Định nghĩa: 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 đặchàn nóng chảy hoặc dùng áp lực
Trang 1CHƯƠNG 6:
HÀN HỒ QUANG TAY VÀ HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC.
6.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN
6.1.1 Thực chất, đặc điểm và phân loại.
6.1.1.1 Định nghĩa: 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)
6.1.1.2 Đặc điểm:
- Tiết kiệm kim loại
- Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu
- Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau
- Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo
- Chi tiết hàn dùng trong tải trọng tĩnh
- Do nung nhanh và nguội nhanh nên hay tập trung ứng suất trong quá trình hàn nếu có bọt khí thì mối hàn không chất lượng
- Kết cấu tại mối hàn có độ bền rất cao
- Giảm được tiếng động khi sản xuất
6.1.1.3.Phân loại: Dựa vào trạng thái hàn có hai nhóm:
a Hàn nóng chảy: Kim loại nóng chảy,hòa tan giữa kim loại vật hàn tại mối hàn và kim loại
que hàn ở trạng thái nóng chảy sau đó nguội kết tinh thành mối hàn
- Phương pháp hàn hồ quang:
+ Hàn hồ quang tay
+ Hàn hồ quang tự động và bán tự động
Dùng thuốc bảo vệ mối hàn
Dùng khí bảo vệ CO2,Ar,He…
- Phương pháp hàn khí:Hàn Axetylen+O2
- Phương pháp hàn Plasma:Nguồn nhiệt cao, chất lượng mối hàn cao
- Phương pháp hàn điện xỉ
b.Hàn áp lực: Trạng thái hàn là kim loại dẻo hoặc gần với kim loại chảy và phải dùng lực
làm các phần tử kim loại khuếch tán vào nhau tạo thành mối hàn
- Hàn điện tiếp xúc: Bề mặt mối nối tiếp xúc với nhau cường độ dòng điện lớn chạy vào vật hàn,sau đó dùng lực ép lại
+ Hàn điện tiếp xúc giáp mối
+ Hàn điện tiếp xúc điểm
+ Hàn điện tiếp xúc đường
+ Hàn điện tiếp xúc đường giáp mối
- Hàn nguội,hàn rèn …
Ngoài ra còn có hàn vảy: Khi hàn chỉ cần đốt nóng mối hàn đến một nhiệt độ nhất định sau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nối vật hàn lại với nhau
6.1.2 Quá trình luyện kim và tổ chức kim loại mối hàn.
6.1.2.1 Quá trình luyện kim: Trong quá trình hàn nóng chảy, mép kim loại hàn và kim
loại phụ bị nóng chảy và tạo ra bể kim loại lỏng,vũng hàn chung cho cả hai chi tiết
- Phần I của vũng hàn diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ
- Phần II diễn ra quá trình kết tinh-hình thành mối hàn
- Cơ tính mối hàn cao hơn cơ tính của kim loại cơ bản
- Vùng ảnh hưởng nhiệt có cơ tính kém hơn kim loại cơ bản và mối hàn,là vùng hay tập trung ứng suất dễ bị phá hỏng
Trang 2vùng kim loại kết tinh có độ hạt lớn
Viền chảy
vùng kim loại kết tinh có độ hạt nhỏ
vùng kim loại chảy không hoàn toàn
phần phi kim loại
Hình 6-1: Bể hàn và chuyển động của kim loại lỏng
6.1.2.2.Tổ chức kim loại của mối hàn:
Vùng mối hàn
Hình 6-2: Sự kết tinh của kim loại mối hàn
- Trong vùng này kim loại nĩng chảy hồn tồn khi nguội lạnh cĩ tổ chức tương tự tổ chức thỏi đúc,thành phần và tổ chức khác với kim loại que hàn và vật hàn
Vùng ảnh hưởng nhiệt:
Vùng 1:Vùng kim loại chảy khơng hồn tồn
Vùng 2:Vùng quá nhiệt
Vùng 3:Vùng thường hố
Vùng 4:Vùng kết tinh lại khơng hồn tồn
Vùng 5:Vùng kết tinh lại hồn tồn
Vùng 6:Vùng dịn xanh
II I
Trang 3vùng dòn xanh
300
1 0
100 200
%Cacbon
2
1
vùng chảy không hoàn toàn
vùng kết tinh lại
vùng thường hoá
4
6
5
vùng kết tinh lạikhông hoàn toàn
vùng quá nhiệt
2 3
6
5 4
400 500 600
800 700 900
2
3
1000
1500 1400 1300 1200 1100
kim loại nóng chảy
1
Hình 6-3: Ảnh hưởng nhiệt khi hàn
6.1.3 Tính hàn của kim loại và hợp kim
6.1.3.1 Khái niệm:
- Tính hàn của kim loại và hợp kim: là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng các cơng nghệ hàn thơng thường thích hợp để mối hàn đạt được các tính chất cần thiết,đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn
6.1.3.2 Phân loại:
- Căn cứ vào tính hàn,các loại vật liệu của kết cấu hàn hiện nay cĩ thể phân thành 4 nhĩm:
+ Nhĩm 1: Vật liệu cĩ tính hàn tốt
+ Nhĩm 2: Vật liệu cĩ tính hàn trung bình
+ Nhĩm 3: Vật liệu cĩ tính hàn kém
+ Nhĩm 4: Vật liệu khơng cĩ tính hàn
6.2 HÀN HỒ QUANG TAY
6.2.1 Khái niệm: Là phương pháp hàn nĩng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là hồ quang điện chạy giữa hai điện cực Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang trong quá trình hàn là do sự điều khiển của tay người thợ
* 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 mơi trường khí bảo vệ,hàn dưới nước,hàn trong chân khơng…
- Thiết bị hàn và trang bị gá lắp hàn đơn giản,dễ chế tạo
- Năng suất hàn thấp,chất lượng mối hàn khơng cao, phụ thuộc vào trình độ cơng nhân
Trang 44
2 1
Hình 6-6 Hình 6-5
3
4
* Phân loại:
a.Phân loại theo điện cực:
- Điện cực nóng chảy:
+ Kim loại mối hàn do que hàn nóng chảy và một phần kim loại vật hàn.Que hàn đồng thời vừa duy trì hồ quang,vừa bổ sung kim loại cho mối hàn
b.Phân loại theo cách nối dây:
- Nối dây trực tiếp: Cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai cực của nguồn(nguồn
có thể là AC hoặc DC) Hình 6-4:
- Nối dây gián tiếp :Que hàn nối với nguồn điện còn vật hàn không nối với nguồn
điện(Hình 6-5)
- Nối hỗn hợp trực tiếp và gián tiếp:dùng nguồn điện ba pha(tạo ra 3 cột hồ quang,hàn vật dày.)(Hình 6-6)
c Phân loại theo dòng điện:
- Dòng điện xoay chiều:thiết bị gọn nhẹ,sử dụng đơn giản,vận hành dễ,giá thành rẻ nhưng
hồ quang không ổn định nên chất lượng mối hàn không cao,nối điện tùy ý
- Hàn bằng dòng điện một chiều: tạo 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
+ Tùy theo từng trường hợp hàn mà ta nối điện thuận hay nghịch
* Cách đấu dây với dòng điện một chiều:
Hình 6-7: Cách đấu thuận Hình 6-8: Cách đấu nghịch
Trang 5Hồ quang bị thổi lệch Hồ quang bình thường
2 - 4
(Hình 6-9)
2 - 4
(Hình 6-10)
- Đấu thuận (Cực tính thẳng):
+ Cực dương nối với vật hàn
+ Cực âm nối với que hàn
Hàn vật dày, kim loại khĩ chảy
Điện cực khơng nĩng chảy
1.Máy phát điện; 2.Que hàn; 3.Kim hàn; 4.Vật hàn
- Đấu nghịch (Cực tính ngược):
+ Cực dương nối với que hàn
+ Cực âm nối với vật hàn
Que hàn chảy rất nhanh,vật hàn chảy ít, dùng hàn kim loại màu,vật hàn mỏng
6.2.2 Hồ quang hàn
6.2.2.1 Khái niệm về hồ quang hàn:
- Là sự phĩng điện ổn định qua mơi trường khí đã được ion hĩa Dịng điện truyền qua khí
nằm giữa hai cực: cực âm gọi là katod,cực dương gọi là anod
- Tạo ra hồ quang do ánh sáng mạnh, nhiệt cao để làm nĩng chảy kim loại
6.2.2.2 Cách gây hồ quanq và sự cháy của hồ quang
- Gây hồ quang bằng 2 phương pháp: + Phương pháp mồi hồ quang mổ thẳng.(Hình 6-9)
+ Phương pháp mồi hồ quang ma sát.(Hình 6-10)
- Thực hiện gây hồ quang, ổn định hồ quang hàn: Duy trì chiều dài hồ quang khoảng 2-4mm
6.2.2.3 Hiện tượng thổi lệch hồ quang.
- Khi trục tuyến của cột hồ quang tạo một gĩc với trục của que hàn làm cho nguồn nhiệt khĩ tập trung vào vũng hàn nên chất lượng mối hàn kém Hiện tượng này xảy ra khi hàn hồ quang bằng dịng một chiều
+ Biện pháp khắc phục:
Trang 6Đoạn đặc tính cứng
U
a
300 250
150 200
U(V)
60
U(V)
60
50
30 40
10 20
50 0
I(A)
a
250 300
150 200
50
30
40
10
20
0 50 100
Nghiêng điện cực(que hàn)về phía cột hồ quang bị thổi lệch
Dùng tấm kim loại Ferit chắn về phía hồ quang bị thổi lệch
Thay đổi tiếp điểm đấu trên vật hàn.(Hình 6-11)
6.2.3 Phân loại hồ quang hàn.
- Hồ quang ngắn
- Hồ quang trung bình
- Hồ quang dài
6.2.4 Thiết bị hàn hồ quang.
1.Yêu cầu của nguồn điện hàn và máy hàn.
- Dịng xoay chiều:(220v hoặc 380v)
V0 = 60 80v (lúc khơng tải.)
Vh = 25 45v (lúc hàn.)
- Dịng một chiều:
V0 = 30 55v
Vh = 16 35v
- Khi hàn hay xảy ra hiện tượng đoản mạch nên
I đoản mạch =(1.3 1.4)Ih
2 Yêu cầu của nguồn điện hàn và máy hàn.
- Đường đặc tính của hồ quang(l3 >l2>l1) (Hình 6-12)
- Đường đặc tính ngồi của máy hàn.(Hình 6-13)
Trang 7* Máy hàn xoay chiều:
- Với dòng xoay chiều có:
+ Máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm rời
+ Máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm kết hợp
+ Máy hàn xoay chiều có lõi di động
* Máy hàn một chiều:
- Động cơ – Máy phát tạo ra dòng một chiều
- Bộ phận chỉnh lưu dòng điện có các đi ốt để chỉnh lưu:
+ Dòng xoay chiều một pha
+ Dòng xoay chiều ba pha
- Máy phát điện một chiều kiểu các cực từ lắp rời dùng để hàn gồm bốn cực từ,trên cực điện có lắp ba tổ chổi điện than cung cấp điện cho hồ quang
6.2.5 Vật liệu hàn hồ quang tay.
1 Điện cực không nóng chảy.
- Gây hồ quang và duy trì hồ quangcháy ổn định
- Vật liệu que hàn:C,graphit,T
L =500 700 mm
dq =1 5 mm
Đầu vát góc:60 700
t0 chảy thuốc bọc > t0 chảy lõi
2 Điện cực nóng chảy.
- Yêu cầu đối với que hàn:
+ Phải đảm bảo cơ tính cho mối hàn
+ Đảm bảo thành phần hóa học của kim loại
+ Dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định
+ Có tính công nghệ tốt
+ Hàn ở bất cứ vị trí không gian nào
+ Mối hàn không bị rỗ khí, xỉ, nứt
- Thuốc hàn: có tính ion hóa khí tốt,không tác dụng O2,N2 và không khí gây rỗ,xỉ mối hàn
+ Nổi xỉ,che phủ làm cho mối hàn kết tinh,nguội chậm lại
+ Hợp kim hóa cho kim loại mối hàn
+ Khử O2 của các ôxít kim loại…
- Lõi que hàn:
+ Thành phần lõi que hàn phù hợp với kim loại vật hàn
6.2.6 Công nghệ hàn hồ quang tay
6.2.6.1.Vị trí hàn.
- Các dạng mối hàn ở các vị trí không gian khác nhau: Hàn bằng (hàn sấp), hàn đứng, hàn ngang, hàn trần
+ Hàn sấp: mối hàn nằm trong các mặt phẳng ứng với góc từ 0 600
+ Hàn đứng: mối hàn nằm trong các mặt phẳng phân bố từ 600 1200
+ Hàn trần: mối hàn nằm trong các mặt phẳng phân bố từ 1200 1800
6.2.6.2.Các loại mối hàn.
- Hàn giáp mối:
S< 4 mm:không cần vát mép
S >4 mm:phải vát mép làm tăng độ sâu ngấu của kim loại que hàn nóng chảy
- Hàn chồng: (chồng mí)
- Mối hàn gấp mép(bẻ mí)
- Mối hàn góc
Trang 8- Mối hàn chữ T
- Mối hàn có tấm đệm(ít dùng)
- Mối hàn mặt đầu
- Mối hàn viền mép
- Mối hàn chốt
6.2.6.3.Chuẩn bị mép hàn.
- Khi S >4 mm cần vát mép để làm tăng độ bền cho mối hàn
- Khe hở làm tăng khả năng ngấu phía dưới của mối hàn
- Kích thước phần không vát mép có tác dụng làm cho kim loại chảy xuống phía dưới phần chưa hàn
Các dạng vát mép:
- Vát mép chữ V
- Vát mép chữ X
6.2.6.4.Chế độ hàn.
- Đường kính que hàn phụ thuộc vào chiều dày vật hàn
- Hàn giáp mối: Dq =( S/2)+1
Trong đó:
Dq:đường kính que hàn.(m)
S:chiều dày của vật hàn.(m)
- Hàn góc, mối hàn chữ T: Dq =( K/2)+2
Trong đó:
K:cạnh mối hàn
+ Cường độ dòng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn và vị trí hàn trong không gian
- Hàn sấp,que hàn thép: Ih = ( + .dq)dq
Trong đó:
, : hệ số
=20 ; =6
+ Hàn đứng:Ih giảm 10 15% so với hàn sấp
+ Hàn ngữa:Ih giảm 20 25% so với hàn sấp
6.2.6.5.Kỹ thuật hàn hồ quang tay.
* Chuyển động của que hàn.
+ Dịch chuyển que hàn dọc theo hướng hàn để hàn hết chiều dài vật hàn(đường hàn)
+ Dịch chuyển que hàn dọc theo trục que hàn để duy trì hồ quang cháy ổn định
+ Dao động ngang của que hàn để tạo ra bề rộng của mối hàn
* Kỹ thuật hàn ở các vị trí hàn khác nhau.
+ Với hàn đứng nên hàn từ dưới lên,que hàn nghiêng với trục thẳng đứng từ 60 800 + Với hàn ngang:nên vát mép cạnh trên còn cạnh dưới không vát mép
6.3 ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ KHUYẾT TẬT VẬT HÀN
6.3.1 Biến dạng và ứng suất khi hàn
- Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do bản thân quá trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và chất lượng của sản phẩm Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do bản thân quá trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và chất lượng của sản phẩm
- Nguyên nhân:
+ Nung nóng không đều kim loại vật hàn
+ Độ ngót đúc của kim loại nóng chảy của mối hàn
+ Các biến đổi cơ cấu trong vùng gần mối hàn
Trang 92
1
1
6.3.2 Xác định biến dạng khi hàn
1 Xác định biến dạng do co dọc khi hàn giáp mối:
- Ứng suất dư (do nung nóng và nguội không đều) của tấm hàn là cân bằng và trong vùng ảnh hưởng nhiệt thì đạt tới giới hạn chảy
- Tấm hàn khi nung nóng không bị ảnh hưởng bên ngoài
- Biến dạng của tấm phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng
2.Độ võng của liên kết hàn giáp mối:
- Ứng suất dư (do nung nóng và nguội không đều) của tấm hàn là cân bằng và trong vùng ảnh hưởng nhiệt thì đạt tới giới hạn chảy
- Tấm hàn khi nung nóng không bị ảnh hưởng bên ngoài
- Biến dạng của tấm phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng
3.Xác định ứng suất biến dạng do co dọc ở mối hàn chữ T :
Kết cấu chữ T gồm hai tấm hàn với nhau bằng hai mối hàn góc.Nếu như kết cấu hàn không bị kẹp chặt thì dưới tác dụng của M kết cấu sẽ bị uốn và ứng suất do uốn là:
= M/W Trong đó :
M: momen uốn của các nội lực,tác dụng lên kết cấu
M = P2.Y2 –2P1.Y1
Y1,Y2 :khoảng cách từ các điểm đặt lực phản kháng 2P1và P2 đến trọng tâm của vùng ứng suất tác dụng
6.3.3 Khuyết tật của mối hàn.
1 Nứt:
- Là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của mối hàn
- Căn cứ vào vị trí sinh ra nứt, có thể chia làm hai loại nứt:nứt trong và nứt ngoài.Vết nứt
có thể sinh ra ngay trong khu vực chịu ảnh hưởng nhiệt của đầu mối hàn
Hình: 6-14: 1.Nứt ngoài; 2.Nứt trong; 3 Nứt ở khu vực chịu ảnh hưởng của sức nóng
2 Lỗ hơi: Vì có nhiều thể hơi hòa trong kim loại mỏng chảy, những thể hơi đó không thoát
ra trước lúc vùng nóng chảy nguội, do đó tạo thành lỗ hơi
Hình 6-15: 1.Lỗ hơi tập trung; 2.Lỗ hơi trên bề mặt; 3 Lỗ hơi đơn
3 Lẫn xỉ hàn
Trang 10- Lẫn xỉ hàn lẫn tạp chất kẹp trong mối hàn, tạp chất này có thể tồn tại trong mối hàn, cũng có thể nằm trên mặt mối hàn
- Lẫn xỉ hàn thường sinh ra trong mối hàn vuông góc hoặc đầu nối có khe hở quá nhỏ
4 Hàn chưa thấu
- Hàn chưa thấu là khuyết tật nghiêm trọng nhất trong mối hàn dẫn đến nứt, làm hỏng cấu kiện
- Hàn chưa thấu có khả năng sinh ra ở góc mối hàn hoặc ở mép đầu nối
5 Khuyết cạnh: Ở chỗ giao nhau giữa kim loại vật hàn với mối hàn có hình rãnh dọc, rãnh
đó gọi là khuyết cạnh
- Nguyên nhân:
+ Dòng điện hàn quá lớn, hồ quang quá dài
+ Góc độ que hàn và cách đưa que hàn không chính xác
6 Đóng cục: Trên mép hàn có những kim loại thừa ra nhưng không trộn với kim loại vật hàn
thì gọi là đóng cục
6.3.4 Các phương pháp kiểm tra mối hàn.
1.Kiểm tra phá hỏng: Là kiểm tra cơ tính, nó có thể xác định cường độ cực đại của đầu nối
mối hàn, tính dẻo và tính dai cao hay thấp
2 Kiểm tra không phá hỏng: Kiểm tra mặt ngoài bằng dầu lửa, bằng áp lực nước, bằng khí
nén, bằng tia X, bằng tia …
6.4 HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC
6.4.1 Thực chất, đặc điểm và phân loại phương pháp hàn điện tiếp xúc
1 Thực chất:
- Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng kim loại vật hàn đến trạng thái hàn (chảy lỏng hoặc dẻo) và nhờ tác dụng của lực
cơ học, các vật hàn sẽ dính chắc lại với nhau
- Theo định luật Jun – Lenxơ thì khi cho dòng điện đi qua một vật dẫn sẽ sinh ra nhiệt lượng Q:
Q = 0,24RI 2 t
- Nhiệt lượng lớn sinh ra trên bề mặt tiếp xúc sẽ nung nóng chúng đến trạng thái hàn, sau đó dùng lực ép để tạo điều kiện cho việc khuếch tán nguyên tử, làm cho các vật hàn nối chắc với nhau
2 Đặc điểm:
- Hàn điện tiếp xúc có các đặc điểm sau:
+ Chất lượng sản phẩm cao
+ Có thể hàn được các kết cấu phức tạp, các mối hàn ở các vị trí không gian khác nhau, hàn được các chi tiết có tiết diện nhỏ
+ Dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa quá trình công nghệ
+ Năng suất, chất lượng hàn cao
+ Tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng
Vì vậy hàn điện tiếp xúc được sử dụng rộng rãi trong các ngành chế tạo máy, giao thông, công nghiệp tiêu dùng…
3.Phân loại: