Nghiên cứu quy trình công nghệ hàn TIG đắp phục hồi các chi tiết bị mòn trong khuôn ép nhựa và khuôn dập

Một trong các phương pháp sửa chữa thông dụng là hàn phục hồi bằng phương pháp hàn TIG kết hợp với gia công sau khi hàn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của khuôn.. Hình 1.1: Dụng cụ hàn TIG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TIG ĐẮP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT BỊ MÒN TRONG

KHUÔN ÉP NHỰA VÀ KHUÔN DẬP

MÃ SỐ: T2014-105

S 0 9

S KC0 0 5 4 9 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TIG

ĐẮP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT BỊ MÕN TRONG

KHUÔN ÉP NHỰA VÀ KHUÔN DẬP

Mã số: T2014 - 105

Chủ nhiệm đề tài: GV ThS VÕ XUÂN TIẾN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TIG ĐẮP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT BỊ MÕN TRONG

KHUÔN ÉP NHỰA VÀ KHUÔN DẬP

Mã số: T2014 - 105

Chủ nhiệm đề tài: GV ThS VÕ XUÂN TIẾN

TP HCM, 11/2014

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan và tính cấp thiết của đề tài:

a Tổng quan tình hình nghiên cứu

Các chi tiết trong các loại khuôn ép nhựa hoặc khuôn dập có độ mòn không

đều trong quá trình hoạt động, nên việc hàn đắp, phục hồi các chi tiết bị mài mòn có

ý nghĩa lớn trong việc kéo dài tuổi thọ khuôn và giảm chi phí sản xuất

Ngoài ra, trong quá trình gia công, chế tạo khuôn, có thể có những hao hụt

kích thước nhất định đối với các chi tiết gia công nên việc áp dụng công nghệ hàn

đắp các chi tiết là cần thiết để nhằm giảm chi phí chế tạo khuôn

Khi làm việc các khuôn dập, ép ngoài chịu áp lực rất lớn ra còn chịu ứng suất

uốn, lực ma sát và lực va đập

Trong quá trình làm việc khuôn dập bị mài mòn do phải chịu ma sát lớn khi

dập, ép…nên để tránh cho khuôn bị mài mòn phụ thuộc rất lớn vào độ cứng bề mặt

và tổ chức tế vi của vật liệu

Ngoài ra khuôn còn làm việc trong môi trường hóa chất, chất bôi trơn, không

khí ẩm… làm cho khuôn bị ăn mòn hóa học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

cũng như tuổi thọ của khuôn

Khi khuôn dập bị sai hỏng mòn, gãy, nứt mẻ, bong tróc bề mặt, biến dạng dẻo,

lún lòng khuôn trong quá trình làm việc, ta cần tiến hành công tác bảo trì, sửa chữa

phục hồi Một trong các phương pháp sửa chữa thông dụng là hàn phục hồi bằng

phương pháp hàn TIG kết hợp với gia công sau khi hàn để đảm bảo yêu cầu kỹ

thuật của khuôn

b Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài này nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và đổi mới phương pháp dạy – học

môn Công nghệ Kim loại, phần Công nghệ Hàn Ngoài ra, đề tài hướng tới bước

đầu lập quy trình công nghệ cho phương pháp hàn đắp phục hồi các chi tiết trong

khuôn ép nhựa và khuôn dập, có thể tiến tới chuyển giao công nghệ cho các công ty

Hình 1.1: Dụng cụ hàn TIG

Đề tài được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm hàn sửa chữa bằng

phương pháp hàn TIG trên các vật liệu được sử dụng làm khuôn dập, khuôn ép phổ

biến trên thị trường, thông qua các kết quả thu được về tính hàn và thông số chế độ

hàn thu được, tiến hành so sánh với lý thuyết, rút ra kết quả và cung cấp tư liệu cho

công tác bào trì sửa chữa sai hỏng trên khuôn trong quá trình làm việc

1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Việc sửa chữa khuôn dập, ép bằng công nghệ hàn TIG mang lại hiệu quả kinh

tế cao, chất lượng mối hàn tốt, hạn chế việc thay mới khuôn khi khuôn bị sai hỏng

trong quá trình làm việc, vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chế độ làm việc của khuôn

1.3 Mục tiêu nghiên cứu:

Đưa ra chế độ hàn thực nghiệm, tính hàn và so sánh với chế độ hàn lý thuyết,

lựa chọn que bù (que hàn đắp) thích hợp cho các mác thép làm khuôn dập, ép

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Các mác thép làm khuôn; khuôn dập nóng, dập nguội, ép nhựa thông dụng

trên thị trường

Các sai hỏng phổ biến trong quá trình làm việc của khuôn

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Do hạn chế trong việc tìm kiếm khuôn cũ có sai hỏng nên đề tài thực hiện

thông qua việc mô phỏng các sai hỏng trên các mác thép làm khuôn trong quá trình

thực hiện

Có rất nhiều thép làm khuôn dập, ép, nhưng chỉ thực hiện trên một số thép làm

khuôn phổ biến trên thị trường

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

Tiến hành tìm hiểu các mác thép làm khuôn dập nóng, dập nguội, ép nhựa

- Tìm hiểu tính hàn của các mác thép

- Các thông số hàn cơ bản cho các mác thép

- Tìm que bù (que hàn đắp)

- Tiến hành hàn thử sửa chữa các sai hỏng đã tìm hiểu

- Đưa ra bảng thống kê thông số, chế độ hàn thực nghiệm, lựa chọn que hàn

thích hợp cho từng loại thép; quy trình hàn (hàn trái, hàn phải), nhiệt độ gia

nhiệt, cách nhận biết nhiệt độ bằng mắt thường hoặc bằng máy đo nhiệt độ

- Đánh giá kết quả và kết luận

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG 2.1 Hàn TIG:

2.1.1 Định nghĩa:

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) hay hàn hồ quang điện cực không nóng chảy

trong môi trường khí trơ (GTAW-Gas tungsten arc welding) là quá trình hàn nóng

chảy trong đó nguồn nhiệt điện cung cấp bởi hồ quang được tạo thành giữa điện

cực không nóng chảy và vũng hàn Vùng hồ quang được bào vệ bằng môi trường

khí trơ (Ar, He hoặc Ar+He) để ngăn cản những tác động có hại của oxi và nitơ

trong không khí Điện cực không nóng chảy thường dùng là volfram, nên phương

pháp hàn này tiếng anh gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas)

Nhiệt lượng cần thiết của quá trình hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

với điện cực không nóng chảy (TIG) được sinh ra bởi cột hồ quang được tạo ra và

duy trì giữa điện cực không nóng chảy bằng Wonfram và bề mặt vật hàn Vùng ảnh

hưởng nhiệt, vũng hàn và điện cực bằng Wonfram được bao bọc và bảo vệ bởi cột

khí trơ Khí trơ (như Argon, Heli, ) không tác dụng hóa học với kim loại nóng

chảy, không cháy, không mùi, và trong suốt giúp cho thợ hàn có thể quan sát rõ quá

trình hàn Có thể thêm vào một lượng nhỏ khí khác như Hydro để tăng vận tốc hàn

Kẹp mát

Nguồn điện hàn

Hệ thống làm mát Khí bảo vệ

Điều khiển từ xa

Mỏ hàn

Quá trình hàn TIG có thể sinh ra nhiệt độ lên đến 19.426°C Nguồn nhiệt trong

quá trình hàn TIG chỉ dùng để nung chảy kim loại nền nên nếu mối hàn cần bổ sung

thêm kim loại thì ta phải sử dụng que hàn phụ với kỹ thuật vào que tương tự như

hàn với hỗn hợp khí acetylen và oxy

2.1.2 Đặc điểm phương pháp hàn TIG:

a Ưu điểm của hàn TIG

 Hàn được nhiều loại vật liệu hàn: thép không gỉ (inox), các hợp kim

nikel, titan, nhôm, magie, đồng, đồng thanh, đồng thau và thậm chí là

vàng

 TIG cũng có thể dùng để hàn không đồng chất ví dụ như đồng với đồng

thau, thép không gỉ (inox) với thép cacbon thấp

 Hồ quang của TIG tập trung nhiệt lượng cao nên vùng ảnh hưởng nhiệt

hẹp (nhất là đối với các kim loại dẫn nhiệt tốt như nhôm, đồng) Vùng

ảnh hưởng nhiệt là vùng có cơ tính thấp nhất nên việc vùng ảnh hưởng

nhiệt càng hẹp càng tốt

 Không tạo xỉ nên không tốn thời gian làm sạch vật hàn

 Không bắn tóe

 Không khói và hơi độc

b Nhược điểm của TIG:

 Hệ số điền đầy thấp

 Phải sử dụng que hàn phụ để bổ sung kim loại cho mối hàn và kỹ thuật

vào que khó nên đòi hỏi tay nghề người thợ Hàn phải cao

 Cường độ hồ quang hàn trong hàn TIG rất mạnh làm tăng lượng tia cực

tím, và từ đó tạo nên ozone và nitơ dioxide Do đó, cần có biện pháp

bảo vệ da và mắt khỏi tác hại của hồ quang hàn bằng cách mặc đồ bảo

2.1.3 Phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG:

- Phương pháp hàn TIG được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt

rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của

chúng…

- Phương pháp hàn này thông thường được thao tác bằng tay

- Thường được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, trong sản xuất xe

không gian…

- Sử dụng hàn các tấm, ống thành mỏng trong ngành công nghiệp xe đạp

- Thường được sử dụng trong quá trình phục chế sửa chữa các chi tiết hỏng, đặc

biệt là các chi tiết làm bằng nhôm và magie

2.2 Tính hàn của kim loại và hợp kim:

2.2.1 Khái niệm:

Tất cả những kim loại và hợp kim của nó mà khi hàn xảy ra quá trình nóng

chảy, quá trình khuếch tán và kết tinh để tạo nên mối hàn thì những kim loại và hợp

kim đó có khả năng hàn hay có tính hàn thật sự

Tất cả các kim loại và hợp kim đồng nhất đều có tính hàn

Ví dụ: thép với thép, gang với gnag, đồng với đồng…

Những kim loại và hợp kim mà ở trạng thái lỏng không hoà tan với nhau thì

những kim loại và hợp kim đó không có tính hàn

Ví dụ: đồng và chì nguyên chất không hàn được với nhau ở trạng thái nóng

chảy, vì ở trạng thái lỏng tạo nên lớp ván g không hoà tan Hoặc sắt – chì, không

hàn được với nhau Muốn hàn được các kim loại đó với nhau, phải dùng hợp kim

thứ 3 ở dạng hợp kim trung gian để hoà tan các kim loại đó với nhau Ví dụ: Hàn

titan với thép cacbon phải dùng vanađi…

Như vậy, tính hàn là khả năng của kim loại hay hợp kim cho phép hình thành

mối hàn bằng các công nghệ thông thường, thích hợp để các mối hàn đạt được các

tính chất cần thiết, đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn khi làm việc

2.2.2 Phân loại:

Theo truyền thống tính hàn của vật liệu qui ước chia thành 4 nhóm:

 Vật liệu có tính hàn tốt

Bao gồm các loại vật liệu cho phép hàn được bằng nhiều phương pháp hàn

khác nhau, chế độ hàn có thể điều chỉnh được trong một phạm vi rộng, không cần

dùng các biện pháp công nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nung nóng kèm

lượng mong muốn Thép cacbon thấp và phần lớn thép hơp kim thấp đều thuộc

nhóm này

 Vật liệu có tính hàn thoả mãn (hay còn gọi là có tính hàn trung bình)

So với nhóm trên, nhóm này chỉ thích hợp với một số phương pháp hàn nhất

định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong một phạm vi hẹp, yêu

cầu về vật liệu hàn chặt chẽ hơn Một số công nghệ như nung nóng sơ bộ, giảm tốc

độ nguội và xử lý nhiệt sau khi hàn,… có thể được sử dụng

Một số mác thép hợp kim thấp, thép cacbon và hợp kim trung bình thuộc

nhóm này

 Vật liệu có tính hàn hạn chế

Gồm những loại vật liệu cho phép nhận được các liên kết hàn với chất lượng

mong muốn trong các điều kiện rất khắc khe về công nghệ và vật liệu hàn Thường

phải sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt hoặc hàn trong những môi trường bảo vệ đặc

biệt (khí trơ, chân không,…); chế độ hàn chỉ được điều chỉnh trong phạm vi rất hẹp

Tuy vậy, liên kết hàn vẫn có khuynh hướng bị nứt và dễ bị xuất hiện các khyết tật

khác làm giảm chất lượng sử dụng của kết cấu hàn

 Vật liệu có tính hàn xấu

Thường phải hàn bằng các công nghệ đặc biệt, phức tạp và tốn kém Tổ chức

kim loại mối hàn xấu, dễ bị nứt nóng và nứt nguội Cơ tính và khả năng làm việc

của liên kết hàn thường thấp hơn nhiều so với vật liệu cơ bản, chủ yếu là các loại

gang và hợp kim đặc biệt

Trước đây, người ta nghĩ rằng có một số vật liệu không có tính hàn, tức là

không thể hàn được Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học công nghệ hàn, ngày

nay chúng ta có thể khẳng định rằng tất cả vật liệu đều có tính hàn dù chất lượng đạt

được có thể rất khác nhau Sự xuất hiện các vật liệu mới, những loại liên kết hàn

mới đòi hỏi chúng ta phải thường xuyên cập nhật kiến thức, nghiên cứu và hoàn

thiện các công nghệ thích hợp để tạo ra các kết cấu hàn có chất lượng

Để đánh giá sơ bộ tính hàn của thép theo thành phần hoá học của nó có thể

dựa vào một số thông số sau đây:

2.3.1 Thông số về hàm lượng cacbon tương đương C E (%):

Hàm lượng cacbon tương được tính theo hàm lượng của cacbon và các nguên

tố hợp kim khác (Mn, Cr, Mo,…) có trong thép Ví dụ, đối với thép cacbon và thép

hợp kim thấp:

Thông qua giá trị CE có thể đánh giá tính hàn của thép thuộc loại nào

- CE < 0.25% thì thép có tính hàn tốt

- CE = (0.25÷0.45)% thì thép có tính hàn trung bình

- CE > 0.45% thì thép có tính hàn kém

Theo kinh nghiệm sản xuất, người ta cũng có thể đánh giá gần đúng tính hàn

của thép theo thành phần hoá học bằng cách so sánh tổng lượng các nguyên tố hợp

kim ∑ với hàm lượng (%) có trong thép như bảng:

Xấu

0.35

0.35 ÷ 0.45

>0.45

0.30

0.30 ÷ 0.40

>0.4

0.28

0.28 ÷ 0.38

>0.38

2.3.2 Thông số đánh giá nứt nóng:

[ ] Khi Hcs ≥4, thép có thiên hướng nứt nóng khi hàn

Dễ dàng nhận thấy cacbon và photpho cùng với lưu huỳnh sẽ làm tăng mạnh

khả năng nứt nóng Trong lúc đó, mangan, crôm, môlipđen, và vanađi có tác dụng

2.3.3 Thông số đánh giá nứt nguội P L :

Trong đó:

PCM – thông số biểu thị sự biến giòn của vùng ảnh hưởng nhiệt do chuyển

biến pha Đối với thép hợp kim thấp:

- chiều dày vật liệu (mm);

HD – hàm lượng hyđrô (H2) có trong kim loại mối hàn (ml/100g);

Khi PL ≥ 0.286 thì thép có thiên hướng nứt nguội

Để hạn chế hiện tượng nứt nguội cần giảm hàm lượng cacbon và hàm lượng

hydro trong kim loại mối hàn (ví dụ dùng que hàn, thuốc hàn không bị ẩm và chứa

ít H2)

2.3.4 Nhiệt độ nung nóng sơ bộ:

Đối với thép cacbon trung bình và cao, cũng như các loại thép hợp kim

thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn

Thông thường nhiệt độ nung nóng sơ bộ TP có thể xác định theo công thức:

√

2.4 Phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn:

Mục đích của phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn là kiểm tra các tính

chất cơ học, hoá học, kim loại học và xác định các khuyết tật Ngoài ra việc kiểm tra

chất lượng mối hàn còn được dùng để phân loại các quy trình hàn và trình độ tay nghề

thợ hàn

Các phương pháp kiểm tra được chia thành hai phương pháp chính:

2.4.1 Kiểm Tra bằng phương pháp phá huỷ:

Để thử kéo, thử uốn hoặc các phương pháp thử độ dai va đập các mẫu được cắt

ra từ phần kim loại đắp của liên kết hàn và được gia công cơ khí để đạt được hình dạng

và kích thước theo các tiêu chuẩn được áp dụngCác mẫu thử kiểm tra với tác dụng

của tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động

 Kiểm tra cấu trúc của liên kết hàn

Gồm có hai dạng là: Kiểm tra thô và kiểm tra tế vi

- Kiểm tra thô - được tiến hành trực tiếp với các mẫu thử kim loại hoặc các mặt

gãy của chúng Các mẫu thử được cắt ra từ liên kết hàn, mài bóng và tẩy sạch

bằng dung dịch axit nitric 25% rồi dùng kính lúp hoặc mắt thường để phát hiện

khuyết tật của liên kết hàn, có thể khoan lấy mẫu ngay trên kim loại đắp để

nghiên cứu Mũi khoan lấy mẫu có đường kính rộng hơn chiều rộng của mối

hàn 3mm để lấy cả phần kim loại cơ bản và kim loại mối hàn

- Kiểm tra cấu trúc tế vi - được tiến hành dưới loại kính lúp có độ phóng đại lớn

(100-500 lần), nhờ vậy có thể xác định được dễ dàng và chính xác chất lượng

kim loại của liên kết hàn

2.4.2 Kiểm tra bằng phương pháp không phá huỷ:

 Kiểm tra bằng mắt thường

Kiểm tra trước khi hàn:

- Kiểm tra bản vẽ, các tiêu chuẩn đặt ra cho liên kết hàn

- Kiểm tra chứng chỉ vật liệu được sử dụng có đủ và phù hợp với yêu cầu không

- Kiểm tra gia công gá lắp, khe hở và mép vát có đúng với thiết kế không

- Kiểm tra độ sạch của liên kết hàn

Kiểm tra trong khi hàn:

- Kiểm tra các thông số của quy trình hàn

- Loại vật liệu hàn tiêu hao

- Nhiệt độ nung nóng trước khi hàn (nếu được yêu cầu)

- Vị trí hàn và chất lượng bề mặt vật hàn

- Trình tự hàn

- Xử lý các mối hàn đính và vệ sinh giữa các lớp hàn

- Kích thước liên kết hàn

- Nhiệt độ và thời gian sử lý nhiệt sau khi hàn

Kiểm tra sau khi hàn:

- Kiểm tra kích thước của mối hàn so với bản vẽ thiết kế

 Kiểm tra bằng dung dịch chỉ thị màu

Đây là phương pháp sử dụng các dung dịch để thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ khí

nhỏ của liên kết hàn mà không thể quan sát được bằng mắt thường, sau đó dùng các

chất hiển thị màu phát hiện ra vị trí mà dungdịch thẩm thấu còn nằm lại ở các vết nứt

cũng như rỗ khí

Cần lưu ý là : Phương pháp này chỉ phát hiện được các khuyết tật mở ra trên bề

mặt vật liệu cần kiểm tra Thông thường sử dụng 3 loại dung dịch và được tiến hành

theo các bước sau:

- Dùng dung dịch làm sạch để tẩy sạch bề mặt mối hàn

- Phun dung dịch thẩm thấu lên bề mặt mối hàn

- Sau khi đủ thời gian để dung dịch thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ khí, thì lau sạch bề mặt

mối hàn

- Dùng dung dịch hiển thị màu phun lên vùng mối hàn vừa thực hiện các bước trên để phát

hiện khuyết tật

Phương pháp này có tính ưu việt là đơn giản, dễ thực hiện, phát hiện được cả

các khuyết tật nhỏ không quan sát được bằng mắt thường một cách nhanh chóng, tuy

nhiên nó không phát hiện được những khuyết tật nằm bên trong của liên kết hàn và

chiều sâu của khuyết tật

 Kiểm tra bằng từ tính

Dùng bột sắt từ rắc trong từ trường của nam châm thì nó sẽ phân bố theo quy

luật của các đường sức từ Quy luật này trước tiên phụ thuộc vào sự đồng nhất của cấu

trúc sắt từ, nếu như trên đường đi các đường sức từ gặp phải các vết nứt, khe hở thì

quy luật phân bố của các đường sức từ thay đổi so với những khu vực khác do có sự khác

nhau về độ thẩm từ Khi gặp các khuyết tật các đường sức từ tản ra bao xung quanh lấy

các khuyết tật đó

Dựa vào nguyên lý đó người ta tiến hành kiểm tra bằng cách rắc bột sắt lên bề

- Rỗ khí, lẫn xỉ

 Kiểm tra bằng tia phóng xạ (Rơnghen và Gamma)

Tia X và tia Gamma là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, tần số dao động và

năng lượng rất cao có thể đi xuyên qua khối kim loại dày Một phần bức xạ tia X và tia

gamma bị hấp thụ, một phần sẽ đi qua mẫu kiểm \tra, lượng hấp thụ và lượng đi qua

được xác định theo chiều dày của mẫu Khi có khuyết tật bên trong, chiều dày hấp thục

bức xạ sẽ giảm, điều này tạo phần khác biệt trong phần hấp thụ, được ghi lại trên phim

 Kiểm tra bằng siêu âm

Sóng siêu âm là dạng sóng âm thanh dao động đàn hồi trong môi trường vật

chất nhất định, khi truyền qua biên giới giữa các môi trường vật chất khác nhau sóng

siêu âm sẽ bị khúc xạ hay phản trở lại Dựa vào đặc tính đó, người ta đã chế tạo được

các loại máy dò siêu âm để phát hiện các khuyết tật nằm sâu trong lòng kim loại

Phương pháp này cho phép phát hiện các vết nứt, hàn không ngấu, rỗ khí, kẹt

xỉ,và cả những thay đổi rất nhỏ ở vùng ảnh hưởng nhiệt của liên kết hàn

Quan sát trên màn ảnh của máy bằng những xung hiển thị, có thể cho phép biết

được chính xác vị trí của các khuyết tật

 Phương pháp kiểm tra độ kín của liên kết hàn

Kiểm tra độ kín bằng áp lực khí:

Trước lúc kiểm tra cần bịt kín, sau đó bơm khí vào (không khí hoặc khí trơ) đến

một áp suất nhất định nào đó, sau đó bôi nước xà phòng lên mặt ngoài mối hàn và quan

sát (100 gam xà phòng trên một lít nước).Những chỗ bị rò rỉ sẽ được phát hiện theo các

vị trí mà bong bóng xà phòng nổi lên

Kiểm tra bằng áp lực nước:

Để kiểm tra người ta bơm nước vào kết cấu cần kiểm tra, tạo một áp suất dư cao

hơn áp suất làm việc 1,5 đến 2 lần và giữ áp suất đó trong vòng 5 - 6 phút Giai đoạn

tiếp theo là hạ áp xuống đến áp suất làm việc rồi dùng búa gõ nhẹ vùng xung quanh

mối hàn (rộng 15 - 20mm)và quan sát xem nước có rò rỉ ra không

Đối với những kết cấu hở như bồn chứa, thùng,chỉ cần thử bằng cách bơm nước

Kiểm tra bằng phương pháp tạo chân không:

Chỉ áp dụng trong điều kiện không tiến hành được bằng các phương pháp thử

kín trên (ví dụ như: đáy bồn, bể)

Trước tiên bôi nước xà phòng lên mối hàn cần kiểm tra Đặt buồng chân không

trực tiếp lên vùng mối hàn cần kiểm tra, tại các viền xung quanh buồng chân không có

roăng cao su để tạo độ kín cần thiết với vật liệu kiểm tra, độ chân không được tạo ra

nhờ có bơm chân không đặt ở phía ngoài Do có sự chênh lệch lớn về áp suất, không

khí sẽ chui vào buồng chân không qua các khuyết tật, nắp đậy được thiết kế trong suốt

qua đó ta có thể quan sát vị trí các khuyết tật theo các bong bóng xà phòng

2.5 Một số tùy chọn cho quy trình hàn TIG:

2.5.1 Nguồn điện và phương pháp đấu dây cho vật liệu hàn thép hợp kim:

a Phân cực thuận (DCEN)

Được dùng cho mọi kim loại Khi tạo hồ quang, dòng electron (điện tử) đi từ

điện cực mang dấu âm tới vật hàn mang dấu dương Trong nối thuận, khoảng 70%

nhiệt lượng của cột hồ quang sẽ tập trung vào cực dương của hồ quang và do đó một

lượng nhiệt lượng lớn được cung cấp cho vật hàn Kết quả là độ ngấu của mối hàn cao

Vật hàn

Điện cực

Hình 2.2: Phân cực thuận, tạo độ ngấu sâu của mối hàn vì nhiệt tập trung, không có

nghịch là xuất hiện hiện tượng thổi lệch hồ quang như quá trình hàn que dùng dòng

điện DC

Nhưng ưu điểm của phương pháp phân cực nghịch là: đối với những kim loại

màu như nhôm và magiê thường nhanh xuất hiện lớp oxide trên bề mặt Oxide nhôm

rất bền và có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhôm nhiều nên phải được làm sạch Do đó,

khi phân cực nghịch dòng ion dương của khí sẽ có hướng từ điện cực tới bề mặt vật

hàn Chúng va chạm vào bề mặt vật hàn và tẩy sạch lớp oxide nhôm Ta gọi đó là hiệu

ứng tẩy sạch oxide

Tuy nhiên, do kim hàn (điện cực) bị nung nóng nên phải dùng điện cực lớn hơn,

ví dụ như hàn với dòng điện có I = 100 A thì đường kính điện cực là 6,35 mm Do đó,

sẽ tạo nên vũng hàn lớn, dẫn tới nhiệt sẽ lan rộng ra trên bề mặt vật hàn Và do phần

lớn nhiệt lượng tập trung ở điện cực (đũa hàn) nên độ ngấu của mối hàn nhỏ

c Hàn với dòng AC

Để có được mối hàn ngấu tốt và làm sạch được lớp

oxide bền trên bề mặt người ta sử dụng dòng AC

để hàn

Chọn nguồn hàn DC cho thép hợp kim là phù hợp Đấu cực âm vào điện cực

Hình 2.3: Phân cực nghịch

2.5.2 Dòng điện hàn, đường kính chụp khí và lưu lượng khí:

Lựa chọn đường kính miệng phun và lưu lượng khí bảo vệ tuỳ thuộc vào

dòng điện hàn:

- Đường kính miệng phun không phù hợp sẽ gây ảnh hường tới diện tích và áp

suất của dòng khí bảo vệ, dẫn tới ành hưởng chất lượng mối hàn

- Lượng khí bảo vệ ít sẽ làm cho việc bảo vệ vùng hàn không đầy đủ , không

khí bên ngoài xâm nhập vào vùng hàn gây ra khuyết tật cho mối hàn Ngược

lại, lượng khí bảo vệ quá nhiều sẽ gây lãng phí và tạo ra dòng khí xoáy kéo

theo không khí từ bên ngoài vào vùng hàn

Bảng 2.2 : Dòng điện hàn, đường kính chụp khí và lưu lượng khí

Dòng điện hàn (A)

Hàn dòng một chiều (DC) Đường kính miệng

phun (mm)

Lưu lượng khí (l/ph)

b Ký hiệu:

cứng cao thậm chí khi bị nung nóng

Bảng 2.3: Ký hiệu, phân loại điện cực (kim hàn) TIG

EWP (100% Tungsten, Green – Xanh lá): điện cực Wonfram gần như tinh

khiết (~ 99,5%) Loại điện cực (kim hàn) này có đặc tính ổn định hồ quang tốt khi hàn

với dòng xoay chiều (AC) Điện cực Wonfram tinh khiết này được dùng cho hàn nhôm

và hợp kim magie với dòng điện xoay chiều vì chúng có đặc tính ổn định hồ quang tốt

với cả khí bảo vệ Argon và Heli Nhươc điểm của loại điện cực (kim hàn) này là khả

năng bền nhiệt kém (hay khả năng „tải nhiệt“ kém) nên đầu điện cực có dạng tròn

EWCe-2 (2% Cerium, màu cam): là loại điện cực (kim hàn) có 2 % nguyên

tố đất hiếm Cerium Tác dụng của việc thêm vào điện cực (kim hàn) 2% nguyên tố

Ceri dưới dạng cerium oxide (CeO2) làm tăng lượng phát xạ electron của điện cực

dẫn tới làm tăng khả năng tạo hồ quang và „tải dòng“ của điện cực (kim hàn) loại này

Đây là loại điện cực (kim hàn) đa dụng (all-purpose) vận hành được với dòng AC hoặc

DC nối thuận so với loại kim hàn Wonfram tinh khiết, loại kim hàn cerium này có khả

năng ổn định hồ quang tốt hơn Ngoài ra, chúng còn có đặc tính gây hồ quang rất tốt ở

dòng điện hàn thấp khi dùng để hàn các loại ống (orbit tube – hàn ống theo quỹ đạo,

pipe), các vật mỏng và vật có kích thước nhỏ Nếu dùng để hàn với dòng điện cao hơn

thì cerium oxide có thể tập trung nhiệt lượng lớn và làm cho đầu kim hàn (điện cực) bị

quá nhiệt

EWLa – 1 (1% Lantan, màu đen), EWLa – 1,5 (1,5% Lantan, màu vàng

sậm, gold) và EWLa – 2 (2% Lantan, màu xanh dương) Lantan cũng là một

nguyên tố đất hiếm, có tác dụng giúp cho loại điện cực (kim hàn) có khả năng gây hồ

quang tốt, độ cháy hao điện cực (kim hàn) thấp, ổn định hồ quang và đặc tính tái tạo

lượng từ 1 – 2% nguyên tố đất hiếm như Cerium làm tăng khả năng dẫn dòng lên đến

50% khi vận hành với dòng xoay chiều so với loại điện cực Wonfram tinh khiết có

cùng giá trị đường kính Tuy nhiên, hàm lượng Lantan trong điện cực càng tăng cao thì

giá thành điện cực càng cao Điện cực 1,5% Cerium có khả năng tải dòng tương đương

với loại điện cực có 2% Thori So sánh với loại điện cực bổ sung Cerium hay Thori,

điện cực có bổ sung Lantan ít bị mòn đầu điện cực hơn khi vận hành với cùng một giá

trị dòng điện Điện cực Lantan bền hơn (tuổi thọ cao hơn) và chống lại sự bốc hơi

Điện cực Lantan giúp duy trì vũng hàn sắc nét thuận lợi cho hàn thép cacbon (thép đen)

và thép không gỉ với dòng 1 chiều DC hoặc với dòng xoay chiều AC

EWTh-2 (2% Thori, màu đỏ) và EWTh-1 (1%Thori, màu vàng): Điện cực

(kim hàn) có chứa từ 1% - 2% Thori là loại điện cực (kim hàn) được sử dụng phổ biến

nhất Tuy nhiên, Thori là vật liệu phóng xạ mức độ thấp nên cần lưu ý các biện pháp an

toàn khi mài điện cực (kim hàn) có chứa Thori

EWZr-1 (1% Zircon, màu nâu): Điện cực (kim hàn) có chứa 1%Zircon được

dùng khi hàn với dòng AC và khi chất lượng mối hàn đòi hỏi cao Nguyên tố Zircon có

trong điện cực (kim hàn) có tác dụng ổn định hồ quang rất tốt cũng như khả năng tải

dòng tốt hơn so với điện cực (kim hàn) khác cùng đường kính Điện cực (kim hàn) loại

này được dùng chủ yếu khi hản với dòng AC với đầu điện cực (kim hàn) hình tròn (ball

end)

c Chọn và sử dụng điện cực (kim hàn)

Căn cứ chủ yếu để chọn đường kính điện cực (kim hàn) là cường độ dòng điện

hàn

Điện cực (kim hàn) có khả năng tải dòng tốt nhất khi hàn với dòng DC phân cực

thuận (DCEN – Direct Current Electrode Negative), kém hơn khi hàn với dòng AC và

kém nhất khi hàn với dòng DC phân cực nghịch (DCEP – Direct Current Electrode

Positive)

Bảng 2.4: Giá trị cường độ dòng điện thông dụng

Đường kính

điện cực (kim

hàn)

Đường kính trong của chén sứ (Gas Cup)

Khoảng cường độ dòng điện thông dụng

(Ampe)

DC

AC DCEN

EWCe EWTh EWLa

EWP

EWCe EWTh EWLa

DCEN – phân cực thuận

Tuỳ vào loại dòng điện hàn, vật liệu làm điện cực, cách đấu điện cực (hàn DC) mà khoảng dòng điện cho phép ứng với mỗi loại đường kính điện cực có sự khác nhau

Nếu dòng điện hàn vượt quá giới hạn cho phép sẽ làm cho điện cực nhanh chóng bị mòn hoặc biến dạng trong quá trình hàn

2.5.4 Khí bảo vệ

Hai loại khí bảo vệ được dùng trong hàn TIG là Argon và Heli Khí bảo vệ được

dùng trong hàn TIG phải tinh khiết (99,995%)

Argon có khối lượng nguyên tử là 40, nặng hơn không khí 1,5 lần và nặng hơn

Heli 10 lần (vì Heli có khối lượng nguyên tử là 4) Do vậy, trong khi Argon bao trùm

lên mối hàn để bảo vệ mối hàn sau khi rời khỏi chén sứ (chụp khí) thì Heli vì rất nhẹ

nên có xu hướng bốc lên cao sau khi rời khỏi chén sứ Vì lý do đó, lưu lượng khí ra

khỏi chụp khí được điều chỉnh lớn hơn từ 2 đến 3 lần khi sử dụng khí bảo vệ là Heli

Khi chọn khí bảo vệ, ta có thể căn cứ vào khả năng ion hóa của khí bảo vệ Khả

năng ion hóa được đo bằng đơn vị Volt, là giá trị mà ở đó hồ quang hàn sẽ được tạo ra

giữa bề mặt vật hàn và điện cực hàn (kim hàn) xuyên qua khí bảo vệ

Điện thế gây hồ quang của Argon là 15.7 V, đó chính là điện thế thấp nhất để

duy trì được hồ quang hàn Điện thế gây hồ quan của mỗi khí khác nhau là khác nhau

Điện thế gây hồ quang của Heli là 24.5 V

Argon có tính dẫn nhiệt thấp nên tập trung hồ quang tốt hơn, do đó vùng ảnh

hưởng nhiệt hẹp

Argon có tính ổn định hồ quang cũng như làm sạch oxide kim loại trên bề mặt

vật hàn tốt

Argon giúp dễ tạo hồ quang vì điện thế gây hồ quang của Argon là 15,7V Do

đó, Argon thường được sử dụng hơn khi hàn ở 150 Ampe và thấp hơn

Heli là một khí có tính dẫn nhiệt cao nên làm tăng kích thước cột hồ quang do

đó làm tăng độ ngấu của mối hàn và làm giảm mật độ dòng điện trong cột hồ quang

Heli hoặc hỗn hợp Heli – Argon được dùng cho vật hàn dày và khi yêu cầu tốc

độ hàn cao Hỗn hợp khí Heli – Argon thường dùng với tỉ lệ 2 Heli : 1 Argon

Heli thường được dùng cho hàn tự động

Khi dùng khí bảo vệ là Heli thì quá trình hàn thường khó tạo hồ quang hơn (vì

điện thế gây hồ quang của Heli là 24,5 V so với của Argon là 15,7V)

Vì Heli là một khí nhẹ nên khi sử dụng phải dùng với lưu lượng lớn hơn 2 – 3

lần so với Argon nên giá thành sẽ cao hơn

Hydro có thể được thêm vào Argon để tăng tác dụng của hồ quang và hiệu ứng

làm sạch với độ ngấu của mối hàn cao hơn cũng như tăng tốc độ hàn Thông thường

hỗn hơp Argon – Hydro được sử dụng khi hàn thép không gỉ và các hợp kim Niken

Tuy nhiên, Hydro làm tăng nguy cơ làm nứt và rỗ mối hàn khi hàn nhiều lớp

Nitơ khi hòa trộn với Argon làm tăng khả năng truyền nhiệt của cột hồ quang

tới vật hàn Điều này rất có ý nghĩa khi hàn các vật liệu có khả năng dẫn nhiệt cao như

đồng Tuy nhiên không sử dụng hỗn hợp Argon – Nitơ khi hàn thép và thép không gỉ

(những hợp kim có sắt) vì nitơ làm giảm độ bền và làm rỗ mối hàn

2.5.5 Chế độ hàn TIG (tham khảo):

Bảng 2.5: Chế độ hàn TIG DC không xung thép không gỉ

Đường kính que hàn phụ (mm)

Dòng điện hàn (A)

Lưu lượng khí bảo vệ (l/ph)

Hình dạng góc vát Đường

kính lỗ miệng phun (mm)

CHƯƠNG 3: THÉP LÀM KHUÔN, SAI HỎNG TRÊN KHUÔN, VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP HÀN PHỤC HỒI 3.1 Thép làm khuôn:

b 32CrMoV12-28 C 0.32 Cr 3.00 Mo 2.80 V 0.50

Tính chất Độ bền nóng và tính chống ra rất cao, suất dẫn nhiệt, độ nhạy

cho tính nứt nóng thấp, thích hợp gia công nguội

Tiêu chuẩn AISI H10 AFNOR 32CDV12-28

Ứng dụng Máy nén và mũi đột, khuôn dập, dụng cụ đúc áp lực kim loại nặng

Nhiệt luyện: Ủ ( o C) Làm nguội Độ cứng HB

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

990-1020 dầu hoặc 47

bể muối nóng, 200 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600

HRC 46 45 45 44 43 36

Ứng dụng Khuôn và dụng cụ rèn tốc độ cao,khuôn đúc kim loại nặng, dụng

cụ thép làm việc ở nhiệt độ cao được sử dụng ở nhiệt độ cao

Tính chất Nổi bật nhất là độ bền nóng và độ dẻo dai được cài thiện, suất

dẫn nhiệt cao và độ nhạy cho tính nứt nóng thấp

Ứng dụng Dụng cụ thép làm việc ở nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi,

đặc biệt phù hợp cho ứng dụng liên quan đến ứng suất uốn

Nhiệt luyện Ủ ( o

C) Làm nguội Độ cứng HB 740-780 cùng lò max 200

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

Tính chất Tôi trong dầu với độ sâu thấm tôi dưới mức độ thấp, chiụ mài mòn

Tính chất Suất dẫn nhiệt

vật lý Tại o C 20 350 700

W/(m.K) 33.0 32.2 31.4

Ứng dụng Cán nguội bằng máy, làm dao cắt ren, trục gá, dao gia công giấy và

gỗ, dao quay và dập nguội, lưỡi cắt quay

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

710-750 cùng lò max 225

Ủ khử ứng suất o C Làm nguội

650 cùng lò

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

830-860 dầu hoặc bể muối, 64

180-220 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600

HRC 64 61 56 50 44 36

b X210Cr12 C 2.00 Si 0.3 Mn 0.3 Cr 12

Tính chất Thép dụng cụ 12% Le với khả năng chiụ mài mòn cao

Ứng dụng Dao cắt với độ dày 4 mm, khuôn cắt giấy và nhựa, lưỡi cắt và lưỡi

cắt quay dày 2mm Dao gia công trong ngành gỗ, dụng cụ ép đá, hộp

an toàn và khuôn nhựa với khả năng chiụ mài mòn cao

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

c 115CrV3 C 1.20 Cr 0.7 V 0.10

Tính chất Thép dập nguội hợp kim crom-vanadi có khả năng mài mòn cao

Tiêu chuẩn AISI L2

Ứng dụng Chày đập nguội, lưỡi cưa, lưỡi khoan và bu lông

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

Ram o C 100 200 300 400 500 550 600 650 700

HRC 52 52 52 52 54 52 48 38 31

f 50CrMoV13 C 0.5 Si 0.3 Mn 0.7 Cr 3.35 Mo 1.6 V 0.25

Tính chất Độ dai và chiụ mài mòn cao, kích thước ổn định và độ bóng tốt

Tiêu chuẩn AISI S7

Ứng dụng Thép dụng cụ khuôn dập nguội , khuôn, dụng cụ đột, chày, khuôn

dập nổi, dụng cụ cạo sạch bavia

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

g X100CrMoV5 C 1.00 Si 0.3 Mn 0.5 Cr 5 Mo 0.95 V 0.2

Tính chất Kích thước ổn định trong suốt quá trình nhiệt luyện Độ dai và khả

năng chiụ mài mòn cao

Tính chất Suất dẫn nhiệt

vật lý Tại o C 20 350 700

W/(m.K) 15.8 26.7 29.1

Ứng dụng Dao cắt, lưỡi cưa, trục gá, khuôn nguội, gia công khuôn nhựa

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

800-840 cùng lò max 231

Ủ khử ứng suất o C Làm nguội

650 cùng lò

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

930-970 dầu hoặc bể muối 63

khí 180-220 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600

HRC 63 62 59 57 59 52

Ứng dụng Khuôn cắt và khuôn dập có độ dày lên đến 6mm, dụng cụ cắt ren,

mũi khoan, đột, dụng cụ đo lường, khuôn nhựa, lưỡi cưa

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

740-770 cùng lò max 230

Ủ khử ứng suất o C Làm nguội

650 cùng lò

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

780-820 dầu hoặc bể muối, 64

180-220 oC

Ram o C 100 200 300 400

HRC 64 62 57 53

Ứng dụng Khuôn cắt với độ dày lên đến 12mm, khuôn dập hở, lưỡi cưa, dụng

cụ làm sạch dao, đục khí, dụng cụ dập nguội, vòi phun

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

Ứng dụng Khuôn mẫu cho sản xuất nhựa với tính chống ăn mòn

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

760-800 cùng lò max 230

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

1000-1050 dầu hoặc bể muối, 56

500-550 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600

HRC 56 55 52 51 52 40

b X33CrS16 C 0.33 Cr 16.00 S 0.05 Ni 0.50

Tính chất Độ cứng trong khoảng 280-325 HB, cải thiện khả năng cắt gọt so

vớiFormadur 2316

Tiêu chuẩn AISI 420FM

Ứng dụng Khuôn nhựa, khung khuôn

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

Tính chất Độ cứng trong khoảng 280-325 HB Tính gia công cắt gọt tốt, thích

hợp cho các kết cấu, tính đánh bóng tốt hơn Formadur 2312

Tiêu chuẩn AISI P20

Ứng dụng Khuôn nhựa, khung khuôn cho khuôn nhựa, khuôn đúc áp lực

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

710-740 cùng lò max 235

d 40CrMnMoS8-6 C 0.40 Si 0.35 Mn 1.50 Cr 1.90 Mo 0.20 S 0.05

Tính chất Thép làm khuôn ép nhựa tôi và ram với độ cứng 280-325 HB

Cải thiện tính gia công cắt gọt so với Formadur 2311 Có tính

Ứng dụng Khuôn nhựa, khung cho khuôn nhựa, khuôn đúc áp lực

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

710-740 cùng lò max.235

Ủ khử ứng suất o C Làm nguội

600 cùng lò

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

840-870 dầu hoặc bể muối 51

180-220 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600 700

HRC 51 50 48 46 42 36 28

e X38CrMo16 C 0.36 Cr 16.00 Mo 1.20

Tính chất Tăng tính chống mài mòn so với Formadur 2083, tính đánh bóng

tốt Thông thường loại thép này được tôi và ram đáp ứng điều kiện

làm việc với độ cứng khoảng 300HB

Tiêu chuẩn AISI 420mod

Ứng dụng Khuôn cho sản xuất nhựa với tính chống ăn mòn

Nhiệt luyện Ủ mềm o C Làm nguội Độ cứng HB

760-800 cùng lò max.230

Tôi o C Môi trường Độ cứng sau tôi HRC

1020-1050 dầu hoặc bể muối 49

500-550 oC

Ram o C 100 200 300 400 500 600

HRC 49 47 46 46 47 32