Bài giảng công nghệ Hàn áp lực

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ 1.1 Công nghệ Hàn điểm 1.1.1.Khái niệm Hàn điểm là phương pháp hàn điện trở, trong đó mối hàn được hình thành dưới dạng những điểm riêng biệt ở chỗ tiếp

1

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

TẬP BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ HÀN ÁP LỰC

Mã số: TB2012-01-02

TS Nguyễn Ngọc Hùng ThS Bùi Thị Tuyết Nhung

KS Cao Thị Hằng

NAM ĐỊNH, Năm 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành Công nghệ Hàn ở Việt Nam đang có những bước phát triển mạnh mẽ đặt ra

yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực nghề Hàn có kỹ thuật cao Trường Đại học Sư

phạm Kỹ thuật Nam Định đào tạo Kỹ sư Công nghệ Hàn và Sư phạm kỹ thuật Công

nghệ Hàn; do đó rất cần có tập bài giảng phù hợp phương thức đào tạo Học chế tín chỉ

Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực được biên soạn dựa trên chương trình đào tạo

thuộc Bộ môn Công nghệ Hàn, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam

Định do Bộ Giáo dục & Đào tạo quy định Trình độ: Đại học

Việc biên soạn Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực là một trong số các công nghệ

tiên tiến và đang được áp dụng rộng rãi trong ngành Công nghệ Ôtô; Công nghệ đóng

tàu và Chế tạo kết cấu thép

Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập

của sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hàn; góp phần vào đào tạo đội ngũ Giáo viên

Dạy nghề và Kỹ sư Công nghệ Hàn, đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của xã hội

Để tập bài giảng được hoàn thiện, chúng tôi mong được sự đóng góp ý kiến rộng rãi

của các đồng nghiệp và các độc giả

Xin trân trọng cảm ơn

CHỦ BIÊN

TS NGUYỄN NGỌC HÙNG

LỜI NÓI ĐẦU 1

1.1.3 Sự tiếp xúc và điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm 7

1.1.5 Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm 17 1.1.6 Phương pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm 18 1.1.7 Phương pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc 20

1.4.2 Nguyên lý 43

2.4.6 Vật liệu composite lớp trong sản phẩm dân dụng 74

3.5 Hàn ma sát với sự truyền động theo quán tính 89

3.6 Các chú ý khi lựa chọn / điều chỉnh các thông số hàn ma sát 89

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ 1.1 Công nghệ Hàn điểm

1.1.1.Khái niệm

Hàn điểm là phương pháp hàn điện trở, trong đó mối hàn được hình thành dưới dạng những điểm riêng biệt ở chỗ tiếp xúc giữa hai vật hàn Hàn điểm thường được sử dụng khi hàn kim loại dạng tấm mỏng và không cần tới độ kín

Hình 1.1 Máy Hàn điểm

1.1.2 Nguyên lý

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy Hàn điểm

1 Ổ cắm điện 7 Điện cực dưới

Phương pháp hàn điểm: thường dùng để hàn các chi tiết có độ dày phù hợp Thường dùng để hàn gắn các chi tiết phụ trong các cơ cấu ít chịu lực, đồ dùng sinh hoạt và các sản phẩm yêu cầu độ thẩm mỹ cao

Phương pháp hàn điểm được thực hiện như sau: các chi tiết được ép chặt với nhau sau

đó đóng nguồn cấp cho biến áp hàn Tại điểm tiếp xúc có dòng đi qua, sẽ làm nóng chảy kim loại tại điểm đó, sau đó cắt nguồn hàn và vẫn duy trì lực ép Khi điểm hàn đã kết dính lại với nhau, cắt lực ép, hai điện cực đưa ra xa nhau, kết thúc quá trình hàn

1.1.2.1 Công nghệ Hàn tiếp xúc điểm một phía

Là hai điện cực được bố trí về một phía của chi tiết hàn Để nâng cao mật độ dòng điện chỗ tiếp xúc người ta dùng một tấm đỡ bằng đồng áp vào chi tiết phía dưới Phương pháp này mỗi lần hàn được 2 điểm, tuy nhiên nó hiếm khi được sử dụng (do mạch rẽ lớn hơn nên hàn một phía thường chỉ được sử dụng khi hàn 2 tấm mỏng)

1.1.2.2 Công nghệ Hàn tiếp xúc điểm hai phía

Là hai điện cực được bố trí về 2 phía của các chi tiết hàn Mỗi lần ép chỉ hàn được 1 điểm Khi hàn điểm 2 phía có thể hàn hai hay nhiều tấm với nhau

Hàn tiếp xúc điểm chiếm gần 80% số lượng các liên kết hàn tiếp xúc Hàn điểm được

sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế tạo xe máy, ô tô, toa xe, trong ngành xây dựng

và kỹ thuật điện tử… Chiều dày các tấm hàn có thể từ vài mm  30mm

Các chi tiết hàn 1 được ghép chồng lên nhau, dùng các điện cực 2 để ép sơ bộ chúng lại với nhau, sau đó cho dòng điện chạy qua Chỗ tiếp xúc nằm giữa 2 chi tiết được nung nóng đến trạng thái nóng chảy còn xung quanh thì đến trạng thái dẻo Dưới tác dụng của lực

ép P mối hàn được hình thành Thiết bị điều khiển 4 có nhiệm vụ tự động đóng ngắt dòng

điện và lực ép Vật liệu làm điện cực có tính dẫn điện, tính nhiệt, chịu nhiệt và có độ bền cao như đồng điện phân, đồng có pha Crom và Cadimi,… ở điện cực có đường dẫn nước làm nguội

Tùy theo cách bố trí điện cực mà có thể chia thành hàn tiếp xúc điểm một phía hay hàn tiếp xúc điểm hai phía

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hàn điểm hai phía

1 - Vật hàn; 2 - Điện cực; 3 - Máy hàn; 4 - Bộ phận điều khiển

Công nghệ Hàn điểm bao gồm:

Trong giai đoạn đầu, sự tiếp xúc diễn ra tại một số điểm (Hình 1.6 a) các điểm này

có kích thước khác nhau do lực ép còn nhỏ và có sự không đồng đều của bề mặt hàn

Cùng với sự tăng lên của lực ép, các điểm tiếp xúc ban đầu bị biến dạng rồi đạt tới trạng thái tiếp xúc lý tưởng (Hình 1.6b)

Trong trường hợp bề mặt vật hàn có các lớp ôxít sự tiếp xúc trở nên phức tạp hơn (Hình 1.6c) Và có thể có tới ba cách tiếp xúc

Trường hợp A: Lớp ôxít bị vỡ ra và kim loại được tiếp xúc với kim loại

Trường hợp V: Lớp ôxít chỉ bị vỡ ra một phần

Trường hợp B: Lớp ôxít còn nguyên vẹn, sự tiếp xúc chỉ diễn ra giữa các ôxít Tuy vậy dòng điện sẽ đi qua cả 3 điểm tiếp xúc này, nhưng mật độ dòng điện ở mỗi điểm là khác nhau, lớn nhất là điểm A và thấp nhất là điểm B

Khi tăng lực ép diện tích bề mặt tiếp xúc lớn lên và đường đi của dòng điện đỡ uốn hơn Theo kỹ thuật điện, độ uốn của dòng điện càng nhiều, điện trở càng lớn Trong thực tế bề mặt không thể sạch tuyệt đối với tình trạng tiếp xúc được thể hiện trên hình 1.7 Tại A có vảy ôxít hoàn toàn bị phá hỏng nên tạo ra kim loại tiếp xúc với kim loại do đó cả hai đều biến dạng đáng kể và mật độ dòng điện đi qua lớn nhất

Tại C chỉ có một phần bị phá hủy Bởi vậy, nhiệt sinh ra tại các điểm đó không giống nhau tạo nên dòng nhiệt như trên hình vẽ 1.7

Hình1.7 Dòng nhiệt sinh ra khi hàn điểm

Như vậy, điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết do giảm tiết diện đáng kể gần chỗ tiếp xúc

và do tồn tại trên bề mặt các màng mỏng (ôxít, dầu mỡ, bẩn…) làm giảm điện trở

Điện trở tiếp xúc giữa các mặt tiếp xúc nhau dưới áp lực được tính theo công thức:

rk: Điện trở tiếp xúc đơn vị ( khi P = 1KG) ()

P: Lực ép (KG)

: Hệ số ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc nằm trong khoảng

 = 0,5 1 phụ thuộc vào vật liệu

Ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc được trình bày trên đồ thị hình 1.8

Hình 1.8 Ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc ở trạng thái nguội

a Thép các bon thấp, làm sạch tốt

b Đuyara 16 khi tiếp xúc giữa các tấm:

1- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng bàn chải sắt,

2- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng ăn mòn axit,

3- Dày 0,5 + 0,5mm làm sạch bằng ăn mòn axit

c Giữa điện cực đồng với các tấm Đuyra 16

1- Dày 1,5mm, mm làm sạch bằng bàn chải sắt

2- Cũng với chiều dày như thế nhưng ăn mòn bằng axit photphoric

3- Dày 0,5mm ăn mòn bằng axit photphoric

Sự thay đổi điện trở tiếp xúc theo nhiệt độ và áp lực được biểu thị trên đồ thị hình 1.9

Khi nung nóng nhiệt độ thay đổi làm cho điện trở riêng thay đổi Cùng với sự thay đổi của nhiệt độ, số điểm tiếp xúc và diện tích tiếp xúc cũng thay đổi

Trong điều kiện hàn tiếp xúc tăng diện tích tiếp xúc là yếu tố quyết định đến trị

số điện trở tiếp xúc Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy ở nhiệt độ trên 6000C hầu như điện trở tiếp xúc không phụ thuộc vào lực ép nữa

Đối với thép ít các bon thông thường điện trở tiếp xúc vẫn còn nhưng rất bé

Đối với hợp kim nhôm ở nhiệt độ 3500C hầu như điện trở tiếp xúc đã biến mất Trong một vài trường hợp, khu nung nóng cả màng ngăn bị phá hủy làm cho diện tích tiếp xúc giảm

Hình 1.9: Sự phụ thuộc của điện trở tiếp xúc vào nhiệt độ và lực ép khi hàn thép cacbon thấp

Điện trở mạch rẽ khi hàn tiếp xúc

Trong nhiều trường hợp khi hàn dòng điện thứ cấp của máy hàn bị phân nhánh thành hai thành phần: Dòng điện mạch hàn Ih và dòng mạch rẽ Ir không đi qua chỗ hàn như hình 1.10

Trong tất cả các trường hợp dòng điện tổng I2 ở mạch thứ cấp của máy hàn đều được xác định theo công thức:

I2 = Ih + Ir

Hình 1.10: Sơ đồ thay thế

Khi hàn không chỉ không gian bao quanh vật hàn mà cả trong bản thân vật hàn cũng xuất hiện từ trường Phụ thuộc vào khả năng từ hóa hay không của vật hàn mà số đường sức của từ trường cũng khác nhau Khi hàn điểm không gian bao quanh điện cực cũng như bản thân bên trong điện cực cũng xuất hiện từ trường

Dù hình thức phân nhánh của những phương pháp khác nhau có khác nhau nhưng trong hai trường hợp đã nêu ở trên chúng đều có sơ đồ thay thế như hình 1.10

Với những vật liệu không từ tính, độ thấm từ của nó bằng không khí, có nghĩa là bằng

1 Còn với thép, độ thấm từ có thể hàng chục hoặc hàng trăm

Do vậy khi hàn điểm thép tấm thậm chí kể cả chiều dày không lớn thì dòng từ trường khép kín trong chúng cũng lớn

Theo định luật Ôm ta có:

Hình 1.11: Hàn giáp mối một vòng xuyến bằng thép các bon thấp

Điện trở thuần của mạch rẽ vòng xuyến được tính:

R= = ρ0.π.D/F (2.5)

Ở đây D: Đường kính vòng xuyến

F: Diện tích tiết diện ngang của vòng xuyến

0 : Điện trở riêng của thép

Điện trở cảm ứng của vòng xuyến phụ thuộc vào vật liệu kích thước hình học và mật độ dòng điện trong nó

Một cách gần đúng khi đường kính vòng xuyến từ 100mm đến 500mm, điện trở cảm ứng có thép lấy bằng 300  1500  ( với vòng xoay chiều tần số 50Hz) Điện trở này tỷ lệ với đường kính phôi hàn và đường kính vòng xuyến và tăng với sự tăng của mật độ dòng điện

Điện trở mạch rẽ khi hàn điểm:

Hình 1.12: Dòng mạch rẽ khi hàn điểm điện cực một phía a) không hợp lý; b) Hợp lý; c) Mạch thay thế

Khi hàn điểm (Hình 1.12c và 1.13c), điện trở thuần của mạch rẽ có thể tính theo công thức: Rr = 20 (2.6)

Rr = 20

Ở đây, 0: Điện trở riêng của thép (.Cm)

l: Khoảng cách giữa các tâm điểm hàn (Cm)

S: Chiều dày vật hàn (cm)

h: Chiều rộng tương đương của mạch dẫn

Tỷ số h/l phụ thuộc vào tỷ số l/dm và được xác định theo đồ thị trên hình 1.13b

Ở đây dm là đường kính của lõi điểm hàn (Cm) Hệ số hiệu ứng bề mặt khi hàn điểm những chi tiết bằng thép có chiều dày lớn tương đối lớn, còn với chiều dày nhỏ hơn 2

rẽ và được tính gần đúng theo công thức:

Zr = mRr (2.7.)

Dòng điện mạch rẽ có ý nghĩa rất quan trọng khi hàn điểm một phía ( hình 1.12) Khi

đó điện trở chủ yếu của mạch hàn là điện trở tiếp xúc và điện trở của tấm dưới, điện trở này

được xác định theo công thức ( 1.6) với hệ số m xác định theo đồ thị 2.13.c Điện trở mạch

rẽ ở tấm trên được xác định theo công thức (1.6 ) với hệ số m

Ví dụ 1 Xác định điện trở toàn phần của mạch rẽ và dòng điện mạch rẽ khi hàn

giáp mối nóng chảy vòng xuyến có đường kính 400mm từ phôi tròn bằng thép

cacbon thấp có diện tích tiết diện ngang là 6200 mm2, điện áp hàn 2,5 vol

1,02,03,0m

4,0

12,01

Điện trở thuần mạch rẽ khi hàn giáp mối nóng chảy vòng xuyến được xác định bằng

công thức

Rr = ρ0.π.D/F

Điện trở toàn phần của mạch rẽ là:

)

* (m R r X r

- Xr: Là điện trở cảm ứng của vòng xuyến; trong tính toán lấy Xr = 0

) 3 , 27

* 5 , 2 (

* 3 , 68

5 , 2

R

U I

z

Ví dụ 2.Tính điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình tính toán khi hàn giáp mối điện trở thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đường kính 30 mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía 25mm Biết tốc độ nóng chảy là v = 0,25 cm/s, mật độ dòng điện J = 20 A/mm2 và lực ép khi hàn là 500KG, Điện trở tiếp xúc đơn vị

Rct = 2×13,5×(2,5/7,1) = 9,5 μΩ.- Rk : điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết;

= 47,3 μΩ

Thay các giá trị trên vào công thức ta có:

R∑1 = 9,5 + 47,3 = 52,8 μΩ

Giai đoạn cuối: khi T > 6000

Khi T > 6000 thì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết Rk = 0;

Khi đó điện trở tổng cộng được xác định:

R∑2 = Rct1 + Rct2 = 2.Rct )

1 (

5,2

1.1.4 Quá trình tạo điểm hàn

Gồm các giai đoạn sau

- Ép sơ bộ các chi tiết hàn

- Nung nóng chi tiết ở chỗ hàn đến nhiệt cần thiết

- Làm nguội sau hàn

Giai đoạn 1

Tạo sự tiếp xúc hoàn toàn nhờ lực ép P cho tới khi có điện

Giai đoạn 2

Lõi điểm hàn đƣợc tạo bằng kết tinh nên mối hàn bền sau khi làm nguội

Trong thực tế hiện nay, hàn bằng lõi nóng chảy đƣợc dùng đáng kể bởi lẽ nó đảm bảo độ bền

Lõi hàn đƣợc bảo vệ bởi vành biến dạng dẻo Nếu không đủ điều kiện bảo vệ, kim loại lỏng có thể bị đẩy ra ngoài với lý do:

- Nung nóng quá nhanh, lực ép nhỏ

- Cuối quá trình thời gian nung quá dài

Hình 1.14 : Hàn điểm Đơn giản (a) Phức tạp hơn (b)

Quan trọng thời gian nghỉ tng Khi tng lớn(>0,2s) sẽ không có lợi Khi ép quá sớm (tng <0) kim loại sẽ bắn toé ra ngoài tạo nên ba via

Trong nhiều trường hợp (phần lớn khi hàn thép), chế độ nguội sau hàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn Thường được làm nguội giữa các điện cực hàn theo áp lực hàn tng dài đángkể có thể dẫn tới tôi điểm hàn gây giòn

Các thông số liên quan đến hiện tượng này:

- Ih, thời gian duy trì nó và điện trở chi tiết hàn ảnh hưởng đến nung nóng nó

- Lực đặt vào điện cực và kích thước bề mặt tiếp xúc của điện cực với chi tiết hàn

- Cả hai thông số đồng thời ảnh hưởng đến biến dạng dẻo của kim loại vùng hàn cũng như điện trở chi tiết hàn

1.1.5 Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm

Đa số các trường hợp trong sản xuất là hàn điểm các tấm chiều dày bằng nhau Dòng điện xoay chiều khi hàn đi từ điện cực này đến điện cực khác sẽ gặp các điện trở sau:

- Điện trở chuyển tiếp giữa điện cực và chi tiết là R' n và R n'', coi R nR n' R n''nên điện trở chuyển tiếp sẽ là 2R n

- Tổng trở của mặt tiếp xúc hàn R tx

Nhiệt phát ra trong một đơn vị thời gian:

Q = q k + 2q n (1.8) Trường hợp hai chi tiết chiều dày khác nhau sự phát nhiệt trong mặt chuyển tiếp

sẽ không đều

' "

Qq  q q (1.9) Trong điều kiện bình thường bỏ qua nhiệt chuyển tiếp vì điện trở tiếp xúc lớn hơn nhiều điện trở chuyển tiếp Khi nóng chảy công thức (1.8) và (1.9) viết được:

' " ' "

Qq q q q q và Qq T 2q zq M (1.10)

Sơ đồ quá trình nhiệt khi hàn điểm biểu thị trên hình 1.15a và b

Hình 1.15 Sơ đồ phân bố dòng nhiệt khi hàn điểm

Nếu đo nhiệt độ trong mặt tiếp xúc, trực tiếp ở nhân điểm hàn thì ta có thể vẽ

được đồ thị liên quan giữa thời gian nung nóng và nguội lạnh với nhiệt độ như hình 1.16 Trên đồ thị vị trí 1 là lúc tiếp xúc nguội, vị trí 2 mặt tiếp xúc nóng chảy dần, vị trí

3 tạo thành điểm hàn và vị trí 4 mối hàn đông đặc và nguội lạnh

Nhiệt độ lớn nhất ở tâm điểm hàn và cao hơn nhiệt độ chảy của kim loại Tốc

độ nung nóng và nguội lạnh khi hàn rất cao có thể đạt được hàng ngàn độ trong một giây Do đó ở vùng nóng chảy và vùng lân cận điểm hàn tạo ra tình trạng gia công nhiệt luyện phức tạp

Hình 1.16: Sơ đồ nhiệt độ trong mặt phẳng tiếp xúc khi hàn điểm và sự hình thành điểm hàn

Trường nhiệt độ của mỗi một vị trí trên hình 1.16, trên hình này ta thấy vị trí 1 là

lúc ép chi tiết hàn chưa đóng điện, vị trí 2 là lúc bắt đầu đóng điện và nóng chảy, vị trí

3 hoàn toàn tạo ra điểm hàn và bắt đầu ngắt điện, vị trí 4 mối hàn kết tinh và nguội

Để điểm hàn đủ bền, nhiệt cung cấp cho việc hình thành mối hàn phải tạo ra được hai thông số quan trọng là đường kính và chiều cao của điểm hàn

Do đó phải chọn chế độ hàn sao cho đủ nhiệt cung cấp làm nóng chảy một chiều cao không nhỏ hơn 30% nhưng không lớn hơn 80% tổng chiều dày của hai chi tiết hàn Hàn tấm chiều dày khác nhau thì tấm mỏng phải nóng chảy khoảng 30% chiều dày Hàn tấm dày trung bình mà hai chi tiết giống nhau, chiều cao điểm hàn bằng chiều dày một tấm là tốt nhất

1.1.6 Phương pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm

Thực tế nhiều trường hợp hàn chiều dày chi tiết khác nhau như hình 1.17, mật

độ dòng điện trên mỗi chi tiết có khác nhau và nhiệt tạo ra trên bề mặt điện cực cũng khác nhau Bởi vậy sự nung nóng và hình thành điểm hàn sẽ không đều, chất

lượng điểm hàn sẽ xấu Những kết cấu hàn không phải dạng tấm hình 1.18 cũng tương tự hàn các tấm có chiều dày khác nhau như hình 1.17 Chính vì vậy người công

nghệ khi gặp phải kết cấu như thế phải tìm biện pháp điều chỉnh nhiệt để tạo ra mối hàn điểm có chất lượng tốt nhất

Thông thường hay dùng nguồn phát nhiệt phụ đặt dưới điện cực là tấm đệm mỏng không nóng chảy hoặc nóng chảy Đối với kết cấu thép, lá đồng, đối với hợp kim nhôm, lá thép không gỉ để làm tấm đệm không hàn, còn những tấm đệm hàn cũng tương tự như thế

Chiều dày tấm đệm phải so với tấm mỏng, nhưng nhân điểm hàn vượt ra ngoài phạm vi tấm mỏng Hàn đường dùng tấm đệm điều chỉnh là trường hợp hàn đường giáp mối, mối hàn sẽ ngấu cả tấm đệm điều chỉnh

Hình 1.17: Hàn điểm các tấm có chiều dày khác nhau

Hình 1.18: Hàn điểm chi tiết không phải dạng tấm

Hình 1.19: Sơ đồ công nghệ hàn các tấm có chiều dày khác nhau

a Hai chi tiết dày khác nhau nhân điểm hàn lệch về phía tấm dày do mất nhiệt

b Dùng tấm đệm mỏng không được hàn

c Dùng tấm đệm mỏng được hàn nên ngấu đều

d Hàn đường giáp mối dùng hai tấm đệm được hàn ngấu đều

1.1.7 Phương pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc

Muốn tính chế độ hàn điều trước tiên là phải tính được giá trị dòng điện hiệu dụng I

Đây là năng lượng nhiệt cung cấp cho kim loại để đảm bảo điểm hàn có

h = S Qua nhiều thực nghiệm hàn các loại vật liệu thép: Dura, Titan, Hợp kim MA8,

Latong, thép không gỉ thấy rằng

2 2

T T

I d



nằm trong phạm vi từ 14.000 đến 30.000W/cm

Về ý nghĩa vật lý thì

2 2

T T

I d



là năng lượng nhiệt làm nóng chảy kim loại một hình trụ

đường kính d T chiều cao h = 1cm trong thời gian 1s

Bởi vậy có thể xác định dòng điện hàn bằng phương trình:

1.1.8 Công nghệ Hàn điểm một số vật liệu

1.1.8.1 Công nghệ hàn thép có chiều dày nhỏ và trung bình

Trong công nghiệp thường hàn thép các bon với chiều dày S ≤ 6 mm

Với chiều dày lớn hơn đòi hỏi công suất máy lớn hơn và phải ứng dụng công nghệ đặc biệt

Hàn điểm có thể tiến hành cả với thép cán nóng và cán nguội

Thép cán nóng có lớp vảy ôxit sắt (thậm chí cả xỉ) nên phải làm sạch cẩn thận trước khi hàn

Thép cán nguội không đòi hỏi phải làm sạch

Thép ít cacbon được hàn theo chu trình đơn giản hình 1.14 a

- Lực ép duy trì không đổi trong suốt quá trình hàn

- Nhạy cảm nhỏ với nhiệt

+ Chế độ hàn

Có hai chế độ hàn:

Khi chiều dày đến 6 mm có thể hàn với cả tốc độ nung nóng lớn (chế độ cứng)

và nhỏ (chế độ mềm), tất nhiên máy phải có công suất lớn

- Thời gian hàn, cường độ dòng điện hàn:

Ta có thể xác định một số thông số chế độ hàn theo công thức:

Tấm mỏng: S = 1 1,5 mm

t = 0,1  0,2 (s)

Tấm dày S = 8  10 mm

t = 0,5  2,5 ( s)

Thời gian hàn, cường độ dòng điện hàn:

Với chiều dày đến 6mm và chế độ hàn cứng: t = 0,5  1,5 s

Dòng điện hàn phụ thuộc chiều dày vật hàn, thời gian hàn, áp lực và đường kính tiếp xúc của điện cực de

+ Chế độ hàn cứng:

th = (0,1  0,2)S (s) , S: chiều dày vật hàn mm

J = 120 360 A/ mm2

+ Chế độ hàn mềm:

0,2  0,3 0,2  0,35 0,25  0,35 0,25  0,35 0,6  1,0 0,8  1,1 0,9  1,2 1,1  1,5

4  5

5  6

6  7.5 7,5  9

Khi lực ép không đủ ta nhận được lõi đúc không bình thường

Khi kích thước điện cực khác nhau, trên điện cực lớn không có vết lõm và do đó lõi có xu hướng di chuyển về phía điện cực nhỏ

Hàn các chi tiết có lớp phủ bề mặt, hàn được tiến hành ở chế độ hàn cứng

Thời gian hàn : th = 0,1 0,2 (s)

Lực ép P cao hơn so với thép các bon không phủ có cùng chiều dày 15  25% Khi hàn các tấm thép có chiều dày không đồng nhất, chế độ hàn được xác định theo tấm có chiều dày bé và tăng Ih lên 10  20%

- Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến 25mm nhưng khi chiều dày lớn hơn 6mm gặp những khó khăn sau:

+ Để tiếp xúc tốt phải có lực ép lớn

+ Làm sạch bề mặt lớn làm tăng giá thành

+ Do lực ép lớn, thời gian hàn dài nên điện cực chóng mòn

+Do tiết diện lớn nên dẫn đến giảm dòng điện, làm xấu chất lượng hàn

+Tăng mức độ mạch rẽ

+Công suất máy phải lớn

Hàn điểm thép có chiều dày lớn có thể thực hiện bằng dòng điện xung tần số công nghiệp (50Hz) hay tần số thấp (2,5  3Hz)

Để nâng cao hiệu quả người ta dùng tần số thấp vì điện trở cảm ứng tỷ lệ thuận với tần số, hệ số cos của máy sẽ cao

Ví dụ: Hàn thép có chiều dày 12mm

Thời gian đưa dòng điện vào t = 10  16 (s)

Lực ép sơ bộ và lực ép rèn đặt vào điện cực P = 75 kN

Lực ép tại thời điểm đưa dòng điện P = 50 kN

Thời gian ép sơ bộ và nung nóng t= 3s

Thời gian đặt áp lực rèn t = 2,5s

Dòng điện hàn I = 40.000A

Bán kính mặt cầu tiếp xúc của điện cực R = 50mm

Thời gian chung để hàn một điểm 20  40s

Hàn chế độ hàn mềm với việc gia công nhiệt tiếp theo để ngăn ngừa nứt

Hàn ở chế độ hàn mềm không gia công nhiệt tiếp

Hàn chế độ hàn cứng với gia công nhiệt trực tiếp các điểm hàn giữa các điện cực máy hàn Gia công nhiệt nói chung đảm bảo độ bền thoả mãn và tổ chức hạt đồng đều Trong nhiều trường hợp hàn không gia công nhiệt cho ta kết quả tốt nhưng năng suất thấp, gây biến dạng, hạt vùng hàn to

+ Đặc điểm

Trong công nghiệp thường hàn thép có chiều dày  6 mm Với chiều dày lớn đòi hỏi máy có công suất lớn hơn và có công nghệ đặc biệt

Hàn điểm có thể tiến hành được với thép cán nóng và thép cán nguội

Thép ít cacbon được hàn theo chu trình đơn giản

Dòng hàn không liên tục

Lực ép duy trì không đổi trong suốt quá trình hàn

Có hai chế độ hàn

+ Công nghệ Hàn

Xác định một số thông số chế độ hàn theo công thức

1 Đường kính lõi nóng chảy

4 Thời gian hàn, cường độ dòng điện hàn:

Với chiều dày đến 6 mm và chế độ hàn cứng: t = 0,5  1,5 s

Dòng điện hàn phụ thuộc chiều dày vật hàn, thời gian hàn, áp lực và đường kính tiếp xúc của điện cực de

Chế độ hàn cứng:

th = (0,1  0,2)S (s), S chiều dày vật hàn, mm

J = 120  360 A/ mm2

Chế độ hàn mềm:

Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến 25mm nhưng khi chiều

dày lớn hơn 6mm gặp những khó khăn sau:

Để tiếp xúc tốt phải có lực ép lớn

Làm sạch bề mặt lớn làm tăng giá thành

Do lực ép lớn, thời gian hàn dài nên điện cực chóng mòn

Do tiết diện lớn nên dẫn đến giảm dòng điện, làm xấu chất lượng hàn

Tăng mức độ mạch rẽ

Công suất máy phải lớn

Hàn điểm thép có chiều dày lớn có thể thực hiện bằng dòng điện xung tần số công nghiệp (50Hz) hay tần số thấp (2,5  3Hz)

Để nâng cao hiệu quả người ta dùng tần số thấp vì điện trở cảm ứng tỷ lệ thuận với tần

số, hệ số cos của máy sẽ cao

Ví dụ:

Hàn thép có chiều dày 12mm

Thời gian đưa dòng điện vào t = 10  16 (s)

Lực ép sơ bộ và lực ép rèn đặt vào điện cực P = 75 kN

Lực ép tại thời điểm đưa dòng điện P = 50 kN

Thời gian ép sơ bộ và nung nóng t = 3s

Thời gian đặt áp lực rèn t = 2,5 s

Dòng điện hàn I = 40.000A

Bán kính mặt cầu tiếp xúc của điện cực R = 50 mm

Thời gian chung để hàn một điểm 20  40 s

Độ bền trung bình mối hàn 200 kN

Công suất máy 200kW

Bảng 2 2 Các kích thước của liên kết hàn khi hàn tiếp xúc điểm và tiếp xúc đường

Chiều dày

chi tiết

S 1 =S 2 (mm)

Đường kính, chiều rộng đường hàn nhỏ nhất, d (mm)

Khoảng chồng nhỏ nhất B

(mm)

Bước nhỏ nhất giữa các điểm hàn, đối với hợp kim đồng, nhôm, magiê, t (mm)

Đối với hợp kim đồng, nhôm, magiê

Đối với thép, hợp kim titan

1) Các dạng điện cực trong Hàn điểm

Hình 1.15 Một số dạng điện cực trong Hàn điểm

2) Cách chuẩn bị điện cực

Hình 1 16 Cách chuẩn bị điện cực

3)Cách bố trí vật hàn có chiều dày khác nhau khi hàn 1 phía

Hình 1 17 Cách bố trí vật hàn có chiều dày khác nhau

a) Đúng; b) Không đúng

4) Cách bố trí vật hàn khi hàn kim loại và hợp kim có tính chất khác nhau

Hình 1.18 Cách bố trí vật hàn khi hàn kim loại và hợp kim có tính chất khác nhau

a Điện cực có diện tích tiếp xúc nhỏ về phía kim loại có độ dẫn điện cao

b Điện cực có điện trở riêng cao về phía kim loại có độ dẫn điện cao

c Giống trường hợp b; Điện cực có diện tích tiếp xúc lớn về phía kim loại có độ dẫn điện thấp

d Tăng chiều dày hoặc vật hàn có độ dẫn điện cao

5) Công nghệ Hàn điểm thép có chiều dày lớn

Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến 10 12 mm nhưng khi S > 6  8

mm gặp những khó khăn sau:

- Để tiếp xúc tốt lực ép phải lớn

- Làm sạch những bề mặt lớn làm tăng giá thành chế tạo

- áp lực rèn cần lớn để làm chặt nhanh lõi đúc

- Do lực ép lớn, thời gian dài nên điện cực chóng mòn

- Do tiết diện lớn nên dẫn đến giảm dòng điện làm chất lượng hàn không đảm bảo

- Tăng mức độ mạch rẽ

- Công suất máy phải lớn

Hàn điểm thép có chiều dày lớn có thể thực hiện bằng dòng điện xung tần số công nghiệp (50 Hz ) hay tần số thấp (2,5  3 Hz) Phương pháp đầu có thể dùng hàn thép

có chiều dày S < 8 mm và sử dụng 12-20 xung dòng điện, thời gian mỗi xung 0,25  0,35 s và thời gian dừng giữa chúng 0,08  0,12 s Thời gian nung nóng từ 5  10s phụ thuộc vào điều kiện hàn, mạch rẽ và tiết diện của thép Hàn bằng dòng điện xung tần số công nghiệp được tiến hành trên máy hàn bình thường có công suất 150 KW hoặc lớn hơn bằng những thiết bị tự động phù hợp (điều khiển xung, thời gian…)

Hàn bằng dòng điện xung tần số công nghiệp với thời gian như hàn liên tục Thời gian ngừng có thể làm nguội điện cực một ít để giảm mòn Do đó cho phép nâng cao

áp lực nên làm tốt mối hàn Để nâng cao hiệu quả hàn người ta dùng dòng điện hàn có tần số

thấp Do tấn số thấp nên theo kỹ thuật điện, điện trở cảm ứng (tỷ lệ với f) sẽ nhỏ, hệ số Cosφ của

máy cao (> 0,8)

Chế độ hàn thép C thấp có chiều dày S =12mm:

- Thời gian đưa dòng điện vào: t = 10  16 s (phụ thuộc vào dòng mạch rẽ)

- Lực ép sơ bộ và lực rèn đặt vào điện cực : P = 7500 KG

- Lực ép ở thời điểm đưa dòng điện : P = 5000 KG

- Thời gian ép sơ bộ và nung nóng 3s

- Thời gian đặt áp lực rèn 2,5s

- Ih : 40.000 A

- R: bán kính mặt cầu tiếp xúc của điện cực 50 mm

- Thời gian chung để hàn một điểm 20  40s

- Độ bền trung bình mối hàn: 20.000 KG

- Công suất máy ≤ 200KW

6) Hàn điểm thép Ostenit và thép không gỉ

- X18H9: Cho kết quả tốt khi hàn ở chế độ hàn cứng (VD: Thời gian nung nóng khi hàn chiều dày 0,5  2,5 mm với chế dộ hàn cứng: 0,08  0,3 s)

- Khi hàn các thép không chứa các chất phụ ổn định (Ti, Ni), thời gian nung nóng buộc phải nhỏ vì nó ngăn ngừa tạo ra các bít CrC và sự ăn mòn tinh giới hạt

- Sử dụng chế độ hàn cứng rất mong muốn khi hàn các thép gia công nguội vì khi nung nóng thời gian ngắn sẽ giảm vùng kim loại bị phá huỷ

- Thường dùng áp lực cao khi hàn loại thép này (khoảng 15 KF/mm2)

- Do độ dẫn điện thấp của thép không gỉ loại Ostenit nên dòng điện thấp hơn 30

Trong bản trên khi tăng lực từ 80  100% tương ứng với tăng cường độ dòng điện từ 75  90% có thể nâng cao thực sự độ ổn định của các kết quả hàn

Bảng 1.3 Chế độ hàn thép X18N19 (Cr18Ni19)

Chiều dày

mỗi tấm(mm)

Đường kính tiếp xúc của điện cực (mm)

Một mặt nhôm tiếp xúc với điện cực nên mòn nhanh đông thời chỗ tiếp xúc giữa đồng và hợp kim nhôm tạo nên hợp kim Cu - Al có tính chống ăn mòn thấp

7 Đĩa điện cực trên

8 Đĩa điện cực dưới

9 Bàn đạp chấp hành

10 Vật hàn

Hình 1.21 Cấu tạo điện cực để Hàn đường

Phương pháp hàn này dùng để ghép các tấm kim loại chồng lên nhau bằng cách

đặt chúng vào giữa hai điện cực bằng đĩa 7, 8 và thực hiện liên tục các điểm hàn tạo

thành đường hàn bằng cách cấp dòng điện và tạo lực ép từ bộ phận tạo áp lực Dòng

điện có thể được cấp liên tục hoặc cấp không liên tục

Nếu được cấp liên tục thì yêu cầu dòng điện tăng cường để bổ xung dòng điện

cho vũng hàn

- Trong hàn đường ngoài dòng điện hàn ta cần phải có lực ép sơ bộ và lực ép trong

suốt quá trình hàn Dòng điện hàn đi qua vật hàn thông qua điện cực Khác với hàn điểm,

lực ép chỉ tác dụng khi có dòng điện chạy qua, có nghĩa là điện cực sẽ tách khỏi vật hàn khi

kết thúc quá trình hàn (ngắt dòng điện hàn)

- Quá trình hàn diễn ra liên tục, do vậy các điểm hàn sau được nung nóng sơ bộ để

tăng giới hạn thể tích kim loại đạt đến trạng thái chảy trước khi hàn Sau đó kim loại được

làm nguội, dưới tác dụng của lực ép cho đến khi mối hàn đủ bền để giữ chặt 2 chi tiết lại với

nhau Mật độ dòng điện hàn và lực ép phải đủ lớn để đảm bảo tạo ra mối hàn (nugget)

nhưng không được cao quá nếu không kim loại nóng chảy sẽ bị tràn ra khỏi vùng hàn

Khoảng thời gian hàn đủ ngắn để ngăn cản nhiệt lượng hình thành trên bề mặt điện cực Vì

nó có thể làm dính điện cực vào vật hàn làm giảm tuổi thọ làm việc của điện cực Nhiệt độ

yêu cầu của quá trình hàn này phụ thuộc vào điện trở khi có dòng điện đi qua vật hàn Bởi

vì dòng ngắn mạch đi qua vật hàn và giới hạn thời gian hàn Khi dòng hàn cao đồng nghĩa

với nhiệt độ tại chỗ hàn cao

Hàn đường có thể chia làm hai loại:

1 - Hàn đường liên tục

2 - Hàn đường gián đoạn

1.2.3 Đặc điểm và ứng dụng của Hàn đường

- Mối hàn đơn giản, bền ,đẹp, kín

- Dùng để chế tạo những chi tiết thép các bon thấp, thép không gỉ, thép bền nóng, hợp kim nhẹ có chiều dày từ 0,1 – 1,5 mm

- Trong một số trường hợp có thể hàn đến chiều dày 2mm (thép các bon thấp mềm)

- Phạm vi ứng dụng trong các ngành công nghiệp:

Chế tạo ô tô, thiết bị lạnh, hàng tiêu dùng …

- Hạn chế: Chiều dày vật hàn

Bảng 1.6 Hạn chế chiều dày vật liệu

Các dạng mối hàn chủ yếu

a

n v/p P

n v/p

P

Hình 1.23 Các dạng mối hàn chủ yếu

Mối hàn giáp mối Mối hàn chồng

- Bảo đảm điều kiện hàn trên toàn bộ chu

vi mối hàn nên chất lượng mối hàn đều

trên toàn bộ mối hàn

Khuyết điểm

Phải dập phôi nên phải dùng máy ép lớn

nên chỉ phù hợp khi sản xuất hàng loạt,

Nếu a bé có khả năng ép kim loại nóng

chảy về một phía kèm theo sự dát mỏng

cục bộ chi tiết, do đó làm giảm độ bền

Để làm phẳng mối hàn ta thường dùng các biện pháp sau:

- Dùng con lăn rộng trên mối hàn hẹp (h.b), a=(1,5  2)S

- Hàn có tấm đệm

- Dùng dây phụ đặt trên mối hản Tất cả những biện pháp trên không hoàn toàn đảm bảo chất lượng mối hàn, thường không vượt quá 50% độ bền vật liệu cơ bản

Khi hàn mối hàn hẹp gây chóng mòn đáng

kể con lăn điện cực

Dùng tấm đệm và dây phụ tạo điều kiện cho quá trình hàn

Hàn đường thường được dùng để chế tạo các chi tiết trụ Khi hàn chi tiết trụ phức tạp nhất chỗ giao nhau Khi nung nóng không đủ sẽ tạo khe hở và không kín

Hình 1.24 Liên kết hàn trụ 1.2.4 Các thông số cơ bản của chế độ Hàn đường

Hàn đường có thể liên tục hoặc gián đoạn:

Hàn liện tục: Dòng điện chạy liên tục

Hàn gián đoạn: Dùng dòng điện xung

Các thông số cơ bản

- Bước của các điểm hàn: t = 1,5  4,5 mm, bước tăng cùng với tăng chiều dày

Để nhận được độ kín phải đảm bảo các điểm hàn lân cận cắt nhau không nhỏ hơn 0,5 đường kính điểm hàn

Khi không đòi hỏi độ kín, bước t có thể tăng

Đôi khi do tăng thời gian dừng giữa các xung kế tiếp nhau của dòng điện làm bước tăng vượt quá đường kính điểm hàn và ta có phương pháp hàn đường- điểm Đây cũng là phương pháp năng suất cao của hàn điểm khi sử dụng máy hàn đường

- Đường kính điểm lân cận mối hàn quyết định chiều rộng mối hàn, thường 3  8

mm Nó phụ thuộc vào chiều dày S vật hàn, chiều rộng phần làm việc của con lăn và chế độ hàn: 3  8mm.Ở chế độ hàn bình thường, đường kính điểm hàn bằng hoặc nhỏ hơn một ít chiều rộng làm việc của con lăn

- Lực ép gây nên ảnh hưởng đối với quá trình hàn như hàn điểm.Lực cần thiết lớn nhất liên quan đến tuổi bền của con lăn

-Tuổi bền được nâng cao khi:

 Dùng hợp kim điện cực đặc biệt có độ cứng và dẫn điện cao (đồng thanh Cr)

 Tăng đường con lăn

 Tăng cường làm nguội con lăn (tốt nhất làm nguội trực tiếp vào chỗ hàn)

- Đường kính con lăn D = 200  250 mm

Có khả năng giảm D = 150 mm nhưng chóng mòn, tuổi bền giảm

Không nên giảm D < 150 mm trừ trường hợp hàn những chi tiết có kích thước nhỏ nhưng con lăn rất chóng mòn

Hình dạng phần làm việc của con lăn có thể:

b b = 4-8 mm

 Hình trụ: Thường dùng hàn thép với b = 4-8 mm Khi đó biến dạng dẻo chỗ xẩy

ra chỗ hàn giảm một ít so với dạng cầu

 Khi hàn những mối hàn khó ta dùng con lăn nghiêng một phía

- Thời gian hàn :

Khi hàn không liên tục t = t h + tng

th : Thời gian một xung;

t h phụ thuộc vật liệu hàn, thường lấy từ 0,15  0,7

Tỷ lệ này giảm khi độ dẫn điện và nhiệt của vật liệu tăng Điều đó xảy ra khi hàn chế

độ hàn xung với dòng điện lớn

Dòng điện lớn với bước nghỉ nhỏ dẫn đến nung nóng không đầy đủ bề mặt chi tiết và con lăn làm cho con lăn mòn nhanh và bề mặt chi tiết hàn xấu

Tốc độ hàn:

V = 0,5  3 m/ph

V tăng dẫn đến tăng năng suất hàn nhưng công suất máy hàn tăng

- Cường độ dòng điện hàn Ih: Cao hơn hàn điểm 20  80%

1.2.5 Tính chế độ Hàn đường

So sánh hàn điểm giữa 2 điện cực hình côn và hàn đường giữa hai con lăn cố định thì có thể khẳng định rằng, không có một sự khác nhau nào về nguyên lý giữa hai quá trình này

Hàn đường tiếp xúc có thể xem như hàn điểm mà các điểm phân bố liên tục gần nhau

Như vậy hàn đường dòng điện hàn sẽ phân nhánh rất mạnh, do đó bắt buộc hàn đường là phải tính đến công suất hàn lớn so với hàn điểm các chi tiết cùng chiều dày Nhưng chế độ hàn đường hay dùng hiện nay cũng là những tài liệu thực nghiệm Chế đội hàn đường cũng tương tự như hàn điểm

Hình 1.25 Sơ đồ Hàn đường và kích thước điểm hàn

Lực nén con lăn phụ thuộc vào vật liệu hàn:

- Chiều dày chi tiết hàn (mm)

Thời gian hàn tính phụ thuộc vào phương pháp hàn và vật liệu hàn

Thí dụ: hàn đường gián đoạn thời gian đóng điện

Thép C: tx= 0,04(1+S2)

Dura: tx= 0,02(1+S2)

S - Chiều dày vật hàn (mm);

t x - thời gian đóng điện (s)

Thời gian đóng điện là t x , thời gian ngắt là t d giữa các xung có quan hệ:

Thép C : =0,5

Thép bền nóng: =0,4 (1.15)

Duyara: =0,15  0,35