt khi han thép cacbon thấp (hình 1.7aj

và thép cacbon trung bình hay thép hợp kim' thấp (hình 1.7b)

Vùng nóng chảy 1 nằm cạnh kim loại môi hàn đôi khi gọi nó là vung' chuyên tiếp Vùng này được hình thành từ pha lỏng và pha cứng Tại đây diễn ra quá trinh khuếch tán và gây ra sự không đồng nhất vế hóa học Tinh chất của vùng chuyến tiếp ảnh hướng quyết định đến độ bền và khá năng làm việc của lớp hàn đắp Trên vùng đó thường tạo vết nứt, gỉ, phá hỏng do mỏi Vi vậv tạo hình hợp lý cho vùng này có y nghía lớn Vùng nóng 2 hình thành ở nhiệt độ 1100 - 1500°c Kim loại ở vùng này bị biên đổi dạng thù hình, sắt (X chuyên thành sắt y và do đốt nóng đáng kể kích thước cua h ạt kim loai sẽ lớn lên Phần nay của vùng ảnh hưởng nhiệt là vùng yếu nhất, nó

có độ giòn lớn và độ bên thấp so với kim loại chính Chọn công nghệ hàn hợp lv sẽ hạn chê tối đa các tính chất không tốt của kim loai ở vùng nàv

Vùng kết tinh lại hay thường hóa 3 có câu trúc hạt nhỏ nhất, tạo thành ở nhiệt độ 900-llG0°C Vùng này có độ bến và độ dẻo tốt nhất

Vung kết tinh lại không hoàn toan hay bình thường hóa không hoàn toàn 4 được hmh thành ỡ nhiệt độ 720-880°C Nhiệt độ này không đủ để thay dổi hoàn toàn cảu trúc của kim loại chinh thành câu trúc nhỏ hat Bởi vậv ở vùng 4 cùng với các h ạt của kim loại chính có các hạt được tạo thành khi kêt tinh lại Vung kẽt tinh lại không hoàn toàn có độ bền đủ lớn và anh hưởng ít đến độ bền của liên kết hàn

Vùng kết tinh lại hay vùng hóa già 5 hình thành trong khoáng nhiệt độ 500-700°C Khi đó diễn ra hồi phục hình dáng và kích thước của các hạt bị phá hỏng hay bị biên

dạng khi gia công kim loại chính Cấu trúc và tính chát kim loại ồ vùng này không có

thay đối rõ rệt

Vùng giảm độ dai va đập được hình thành ỏ' nhiệt độ đốt nóng đến 500°c và thấp hơn Không có thay đổi cấu trúc Tuy nhiên khi hàn thép cacbon thấp có thế giam đáng

kể độ dai va đập

Khi hàn thép cacbon trung binh va thép họp kim thấp, dề tôi, cấu trúc ở vùng ảnh

hưởng nhiệt sẽ khác đi một ít Sau vùng nóng chay 7 (hmh 1.7b) sẽ là các vùng tòi 8, tôi không hoàn toàn 9, ram 10 và cấu trúc cua kim loại chính 11

Chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn tay bằng que hàn trần hay que hàn có thuốc bọc mỏng nằm trong khoảng 2-4 mm, còn bằng que hàn có lớp thuốc bọc dày là 5-6mm,

4 Đặc d iểm nguồn diện đ ể

hàn và hàn d ắ p b ă n g ta y

Người ta chọn nguồn điện hàn

theo đặc tính ngoài Đặc tính

ngoài (sự phụ thuộc giữa cường

độ dòng điện và điện áp) của

nguồn điện có thê có: giảm nhanh

1, giảm chậm 2, cứng 3 và tăng

chậm 4 (hình 1.8)

Để hồ quang cháy ổn định

đặc tính tĩnh của nó phải tương

ứng viýi đặc tính tĩnh của nguồn H ìn h 1.8 Đặc tính của nguồn điện.

Khi hàn tay cường độ dòng điện hàn thay đổi không đáng kể Nguồn điện để hàn tay phai co đặc tính ngoài giảm để hồ quang cháy luôn ổn định klú thay đổi chiều dải hồ quang trong một giới hạn nào đó Trên hình 1.8b đường đứt đoạn 3 đặc trưng hồ quang dài và 4 hồ quang ngắn Điểm cắt của chúng voi đặc tính ngoài giảm 1 của nguồn điện O' điểm A và B xác định giá trị cường độ dòng điện hàn Trên hm h ta thây khi chuyển

tư đặc tính 3 sang đặc tính 4 nghĩa là khi thay đổi chiều dài hồ quang gần như không thay đổi cường độ dòng điện qua hồ quang Đặc tính ta nhận được khi :

u = u 0 - IRtrong đó : u - điện áp ở các cực của nguồn điện, V ;

U 0 - điện áp chạy không, V ;

I - cường độ dòng điện của hồ quang, A ;

R - điện trở, Q

Điện áp chạv không ở đặc tính ngoài giảm lớn hơn điện áp làm việc của hồ quang

VI vậy dễ kích thích nó Ớ các đặc tinh 2, 3, 4 của nguốn điện cần có điện áp chạy không được nâng cao (chỉ bằng đường đứt đoạn trên hm h 1.8ì đê dê kích thích hồ quang

5 Đ iện cực h àn (que hàn) Người ta sử dụng que hàn có các kí hiệu khác nhau

để han các chi tiết từ thép kết cấu đến thép họp kim Các chữ số trong mã hiệu que hàn thường chí độ bền kéo của mối hàn, còn chữ cái A chỉ độ dẻo được nâng cao Người

ta sử dụng dây thép ít cacbon đê’ làm ruột que hàn

Đẻ hán đắp các chi tiết có độ cứng và độ chống mòn nhất định người ta sử dụng que han có thuôc han chứa các nguvên tô họp kim thường ỏ’ dưới dạng ferocrom, feromangan, ferosilic trong kí hiệu của que hàn đắp thường có sô và chữ chỉ thành phán hóa học của kim loại hàn đắp (%), các chứ sô chi độ cứng Ruột, que h àn cũngđươc làm từ thép ít c.

Han điện củng như hàn hoi kèm theo ôxy hóa, bão hòa kim loại nóng cháy bởi các khí N2 và H2 cũng như cháy các nguyên tô c và họp kim Do nhiệt độ cùa hồ quang cao nén hiện tượng đó diễn ra khá mạnh Để làm giảm các hiện tương đó que hàn được bọc một lóp thuốc hàn

Đế bảo vệ kim loại khói tác dụng của không khí trong thành phần của thuốc hàn

co các chất hữu cơ tạo hơi (tinh bột, dextrin, xelulo và cacbonat ) Khi hồ quang cháy các chât đó cháy tạo thành khí cacbonat và cacbon oxit ép không khí ra khỏi vùng cháy của hồ quang Xỉ hàn trong quá trinh h àn ngăn cách bề m ặt của kim loại nóng chảy với không khí, làm nguội chậm hơn và do đó thoát hoàn toàn hơn các khí hòa tan trong kim loại nóng chảy

Các chất khử oxy liên kết với các oxit có trong kim loại nóng chảy tạo th àn h xỉ dễ chảy nổi lên trên bề m ặt mối hàn Để tăng cao tín h ổn định cháy của hồ Quang trong thuốc hàn người ta cho thêm chất ổn định (kali silicat, natri siỉicat, cẩm thạch, đicromat,

đá phấn ) Người ta dùng thủy tinh lỏng để liên kết các chất tạo hơi, tạo xi, khứ oxy,

* chất ổn định hồ quang và họp kim

Khi chọn que hàn không chỉ chú ý đến tín h chất kim loại mối hàn mà còn chú ý đến đặc điểm công nghệ, cháy ổn định, chiều sâu chảy, hệ số hàn đắp, m ất m át kim loại, khả năng hàn ở các vi trí khác nhau trong không gian, tạo hình của mối hàn, dễ dang làm sạch môi hàn

18

Đường kính của que hàn phụ thuộc vào chiều dày của chi tiết, loại môi hàn và vi trí của nó trong không gian Đường kính que hàn d khi hàn nối ở VỊ trí dưới được chọn phụ thuộc vào chiếu dẩy s của knn loại hàn (hình 1.9a).

Mối hàn đứng và hàn trần được hàn với que hàn có đường kính không lớn hơn 4mm

6 Chọn cư ờ ng dộ dòn g diện hàn Mỗi một đường kính của que hàn tương ứng

với một khoảng cường độ dòng điện hàn nhất định Cường độ dòng điện hàn tôi thiếu được xác định bằng sự cháy ô’n định của hồ quang Tăng cao dòng điện khói giá trị hợp

lý làm nóng que hàn, bong lớp thuốc hàn khỏi ruột que hàn, cháy các nguyên tô hợp kim và làm Xấu sự tạo hình của môi hàn Để xác định cường'độ dòng điện hàn khi hàn nằm có thể sử dụng công thức:

I = (40 - 50)dCông thức này chỉ cho

a) đổ thị chọn chẽ độ hàn ; h) đô thị chun cương đô dung dien.

Chiều dài hồ quang ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hàn Chiều dài binh thương của nó lấy 0,5-1,2 đường kính que hàn tuỳ thuộc vào mả hiệu que hàn và điêu kiên hàn Nêu hồ quang quá ngắn mối hàn được tạo hmh xâu, còn quá lớn sẽ làm giám chiều sâu chảy, tăng sự tung toé của kim loại, táng lương N và Oy trong kim loại của môi hàn

7 Hồi p h ụ c các chi tiế t bắ n g th ép cacbon vá thép h ọ p kim

Chất lượng hàn và hàn đắp các chi tiêt bằng thép phụ thuộc vào thành phân hóa học (lượng cacbon và các nguyên tô hợp kim) Thép cachón thấp và thép hợp kim tháp

hơn 6% có tính hàn bình thường Thép chứa c trên 0,35% và các nguyên tô hợp kim trên 8% khó hàn Đê’ tránh xuất hiện các vết nứt, các chi tiết đó cần được đốt nong sơ

bộ hoặc sử dụng các thao tác hàn đặc biệt

Thép chứa trên 0,2% c khi hàn làm tăng tính chẫt tôi của thép củng như làm xuảt hiện các vết nứt tôi giòn và các ứng suất dư Để tránh các ảnh hướng đo cân tiên hành hàn với 1 cường độ dòng điện tôi thiểu, không rỗ, hàn không ngấu Môi hàn co sự chuyển tiếp đều đặn từ vật thể đến bề mặt của lóp hàn đắp Không nên sử dụng hàn vảy đế sau đó hàn vá không hoàn toàn củng như hàn các khuyêt tậ t bằng các môi hàn ngắn hơn 100 mm Khi tiến hành hàn vá hay hàn đắp nhiều lớp, lóp hàn sau đặt lên lop

19

hàn trước khi chúng chưa kịp nguội đến nhiệt độ dưới 200°c Thép chịu tôi trước khi hàn cần đốt nóng đến nhiệt độ 200-250°C Chi tiết có bề m ặt được xêm ăngtit hóa và

có độ cứng cao trước khi hàn nên dùng đá mài mài lớp kim loại bị biến cứng có chiều dày từ 1-2 mm Khi h àn đắp trục nên nhúng một phần trục vào nước để trá n h phá hỏng lớp bề m ặt được gia công nhiệt nằm cạnh vùng hàn

Thép có hàm lượng mangan cao dùng để chế tạo các m ắt xích của máy kéo chứa gần

1,5% c và 13% mangan có độ cứng và độ bền chống mài mòn cao Khi đốt nóng nó lên

đến nhiệt độ trênl200°c và nguội chậm làm xuất hiện cacbit Mn và do đó nó trỡ nên giòn và xuất hiện vết nứt Khi hàn thép này cần th iết tạo vùng đỗt nóng nhó và làm nguội nhanh môi hàn Người ta hàn với mối hàn rộng và ngắn Sau khi hàn từng mối hàn được làm nguội bằng nước

8 Hàn các ch i tiế t b ắ n g gang Gang xám được sử dụng rộng rãi để chê tạo các

chi tiết thân của ô tô máy kéo và máy nông nghiệp

Các khó khăn chính gặp phải khi hàn các chi tiết bằng gang là: sự biến trắn g cúa gang, sự chuyển tiếp đột ngột từ trạng thái rắn sang trạn g thái lỏng khi đốt nóng, sự tạo thành các vết nứt

Gang bị biến trắng trong quá trình h àn do đặc điểm th àn h phần hóa học của nó Si

và Mn luôn có trong gang và có ảnh hưởng khác nhau đến tốc độ grafit hóa khi làmnguội kim loại nóng chảy Silic là chất grafit hóa rấ t m ạnh còn Mn cản trở tách grafit,

nó liên kết trong hợp chất hóa học cacbít mangan (Mn3C) có độ cứng bằng độ cứng của xêmăngtit (Fe3C) Quá trình grafit h ó a phụ thuộc vào tốc độ làm nguội của gang nóng

chảy khi c ở trạng thái dung dịch Khi làm nguội quá nhanh gang lỏng c không kịp

thoát ra dưới dạng grafit tự do, gang bị biến trắn g trở th àn h cứng và không thể gia công cơ Tính chất cơ học của gang cũng phụ thuộc vào lượng liên k ết hoá học của c

và grafit tự do cũng như hm h dáng và kích thước của grafit Liên kêt hóa học của ccàng lớn và grafit tự do càng nhỏ trong gang xám thì độ cứng và độ bền cơ học cúagang càng cao Tuy nhiên grafit không chỉ được thoát ra khi gang chuyển từ trạn g thái lỏng sang trạng thái cứng mà còn được kéo dài trong quá trìn h làm nguội

Khi hàn gang chi tiết lấy nhiệt một cách nhanh chóng ở phần kim loại nóng chảy, grafit hóa gang không kịp diễn ra và trong vùng hàn gang bị biên trắng Độ cứng cao của vùng bị biến trắn g không cho phép thực hiện gia công cơ, còn sự khác nhau giữa

hệ sô giãn dài của gang trắn g và gang xám tạo các ứng suâ't bên trong và tạo các vết nứt mói

Gang có tính chảy lỏng cao, vì vậy chỉ có thể h àn chúng bằng hồ quang điện khi vùng hàn ở vị trí nằm ngang

Phương pháp h àn các chi tiết bằng gang có thể chia ra: h àn nóng và hàn nguội

Hàn nóng H àn nóng bao gồm đốt nóng sơ bộ chi tiết trước khi hàn còn sau khi hàn

thì làm nguội chậm Nhiệt độ đốt nóng phụ thuộc khối lượng và hình dạng của chi tiết

nhưng không vượt quá 650°c Đốt nóng sơ bộ làm giảm sự đốt nóng không đồng đều,

giảm ứng su ất nhiệt, ứng su ất co ngót và ngăn ngừa tôi ở vùng gần mối hàn Đốt nóng cao hơn 650°c làm tăng kích thước của h ạ t grafit, còn nếu nhiệt độ lớn hơn 750°c sẽ làm thay đổi hóa học và cấu trúc kim loại Vận tốc làm nguội từ lúc bắt đầu đóng cứng

kim loại hàn ầắp đến 600°c không được lớn hơn 4°c trong một giây.

Hàh nóng có thể thực hiện bằng hàn điện và h àn hơi Khi hàn điện có thể tiến hành bằng dòng điện xoay chiều hay dòng điện một chiều có trường ngược Quá trìn h h àn vá

20

khuyết tậ t được thực hiện bằng que hàn gang có đường kính lớn (12-14 mm) để tạo điều kiện cần thiết đuổi các khí và các tạp chất ra khỏi môi hàn.Trước khi hàn người

ta khoan chặn đầu cuối vết nứt Hàn chấm dứt khi nhiệt độ xuống dưới 400°c

Khi hàn hơi mối hàn nhận được tốt hơn so với hàn hồ quang điện'do c bị đốt cháy

ít hơn

Khi hàn nóng chất lượng kim loại hàn đắp tốt hơn nhưng đòi hỏi tôn nhiều công sức nên sử dụng ngày càng ít

Hàn nguội Hàn nguội được thực hiện bằng các phương pháp hàn khác nhau và sử

dụng các que hàn chuyên dùng (que hàn gang)

Hàn bằng que hàn thép Thép hàn đắp bám không tốt với gang do độ co ngót của

chúng khác nhau và vùng nóng chảy giàu c trờ thành giòn, chịu tôi và khi nguội có vết nứt Kim loại của môi hàn được hàn đắp lên gang là thép c cao được tôi chứa từ

và kim loại chính tạo một vạch gang trắng rộng gần 1 mm và sau đó có một dải rộng hơn là gang tôi Hàn đắp nhiều lớp khắc phục một cách đáng kể nhược điểm đó Đến lóp hàn đắp thứ ba kim loại mối hàn đã là kim loại nguyên thủy của que hàn Ưu điểm hàn đắp gang nhiều lóp đã được sử dụng khi hàn nguội bằng đường hàn ủ Dọc theo vết nứt người ta vát hình chữ V Đường hàn đầu tiên dài 40-50 mm và ngay sau

đó hàn đường hàn thứ hai - đường hàn ủ Khi hàn đường hàn thứ hai, đường hàn thứ nhất bị đốt nóng nhiều hơn và sau đó nguội với vận tốc chậm hơn

Phần đáng kể của xêmăngtit bị phân rã và tách graíit, còn phần tôi của môi hàn bị ram và thường hóa một phần Đường hàn trên (đường hàn ủ) cũng bị tôi ít hơn, do đógiảm một cách đáng kể độ cứng của tấ t cả

môi hàn và lấy một phần ứng suất còn lại

phát sinh trong quá trình hàn Để nâng cao

độ tin cậy khi hàn vá các vết nứt của các chi

tiết chịu tải lớn (thân hộp sô cầu sau) trên

mép các vết nứt người ta cấy theo bàn cờ các

chôt thép (hình 1.10) Đường kính và số lượng

chốt phụ thuộc chiều dày chi tiết và chiều dài

của vết nứt Đầu tiên hàn bao các chốt sau

đó hàn tấ t cả môi hàn

- Hàn bằng que hàn trên cơ sở Ni cho độ

bền khá cao, môi hàn khó xuất hiện vết nứt,

kim loại hàn dễ gia công do Ni hòa tan một

cách đáng kể trong Fe còn austenit Ni chứa

nhiều c không tạo thành cacbit Que hàn chứa

đến 48-50% Ni Que hàn dùng để hàn nguội

gang xám có độ bền cao Có nước sử dụng que

hàn chứa đến 90% Ni

Hình 1.10 Hàn gang khi sử dụng chốt lẩm bền

a) chốt ; b) hàn vòng chốt.

- Que hàn đồng dùng để hàn tấ t cả các trường họp khi không yêu cầu độ bền của

mối hàn cao Cũng như Ní, đồng không tạo liên kết với c nhưng thực tế nó không hòa tan trong Fe Bởi vậy môi hàn không đồng nhất

Que hàn đồng-sắt thường được chế tạo từ thanh đồng có lớp thuốc bọc tlocanxi, trong

có chứa 50% bột sắt Mối hàn có độ cứng cao có thể gia công bằng dao họp kim cứng

21

Han bằng que hàn đồng-mken Người ta thường dùng que hàn bằng hợp kim mônen

(28% Cu, 2,5% Fe, 1,5% Mn còn lại là Ni) hay hợp kim gồm 40% Ni, 1,5% Mn còn lại

la đòng Ni cùa các que hàn đó không tạo liên kết' với c vì vậy môi hàn đắp có độ cứng thâp, vùng biến trắng hầu như không có, vùng gang tôi có độ cứng không cao

9 Hàn nhôm và h ọ p k im nhôm Trên bề m ặt nhôm và họp kim cứa nó luôn có

màng ôxit Al20 3 rấ t khó chảy Trong quá trìn h hàn, màng ôxit đó làm bẩn mổi hàn, lam giảm tính chất cơ học của nó Ngoài ra, do khôi lượng riêng của nhôm nhỏ nênmối hàn dễ bị bẩn bởi các tạp chất có khôi lượng riêng lớn Nhôm và họp kim nhôm

bị giòn khi đôt nóng đến nhiệt độ 400-500°C, hệ sô dãn dài lớn có thê làm xuất hiện các vẽt nứt ở các chi tiết có hình dáng phức tạp

đinh thời điểm bắt đầu chảy

Nhôm và họp kim nhôm có thê hàn bằng hơi hay bằng hồ quang điện Hiện nay cò

tính chất của môi hàn do khối lượng riêng của thuốc Kàn nóng chảy nhỏ hơn s o VỚI

clorua, 14% liti clorua và 8% natri tlorua

Trước khi hàn các chi tiết bằng nhôm đúc hay họp kim nhôm đúc người ta đôt nóng chỗ hàn hay cả chi tiết đến nhiệt độ 200-300°C đê trán h các vết nứt và cong vênh Sau khi hàn, đốt nóng chi tiết đến nhiệt độ 300-350ơC để cải thiện cấu trúc mối h àn và khắc phục ứng su ất bên trong

Nhôm khi đốt nóng không thay đổi m àu vi vậy để kiểm tra nhiệt độ cẩn sử dụng hoả nhiệt kế hay vạch bằng bút chì nhạy cảm nhiệt

Để h àn hơi các chi tiết bằng nhôm người ta dùng que h àn nhôm bọc một lớp thuốc hàn AF, cũng có thể hàn bằng que hàn đồng không bọc thuốc hàn và định kỳ rấc thuốc hàn vào chỗ bị đốt nóng

Hàn nhôm bằng hồ quang điện : lõi que h àn có thành phần gấn vói kim loại chính của chi tiết hàn Thuôc hàn 65% AF, 9% kali clorua, 0,5%) tita n xôp, 25% criolit (3NaF.AlF3)

và 12-14% chất hên kêt Không nên hàn nhôm bằng dòng điện xoay chiều vì kim loại

bị tung tóe lớn và mối hàn hình thành không tốt Khi h àn bằng dòng điện một chiều

có trường ngược các ion chuyển động với vận tốc lớn bắn phá bề m ặt môi hàn, phá hủy các màng ôxit

10 H àn argon

Khi hàn argon hồ quang điện cháy trong môi trường argon giữa cực điện voníram không chảy và chi tiết Argon dùng để bảo vệ cực điện vontram và kim loại nóng chảy khỏi tác dụng của không khí Voníram có nhiệt độ nóng chảy cao 3350-3600°C và có độ bền vững lớn Chi phí của điện cực voníram không lớn, khi cường độ dòng điện 60-70 A khoảng 0,6g trên lm chiều dài mối hàn.Để tăng độ bền vững, cải thiện điều kiện cháy

và ôn định hồ quang người ta cho thêm 1-2% oxit lạntan (La20 3) vào điện cực voníram Hàn argon có thể hàn thép không gỉ, titan, niken, đồng thau, đồng đỏ, thép m angan và các kim loại khác

Vật liệu hàn dưới dạng dây khi h àn được cung cấp bằng tay hay bằng cơ cấu cung cảp Có thê hàn bằng dòng điện một chiều hay xoay chiều H àn dòng điện một chiểu

ôn định hơn, Mật độ dòng điện khi hàn vói dòng điện một chiếu có trường thuận trong khoảng 20-30 A/mm2, đối với trường ngược 4-6 A/mm2, còn khi hàn VỚI dòng điện xoay chiều 10-15A/mm2 Có thể tiến hành hàn bằng điện cực than hay grafit có đường kính 5-25mm, chiều dài 2Q0-300mm Điện cực than và grafit có chi phí lớn (gần lmm/phút)

vả không được sử dụng rộng rãi

Mỏ hàn tay để hàn argon bằng điện cực vonfram không chảy (hình 1.11) gồm có: đầu hàn 4 và thân 6 Trên thân có tay cầm có van cho phép điều chỉnh lượng agon Bắt vào thân còn có cáp trong đó có ông mềm dẫn argon và

dâv dẫn điện Làm mát thân mỏ hàn bằng khi hay bằng

nước Điện cực 2 nằm trong đầu hàn đươc bắt chặt nhờ

bạc đàn hồi và được bịt kín bằng nắp 5 Dòng khí bảo

vệ được hình thành xung quanh điện cực và vùng hàn

hằng miệng phun 3 Bạc đàn hồi và miệng phun có thê

thay thế Mỏ hàn có thể hàn với các điện cực có các đường

kính khác nhau Đường kính lỗ miệng phun bằng 3 đến 4

lần đường kính của điện cực Chi phí argon 2-12 dm'Vphlit

(có thể lấy gấp hai lần) Ví dụ, nếu đường kính của điện

cực 4mm, lỗ miệng phun sẽ là 12mm, còn chi phi argon

11 ứ ng suất, biến d ạn g k h i hàn và phư ơn g p h á p kh ắ c p h ụ c

- Nguyên nhân phát sinh ứng suất vả biến dạng hàn Hàn cũng như các quá trình

gia công kim loại khác làm phát sinh trong chi tiết các nội ứng suất Trong nhiều trường hợp ứng suất cao đên mức gây nên biến dạng đáng kể và làm giảm khả năng làm việc của chi tiết Nguyên nhân chính phát sinh ứng suất và biến dạng là do đốt nóng không

đồng đều Đốt nóng cục bộ kim loại ở vùng hàn từ nhiệt độ ở môi trường xung quanh

đến nhiệt độ nóng chảy và sau đó làm nguội nhanh tạo nên các ứng suất nhiệt, co ngót tuyến tính cùa kim loại hàn Kim loại cứng lại làm giảm thể tích và vì nó có liên kêt với kim loại chính của chi tiết nên trong vùng chuyên tiếp phát sinh ứng suất kéo Kim loại thay đổi câu trúc khi nguội nhanh Cấu trúc peclit-íerit hay austenit của vùng gần

mối hàn khi chuyển thành mactenxit thể tích của

nó sẽ lớn hơn thể tích của cấu trúc ban đấu

H ình 1.12 Sự thay đổi tính chcít

của thép ít c phụ thuộc vảo nhiệt độ.

Biên độ dao động nhiòt độ rộng của vùng hàn đưa đến thay đôi đặc tính lý-hóa của kim loại trong vùng gần môi hàn Trên đồ thị (hình 1.12) ta thấy

độ dãn dài tương đối trong khoảng nhiệt độ 100-350°c giảm còn giới hạn bền của thép tăng Độ bền tăng cực đại trong khoảng 200-350°C khi giảm độ dẻo thường là nguyên nhân tạo các vết nứt trong kim loại Hệ số dãn nở nhiệt a khi tăng nhiệt độ sẽ tăng theo, còn mô đun đàn hồi E giảm một cách đột ngột

và khi nhiệt độ gần 650°c thực tê bằng không, có nghĩa thép mất hết tính đàn hồi cúa mình

Sự thay đổi cấu trúc diễn ra trong kim loại khi đốt nóng và làm nguội xảy ra củng với việc thay đổi thể tích và nó trở thành nguyên nhân phát sinh ứng suất cấu trúc

23

Trên hình 1.13 trìn h bày sự thay đổi câu trúc trong thép khi đốt nống và làm nguội Biên đốt nóng ACj, AC3 chỉ sự bắt đầu và kết thúc của quá trình tạo austenit, còn

AV/V

H ìn h 1.13 Sự thay đôi th ể tích

của thép kh i đôt nong và làm lạnh.

Trong khoảng nhiệt độ 200-350°C thép có độ bền và độ đàn hồi cao, vì vậy sự thay đổi thể tích kéo theo sự tạo thành các ứng su ất cấu trúc Trong thể tích VỚI cấu trúc mactenxit phát sinh ứng suất nén, còn lại theo biên phát sinh ứng su ất kéo

Biện pháp giảm ứng suất và biến dạng hàn

■Biện pháp hữu hiệu nhất để giảm ứng suất bên trong là đốt nóng chi tiết trước khi hàn và làm nguội chậm saụ hàn Đốt nóng trước khi hàn làm giảm đáng kê ứng suất nhiệt và co ngót, còn làm nguội chậm ngăn ngừa sự biến đôi câu trúc một cách đột ngột đặc biệt là ớ vùng gần môi hàn

Thép chịu tôi chứa 0,35%c và hơn nữa đốt nóng đến nhiệt độ 150-280°c Đẽ có được lớp hàn đắp chất lượng cao của thép nhiều c (lớn hơn 0,5%C) và thép hợp kim sau khi

hàn và hàn đắp phải tiến hành gia công nhiệt Gia công nhiệt không chỉ cải thiện chãt lượng môi h àn mà còn khử được nội ứng suất Ở một số trường hợp người ta sử dụng ram cao sau khi hàn đắp nghĩa là đốt nóng đẽn nhiệt độ 600-650°C và giữ ở nhiệt đó tính cho lmm chiều dày từ 1 đến 3 phút và làm nguội chậm cùng với lò Sử dụng đôt.nóng trước khi hàn, ram, gia công nhiệt luôn luôn làm phức tạp quá trin h và làm giámnăng suất Vì vậy để giảm nội ứng suất và biến dạng người ta sử dụng một số phương pháp đơn giản sau :

Khi hàn và h àn đắp các chi tiết một cách đối xứng, các mõi h àn được đặt theo mộttrình tự n hất định gây biến dạng cân bằng (hình 1.14) Đôi khi, trước khi h àn người tatạo biến dạng ngươc với biến dang của chi tiết sau khi hàn có thể có (hình 1.15) Khi hàn

đắp nhiều lóp nên gõ theo từng lóp bằng đục đầu tròn Để không tạo vết nứt và xước, môi hàn đầu

và cuối không nên gõ, cũng không nên gõ mối h àn giòn và tôi.Biến dạng p h át sinh trong chi tiết sau hàn đắp được khắc phục bằng cơ hay bằng nhiệt Khắc phục biến dạng bằng nhiệ.t người

ta đốt nóng nhanh chi tiết đến nhiệt độ 700-800°C và làm nguội phía lồi của chi tiết biến dạng

đường 1 chỉ sự thay đổi thê tích của thép khi đôt nóng

Trong khoảng nhiệt độ ACị-AC.^ sắt a biến thành sắt

7, khôi lượng riêng của nó cao hơn nghĩa là giảm thế

tích khi đốt nóng Khi làm nguội sự thay đổi thể tíeh

theo đường 2 Ớ nhiều loại thép ít c sự phân rã austenit,

diễn ra trong khoảng nhiệt độ 700-900°C khi thép dẻo

(hình 1.12) Vì vậy sự thay đổi về thể tích không tạo

thành các ứng suất cấu trúc Ớ thép tôi và đặc biệt !à

thép họp kim do bị quá nguội, việc phân rã austenit

diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn Ví dụ, khi tôi hoàn toàn

austem t quá nguội đến nhiệt độ 350-200°C va sau đó

chuyên ngay thành mactenxit với sự tăng thể tích một

cách đột ngột (đường 3 trên hình 1.13)

24

1.3.2 Hàn và hàn dắp tự động dưới lớp trợ dung

1 Bản ch ấ t và ph ạm v i ứng dụn g

Hàn và hàn đắp tự động dưới lớp trợ dung

được sử dụng rộng rãi trong hồi phục các chi

tiết máy có hao mòn từ 1,0-8,0 mm và nhận

được kim loại hàn đắp có chất lượng tốt

ơ phương pháp hàn này thuôc hàn (chất

trợ dung) dạng h ạt được cung cấp liên tục vào

vùng cháy của hồ quang (hình 1.16) Một phần

chất trợ dung bị chảy dưới tác dụng của nhiệt

độ cao của -hồ quang, tạo xung ■ quanh nó vỏ

dẻo, bảo vệ vững chắc kim loại hàn đắp khỏi

tác dụng của không khí, cản trở cháy c và

các nguyên tô hợp kim khác Chất trợ dung

đông cứng tạo thành vỏ phủ lớp hàn đắp

Để hàn đắp chi tiết dưới lớp trợ dung người

ta sản xuất các đầu hàn có các cấu tạo khác

nhau Những phần chính của đầu hàn là: cơ

Cấu cung cấp dây hàn cùng với hộp giảm tốc đê

thay đổi vận tỗc cung cấp của nó, thùng đựng

chất, trơ dung và cơ cấu truyền dẫn, mỏ hàn

Sơ đồ thiết bị để hàn đắp tự động được trình bày trên hình 1.17 Đầu hàn được bắt trên bàn dao máy tiện Máy tiện được trang bị thêm hộp giảm tốc để thay đổi tần sô quay của chi tiẽt từ 0,25 đến 4 v/phút

Nguồn điện : Đế’ nhận được

hồ quang điện khi hàn đắp tự động dưới lớp trợ dung người ta thường sử dụng máy phát hàn Hàn đắp dưới lớp trợ dung bằng dòng điện một chiều có trường ngược Hàn đắp với dòng điện xoay chiều do hồ quang kém ổn định khi dao động điện áp nên

ít được sử dụng

Dây hàn: Người ta sử dụng dây hàn có đường kính từ 1 đến

3 mm từ thép ít c, thép Mn và thép Si-Mn Để nhận được lớp hàn đắp chống mòn người ta sử dụng thép c trung bình, thép c

cao và thép hợp kim cũng như dây hàn bột

Chất trợ dung: Phụ thuộc vào phương pháp chế tạo chất trợ dung người ta chia chúng thành

H ìn h 1.17 Sơ đổ thiết bị hàn tự động

dưới ìứp trợ dung, chi tiết hình trụ

1 hộp giảm tốc ; 2 động cơ điện ; 3 trục truyền chung ;

4 bộ biến đổi hàn ; 5 thủng thiết bị ; 6 mâm cặp m áy ;

7 chi tiết hàn ; 8 giá đỡ ; 9 thùng đựng chất trợ dung ;

10 cơ cấu cung cấp dây hàn ; 11 bộ phận làm sạch ;

10 cung cấp điện cho chi tiế t ;

e độ dịch của dây hàn so vói đỉnh.

25

chất trợ dung nong cháy và chất trợ dung không nóng chảy-gốm Phổ biến hơn cả là chẫt trơ dung nóng chảy gồm có các phần tử sau: SiO.) (41-43,5%), MnO(34,5-37,5%), MgO (5,5-7,5%), CaF2 (3,5-5,5%), A120 3 (dưới 4,5%), Mn20 3 (0,1-0,3%), CaO (5,0-5,5%),

s (dưới 0,15%) và p (dưới 0,12%) Chất trợ dung này cho phép nhận được lóp hàn đắp

có độ cứng 300-380 HB

Chất trợ dung gốm được sứ dụng ngày càng rộng rãi Các phần tử của chất trợ dung được nghiền nhỏ trên máy nghiền bi hay bằng phương pháp khác với tỷ lệ cần th iêt và trộn cẩn thận trong dung dịch thủy tinh lỏng thành bột nhão Bột nhão đưọ’c viên thành

h ạt có kích thước từ 1-3 mm, làm khô và sau đó nung cứng ở nhiệt độ 300-400°C trong

vòng 2 giờ

Chất trợ dung gôm thường có các chất sau: Cr (5,2-6,5%), Mn (2-2,5%), c (0,15-0,20% ),

Ti (0,2-0,3%), A1 (1.8-2,0%), Fe (3-4%), MgO (26-30%), CaF2 (26-28%), A120 3 (17-18%), CaC03 (6-7%), S i0 2 (7-11%), N a20 và K20 (2-2,5%)

Nhược điểm của chất trợ dung gốm là h ú t ẩm, có độ bền của h ạ t thấp và cắn giữ chế độ hàn không đổi Khả năng bảo vệ của chất trợ dung phụ thuộc vào kích thước

và câu trúc của hạt Chiều dày của lóp chất trợ dung khi h àn đắp không nhỏ hơn 40

mm Khi chiều dầy không đủ N trong không khí sẽ đi vào kim loại lỏng làm giảm độ dẻo của môì hàn Sử dụng chất trợ dung ẩm làm xuất hiện rỗ trong mối hàn

Hàn và hàn đắp dưới lóp trợ dung có thế’ sử dụng m ật độ dòng điện h àn đến 50-150 A/đm2, tức là gấp tử 6 đến 8 lần so với khi h àn tay Hệ số hàn đắp 14-18 g/A-h hay 1,5-2 lần cao hơn hàn tay Do đó năng suãt khi hàn đắp tự động dưới lóp trợ dung gấp 6 đến 10 lấn so veri hàn tay Mất m át kim loại do tung tóe 1-3% Ngoài ra có thê họp kim hóa mối hàn do trộn lẫn tốt giữa kim loại nóng chảy của dây h àn và kim loại của chi tiết.Tuy nhiên có một sô' nhược điểm như chiều sâu chảy lớn, khi h àn không nhìn rõ chỗ hàn, giá thành cao của chất trợ dung, không thể hàn đắp chi tiết có đường kính nhó hom 50mm

2 Ả nh h ư ở n g của các th ô n g s ố d ến c h ấ t lư ợ n g hàn đ ắ p

Độ sâu nóng chảy : Chất lượng kim loại hàn đắp phụ thuộc đáng kể vào độ sâu nóng chảy của kim loại chính Độ sâu nóng chảy lớn là điều không mong muôn vi làm giảm nồng độ của c , các nguyên tô' họp kim trong môi hàn Ngoài ra độ sâu nóng chảy lớn làm tăng biến dạng chi tiết và có thể làm chảy thủng chi tiết mỏng

Độ sâu nóng chảy phụ thuộc đáng kể vào cường độ dòng điện (hinh 1.18) Tăng cường

độ dòng điện làm tăng áp su ất của hồ quang, do đó làm kim loại lỏng của vũng hàn

sẽ bị ép mạnh Ngoài ra tăng cường độ dòng điện sẽ làm giảm sô' lượng chất trợ dungnóng chảy đưa đến làm giảm các nguyên tô' họp kim trong mối hàn Cường độ dòngđiện hàn thường nằm trong khoảng 150-360A tùy thuộc vào đường kính hay chiều dày của chi tiết, han

26

Khi tăng điện áp, hồ quang dài ra v à trở thành linh động hơn, VI v ậ y chiều rộng mối han tàng lên một ít còn chiều sâu cháy thi giảm Điện áp hàn thay đối trong khoảng 26-36V.

Độ sâu nóng chảy khi hàn đắp bằng dòng điện một chiều cũng phụ thuộc vào điện trường và thành phần của chất trợ dung

Khi hàn đắp chi tiết tròn người ta dịch dây hàn về phía ngược với chiều quay của chi tiết (hmh 1.16) từ 2-15 mm phụ thuộc vào đường kính của chi tiết hàn đắp Khi

đó, kim loại lỏng dưới hổ quang bảo vệ kim loại chinh không bị chảy tiếp tục Tuy nhiên khi hàn chi tiết tròn rất khó giữ kim loại và chất trợ dung lỏng trên bề mặt Hàn đắp trên chi tiết có đường kính dưới 80 mm trở nên khó khăn hơn, còn đối với chi tiết có đường kính nhỏ hơn 50 mm thì không thể hàn được

Độ nhớt của chất trợ dung lỏng và kích thước hạt ảnh hưởng đến sự tạo hình của môi hàn đắp Chất trợ dung có độ nhớt nhỏ bị chảy và mối hàn đắp nhận được sẽ rộng hơn còn chiều sâu chảy nhỏ hơn

Vận tốc hàn đắp dưới lớp trợ dung không ảnh

hưởng đến độ sâu nóng chảy, khi tăng vận tốc chì

làm giảm chiều rộng môi hàn (hình 1.19) Thực tế

vận tốc hàn nằm trong khoảng 15-45m/h

Vận tốc cung cấp dây hàn phụ thuộc vào cường độ

dòng điện và điện áp, nằm trong khoảng 100-300 m/h

3 Quy trìn h công nghệ hàn đắ p

Chuân bị chi tiết : Trước khi hàn phải tiến bành

lam sạch bụi bẩn, dấu mỡ Các vết nứt được vát

mép và làm sạch cho đến kim loại chinh Lớp hàn

cũ, lớp biến cứng phải tẩy sạch

Ị |jff g f / 7 / đ c /? đ /7 , / n / / ĩ

Hình 1.19 Ảnh hưởng của vận tốc hàn đến

hình dáng mối hán.

Hàn đắp chi tiết phẳng : Hàn đắp với các mối hàn rộng, có chiều sâu chảy kim loại

chinh nhỏ Để đạt được người ta đặt góc nghiêng của dây hàn so với bề m ặt hàn đắp một góc 40-50° Độ chìa của dây hàn phụ thuộc đường kính dây hàn và chiều sâu chảy yêu cầu Tăng độ chìa độ sâu nóng chảy giảm Thường lấy độ chìa 20-30 mm đối với dây hàn có đường kính 2-3 mm, 40-50 mm đối với dây hàn 4-5 mm

Hàn chi tiết hình trụ : Tiến hành khi đường hàn sau chồng lên đường hàn trước

1/2-1/3 chiều rộng mối hàn Đoạn chìa của dây hàn được chọn giông như khi hàn mặt phắng Để hồi phục các chi tiết của ôtô máy kéo người ta sử dụng dây hàn có đường kinh 1,2-3,0 mm

Chê độ hàn

Vận tốc hàn đắp có thể xác định theo công thức :

khđ 1Vha = í Mh 1»°

Vận tốc đưa dây xác định theo công thức :

_ M

d Kddhp

Vận tô'c tính toán cũng như vận tốc được hiệù chỉnh cuối cùng khi hàn đắp nhằm bảo đảm sự ổn định của quá trình hàn,

Số vòng quay của chi tiết được xác định theo công thức :

vhd60rcDtrong đó : n - số vòng quay của chi tiết, v/ph ;

D - đường kính của chi tiết hàn, m

Độ dịch tương đối của dây

hàn khỏi đinh chi tiêt về phía

ngược với chiều quay được xác

định bằng thí nghiệm sau một

vài nguyên công Độ dịch đó

thường vào khoảng 5-15 mm

Khi đó, kim loại và chất trợ

dung lỏng phải được giữ trên bề

này là trong quá trình làm việc

dây hàn rung động theo một tần

số nhất định H àn đắp kim loại

có thể thực hiện trong không khí,

trong môi trường hơi nước hay

cung cấp nước vào vùng phóng

hồ quang Phô biến n h ấ t là hàn

rung trong môi trường nước

1 S ơ đồ h o ạ t độn g

Để cung cấp dây hàn 9 (hình 1.21) vào vùng phóng hồ quang và tao rung nó người

ta sử dụng cơ cấu đặc biệt gồm : đầu hàn rung 8, bộ phận cung cấp dây từ hộp dây hàn 5 đến mỏ hàn qua con lăn cung cấp Đầu hàn rung động nhờ bộ rung điện từ 6 hay bộ rung cơ học với tấn số rung 50-1101/s Biên độ rung tùy thuộc vào đường kính dây hàn thay đổi từ l-3mm Hàn rung bằng dòng điện một chiểu có điện áp từ 14-20V với trường ngược Trong mạch điện người ta mắc nôi tiếp cảm kháng điều chỉnh Nước làm nguội được bơm cung cấp Trong thời gian hàn rung, dây hàn định kỳ chập mạch hàn làm thay đổi điện áp và cường độ dòng điện (hình • 1.22a) Trong mỗị chu kì rung

có ba thời kì : thời kì nôi tắt, thời kì phóng hồ quang và thời kì chạy không, ơ thời điểm ngắt mạch khi tách dây hàn khỏi chi tiết điện áp trong mạch tăng do tác dụng của cuộn cảm ứng tạo điều kiện để phóng hồ quang trong thời gian ngắn Theo mức độ chảy và chuyển động của dây hàn làm tăng khoảng cách giữa dây hàn và chi tiết, cường

độ dòng điện giảm một cách đáng kể Thời ki phóng hồ quang kết thúc và bắt đầu thời

8 đẩu hàn rung ; 9 dây hãn ;

10 chi tiết hàn ; po góc dịch dây hàn.

Hình 1.22 Sự thay đổi cường độ dòng điện và

điện áp khi hán rung a) có thời ki chạy không ; b) không có thỏi kì chạy không.

CK - thời kì chạy không ; N T - thời kì nôi tấ t ;

29

đó có thế đạt được bằng cách chọn đúng cảm kháng của mạch hàn (hình 1.22b) Chọn đúng cảm kháng không chỉ ổn định quá trìn h m à còn giảm một cách đáng kế sự mat

m át kim loại của dây hàn do tung tóe, làm tăng hệ sô sử dụng dây hàn đên 85-90%

2» Q uy trìn h cô n g n gh ệ hàn r u n g

a) Chuẩn bị bề m ặt chi tiết

Bề m ặt chi tiết được chuẩn bị để hàn rung giông như khi hàn đắp tự động dưới lớp trợ dung chỉ khác ở mức độ cẩn thận hơn Khi chi tiẽt mòn một phía nên mài hay tiện

đế có hình dáng hình học đúng, quá trình hàn rung sẽ được ổn định

b) Chọn dây hàn và chế độ hàn rung

Dây hàn : Để hàn đắp người ta sử dụng dây hàn c hay dây hàn họp kim có đường kinh l-4mm Chọn dây hàn phụ thuộc vào độ cứng yêu cầu của lóp hàn đắp Tăng lượng c và các nguyên tô họp kim làm tăng độ cứng của lóp hàn đắp và xuất hiện vết nứt Đường kính của dây hàn phụ thuộc vào chiều dầy của lớp hàn đắp và công su ất của nguổn điện

Cường độ dòng điện : Trong nhiều trường họp để hàn rung người ta sử dụng nguồn

diện một chiều có đặc tính vôn-ampe cứng H àn rung với trường ngưọ’c Nếu sử dụng trường thuận sẽ làm tăng m ất m át kim loại dây hàn và làm kim loại chi tiêt chảy không tót Cường độ dòng điện thường chọn theo m ật độ : 65-75A/mm2 đối với dây hàn

cỏ đường kính nhỏ hơn 2mm và 50-70 A/mm2 đôi với dây h àn có đường kính lớn hơn 2mm

Điện áp : Điện áp ảnh hưởng đến chất lượng hàn đắp (Điện áp tối ưu 14-22V) Tăng

điện áp kẻo dài thời kì phóng hồ quang làm đốt nóng chi tiết do đó làm tăng sự đốt cháy c và các nguyên tô họp kim, m ất m át vật liệu dây hàn, làm giảm độ cứng lóp hàn đắp Khi điện áp lớn hơn 28V h àn đắp chuyên sang h àn hố quang liên tục

Vận tốc cung cấp dây : Tăng vận tô'c làm tăng thời kỳ nối tắt, đầu cuôi dây hàn bị

đốt nóng nhanh, bị đứt đoạn không kịp nóng chảy sẽ làm xấu môi hàn Khi điện áp 15V, đường kính dây hàn l,6-2,5mm vận tốc cung cấp dây nằm trong khoảng 30-45m/h Khi điện áp cao lấy 45-100m/h

Vận tô'c cung cấp dây có thể tính theo cóng thức :

0,1 IU

trong đó : vd - vận tôc cung cấp dây, m/h ;

I - cường độ dòng điện, A ; ddh - đường kính dây hàn, mm

Vận tôc hàn có thể tính theo công thức :

Vận tốc hàrt đắp có thể tính theo vận tốc cung câp dây :

vhd = (0,4 - 0,8)vdKhi đường kính dây hàn 2,5-3,0mm, lấy vhd = (0,7 - 0,8)vd

Tần sô quay của chi tiêt hàn :

60tiDtrong đó : n - số vòng quay của chi tiết, v/ph ;

D - đường kính chi tiêt hàn đắp, mm

Bước hàn : Bước hàn chọn phụ thuộc vào đường kính dây hàn Bưó’c hàn ảnh hưởng

đáng kê đến độ bền bám Tăng bước hàn độ bền bám tốt, giảm bước hàn làm xấu độ bền bám Bước hàn thường lấy bằng (1,6 - 2,2)ddh

Biên độ dao động A có thê xác định theo công thức :

Chất lỏng ìàm nguội cung cấp trên chi

tiết cách vị trí hồ quang cháy từ 15-20mm

Cho chất lỏng làm nguội vào hồ quang hay

tương đôi vớ} chi tiết.

hàn đăp bị rô và có thê kim loại không

được hàn Khi hàn đắp bằng dây hàn c trung bình, chất lỏng làm nguội được cho cách vùng cháy hồ quang 30-40mm Điều đó cho phép nhận được lúp hàn đắp không có vết nứt Độ cứng lớn nhất đạt được khi cung cấp chất lỏng vào vùng hàn đắp Vi tri làm nguội càng xa vùng hàn thì độ cứng của lớp hàn đắp càng nhỏ Không nên cung cấp vào vung hàn một lượng chất lỏng làm nguội quá lớn Để cho nguồn điện có điện áp 12-18V cung cấp 0.4-1,0 dm3/ph chất lỏng Khi điện áp 20-25V hay cường độ dòng điện lớn hơn 200A sô' lương chất lỏng làm nguội tăng 2-3 lần Trong trường hợp không yêu cầu có độ cứng lớn người ta tiến hành không cần cung cấp chất lỏng làm nguội

Chi tiết hàn rung ở lớp bề m ặt phát sinh ứng suất kéo lớn do đó làm giảm một cách đáng kể độ bền mỏi (đến 50-55%)

1.3.4 Hàn và hàn đắp bán tự động vá tự động trong môi trường kh í cacbonic

Để bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi tác dụng của không khí, thay cho chất trợ dung

có thể sử dụng cácbonic Do giá thành rẻ, khí cacbonic trong nhiều trường hợp hàn cò thể thay thế cho hàn và hàn đắp dưới lóp trợ dung, củng như hàn hơi bằng tay các 'ật liệu tấm mỏng

A = (0,75 - l.Olddh

VỊ trí cùa mỏ hàn tương đôi vói chi tiết :

Người ta thường dùng hai phương án bô

trí mỏ hàn (hình 1.23) Khi bố trí mỏ hàn

ờ phía trên mối hàn nhận được rộng hơn

một ít vi điều kiện để kim loại không chảy

tràn tốt hơn Khi bô tri mỏ hàn theo phương

an thứ hai có thê không cần điều chỉnh lại

khi hàn các chi tiết có các đường kmh khác

nhau

31

Người ta sử dụng hàn trong môi trường C 0 2 để hồi phục các chỉ tiết có chiều dày lớn hơn Imm và có thể tiên hành ở bất kì vị trí nào trong không gian.

Hàn bán tự động trong môi trường C 0 2 cho phép tăng năng su ất từ 2,5-3,5 lần so với hàn tay Khi h àn không phải làm sạch kim loại hàn đắp khỏi vỏ xỉ

H àn bằng dây hàn c trong môi trường C 0 2 không cho kết quả tốt do tạo các ôxit

và rỗ trong mối hàn Nguyên nhân xuất hiện chúng do oxy nguyên tử được tạo thành khi phân li C 0 2 ở nhiệt độ cao

C 0 2 <=> CO + o

Ở nhiệt độ 2000, 3000 và 5000°c phân li tương ứng 8, 50 và 100% co ,, Trên bề

m ặt kim loại của môi hàn diễn ra phản ứng :

Fe + o = FeOMột phần oxit sắt được hồi phục bởi c :

FeO + c = Fe + c oOxit cacbon không kịp bay ra khỏi kim loại

lỏng trước khi đông cứng và đó là nguyên

nhân chính phát sinh rỗ trong kim loại mối

hàn Để khắc phục ảnh hường có hại đó người

ta sử dụng dây hàn chứa các chất khử oxy,

thương là Si và Mn

Để mối hàn không bị rỗ do xuất hiện khí

hiđrô trong mối h àn người ta cấn đánh sạch

dây hàn, còn khí C 0 2 trước khi hàn cho qua

bộ phận làm khô Sơ đồ hàn đắp được chỉ trên

hình 1.24

Chế độ hàn và h àn đắp :

Nguồn điện để hàn trong môi trường khí

quang cháy ổn định cao H àn tiến hàn h với

trường ngược Khi điện áp 17-18V hàn đắp có

chất lượng cao, nhưng môi hàn cao và hẹp, có

thể gây sự nóng chảy không tố t kim loại giữa

các mối hàn Khi tăng điện áp đến 25-30V h ạ t kim loại chuyển từ dây hàn sẽ lớn hơn, làm tăng m ất m át kim loại do tung tóe (đến 20% và hơn nửa) và làm xấu sự ổn định của hồ quang Cường độ dòng điện còn phụ thuộc vào vận tốc dây hàn và đường kính của nó

8 lỗ đẩu hàn ; 9 kim loại chính.

Chi phí C 0 2 nằm trong khoảng từ 7 đến 9 lít/phút

1.3.5 H àn đắp trong m ôi trư ờ n g hơ i nư ớc

Phương pháp h àn này được đặc biệt chú ý vì không yêu cầu chất trợ dung hay khí đắt tiền Luồng hơi nước được cưng cấp đến hồ quang đi từ bộ phận tạo hơi có tác dụng định ki hay liên tục Sự có m ặt của nước hoặc hơi nước là điều bất lợi VI hơi ẩm

có thể gây ra rỗ nứt và độ bền của chi tiế t máy giảm xuồng Nhiều nghiên cứu cho

32

thây ảnh hưởng của hoi ẩm đến độ rỗ- của môi hàn

khi hàn tự động dưới lớp trợ dung Khi hơi nước

được đưa vào vùng hồ quang tới một mức nào đó

độ rỗ không tăng lên mà thậm chí còn giảm đi

nhiều Vì vậy hoi nước cớ thể sứ dụng để bảo vê

vùng hồ quang và kim loại lỏng

Để nước ngưng tụ không roi vào môi hàn, mỏ

hàn có Cấu tạo đặc biệt như hình 1.25 Nước ngưng

theo thành mỏ hàn chảy vào rãnh vòng của miệng

hàn và ở đấy lại bốc hoi đi vào vùng hàn Dây hàn

có thể sử dụng lọại dây có c thấp cũng như dây

thép cò c cao Chế độ hàn đắp phụ thuộc vào nhiều

yêu tô : nguồn điện, đường kính dâv hàn, đường

kính chi tiêt

Áp suất hơi nước để hàn 0,15-0,25 MPa

H ìn h 1.25 Sơ đồ hàn đáp trong mủi trường hoi nước

1 rãnh vòng để thu nước ngưng

2 cung cấp hoi nước.

5 hồ quang ; 6 m áng kim loại lỏng ;

7 con trưọt ; 8 môi hàn.

Hàn và hàn đắp xi điện giông như han dưoí lớp

trợ dung, về nguyên tắc chí khác nhau ớ chỗ la

không phóng hố quang ở chê đô hàn ôn định Chi tiết hàn 1 (hình 1.26) nằm ớ vị tri thăng đứng có khe hờ giữa các mặt hàn đắp và con trượt, lớn Con trượt đồng 7 ép sát với bề m ặt cứa chi tiết tạo một khoảng trông đế hàn đằp giữa bề m ặt chi tiết và

bề mặt con trượt Dây hàn 2 và chất trợ dung 3 cung cấp tự động vào khoảng trông đó Hồ quang

5 chỉ cháy ờ đầu quá trình đến khi chay một lớp trọ’ dung lỏng đủ lớn 4 Khi dây hàn nhúng chim trong chất trợ dung lỏng hồ quang tắt Dòng điện

đi qua chát trợ dung nòng chảy đốt nóng nó và giữ trong nó nhiệt độ cao và có tính dẫn điện lớn Nhiệt,

độ của chất trợ dung lỏng lớn hơn nhiêt độ chảy của kim loại chính và kim loại dây hàn Dưới mảng

xỉ tạo nên máng kim loại lòng 6 Theo mức đô chày của dây hàn con trượt dịch từ dưói lên trên và tạo môi hàn 8 Chi phí chất trợ dung trong hàn xỉ điện nhỏ hơn 15 lần so với hàn tự động dưới lóp trợ dung Hàn xỉ điện cho phép hàn mối hàn có chiều dày từ 10mm đến 2mm

2 C h ế độ hàn

Đường kính dây hàn được chọn tùy thuộc vào chiều dày chi tiết hay chiều dày mối

hàn đắp Các máy hàn hiện nay thường dùng dây hàn có đường kinh 3mm nhưng cũng

có máv hàn dùng dây đường kính 5 và 6 mm Một dây hàn có đường kính 3mm khi hàn

33

không dao động ngang có thể hàn kim loại có chiều dày 60mm, nêu hàn voi hai dây hàn 60-130mm ; ba dây hàn 110-200mm Cũng các dây hàn đó khi dao động có thể hàn kim loại có chiều dày tương ứng 150, 350, 600mm.

Cưòng độ dòng điện hàn : Cường độ dòng điện hàn có thể chọn nằm trong khoảng

600-900A để cho một que hàn có đường kính 3mm Cường độ dòng điện lớn khi chiều đàv kim loại vật hàn lớn, có thê chọn một cách định hướng cường độ dòng điện theo công thức thực nghiệm sau :

I = A + BStrong đó : I - cường độ dòng điện hàn, A ;

A và B - các hệ số thực nghiệm (A = 220 - 280 ; B = 3,2 - 4,0) ;

s - chiều dày kim loại hàn, mm

Điện áp : Điện áp nằm trong khoảng 35-50V Khi chiều dày kim loại hàn đắp tăng

điện áp lấy giá trị lớn hơn

Vận tốc cung cấp dây : Vận tốc cung cấp dây có thể xác định theo công thức :

trong đó : c - hệ sô thực nghiệm bằng 1,6 -e 2,2

Vận tôc cuối cùng được xác định khi tiến hàn h hàn thử

ôn định cúa quá trinh Nêu độ sâu đó quá lớn sẽ làm giảm nóng chảy kim loai chính

Người ta chia chất h àn th àn h chất hàn cứng và chất hàn mềm Chất hàn cứng là hợp kim của đồng, còn chất h àn mềm là hợp kim của thiếc

Đê xảy ra quá trình hàn vẩy các phần tử của chất

hàn nóng chảy xâm nhập một cách bền vững vào bề m ặt

của vật thể kim loại hàn, nghĩa là chất hàn phải tẩm

ướt vât thể và khuếch tán vào nó Tẩm ướt tôt chỉ có

thể thực hiện khi lực h ú t giữa các phần tử của chất hàn

nóng chảy và kim loại cứng lớn hơn lực h ú t giữa các

phần tử của chính chất hàn

Chúng ta hãy xem xét điều kiện cân bằng của giọt

chất hàn nóng chảy trên bề m ặt kim loại Để xét điều

kiện cân bằng chúng ta xác định lực h ú t tác dụng lên

34

ñ¡

H ìn h 1.27 Sơ đủ điểu kiện cân hằng của giọt chãi hàn nóng chảy trên bế m ặ t k im loai.

trường khí (không khi), môi trường chát lóng (chất hàn nong chảy) va vật thể cứng (bề mặt kim loại) Trọng lượng của giọt chất hàn q đê đơn giản có thể bó qua Tác dụng lên phần tử chát, hàn ớ điểm A có cac lực :

1 Lực F, trên biên giữa chât lỏng và chất khí đặc trưng lưc hú t của cac phẩn tử chất lỏng và khí Lực đó rất nhó co thế bỏ qua trong lập luận;

2 Lực F., đặc trưng sức hút của phần tử chất lỏng, đó là hợp lực cùa tác dụng qua lại cua phần tử nằm ở điểm A với các phần tử bên cạnh cua chất lóng Lực này hướng vào bên trong của giọt và chia đôi góc 0 ;

3 Lực F2 trên biên giữa chất lỏng và kim loại cứng, đặc trưng của lực h ú t của phần

tử ớ điểm A Lực Fh hướng từ trẽn xuống dưới

Khi cộng véc tơ F2 và F:< ta nhận được hợp lực F Hướng

cùa họp lực Fp phụ thuộc vào tỉ lệ của lực Fy, F8

đưọ'c thê hiện qua giọt kim loại nóng chảy bị chảy loang đến

một giới hạn nhất định (hình 1.28) Sau khi chảy loang như

vậy điều kiện cân bằng của giọt, trên bê mặt kim loại có thê

thê hiện qua công thức :

ơ i.:i = a 2.;t - a i.2cos0

Hình 1.28 ( ỉ i ớ ì h u n c h í i y

ì o n n í Ị c ù í i f ỉ i ụ t k i m ÌOHI

n o n y c h ả y

trong đó : CT, ị - lực căng bề mặt trên biên phân chia khí - vật the cứng ;

a2 ị - lực căng bề m ặt trên biên chất lỏng - vật thể cứng ;

o1 - lực căng bề m ặt trên biên chất khi - chất lỏng ;

hệ sô thâm ưó’t

Cũng từ công thức đó ta thấy rằng kim loại thấm ướt tốt bằng chàt han khi sức căng bề mặt của biên chất lỏng - vật thể rắn thâp Khi thấm ướt tốt chất hàn điền đầy tấ t cá các lỗ rỗ và các chỗ không phẳng của bế mặt đảm báo độ bền bám cơ học tốt nhất giữa chúng và bề mặt của vật thể kim loại

Trong thời gian thấm ướt bề m ặt kim loại chất hàn nóng chảy xâm nhập trong hên kết lí hóa với kim loại Sự liên kết đó có thê khác nhau

Chất hàn nóng chảy có thể tạo với kim loại chinh dung dịch cứng trung gian Chiều dày của nó phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán của chất hàn trong kim loại chính hay của kim loại chinh trong chất hàn

Dạng liên kết tốt giữa chất hàn và kim loại chinh là tạo các dung dịch cứng trung gian Trong nhiều trường họp lóp trung gian tạo giữa chất hàn và kim loại chinh có độ giòn cao Vì vậy khi hàn vảy cô gắng nhận được lớp trung gian càng móng càng tốt

Để nhận được liên kết bền chất hàn cần có các tính chất sau:

- Thấm ướt tốt bề m ặt của vật thê' liên kết và cháy loang tốt trên nó;

3 5

- Có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại chinh ;

- Có tính lưu động và làm đầy tốt mối hàn váy ;

- Có độ bền đủ lớn, dẻo và trong nhiều trường hợp bền vững đối với gỉ ;

- Có hệ số dãn dài không quá khác so với hệ số dân dài của kim loại chính

2 C h ất hàn

Phụ thuộc vào công dụng người ta chia chất hàn thành chất h àn mềm (dễ chảy) có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 400°c và chất h àn cứng (khó chảy) có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 550°c

Chất hàn mềm có độ bền cơ học nhỏ, còn châ't hàn cứng có độ bền cao C hất hàn

mềm trên nền thiếc-chì có nhiệt độ nóng chảy từ 232°c (thiếc nguyên chất) đến 183,3UC

(củng tinh chì thiếc khi thiếc chiếm 61,9%) N hiệt độ nóng chảy thấp như vậy cho phép

sứ dụng mó hàn đơn giản dễ làm nóng chảy chất hàn Tuy nhiên chất hàn mềm chí có thê sử dụng cho chi tiết làm việc ở nhiệt độ tương đối thấp và tải nhỏ

Chất hàn cứng có độ bền cơ học cao như : đồng, đồng kẽm ( đồng thau) và bạc.Đồng nguyên chất thấm ướt tốt bề m ặt chi tiết thép nhưng nhiệt độ nống chảy cao

!1083°C) và có khuynh hướng oxy hóa làm phức tạp khi h àn vẩy

Chat hàn đổng-kẽm có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn từ 825-888°C Tùy thuộc và công dụng của chi tiết người ta sử dụng chất hàn đồng-kẽm chứa 34-36% đồng hoặc 46-50% đồng còn lại là kẽm Chất hàn chứa 50-52% đồng dùng để hàn vẩy các chi tiêt bằng đổng, đồng đỏ, thép và gang

Chất hàn bạc (12% bạc, 36% đồng, không quá 1,5% tạp chât còn lại là kẽm) dùng

để han vẩy đồng thau, đồng đỏ khi yêu cầu độ sạch lớn (má vít của dụng cụ điên)

3 Thuốc hàn

Thuốc hàn dùng để hòa ta n và đuổi các màng oxit, bảo vệ bề m ặt kim loại khỏi bị oxy hóa, làm giảm sức căng bề m ặt, cải thiện tín h thâm ướt và chảy loang của chất hàn nóng chảy N hiệt độ nóng chảy của thuốc h àn phải thấp hơn một it so với nhiệt

độ nóng chảy của chất hàn

Khi hàn bằng chất h àn mềm người ta sử dụng thuốc h àn amôniăc, kẽm clorua hay

hồn hợp của chúng Trong một số trường hợp người ta sử dụng thuốc hàn không axit

như colofan, sáp, vazlin Tuy nhiên loại thuốc h àn này có hoạt tính yếu, vì vậy bề mặt trước khi hàn vẩy phải làm sạch cẩn thận Người ta không nên 'đốt quá nóng chỗ hàn vẩy để trán h cacbon hóa thuốQ hàn

Khi hàn vẩy bằng chất hàn cứng người ta sử dụng thuốc h àn borac và hỗn họp nó với axit boric và anhydric boric Boric nóng chảy hòa tan các màng oxit, trên các bế mật thép, gang, đồng và hợp kim của đồng

4 Q uy trìn h cô n g n g h ệ hàn v ẩ y

Các bể m ặt liên kết có thể bị bẩn nên trước khi hàn vẩy phải tẩy mỡ và loại trừ các màng oxit Các bề m ặt hàn vẩy đầu tiên được rửa và tẩy mỡ trong xăng hay trong dung dịch NaOH được đun nóng sau đó rửa trong nước nóng Khi cần các bề m ặt được tẩm thực trong dung dịchl5% axit sunfuric hay 50% axit clohydric Sau tẩm thực cần trung hòa axit bằng dung dịch NaOH và rửa chi tiết trong nước nóng

36

Khi hàn vẩy bằng chất hàn mềm sử dụng mỏ hàn thông thường hay mỏ hàn điện lãm từ đồng đỏ Trong quá trình hàn vẩy người ta thực hiện các nguyên công sau: làm sạch chỗ hàn vẩy đến ánh kim; bôi thuốc hàn lên bề mặt được làm sạch; đốt nóng mó hàn đến nhiệt độ 300-400°C, làm sạch khi cần đầu mỏ hàn đốt nóng bằng thuốc hàn

và sau đó lấy chất hàn; phủ bề mặt hàn vẩy một lớp mỏng thiếc sau đó đắp lớp chát hàn, cuối cùng dùng mỏ hàn phân phôi đều đặn nó trên chi tiết

Khi hàn vẩy bằng chất hàn cứng chi tiết được đốt nóng bằng ngọn lửa của đèn hàn, ngọn lửa axetylen-oxy của mỏ hàn hoi cũng như bằng phương pháp điện tiếp xúc.Hàn vẩy bằng chát hàn cứng có các nguyên công sau: làm sạch vị trí hàn vẩy; đốt nóng chi tiết và đốt nóng chất hàn cho đến khi mềm; bôi thuốc hàn và tiếp tục đốt nóng đến khi nóng chảy hoàn toàn chất hàn và phân phối đều đặn nó theo môi hàn.Sau khi hồi phục chi tiết bằng hàn vẩy cần làm sạch, rửa (trong một số trường họp trung hòa thuôc hàn) và làm khô bề mặt liên kết

Đặc điểm hàn vẩy chi tiết bằng thép Hàn vẩy có thể phá hỏng cấu trúc cùa thép được gia công nhiệt Vì vậy nhiệt độ đốt nóng chi tiết khi hàn vẩy thép không được vượt quá nhiệt độ của nguyên công gia công nhiệt kết thúc

Để hàn vẩy các chi tiết bằng gang người ta sử dụng chất hàn cứng đồng thau (59-61% Cu; 38-40% Zn; 0,9-1,1% Sn; 0,5-1,0% Fe và 0,4-0,8% Mn) Chí tiết được đốt nóng bằng ngọn lửa axetylen của mỏ hàn hơi

Khi hàn vẩy các chi tiết bằng nhôm và hợp kim của nó do khi hàn tạo oxit nhôm khó chảy làm cản trở liên kết chất hàn với chi tiết nên chỗ hàn phải đánh sạch bằng bàn chải hay làm sạch bằng thuốc hàn Hàn vẩy các chi tiết bằng họp kim nhôm dùng chất hàn trên cơ sở kẽm (50% Zn; 5% Al; 45% Sn hoặc chất hàn 20-25% Zn; 2-6% AI còn lại là Sn) Người ta sử dụng các thuốc hàn thông thường như khi hàn vẩy bằng chất hàn mềm

Ưu điểm của hàn vẩy :

1 Nhiệt độ đô't nóng thấp, trong nhiều trường họp giữ không thay đổi thành phần hóa học, cấu trúc, các tính chất cơ học và các tính chất khác;

2 Gia công sau hàn vẩy ít phức tạp;

3 Bảo toàn hình dáng và kích thước chi tiết;

4 Độ bền liên kết đủ cao;

Năng suất cao, công nhân bậc thấp có thể thực hiện được

1.4 GIA CÔNG KIM LOẠI BANG PLASMA

37

Mỏ tạo plasma được trình bày trên hình 1.29 Cố thê có ba sơ đố tạo plasm a

hồ quang tác dụng trực tiếp, tác dụng gián tiẽp và hỗn hợp

ơ mỏ tạo plasm a tác dụng

trực tiếp (hình 1.29a) hô

quang cháy giữa điện cực

không chảy vôntram 6 và chi

tiết 1 Hồ quang bị ép trong

và khí tạo plasma đi vào

khoảng trông 5 Một phần

khí sau khi đi qua cột hồ

quang ep bị ion hóa và thoát

ra miệng phun dưới dạng

luồng plasma Lớp khi bao

ngoải cột hồ quang nguội

tương đôi tạo ra sự cách nhiệt

và cách điện giữa hồ quang

và miệng phun N hiệt độ ở

quang cháy giữa điện cực

không chay 6 và miệng phun

2 Luồng khí được ion hóa

thoát ra khỏi miệng phun

dưới dạng ngọn đuốc sáng với

nhiệt độ đến 16000°c

bằng

H ìn h 1.29 Sơ đồ mỏ tao plasm a

a tác dụng trực tiếp ; b tác dung gián tiếp , c plasm a hình kim

ì chi tiết ; 2 m iệng phun được làm lạnh hãng num- ;

3 miệng phun hảo vẽ bằng khí : 4 nguồn điên :

5 buồng đổ tạo khí plasm a ; 6 điện cực ; 7 miệng phun điêu tiu.

ơ Sơ đồ mỏ tạo plasma tác dụng hồn hợp chay hai hố quang : giữa điện cực vôníram không chảy với miệng phun được làm nguội bằng nước và cũng với điện cực đó với chi tiẽt.Luồng plasm a thoát ra khỏi miệng phun với vận tốc lớn làm tăng dòng khí từ không khí xung quanh vào vùng hàn Vì vậy để bảo vệ vùng hàn mỏ tạo plasm a được trang

bị thêm miệng bảo vệ bằng khí 3 Ngoài bảo vệ, miệng phun đó còn được sử dụng đê

ép tia plasma lần thứ hai vùng sau miệng phun (hình 1.29c)

1.4.2 Đặc điểm công nghệ

Hàn đắp bằng bột kim loại : Sơ đồ nguyên tắc hàn đắp bằng bột kim loại được trinh

bày trên hình 1.30 Hồ quang tác dụng gián tiếp giữa cực vôntram 6 và miệng phun 4

va hổ quang tác dụng trực tiếp giữa điện cực 6 và chi tiết 2 Cả hai hố quang được cung cấp bởi cùng một nguồn điện qua các biến trở Rj, R2 Khí tạo plasma 5 được cung câp vào miệng phun 4 tạo thành plasma Bột kim loại hàn đắp từ thùng nạp liệu 7 được khí vận chuyển thổi vào khe hở hình côn giữa miệng phun 4 và miệng phun ngoài 3.Bột kim loại đi vào vùng tạo plasma bị nóng chảy và đắp lên bề m ặt chi tiết 2 Sau một vòng quay chi tiết có thể h àn một lớp kim loại có chiều rộng 50mm Khi hàn đắp chi tiết có đường kính 20-100mm mỏ hàn tạo plasm a dịch khỏi đỉnh chi tiết ngược với khi hàn đắp tự động dưới lóp trợ dung

38

Hàn đắp vói dây hàn được thực hiện với mỏ tạo

plasma có sơ đồ như hàn đắp với bột kim loại Dây

han được đưa đên tia plasma cách dưới miệng phun

ngoai 3-9mm (hmh 1.30) Tiến hành hàn đắp giống

như khi sử dụng hợp kim bột Khi hàn đắp bằng

dây hàn có thể sử dụng sơ đồ hàn khác, anôt không

nối vảo ch) tiết mà nôi vào dâv hàn, chi tiết trở

thảnh trung hòa điện cỏn dây hàn thí dẫn điện

Chọn chê độ :

Chuẩn bị chi tiết gồm có làm sạch bụi bẩn, dầu

nhờn, lóp oxi hóa và các chất bẩn khác như khi

hàn tự động bảo đảm tính thấm ướt tốt của bề mặt

chi tiết Khi hàn đắp bằng plasma kim loại chính

không nóng chảy, độ bám diễn ra do các quá trinh

phức tạp khi kim loại ở pha lỏng và pha cứng Vì

vậy độ sạch bề mặt của chi tiết ảnh hưởng đến độ

bám của lớp hàn đắp

H ình 1.30 Sơ đồ hàn đắp plasma

vói bội kim ¡oại

ỉ dán động ; 2 chi tiế t ; 3 miệng phun ;

4 ơnót ; 5 khí tạo plasm a ;

Điện áp ảnh hưởng đển sự ổn định của quá trình Khi hàn đắp bằng bột kim loại điện áp chạy không, không nhỏ hơn 100V còn khi sử dụng dây hàn dẫn điện không nhỏ hơn 70V

Vận tóc hàn đắp ảnh hưởng đến hình dáng của lớp hàn đắp Vận tốc nhỏ làm tăng

sự đôt nóng của kim loại chính và tăng chiều dày của lóp hàn đắp Vận tốc quá chậm

có thể gây quá nóng và làm chảy kim loại chính, ngược lại tăng quá cao vận tốc sẽ làm giảm chiều rộng và chiều cao của mối hàn đắp, đồng thời làm xấu độ bền bám của lóp hàn đắp vói kim loại chính

Khoảng cách từ mỏ tạo plasma đến chi tiết khi hàn đắp bằng kim loại bột có ý nghĩa không nhỏ Nếu tăng khoảng cách sẽ làm giảm công suất nhiệt, kim loại chính đốt nóng không đủ làm giảm kim loại hàn đắp với kim loại chính Khoảng cách tối ưu từ miệng phun đến bề m ặt hàn đắp là 12-20mm Khi hàn đắp với dây hàn dẫn điện là 5-8mm

tê khó tránh khỏi chi tiết bị quá nóng Ngoài ra tôi bằng khí đỗt khó thực hiện cơ khí hóa Tôi với dòng điện cao tần giá thành tương đối cao

H ình 1.31 Sơ đổ nguyên tắc tói bề mặt

Nhiệt độ cao và sự ổn định của tia plasm a cho phép đô’t nóng nhanh và đều đặn lớp bể m ặt của chi tiết và sau đó được tôi bằng nước.

1.5 PHUN KIM LOẠI

1.5.1 Các k iến th ứ c chung

Phun kim loại là một trong những quá trìn h được sử dụng đế hồi phục các chí tiêt máy Ớ phương pháp này chi tiết được phủ một lớp kim loại có chiều dày từ 20-30pm đến 6-8mm và hơn nữa

Khi phun kim loại vật liệu phun được cung cấp vào đầu phun, ở đó kim loại bi nóng chảy và dưới tác dụng của khí trơ hay không khí nén được phun và được chuyển đến bề m ặt chi tiết hồi phục có vật liệu và hình dáng b ất kì

Kim loại được đốt nóng chảy bằng hồ quang

điện (phun hồ quang điện), bằng khí đốt (phun

khí), bằng dòng điện cao tần (phun cao tần) hay

bằng plasma (phun plasma)

Phun hô quang Sơ đổ làm việc của phun

hồ quang điện được trìn h bày trên hình 1.32

Hai dây kim loại có đường kính l-2m m nằm

dưới điện áp được cung cấp liên tục đến đầu

miệng phun, ơ thời điểm hai dây kim loại gần

nhau sẽ phát hồ quang điện làm nóng chảy

nó Không khí (khí trơ) dưới áp su ất 0,5-0,60

MPa được cung cấp vào vùng hồ quang Dưới

tác dụng của luồng khí ép, kim loại nóng chảy

được phun th àn h các phần tử có đường kính

từ 0,001mm và lớn hơn với vận tốc đến 300m/s

về phía bề m ặt chi tiết

Nguồn điện có thể dùng biến áp hay máy p h á t một chiều có cường độ dòng điện 30-200A, điện áp 25-30V

Không khí nén có thế dùng máy nén khí có năng su ất 2-3 m3/ph có bình chứa không nhỏ hơn 2m'ì Không khí nén được đi qua bình lọc làm sạch dầu và khí ẩm trước khí

đi vào đầu phun

Phun dây bằng khí đốt được sử dụng rộng rãi Nguyên tắc cấu tạo được trình bày

trên hình 1.33 Dây phun có đường kính l,5-2,5m m nóng chảy nhờ ngọn lửa hơi từ hỗn hợp axetylen, propan-butan và các khí khác vóớ oxy

Phun bột bằng k h í đôi có câu tạo đầu phun đơn giản hơn khí phun dây Nguyên

tắc cấu tạo của đầu phun phun bột được chỉ trên hình 1.34

H ìn h 1.32 Sơ đồ phun điện

1 đầu phun ; 2 hộp cơ cấu cung cắp dây ;

3 con lăn ; 4 đẩu phun ;

5 ôhc phun khí ép ; 6 chi tiết.

H ìn h 1.33 S ơ đổ nguyên tắc đầu phun dãy

bằng khí đốt.

1 kh í ép ; 2 dây phun ; 3 hỗn hợp đốt.

H ìn h 1.34 Sơ đồ nguyên tắc đấu phun bột

kim loại bằng k h í đối

1 kim loại bột ; 2 khí ép ; 3 hỗn hợp đốt.

40

Phun cao tân Sơ đồ làm việc

được chỉ trên hmh 1.35 Dây hàn

co đường kính 4-6mm bị đốt nóng

trong phần cảm cùa dòng điện có

tán sô cao Để cung cấp cho thiết

bị người ta sứ dụng máy phát có

công su ât 10-12kW với tần sô

300 kHz

Mặc dù phun cao tần cho kết

quả tôt hơn phun hồ quang điện

nhưng do giá thành quá đắt nên

ít được sử dụng

/

ì phẩn cám ; 2 dáỵ phun ; :■) thán ; 4 con lãn cung cấp. Phun bằng plasma : Phun kim loại bằng mỏ tạo plasma có nguvên tắc câu tạo giống

như đế hàn đắp Nhờ nhiệt độ cao có thê phủ các vật liệu khó chảy bất kì như vonfram, oxit nhôm cũng như các loại cacbit, nitrit

Bán chất vật ỉí của quá trình phun kim loại : Có một số lí thuyết vé hên kết các

phân tử với bề mặt chi tiêt và giữa chúng với nhau khi phun Lí thuyết được châp nhận nhiều nhất là lí thuyết các phần tử rtuơc Hên kết với nhau bởi tác dụng cơ học

Theo lí thuyết này thì kim loại nóng chảy úuợc phun thành các phần tử nhỏ khi bay

đến chi tiết đã nguội đi một ít và từ trạng thái lóng chuyển sang trạng thái rắn Khi

va đập vào bề mặt chi tiết sẽ điền đầy CiC phần không phang vi mô và vĩ mô Các hạt kim loại ban đầu có dạng hình câu, khi va đập với bề mặt chi tiết chúng bị bẹt

ra với các mép tạo thành các tua rua đan kết vào nhau

Càng tăng vận tôc của các phân tử thì càng tăng lực va đập, độ bám của chúng với

bề mặt và giữa chúng sẽ càng tốt

Mặc dù nhiệt độ của các phần tử khá cao, nhiệt độ trung bình của luồng gồm thể tích không lớn của các phần tử kim loại và thể tích khá lớn của không khí, tương đôi thấp (khoảng 70°C)

Trong quá trình bay các phần tử bị oxi hóa Tuy nhiên oxi hóa lớn nhất diễn ra ở ngay sau giai đoạn va đập, vì ở trạng thái đứng yên các phần tử tiếp xúc mạnh với luồng không khí Quá trình oxi hóa được tiếp tục cho đến khi các phần tử chưa ngăn cách được sự tiếp xúc của nó với không khí

Độ cứng của các phần tử rấ t khác nhau : lớn nhất là các phần tử ở giữa, nhỏ hơn

một ít ở rìa và nhỏ hơn nữa ở vùng tiếp giáp.

Khi nguội các phần tử bị co ngót do đó trong lớp phun có ứng suât kéo

Phạm vi ứng dụng

Trong sửa chữa phun kim loại chủ yếu dùng để vá các chi tiết bằng gang và bằng kim loại màu có hình dáng phức tạp ở những chỗ không chịu lực ; khắc phục rỗ, xây xước ; hồi phục các bề m ặt bị mòn Ngoài ra nhờ phun có thể phủ lên chi tiết lóp kim loại bảo vệ gỉ, lóp kim loại chông mòn

Phun kim loại không nên sử dụng để hồi phục chi tiết chịu tải va đập và chịu áp suất lớn Độ bền mỏi của chi tiết được hồi phục bằng phun giảm do phương pháp chuẩn

bị bề m ặt để phun kim loại

41