Đề cương môn học: Công nghệ kim loại - TS.GVC. Đinh Minh Diệm

112 trang phuongnguyen 3380

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề cương môn học: Công nghệ kim loại - TS.GVC. Đinh Minh Diệm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

de_cuong_mon_hoc_cong_nghe_kim_loai_ts_gvc_dinh_minh_diem.pdf

Nội dung text: Đề cương môn học: Công nghệ kim loại - TS.GVC. Đinh Minh Diệm

Đề c−ơng môn môn học : Công nghệ kim loại tập 3 Hàn và cắt kim loại ( 40 tiết) Biên soạn: TS.GVC. Đinh Minh Diệm I Nội dung: • Trình bày những kiến thức cơ bản về sự hình thành các mối hàn nóng chảy và mối hàn áp lực. Các nhân tố ảnh h−ởng và các biện pháp công nghệ nhằm nhận đ−ợc mối hàn đạt chất l−ợng cao. • Giới thiệu các ph−ơng pháp hàn cần thiết thiết phù hợp với yêu cầu sản xuất thực tế hiện nay. • Kiểm tra đánh giá chất l−ợng hàn và các biện pháp nâng cao chất l−ợng mối hàn. II. Mục đích : • Trang bị các kiến thức chuyên ngành rộng liên quan sản xuất cơ khí. • Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cần thiết về lý thuyết và khả năng thực hành các ph−ơng pháp hàn. III Khối l−ợng Số trang in khoảng 110 - 120 trang khổ A4. IV Tài liệu tham khảo : 1 g Nguyễn Bá An, Sổ tay thợ hàn, NXB Xây dựng, Hà nội, 1986. 2 Hoàng Tùng, Nguyễn Văn Siêm, và các tác giả, Công nghệ kim loại, NXB. ĐH & THCN. 1974, 3 Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang hàn, NXB KH&KT, 1998 Nguyễn Văn Thông, Vật liệu và công nghệ hàn,NXB KHKT, 1998. 4. Акулов А.А. Справочник по сварке Том 4 - Изд. Машиюстрение - Москва. 1971 5. А мигуд Д. З . Справочник молодого газосварщика газорезчика Изд. Высшая школа - Москва. 1974 6. Волченко Контроль качества сварки - Изд. Машиюстрение - Москва. 1975 7. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 1 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 8. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 2 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 9. Голоченко В. С. Никонов А. В. Сварка судовыx конструкций в активныx защитныx газаx - Изд. судострение. Лен инград - 1972
10. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветныx металлов - Наукова думка - Киев - 1981 11. Новожилов Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в активныx защитныx газаx - Изд. Машинострение - Москва. 1972 12. Патон Ь.Е Теxнология электрческой сварки металлов и сплавов плавлением - Изд. Машиюстрение - Москва. 1974 13. Петров Г.Л. Тумарев А.С. Теория сварочныx процессов- Изд. Высшая школа - Москва. 1970 14. ШеЬеко Л.П. Оьорудование и Теxнология автоматической сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1975 15. Фролов В.В. Теоретические основы сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1977
V- Nội dung đề c−ơng chi tiết Ch−ơng I : hàn kim loại 1.1 Kkhái niệm chung 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 ứng dụng 1.1.3 Đặc điểm của hàn kim loại 1.1.4 Phân loại các ph−ơng pháp hàn kim loại Ch−ơng II: Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy 2.1 Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy 2.2 Vũng hàn và những đặc điểm của nó 2.3 Tổ chức kim loại mối hàn và vùng cận mối hàn Ch−ơng III Hàn hồ quang 3.1 Hồ quang hàn và những đặc tính của nó 3.1.1 Hồ quang hàn 3.1.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang hàn. 3.1.3 Điều kiện để xuất hiện hồ quang 3.1.4 Các ph−ơng pháp gây hồ quang 3.1.5 Đặc điểm của hồ quang hàn 3.2 ảnh h−ởng của điện từ tr−ờng đến hồ quang hàn. 3.3 Phân loại hàn hồ quang . 3.3.1 Phân loại theo điện cực 3.3.2 Phân loại theo ph−ơng pháp đấu dây 3.3.3 Phân loại theo dòng điện 3.4 Nguồn điện hàn và máy hàn 3.4.1 Nguồn điện hàn 3.4.2yêu cầu đối với nguồn điện hàn. 3.4.3 Máy hàn hồ quang a. Máy biến áp hàn b. Máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng c. Máy biến áp hàn có lỏi từ di động d. Máy hàn một chiều e. Máy hàn dòng chỉnh l−u 3.4 Điện cực hàn . 3.5.1 Cấu tạo của que hàn nóng chảy 3.5.2 Yêu cầu 3.5.3 Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn 3.5.4 Ký hiệu que hàn theo TCVN 3.5.5 Sản xuất que hàn 3.6 Quá trình nóng chảy và dịch chuyển kim loại que hàn nóng chảy 3.7 Công nghệ hàn hồ quang
3.7.1 Vị trí các mối hàn trong không gian 3.7.2 Các loại mối ghép hàn , 3.7.3 Chuẩn bị các loại mối hàn 3.7.4 Chọn loại que hàn 3.7.5 Chế độ hàn a. Chọn đ−ờng kính que hàn Chọn c−ờng độ dòng điện hàn. b. Tính c−ờng độ dòng điện hàn c. Tính số lớp cần hàn d. Tính vận tốc hàn. e. Tính thời gian hàn. 3.8 Kỹ thuật hàn hồ quang tay 3.8.1 Chọn góc nghiêng que hàn 3.8.2 Chọn đ−ờng dịch chuyển que hàn 3.8 hàn hồ quang bán tự động và tự động trong các môi tr−ờng bảo vệ 3.8.1 Hàn bán tự động và bán tự động 3.8.2Hàn tự động d−ới lớp thuốc 3.8.3 Hàn tong môi tr−ờng khí bảo vệ a. Sơ đồ nguyên lý b. Phân loại các ph−ơng pháp hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ c. Đặc điểm d. Chế độ hàn Ch−ơng 4 Hàn và cắt kim loại bằng khí 4.1 Khái niện chung về hàn khí 4.1.1 Khái niệm 4.1.2 Sơ đồ nguyên lý một trạm hàn và cắt kim loại bằng khí ; 4.1.3 Vật liệu hàn khí 4.2 Khí hàn 4.2.1 Oxy kỹ thuật 4.2.2 Axêtylen 4.3 Ngọn lữa Hàn 4.3.1 Cấu tạo ngọn lữa hàn 4.3.2 Các loại ngọn lữa hàn 4.3.3Sự phân bố nhiệt của các ngọn lữa 4.4 Thiết bị hàn khí 4.4.1 Bình chứa khí 4.4.2 Khoá bảo hiểm 4.4.3 Van giảm áp 4.4.4 Mỏ hàn và cắt khí 4.5 Công nghệ hàn khí 4.5.1 Vị trí các mối hàn trong không gian 4.5.2 Các loại mối hàn 4.5.3Chuẩn bị vật hàn và vật liệu hàn 4.5.4 Các ph−ơng pháp hàn khí
4.5.5 Chế độ hạn khí 4.5.6 Kỹ thuật hàn khí 4.6 Cắt kim loại bằng khí 4.6.1 Phân loại các ph−ơng pháp cắt bằng khí 4.6.2 Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí 4.6.3 Điều kiện cắt kim loại bằng khí 4.6.4 Thiét bị cắt kim loại bằng khí 4.6.5 Kỹ thuật cắt kim loại bằng khí 4.6.6 Hiện t−ợng trể của quá trình cắt 4.6.7 Một số chú ý khi cắt kim loại bằng khí Ch−ơng 5 Hàn điện tiếp xúc 5.1 Quá trình hình thành mối hàn khi hàn áp lực 5.1.1 Cờu tạo bề mặt kim loại 5.1.2 Quá trình hình thành mối liên kết hàn khi hàn tiếp xúc 5.3 Đặc điểm của hàn điện tiếp xúc 5.4 Phân loại hàn điện tiếp xúc 5.5 Hàn tiếp xúc giáp mối 5.5.1 Hàn điện trở 5.5.2 Hàn ép chảy liên tục 5.5.3 Hàn ép chảy gián đoạn 5.5.4 Công nghệ hàn tiếp xúc gíp mối 5.6 Hàn tiếp xúc điểm 5.6.1 Khái niệm và phân loại 5.6.2 Sơ đồ nguyên lý hàn tiếp xúc điểm 5.6.3 Quá trình hàn tiếp xúc điểm 5.6.4 Điện cực hàn 5.7 Hàn đ−ờng 5.7.1 Khái niệm 5.7.2 Sơ đồ nguyên lý 5.7.3 Phân loại Ch−ơng 6 Khuýêt tật của mối hàn và các ph−ơng pháp kiểm tra chất l−ợng mối hàn 6.1 - Chất l−ợng mối hàn 6.1.1 Những yếu tố đặc tr−ng cho chất l−ợng của mối hàn 6.1.2 Các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng mối hàn 6.2 Khuyết tật của mối hàn 6.3 Các ph−ơng pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn 6.3.1 Các ph−ơng pháp kiểm tra không phá huỷ 6.3.2 Các ph−ơng pháp kiểm tra phá huỷ. 6.3.3 các biện pháp giảm ứng suất cho mối hàn
Phần Hàn & cắt kim loại
Ch−ơng I : Hàn kim loại Trang $1 Giới thiệu chung về môn hàn kim loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . $2 Phân loại các ph−ơng pháp hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng II Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy $1 Quá trình luyện kim khi hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $2 Vũng hàn & những đặc điẻm của nó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $3 Tổ chức kim loại mối hàn & vùng cận mối hàn . . . . . . . . . . Ch−ơng 3 Hàn hồ quang tay $1 - Hồ quang hàn & những đặc điểm của nó . . . . . . . . . . . . . $2 - ảnh h−ởng của điện từ tr−ờng đối với hồ quang khi hàn $3 - Phân loại hàn hồ quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $4 - Nguồn điẹn hàn & máy hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $5 - Điện cực hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $6 - Quá trình nóng chảy & dịch chuyển kim loại khi hàn $7 - Công nghệ hàn hồ quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $8 - Kỹ thuật hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng 4 Hàn & cắt kim loại bằng khí $1 - Giới thiệu chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $2 - Vật liệu hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I - Khí ôxy kỹ thuật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - Khí Axêtylen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III - Các loại vật liệu khác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $3 - Các loại ngọn lữa hàn khí & ứng dụng của chúng . . . . . . . $4 - Dụng cụ & thiết bị hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $5 - Công nghệ & kỹ thuật hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $6 - Cắt kim loại bằng khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng 5 Hàn tiếp xúc $1 - Sự hình thành mối hàn khi hàn tiếp xúc. . . . . . . . . . . . . . . $2 - Hàn tiếp xúc giáp mối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $3 - Hàn điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $4 - Hàn đ−ờng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng 6 Hàn vảy $1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $2 - Vảy hàn & thuốc hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $3 - Công nghệ hàn vảy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng 7 Kiểm tra chất l−ợng mối hàn
1. Акулов А.А. Справочник по сварке Том 4 - Изд. Машиюстрение - Москва. 1971 2. А мигуд Д. З . Справочник молодого газосварщика газорезчика Изд. Высшая школа - Москва. 1974 3. Волченко Контроль качества сварки - Изд. Машиюстрение - Москва. 1975 4. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 1 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 5. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 2 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 6. Г олоченко В. С. Никонов А. В. Сварка судовыx конструкций в активныx защитныx газаx - Изд. судострение. Лен инград - 1972 7. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветныx металлов - Наукова думка - Киев - 1981 8. Новожилов Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в активныx защитныx газаx - Изд. Машинострение - Москва. 1972 9. Патон Ь.Е Теxнология электрческой сварки металлов и сплавов плавлением - Изд. Машиюстрение - Москва. 1974 10. Петров Г.Л. Тумарев А.С. Теория сварочныx процессов- Изд. Высшая школа - Москва. 1970 11. Фролов В.В. Теоретические основы сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1977 Ф ы в а п р йцeенгшщззơшaвапролджэячсмиттьббю. Йw у к е ек к у w й н г ш щ з ơ ф ы в а п р о л д ж э я ч с м и ь
Йй erе -уй ке Оенкейцe йцeнгшщзơшaвё ё нгва ваãa ả Ёь ьыь- ьк ьа 1 Nguyễn Bá An, Sổ tay thợ hàn, NXB Xây dựng, Hà nội, 1986, 326 trang. 2 Hoàng Tùng, Nguyễn Văn Siêm, và các tác giả, Công nghệ kim loại, NXB ĐH & THCN. 1974, 3 Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang hàn, NXB KH&KT, 1998 Nguyễn Văn Thông, Vật liệu và công nghệ hàn,NXB KHKT, 1998, 280 trang 4 Amigut D.Z. Sổ tay thợ hàn khí, 1974 . (tiếng Nga) Phrolop V.V. Teoriaticheskie osnovuw svarki, NXB Vishaia Skôla, Moskva, 5 1970 Petrov, G.L Sumarev A.S. Teoria Svarochnuwk prosexov , Moskva, “Výhaia 6 Skola” 1977. (tiếng Nga) 7 Patôn B.E. Technologia Electricheskoi Svarki plavlenia, NXB “mashinostroienie” M, 1974, 768 trang. (tiếng Nga)
Mục lục Nội dung Trang Lời nói đầu Ch−ơng I : Hàn kim loại 1 1.1 Khái niệm chung về hàn kim loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Phân loại các ph−ơng pháp hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Ch−ơng II Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy 4 2.1 Quá trình luyện kim khi hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Vũng hàn & những đặc điẻm của nó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 Tổ chức kim loại mối hàn & vùng cận mối hàn . . . . . . . . . . . . 7 Ch−ơng 3 Hàn hồ quang tay 9 3.1 - Hồ quang hàn và những đặc điểm của nó . . . . . . . . . . . . . . 10 3.2 - ảnh h−ởng của điện từ tr−ờng đối với hồ quang khi hàn 15 3.3 - Phân loại hàn hồ quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.4 - Nguồn điện hàn và máy hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.5 - Điện cực hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.6 - Quá trình nóng chảy & dịch chuyển kim loại khi hàn 35 3.7 - Công nghệ hàn hồ quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.8 - Kỹ thuật hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.9 . Hàn hồ quang bán tự động và tự động . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Ch−ơng 4 Hàn và cắt kim loại bằng khí 49 4.1 - Giới thiệu chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 - Vật liệu hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Khí ôxy kỹ thuật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Khí axêtylen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Các loại vật liệu khác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 - Ngọn lữa hàn khí & ứng dụng của chúng . . . . . . . . . 4.4 - Thiết bị hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 - Công nghệ và kỹ thuật hàn khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 - Cắt kim loại bằng khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ch−ơng 5 Hàn tiếp xúc 5.1 - Sự hình thành mối hàn khi hàn tiếp xúc. . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.2 - Hàn tiếp xúc giáp mối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 - Hàn điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 - Hàn đ−ờng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Ch−ơng 6 Khuyết tật mối hàn và các ph−ơng pháp kiểm tra 104 6.1 Chất l−ợng của mối hàn 104 6.2 Khuyết tật của mối hàn 107 6.3 Các ph−ơng pháp kiểm tra 108 6.3 Các biện pháp giảm ứng suất cho mối hàn 109 Tài liệu tham khảo 110 Mục lục 92
IV Tài liệu tham khảo : 1. Nguyễn Bá An, Sổ tay thợ hàn, NXB Xây dựng, Hà nội, 1986. 2. Hoàng Tùng, Nguyễn Văn Siêm, và các tác giả, Công nghệ kim loại, NX NXB. ĐH & THCN. 1974, 3. Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang hàn, NXB KH&KT, 1998 4. Nguyễn Văn Thông, Vật liệu và công nghệ hàn,NXB KHKT, 1998. 4. Акулов А.А. Справочник по сварке Том 4 - Изд. Машиюстрение - Москва. 1971 5. А мигуд Д. З . Справочник молодого газосварщика газорезчика Изд. Высшая школа - Москва. 1974 6. Волченко Контроль качества сварки - Изд. Машиюстрение - Москва. 1975 7. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 1 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 8. Сварка металов - Государственные стандарты СССР- часть 2 - Изд. Стандартов - Москва. 1973 9. Голоченко В. С. Никонов А. В. Сварка судовыx конструкций в активныx защитныx газаx - Изд. судострение. Лен инград - 1972 10. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветныx металлов - Наукова думка - Киев - 1981 11. Новожилов Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в активныx защитныx газаx - Изд. Машинострение - Москва. 1972 12. Патон Ь.Е Теxнология электрческой сварки металлов и сплавов плавлением - Изд. Машиюстрение - Москва. 1974 13. Петров Г.Л. Тумарев А.С. Теория сварочныx процессов- Изд. Высшая школа - Москва. 1970 14. ШеЬеко Л.П. Оьорудование и Теxнология автоматической сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1975 15. Фролов В.В. Теоретические основы сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1977 90
Tác giả và tên sách Số TT 1 Nguyễn Bá An, Sổ tay thợ hàn, NXB Xây dựng, Hà nội, 1986, 326 trang. 2 Hoàng Tùng, Nguyễn Văn Siêm, và các tác giả, Công nghệ kim loại, NXB ĐH & THCN. 1974, 3 Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, Cẩm nang hàn, NXB KH&KT, 1998 Nguyễn Văn Thông, Vật liệu và công nghệ hàn,NXB KHKT, 1998, 280 trang 4 Amigut D.Z. Sổ tay thợ hàn khí, 1974 . (tiếng Nga) 5 Phrolop V.V. Teoriaticheskie osnovuw svarki, NXB Vishaia Skôla, Moskva, 1970 Petrov, G.L Sumarev A.S. Teoria Svarochnuwk prosexov , Moskva, “Výhaia Skola” 1977. (tiếng Nga) 7 Patôn B.E. Technologia Electricheskoi Svarki plavlenia, NXB “mashinostroienie” M, 1974, 768 trang. (tiếng Nga) 8 Vainbôim D.I. Avtomatichékaia i poluavtomaticheskaia Dugavaia svarka. NXB Sudostroienie, 1966, 434 trang . (tiếng Nga) 9 Vônchenko V.N. Kiểm tra chất l−ợng mối hàn, NXB Machinôstroienie, 1975, 328 trang. (tiếng Nga) 10 ΓOΛOB IEΛbKO B.C, HIIKOHOB A.B CBAPKA CY∆OBbIX KOHCTPYKUIIII B 3AIIIIITHbIX ΓA3AX, 1972 11 HOBO JKIIΛOB H.M. OCHOBbI METAΛΛYPΓIIII ∆YΓOBOII 91
CBAPKII B AKTIIBHbIX ΓA3AX, 1972 12 I E3bAX ∆. K. CBAPKA HA OTKPbITIbX ΠΛOIIIA∆KAX B CY∆OCTPOEHIIII II CY∆OPEMOHTE, 1974 92
Ch−ơng I Hàn kim loại 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Khái niệm Hàn kim loại là một ph−ơng pháp nối liền các chi tiết lại với nhau thành một khối không thể tháo rời đ−ợc bằng cách: • Nung kim loại vùng hàn đến nhiệt độ nóng chảy sau khi đông dặc ta đ−ợc mối liên kết vững chắc gọi là hàn nóng chảy; • Hoặc có thể nung chúng đến nhiệt độ cao nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó (đối với kim loại dẻo thì có thể không nung) rồi dùng lực lớn ép chúng dính chắc vào nhau gọi là hàn áp lực; • Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuyết tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy. Hiện nay còn có thể dùng keo để dán các chi tiét lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép; • Ngoài ra ta còn có thể dung keo kim loại để dán chung dính chắc vào nhau gọi là dán kim loại. 1.1.2 ứng dụng : Hàn kim loại dóng một vai trò rất quuan trọng trong quá trình gia công, chế tạo và sửa chữa phục hồi các chi tiết máy.Hàn không chỉ thể dùng để nối ghép các kim loại lại với nhau mà còn ứng dụng để nối các phi kim loại hoặc hổn hợp kim loại với phi kim loại. Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y tế hay trong các ngành phục hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật, 1.1.3 Đặc điểm của hàn kim loại a. Tiết kiệm kim loại • So với tán ri vê, hàn kim loại có thể tiết kiệm từ 10 - 15 % kim loại (do phần đinh tán, phần khoa lổ) và ch−a kể đến độ bền kéêt cấu bị giảm do khoan lổ. H. 1-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán rivê • So với đúc : Tiết kiệm khoảng 50 % kim loại do mối hàn khi hàn không cần hệ thông đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh đó chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn, • Tiết kiệm kim loại quý hiếm : Ví dụ khi chế tạo dao tiện ta chỉ cần mua vật liệu phần cắt gọt là thép dụng cụ còn phần cán ta sử dụng thép th−ờng CT38 Sẽ có gí thành rẻ mà vẫn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. b. Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu đ−ợc áp lực c. Thiết bị đơn giản, giá thành hạ 2
d. Nh−ợc điểm Tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn tại ứng suất và biến dạng sau khi hàn. 1.2 - Phân loại các ph−ơng pháp hàn P 2 III KG/mm II I IV Tnc o T C H ình 1-2 Sơ đồ phân loại các ph−ơng pháp hàn I - Vùng hàn nóng chảy; II - Vùng hàn áp lực, II Vùng hàn hạn chế IV- Vùng không thể tạo thành mối hàn đ−ợc Hàn nóng • Hàn hồ quang điện, chảy • Hàn khí, • hàn bằng các chùm tia, • Hàn điện xỷ, • Hàn nhiệt, Hàn kim loại • Hàn điện tiếp xúc, Hàn áp lực • Hàn siêu âm, • Hàn cao tần, • Hàn nổ, • Hàn ma sát, • Hàn khuyếch tan, • Hàn khí - ép Hàn vảy • Hàn nguội . . . Hình 1-2 Sơ đồ phân loại các ph−ơng pháp hàn 3
Ch−ơng 2 Qúa trình luyện kim khi hàn nóng chảy 2.1 Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy Khi hàn nóng chảy nhiệt độ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800 oC. ở trạng thái nhiệt độ cao kim loại lỏng chịu sự tác động mạnh của môi tr−ờng xung quanh và các nguyên tố có trong thành phần que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng và một phần bi bay hơi. Trong vùng mối hàn xảy ra nhiều quá trình nh− ô xy hoá, khử ô xy, hoàn nguyên và hợp kim hoá mối hàn, quá trình tạo xỷ và tinh luyện , Các quá trình đó phần nào t−ơng tự nh− những quá trình luyện kim nên ng−ời ta gọi quá trình này là quá trình luyện kim khi hàn nh−ng xảy ra trong một thể tích nhỏ và thời gian ngắn. Xỷ, thuốc bọc que hàn: FeO, MnO, SiO2, Môi tr−ơng khí. Các nguyên tố có trong vật hàn và que hàn : [Fe], [FeO], [Si], [Mn], Hình 2 - 1 Sơ đồ những yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng mối hàn ảnh h−ởng của ôxy Ôxy có trong các môi tr−ơng xung quanh nh− không khí, hơi n−ớc, Co2, H2O, và trong các ỗit kim loại, trong lớp xỉ khi hàn, Ôxy có tác dụng mạnh với các nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, kết quả sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của kim loại mối hàn. Ví dụ : Fe + O > FeO Fe + O2 > 2FeO Một phần các ôxit sắt nh− trên sẽ đi vào xỉ, một phần sẽ trộn lẫn với kim loại mối hàn do không thoát ra ngoài kịp. Mối hàn có lẫn xỉ sẽ làm cho cơ tính giảm mạnh. Trong môi tr−ờng xung quanh cũng còn có nhiều chất khí có ảnh h−ởng đến chất l−ợng mối hàn nh− hydro., Nitơ, l−u huỳnh, phốt pho, Hydro: có trong hơi n−ớc, trong các loại khí bảo vệ hoặc do bị phân huỷ các chất trong quá trình hàn sẽ hoà tan vào mối hàn và gây nên rỗ khí. Đối với thép và hợp kim nhôm, hy dro là nguyên nhân chủ yếu gây nên rỗ khí. L−u huỳnh là chất gây nên nứt nóng cho mối hàn Phốt pho gây nên nứt nguội cho mối hàn 4
Trong vùng mối hàn xảy ra quá trình khử ôxy. Có thể tóm tắt theo các dạng phản ứng sau: [FeO] + (Si) > [Fe] + (SiO2) [ ] - Thành phần các chất đi vào kim loại; ( ) - Thành phần các chất đi vào trong xỷ ; [FeO] + (Mn) > [Fe} + (MnO2) [FeO] + (SiO2 > (FeO.SiO2) FeS + Mn > MnS + Fe FeS + MnO > MnS + FeO Fe3P + FeO > (P2O5) + 9 Fe CaO + P2O5 > Ca3P2O8 Cơ tính của vật liệu A σ H σ AH % O2 Hình 2 - 2 Sơ đồ ảnh h−ởng của o xy đến cơ tính mối hàn [13] ảnh h−ởng của một số chất khí đến cơ tính mối hàn (nh− hình 2 - 3) N2 A %δ k σ B O2 O2 O2 N2 N2 % O2 % O2 % N2 % N2 % O2 % N2 Hình 2 - 3 ảnh h−ởng của một số chất khí đến cơ tính mối hàn [13] 5
2.2 Vũng hàn và đặc điểm của nó. Khi hàn, d−ới tác dụng của nguồn nhiệt, vùng kim loại nóng chảy tạo nên một vũng hàn. Kim loại ở đây là hổn hợp các nguyên tố của kim loại cơ bản và kim loại vật liệu hàn. Vũng hàn đ−ợc chia ra 2 vùng chính: vùng đầu và vùng đuôi vũng hàn. a/ b/ H. 2-4 Sơ đồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ quang (b) II I B C H 3 2 1 H. 2-5 Sơ đồ đ−ờng hàn và vị trí vũng hàn I - Vùng đầu vũng hàn; II - Vùng đuôi vũng hàn 1 - Vùng có nhiệt độ không xác định 2- Vùng có nhiệt độ khoảng 1800 oC; o 3 - Vùng có nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy (khoảng 1500 C) B - Chiều rộng mối hàn; C- Chiều cao mối hàn; H - Chiều sâu của mối hàn Quá trình kết tinh của mối hàn • Mối hàn kết tinh trong điều kiện phần đầu vũng hàn luôn bị nung nóng bởi nguồn nhiệt hàn còn vùng đuôi thì đ−ợc nguội dần. • Kim loại vũng hàn luôn chuyển động; • Thể tích vũng hàn nhỏ khoảng 0,2-0,4 cm3. • Thời gian kim loại mối hàn tồn tại ở trạng thái lỏng nhỏ,; • Tốc độ làm nguội lớn 6
• Vùng tâm mối hàn có nhiệt độ cao dễ làm cho kim loại bị quá nhiệt. 2.3. Tổ chức kim loại mối hàn và vùng cận mối hàn Sau khi đông đặc, kim loại mối hàn sẽ có thành phần khác so với kim loại cơ bản. D−ới tác dụng của nhiệt độ ổ chức kim loại mối hàn cũng đ−ợc chia thành nhiều vùng khác nhau. Tổ chức kim loại mối hàn phụ thuộc ph−ơng pháp hàn, kim loại vật hàn, và chế độ hàn. Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn đ−ợc chia ra 7 vùng khác nhau : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh h−ởng nhiệt gồm có các vùng : vùng quá nhiệt, vùng th−ờng hoá, vùng kết tinh lại không hoàn toàn vùng kết tinh lại, vùng dòn xanh. Vùng mối hàn (1) : Có thành phần kim loại hổn hợp gi−ua vật hàn, thuốc hàn và que hàn. Tổ chức có dạng kéo dài về tâm mối hàn (theo h−ơng kết tinh)Vùng gần viền chảy có tổ chức hạt nhỏ mịn do tốc độ tản nhiệt nhanh; vung trung tâm có lẫn nhiều tạp chất do kết tinh sau cùng. Vùng viền chảy (2) : Vùng này kim loại nóng chảy không hoàn toàn. Thành phần kim loại mối hàn có lẫn các nguyên tố của que hàn và thuốc hàn. Do có sự tác dụng qua lại giữa pha long và pha đặc nên trong mối hàn có thể lẫn các tạp chất. Hạt tinh thể vùng này nhỏ, có cơ tính tốt. Vùng này tồn tại 2 pha lỏng có chhiều rộng vùng này nhỏ khoảng 0,1- 0,3 mm rất khó phân biệt chúng nên gọi chung là vùng viền chảy. Vùng ảnh h−ởng nhiệt : Là vùng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy nh−ng có tổ chức và tính chất thay đổi d−ới tác dụng của nhiệt độ. Chiều rộng vùng này phụ thuộc chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt, chế độ hàn, ph−ơng pháp hàn, (xem bảng 1.1) Bảng 1 -1 Ph−ơng pháp hàn Chiều Tổng chiều rộng vùng Trong đó chiều rộng dày (mm) ảnh h−ởng nhiệt (a) mm vùng quá nhiệt (mm) Hàn khí 3 12-13 4 - 7 Hàn khí 10 25 - 30 10 - 12 Hàn điện 10 3 - 5,5 1 - 2 Vùng quá nhiệt (3) T = 1100 1200 oC Có tổ chức hạt lớn, cơ tính giảm nhiều, dòn, dễ nứt, Đây là vùng th−ờng gây nên các vết gẫy nứt của mối hàn. Vùng th−ờng hoá (4) Có T 〉 AC3 Có nhiệt độ khoảng (880 1100 oC),có chiều rộng khoảng 0.2 5 mm có tổ chức hạt nhỏ, cơ tính tốt. Vùng kết tinh lại không hoàn toàn (5) : có nhiệt độ khoảng T = 720 880 Tứ là nằm trong khoảng AC1 - AC3, nên có thể xảy ra quá trình chuyển biến ôstenit về tổ chức péclít và martenxit cho nên có thành phần hoá học và cơ tính không đồng nhất, cơ tính bị giảm. 7
Vùng kết tinh lại (6) : T = 500 700 oC Tổ chức kim loại giống vật hàn nh−ng độ cứng giảm, tính dẻo tăng Vùng dòn xanh (7) : cĩ T = 100 500 oC Tổ chức kim loại ít bị thay đổi nh−ng do không khí xâm nhập vào nên cơ tính giảm, tồn tại ứng suất d−, kim loại bị hoá già, khi thử kéo mẫu hay bị đứt vùng này. I II III Hình 2 - 6 Sơ đồ các vùng của mối hàn (I- Vùng có nhiệt độ cao , II- Vùng có nhiệt độ cao hơn T nóng chảy, III- Vùng có nhiệt độ nhớ hơn nhiệt độ nóng chảy) ToC % C σB 8 Hình 2 - 7 Tổ chức kim loại vùng mối hàn và cận mối hàn.
Ch−ơng 3 : Hàn hồ quang 3.1 Hồ quang hàn và các đặc tính của nó 3.1.1 Hồ quang hàn Hiện t−ợng hồ quang điện đ−ợc phát minh từ năm 1802, nh−ng mãi tới năm 1882 mới đ−ợc đua vào ứng dụng để nung chảy kim loại. Nguồn nhiệt của hồ quang điện này đ−ợc ứng dụng để hàn kim loại và ph−ơng pháp nối ghép này đ−ợc gọi là hàn hồ quang. Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi tr−ờng khí hoặc hơi. Hồ quang điện đ−ợc ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn. 3.1.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang hàn: a/ b/ c/ Hình 3-1 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang của các loại dòng điện a- Nối với nguồn điện b- Nối nghịch ( Cực d−ơng nối với que hàn, âm nối với vật hàn) c- Nối thuận (Cực âm nối với que hàn, cực d−ơng nối với vật hàn) Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài của nó đ−ợc gọi là chiều dài cột hồ quang (Lhq). Cấu tạo của hồ quang điện có dạng nh− hình 3-2 1 1- Vùng cận anốt 3 2- Vùng cận ka tốt Lhq 3- Cột hồ quang 2 Hình 3-2 Sơ đồ cấu tạo cột hồ quang hàn. Điện cực hàn đ−ợc chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau: Loại điện cực không nóng chảy : Vônfram (W), Grafit, than, Điện cực nóng chảy : Chế tạo từ thép, gang, các loại kim loại màu, Nguồn điện hàn : Xoay chiều (tần số công nghiệp, tần số cao, chỉnh l−u, một chiều. 3.1.3 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn. 9
Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có h−ớng của các phần tử mang điện (ion âm, ion d−ơng, điện tử) trong môi tr−ờng khí; trong dó điện tử có vai trò rất quan trọng. Trong điều kiện bình th−ờng, không khí giữa hai điện cực ở trạng thái trung hoà nên không dẫn điện. Khi giữa chúng xuất hiện các phần tử mang điện thì sẽ có dòng điện đi qua. Vì vậy để tạo ra hồ quang ta cần tạo ra môi tr−ờng có các phần tử mang điện. Quá trình đó gọi là quá trình ion hoá. Môi tr−ờng có chứa các phần tử ion hoá gọi là môi tr−ờng ion hoá. Quá trình các điện tử thoát ra từ bề mặt điện cực để đi vào môi tr−ờng khí gọi là quá trình phát xạ điện tử hay phát xạ electron. Năng l−ợng để làm thoát điện tử ra khỏi bề mặt các chất rắn gọi là công thoát electron. Công thoát electron của một số chất đ−ợc thể hiện trong bảng 3-1 Bảng 3-1 Nguyên tố Công thoát Nguyên tố Công thoát electron electron K 2.26 eV Mn 3.76 eV Na 2.33 Ti 3.92 Ba 2.55 Fe 4.18 Ca 2.96 Al 4.25 Khi có điện áp, d−ới tác dụng của điện tr−ờng, các điện tử trong môi tr−ờng sẽ chuyển động từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận tốc lớn. Với sự chuyển động đó các điện tử se va chạm vào các phân tử, nguyên tử trung hoà truyền năng l−ợng cho chúng và kết quả làm tách các điện tử khỏi nguyên tử phân tử và tạo nên các ion. Nh− vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là do sự va chạm giữa các điện tử đ−ợc tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí. Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiệncác phần tử mang điện giữa 2 điện cực và hồ quang xuất hiện (nói cách khác là có sự phòng điện giữa 2 điện cực qua môi tr−ờng không khí). Nh− vậy muốn có hồ quang phải tạo ra một năng l−ợng cần thiết để làm thoát các điện tử. Nguồn năng l−ợng này có thể thực hiện bằng các biện pháp : 1. Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại. 2. Tăng c−ờng độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch. 3.1.4 Các ph−ơng pháp gây hồ quang khi hàn. Tăng điện áp : Ph−ơng pháp này dễ gây nguy hiểm cho ng−ời sử dụng nên ng−ời ta phải sử dụng bộ khuyếch đại điện áp Ph−ơng pháp cho ngắn mạch : Cho que hàn tiếp xúc vật hàn và nhấc lên khoảng cách 1-3 mm và giữ cho hồ quang cháy ôn định (xem hình 3-3). a. Cho chuyển động thẳng đứng 10
1 2 1- Que hàn 2- Vật hàn Hình 3-3 Sơ đồ quá trình gây hồ quang khi hàn b. Đặt nghiêng que hàn và cho chuyển động tiếp xúc với vật hàn 1- Que hàn 2- Vật hàn Hình 3-4 Sơ đồ quá trình gây hồ quang bằng cách cho que hàn tiếp xúc vật hàn 3.1.5 Đặc điểm của hồ quang hàn : • Mật độ dòng điện lớn (J - A/mm2); • Nhiệt độ cao khoảng trên 3000oC và tập trung • Hồ quang của dòng điện một chiều cháy ổn định . • Hồ quang của dòng xoay chiều không ổn định nên chất l−ợng mối hàn kém hơn Nhiệt độ ở catôt khoảng 2100 oC. Nguồn nhiệt toả ra chiếm khoảng 36% A nôt 2300 / 43% Cột hồ quang 5000-7000oC / 21% • Sự cháy của hồ quang phụ thuộc: Điện áp nguồ, C−ờng độ dòng điện; Tần số f=150-450 có hồ quang cháy ổn định); Vật liệu làm điện cực, Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa điện thế của hồ quang và dòng điện hồ quang gọi là đ−ờng đặc tính tĩnh của hồ quang. 1. Đ−ờng đặc tĩnh của hồ quang hàn có dạng : Uhq d 1 d1 < d2 d 2 I Hình 3-5 Đ−ờng đặc tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc đ−ờng kính điện cực 11
L1 80 (A/mm ) 100 1000, I (A) Hình 3-7 Đ−ờng đặc tính tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc dh và Lhq. 1- Lhq1 = 5 mmm Lhq2 = 2 mm • Trong khoảng J>80A/mm2. Khoảng này có mật độ dòng J lớn nên th−ờng sử dụng để hàn tự động. Khoảng này có U tăng vì I lớn, nh−ng tiết diện cột hồ quang hầu nh− không tăng; nên khi J tăng để đảm bảo cho I tăng thì U phải tăng). • Đồ thị trên ứng với các đ−ờng đặc tính tĩnh của hồ quang khi chiều dài cột hồ quang không đổi. Khi thay đổi Lhq, ta sẽ nhận đ−ợc nhiều đ−ợng đặc tính tĩnh t−ơng tự nh− trên. 12
b. Hồ quang của dòng điện xoay chiều Khi sử dụng nguồn xoay chièu, dòng điện và hiệu điện thế thay đổi theo chu kỳ. Với tần số công nghiệp f = 50 Hz, ta có 100 lần thay đổi cực nên có 100 lần hồ quang bị tắt do I = 0. Khi đó nhiệt độ sẽ giảm, mức độ ion hoá của cột hồ quang sẽ giảm làm cho cho hồ quang cháy không ổn định. Muốn xuất hiện hồ quang tiếp theo thì yêu cầu điện áp nguồn phải đạt và lớn hơngiá trị tối thiểu gọi là điện áp mồi hồ quang. Hồ quang sẽ cháy ổn định khi U nguồn > U mồi hồ quang Hồ quang sẽ tắtkhi U nguồn < U mồi hồ quang Khi hàn hồ quang tay U mồi hồ quang = (1,8 - 2,5)U hàn U mồi hồ quang = (60-80V) T T t U m hq Hình 3-8 Sơ đồ đ−ờng biến thiên của điện áp và dòng điện nguồn và hồ quang dòng xoay chiều Tt - Thời gian hồ quang tắt Chú ý : • Thời gian hồ quang tắt Tt phụ thuộc điện áp không tải (Ukt); tần số (f) f tăng thì Tt nhỏ. • Ukt lớn thi Tt nhỏ nh−ng tăng Ukt thì kích th−ớc máy sẽ lớn, không có lợi. • Tăng tần số thì phải mắc thêm bộ khuyếch đại tần nh−ng sẽ làm phức tạp thêm mạch điện. • Trong thực tế để làm ổn định hồ quang nguồn xoay chiều ng−ời ta mắc thệm cuộn cảm để làm lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Dòng điện xuất hiện trong cuộn cảm sẽ có tác dụng duy trì sự cháy của hồ quang. Tại thời điểm I = 0 điện áp nguồn đạt giá trị U mồi hồ quang nên vẫn có hồ quang xuất hiện. 3.2 „ảnh h−ởng của điện tr−ờng đối với hồ quang hàn. Cột hồ quang đ−ợc coi nh− một dây dẫn mềm nên nó sẽ chịu tác dụng h−ởng của điện từ tr−ờng. 3.2.1 Từ tr−ờng của cột hồ quang Trong cộ hồ quang có 2 loại dòng chuyển động của các phần tử mang điện. Đó là dòng chuyển động của các ion âm và điện tử; dòng chuyển động của các ion d−ơng. Sơ đồ biểu diễn lực điện tr−ờng tác dụng lên cột hồ quang nh− hình 3-10 13
Vi H F F H Vi Hình 3-10 Sơ đồ biểu diễn lực điện tr−ờng tác dụng lên cột hồ quang hàn. • Lực F của tất cả các phần tử mang điện đều h−ớng vào tâm của cột hồ quang. Khi hàn, lực tác dụng lên cột hồ quang gồm có : + Lực điện tr−ờng tĩnh; + Lực điện tr−ờng sinh ra bởi sắt từ của vật liệu hàn. Lực này làm cho hồ quang bị thổi lệch ảnh h−ởng đến chất l−ợng của mối hàn (xem hình 3-11). 3.2.2 ảnh h−ởng của lực điện tr−ờng b/ c/ a/ Hình 3-11 Sơ đồ biẻu diễn hồ quang hàn bị thổi lệch bởi lực điện tr−ờng. Khi nối dây nh− hình b/ hồ quang bị tác dụng của điện tr−ờng đối xứng nên không bị thổi lệch; khi nối dây nh− hình a/ và hình c/ điện tr−ờng tác dụng lên cột hồ quang không đối xứng nên hồ quang bị thổi lệch. Từ phía dòng điện đi vào có điện tr−ờng mạnh, mật độ đ−ờng sức dày hời phía đối diện nên hồ quang bị thổi lệch về phía điện tr−ờng yếu hơn. 3.2.3 ảnh h−ởng của góc nghiêng que hàn. Độ nghiêng của que hàn cũng ảnh h−ởng đến sự phân bố đ−ờng sức xung quanh quanh hồ quang, vì thế có thể thay đổi h−ớng que hàn cho phù hợp với ph−ơng của hồ quang nh− hình 3-12b. 14
Hình 3-12 Sơ đồ biẻu diễn ảnh h−ởng của góc nghiêng que hàn. 3.2.4 ảnh h−ởng của vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ đặt gần hồ quang sẽ làm tăng độ từ thẩm lên hàng ngàn lần so với không khí xung quanh (à = 1000 10.000 lần). Từ thông qua sắt từ có độ trở khánh nhỏ, lực từ tr−ờng từ phía sắt từ giảm xuống làm cho hồ quang bị thổi lệch về phía sắt từ. 1 Fe 2 Hình 3-13 Sơ đồ biểu diễn ảnh h−ởng của sắt từ đối với hồ quang hàn. 1- Que hàn ; 2 - Vật hàn Hiện t−ợng lệch hồ quang có thể xuất hiện ở cuối đ−ờng hàn. Vì lúc đó có độ từ thẩm phía vật hàn lớn hơn nhiều so với không khí nên hồ quang bị thổi lệch về phía bên trong mối hàn. Khi hàn giáp mối ta phải nối cực của nguồn điệ với 2 vật hàn về 2 phía để mối hàn không bị thổi lệch hồ quang. Hình 3-14 Một số biện pháp khắc phục hiện t−ợng hồ quang bị thổi lệch 1 - Vật hàn 2 - Que hàn 15
3.3 Phân loại hàn hồ quang 3.3.1 Phân loại theo điện cực • Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy : nh− điện cực than, grafit, W , hợp chất của một số nguyên tố có khả năng phát xạ ion nh− La, Th, • Hàn bằng que hàn nóng chảy : có các loại que hàn thép ( que hàn thép các bon thấp, que hàn thép các bon cao, que hàn thép hợp kim, ) que hàn nhôm, que hàn đồng, Các loại que hàn này có lõi và lớp thuốc bọc. Chúng có khá năng bổ sung kim loại cho mối hàn và các tác dụng khác nh− kích thích hồ quang, bảo vệ mối hàn, hợp kim hoá mối hàn, 3.3.2 Phân loại theo ph−ơng pháp đấu dây Dấu dây trực tiếp : 1 Nguồn điện 1 pha 2 3 Hình 3 - 5 Sơ đồ đấu dây trực tiếp 1 -Điện cực hàn ( que hàn) 2-Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Khi hàn dòng một chiều có thể có hai ph−ơng pháp nối dây : nôí thuận và nối nghịch. 1 2 3 Nối thuận Hình 3 - 16 Sơ đồ nối thuận 1 - Điện cực hàn ( que hàn)2 - Hồ quang hàn; 3- Vật hàn 1 2 3 Nối nghịch Hình 3-17 Sơ đồ nối nghịch 1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn 16
Đấu dây gián tiếp : Nguồn một pha 1 1 2 3 Hình 3 - 17 Sơ đồ đấu dây gián tiếp 1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Đấu dây hổn hợp (Hồ quang 3 pha): Nguồn ba pha 2 1 3 Hình 3 - 19 Sơ đồ đấu dây hổn hợp 2 - Điện cực hàn 1 2 - Điện cực hàn 2 3 - Vật hàn ( điện cực hàn 3) Có 3 ngọn lữa hồ quang giữa 3 điện cực: hồ quang giữa 1-3 giữa 1-2 và giữa 2 - 3. 3.4 Nguồn điện hàn và máy hàn 3.4.1 Nguồn điện hàn Nguồn điện hàn có thể một chiều, xoay chiều. Máy hàn dòng điện một chiều hay chỉnh l−u cho chất l−ợng mối hàn cao, ổn định nh−ng giá thành đắt nên chỉ sử dụng khi có yêu cầu cao về chất l−ợng. Hiện nay máy hàn dòng xoay chiều vẫn là chủ yếu. Ơ Nhật bản gần 80% máy hàn dòng xoay chiều, 95,6% máy hàn xoay chiều khi hàn hồ quang tay. 3.4.2 Yêu cầu đối với nguồn điện hàn 1. Dể gây hồ quang và không gây nguy hiểm cho ng−ời sử dụng. Khi nghiên cứu hồ quang của dòng xoay chiều ta thấy rằng để dể dang mồi hồ quang thì điện áp không tải của máy hàn phải cao hơn lúc hồ quang cháy ổn định. Để đảm bảo an toàn điện điện áp không tải th−ờng nhỏ hơn 100 vôn. • Ukt ≈ 55 - 80 V ( đối với dòng xoay chiều) 17
• Ukt ≈ 30 - 55 V , Uh = 16 - 35 V, ( đối với dòng một chiều) 2. Phải có dòng điện ngắn mạch hạn chế để khỏi làm h− hỏng máy. Ing.m. = (1,3 - 1,4) Ih. 3. Khi làm việc hồ quang phải cháy ổn định. 4. Máy hàn phải điều chỉnh đ−ợc c−ờng độ dòng điện hàn phù hợp với các loại chiều dày, đ−ờng kính và vị trí t−ơng đối của mối hàn trong không gian. 5. Khi hàn ng−ời ta th−ờng mắc thêm cuộn cản để tạo ra sự lệch pha của dòng điện và hiệu điện thế nên chế độ hàn sẽ ổn định hơn. 6. Quan hệ giữa hiệu điện thế nguồn điện và dòng điện hàn đ−ợc gọi là đ−ờng đặc tính động của máy hàn. Ta có các loại đ−ờng đặc tính động nh− sau: Ukt1 Ukt2 Ih Ing.m Ing.m.1 Hình 3 - 20 Đ−ờng đặc tính động của máy hàn U 1 2 Ukt 4 3 I Hình 3 - 21 Các dạng đ−ờng đặc tính động của máy hàn Đ−ờng cong 1 - Dạng u tăng dùng cho hàn tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ. Đ−ờng cong 2 - Dạng U không thay đổi (hầu nh− không tăng khi I tăng) dùng cho hàn điện xỷ, hàn tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ. Bởi vì khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ, kim loại dây hàn chảy thành dòng tạo nên dòng ngắn mạch liên tục, dòng điện hàn tăng nhanh làm nóng chảy day hàn nhanh và liên tục. Chế độ này phù hợp với laọi dây có dh = 0,5 - 1,2 mm Đ−ờng cong 3 - Dạng cong dốc thoai thoải dùng cho hàn tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc có tốc độ cấp dây hàn không đổi. Việc cấp lõi dây hàn theo nguyên lý tự 18
động điều chỉnh (tức là khi I tăng, Uh giảm làm cho nhiệt l−ợng Q = UIt giảm kết quả dây cháy chậm lại, phục hồi chiều dài cột hồ quang. Đ−ờng cong 4 - Dạng cong dốc dùng cho hàn hồ quang tay và hàn tự đọng d−ới lớp thuốc (khi mà tốc độ cấp dây phụ thuộc chế độ hàn. Khi U h thay đổi, nh−ng Ih thay đổi ít nên chế độ hàn ổn định hơn Kết hợp các d−ơng đặc tính động và đ−ờng đặc tính tĩnh của hồ quang ta sẽ thấy chúng giao nhau tại 2 điểm A và B (tại đó Unguồn = Uhồ quang) Tại điểm B hiệu điện thế cao đủ để gây hồ quang nh−ng vì dòng điện nhỏ không đủu để duy trì sự cháy ổn định của hồ quang. Thực vậy nếu vì một lý do nào đó làm cho dòng điện giảm xuống thì hiệu điẹn thế hồ quang sẽ tăng lên và lúc đó Uhq > Ung, có nghĩa là hiệu điện thế của nguồn không đủ để gây hồ quang nên nó tắt. Ng−ợc lại, nếu tăng dòng I thì Ung > Uhq ; điện thế thừa Ung - Uhq là nguyên nhân gây nên sự tiếp tục tăng dòng điện cho đến khi đạt đ−ợc giá trị ở điểm A. Nh− vậy khi I tăng hoặc I giảm tại điểm A có sự phục hồi lại điều kiện ổn định của hồ quang (Uhq = Ung) B U, V A I, A Hình 3-22 Sơ đồ biểu diễn vị trí hồ quang cháy ổn định Ta biết răng khi hồ quang cháy, trongmạch hàn hồ, quang sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng. dI e=−L L - là hệ số tự cảm L dt U h = U hq = U nguon + eL dI U = U = U + e = U − L h hq nguon L ng dt dI U -U = L ng h dt Từ biểu thức trên ta nhận thấy rằng nếu vì một lý do nào đó làm cho điểm dịch chuyển vê điểm A’ có điện thế U’ > Uh tức là : dI dI U’-Uh > hay L. > 0 tức là > 0 Điều này chứng tỏ I phải tăng để dt dt điểm A’ trở về vị trí điểm A. Ng−ợc lại khi A dịch chuyển về điểm A’’ dI ta có U’’ < U . < 0 Điều này chứng tỏ I phải giảm để A’’ trở về vị trí điểm A - h dt vị trí mà hồ quang cháy ổn định. 19
Nh− vậy hồ quang cháy ổn định khi trong mạch hàn nanh chóng phục hồi trạng thái cấn bằng : Uh = Uhq = Ung. 3.4.3 Máy hàn hồ quang Máy hàn hồ quang th−ờng có các loại sau : • Máy hàn dòng xoay chiều : máy biến áp có bộ tự cảm riêng, máy biến áp hàn có hàn có từ thông tản lớn (dạng có lõi từ di động), máy biến áp hàn có cuộn dây di động, • Máy hàn dòng chỉnh l−u • Máy hàn một chiều : loại máy phát hàn chạy bằng động cơ điện, máy phát hàn có dùng máy nổ và các dạng máy phát hàn khác. Sau đây ta chỉ xét một số laọi máy hàn thông dụng. a. Máy biến áp hàn Máy biến áp hàn hay máy hàn xoay chiều là loại máy hạ áp. Nguyên lý hoạt động của máy t−ơng tự các máy biến áp khác, nghĩa là dựa trên hiện t−ợng cảm ứng điện từ. U1, U2 - Điện áp sơ cấp và thứ cấp W1, W2 - số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp φ 1 - Tổng từ thông sinh ra ở cuộn sơ cấp φ 1 - Từ thông chính mắc vòng qua cuộn thứ cấp φ t1 φ t2 - Từ thông tản qua không khí trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Khi đặt vào cuộn sơ cấp của máy hàn dòng điện xoay chiều hình sin với điện áp U1, dòng điện sẽ chạy qua cuộn sơ cấp và tạo ra trong mạch một từ thông chính W1 W2 3 Hình 3-23 Sơ đồ máy biến áp W1 - Cuộn dây sơ cấp; W2 - Cuộn dây thứ cấp; 3 - Lõi từ (gông t− của máy biến áp) φ 1 = φ o + φ t1 . Do mạch từ khép kín nên φ o.móc vòng cuộn thứ cấp và sinh ra từ thông tản φ t2. Các từ thông trên sinh ra suất điện động trong cuộn sơ cấp và thứ cấp : dφ dφ Trong cuộn sơ cấp : eW=− =− 1 11dt dt 20
dφ dφ2 Trong cuộn thứ cấp : ew=− 2 = - 2 dt dt Trong đó : φ1 = W1.φ0.= φo +φ t1. φ2 = W2.φ0.= φo +φ t2. φo Hệ số liên hệ từ : Kt = φot+ φ1 ở điều kiện làm việc bình th−ờng thì φt1 rất nhỏ nên Kt =1 Khi máy biến áp có từ thông tản lớn φt = φt1 +φt2 +φloitudidong e1 & e 2 có trị số cực đại là E1m = ω.W1. φ o. E2 m + ω.W2. φ o Trị số hiệu dụng của chúng sẽ là : E1 = ω. W1. φ o Trị số hiệu dụng của chúng sẽ là : E1 ≈ 4,44.fW1.φo. Et1 ≈ 4,44.fW1.φt1. E2 ≈ 4,44.fW2.φo. Et2 ≈ 4,44.fW2.φt2. f - tần số dòng điện U1 = E1 + Et1 ≈ 4,44. f .W1.φ1 U W φ W 1 Hệ số máy biến áp : K = 1 ≈ 1 1 = 1 . ≈ U 2 W2φo W2 Kt φ0 Kt = φ1 Đặc điểm chung của máy biến áp hàn : • Máy biến áp hàn là máy biến áp hạ áp. Có điện áp thứ cấp thấp (Ukt < 100V) để đảm bảo an toàn cho ng−ời sử dụng. • Dòng thứ cấp lớn để đủ cung cấp nguồn nhiệt cho quá trình nung chảy kim loại khi hàn . • Máy biến áp hàn có số vòng dây cuộn thứ cấp ít hơn cuộn sơ cấp và tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp lớn hơn tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp. • Số vòng dây ở cuộn thứ cấp phải thay đổi đ−ợc để điều chỉnh c−ờng độ dòng điện hàn. • Phải hạn chế dòng ngắn mạch để tránh cho máy khỏi bị h− hỏng. • Máy biến áp hàn hồ quang tay có đ−ờng đặc tính ngaòi cong dốc. Để tạo ra loại đ−ờng đặc tính này ng−ời ta sử dụng máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng (máy biến áp hàn có cuộn kháng ngoài), hoặc chế tạo mạch từ có từ thông tản lớn nh− máy hàn có lõi từ di động, 21
Máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng. Các chế độ làm việc của máy Chế độ không tải : khi mạch ngoài hở: Ih = IKT = 0 U2 = Ukt = U20. Khi làm việc : U h = U20 - Utc. Utc = Ih . (Rtc +Xtc) Xtc = 2 . π. f . L trong đó f - tần số dòng điện L - Hệ số tự cảm của bộ tự cảm Rtc - Điện trở thuần của bộ tự cảm; Xtc - Trở kháng của bộ tự cảm. W1 W2 que hàn Bộ tự cảm riêng Vật hàn Hình Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng Khi dòng điện tăng, từ thông qua bộ tự cảm tăng (phụ thuộc vào khe hở của mạch tự bộ tự cảm) lúc đó hiệu điện thế hàn sẽ giảm. Chế độ ngắn mạch : U R U + ∆U I = 2 t ≈ 2 n.m 2 −8 2 0,8.π f .10 Wtc R + r Rt -Từ trở của bộ tự cảm R - điện trở mạch hàn r - điện trở cuộn thứ cấp (R+r ≈ 0.001 ôm) ∆U điện thế rơi trên cuộn thứ cấp Wtc - số vòng dây của bộ tự cảm B. Máy hàn có lõi từ di động Đây là loại máy hàn xoay chiều có từ thông tản lớn. Sơ đồ nguyên lý : 22
4 1 2 3 Hình 3 - 24 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp có lõi từ di động 1- Gông từ, 2- Lõi từ di động 3- Vật hàn, 4- Que hàn Các chế độ làm việc: Khi không tải I 2 = I h = 0 U U W .φ W 1 = 1 = 1 1 = 1 U 2 U 20 W2 .φ0 W2 .Kt Điện áp không tải : Khi có tải I h ≠ 0; 2 X ba = ω.(W2) Rm ; ω = 2πf Rm - Điện trở mạch từ có từ thông tản đi qua F - Tần số dòng điện U20 Ih XBA Uh Uh = U20 - Et2 = U20 - Ih.Xba Khi ngắn mạch : Khi I tăng sẽ làm cho suất điện động E t2= U2 = U20. Nên Uh = 0 Inm = U20/Xba (Xba = X1 + X2; X1,X2 - Cảm kháng cuộn sơ cấp và thứ cấp Để điều chỉnh c−ờng độ dòng điện hàn ng−ời ta thây đổi vị trí của lõi từ di động. Khi lõi từ đi vào gông từ, từ thông tản tăng lên và làm giảm dòng điện hàn; ng−ợc lại khi lõi từ đi ra khỏi gông từ thì từ thông tản giảm, dòng điện hàn sẽ tăng. 23
Đ−ờng đặc tính ngoài của loại máy này rất dốc nên chỉ ứng dụng cho loại máy hàn có dòng không lớn. Hình 3 - 25 Sơ đồ nguyên lý máy hàn có nhiều trạm 1 3 2 Hình 2 - 26 Sơ đồ nguyên lý máy hàn 3 pha 1- máy biến áp hàn 2 - Vật hàn 3 - Que hàn (điện cực hàn) C. Máy hàn một chiều Máy hàn điện một chièu cũng nh− các loại máy điện một chiều khác có 3 bộ phận cơ bản: phần cảm, phần ứng và vành đổi chiều. Phần cảm : là phần cố định, phần này tạo ra từ thông chính của máy do cuộn kích từ. Phần ứng : là phần quay có lõi thép hình trụ bắt chặt vào trục, trên bề mặt lõi thép có xẻ rãnh để đặt các dây quấn phần ứng. Thân máy, cực từ (phần cảm), lõi thép hợp thành mạch từ của máy điện một chiều. 24
Vành đổi chiều : gồm các lá đồng ghép thành hình trụ, giữa các lá đồng có lớp cách điện với nhau và với trục bằng một lớp mica mỏng. Trên vành đổi chiều có 2 chổi than đ−ợc giữ cố định tại mộth vị trí và nối dây ra mạch ngoài. Dựa vào ph−ơng pháp kích từ máy điện một chiều có các loại : kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hổn hợp. Phân loại máy phát điện hàn một chiều: 1. Máy phát điện hàn có cuộn kích từ độc lập và cuộn dây khử từ (cuộn cản) mắc nối tiếp. 2. Máy hàn có cuộn kích từ song song và cuộn khử từ mắc nối tiếp. 3. Máy hàn một chiều có cự từ lắp rời. 4. Máy hàn điện một chiều có nhiều trạm. Dựa vào đ−ờng đặc tính ngaòi của máy có các loại cong dốc, dốc thoai thoải và loại đặc tính cứng. a/ b/ c/ d/ Hình 3 - 27 Sơ đồ nguyên lý một số máy phát 25
a/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ độc lập b/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc nối tiếp c/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc song song d/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có các cuộn dây nối hổn hợp Máy phát điện hàn có cuộn kích từ độc lập và cuộn dây khử từ (cuộn cản) mắc nối tiếp. Cuộn kích từ Cuộn cản Hình 3 - 28 Sơ đồ nguyên lý một máy hàn một chiều kiểu kích từ độc lập Cuộn cản tạo ra từ thông cản nhằm khử từ và tạo ra đ−ờng đặc tính ngoài công và dốc. Đ−ợc đặc tính ngoài của máy hàn hồ quang tay bằng dòng điện một chiều có dạng nh− sau: U Thay đổi nhờ biến trở Thay đổi nhờ cái chuyển mạch I Hình 3 - 29 Đ−ờng đặc tính ngoài . 26
Từ thông sinh ra trong cuộn cản có h−ớng chống lại từ thông chính do cuộn kích từ sinh ra (Φchính). Tổng hợp từ thông của máy khi làm việc sẽ là : Φtổng = Φchính - Φc Khi không tải I h = 0, Φc = 0 Vì ch−a có dòng điện đi qua cuộn cản U kt = CΦchính Φchính = (Ikt.Wkt)/ Rkhe hở. Rkhe hở - Từ trở của các khe hở mà từ thông đi qua (từ trở của mạch từ). Thay đổi vị trí của biến trở sẽ thay đổi c−ờng độ dòng điện kích từ và từ đó thay đổi hiệu điện thế không tải của máy. ở vị trí đầu và vị trí cuối của biến trở sẽ ứng với điện áp không tải Ukt max và Ukt min của máy. Khi có tải : Ih ≠ 0 Trong mạch chính có dòng điện hàn đi qua, ở cuộn cản xuất hiện từ thông Φc có h−ớng ng−ợc lại với từ thông Φkt. Suất điện động sinh ra trong phần cảm của máy phụ thuộc vào tổng từ thông Φc và Φktvà đ−ợc tính theo công thức: E = C.Φtõng = C.(Φ kt - Φc) Hiệu điện thế hàn sẽ là : Uh = E - Ih.Rm Rm = Rmáy -Điện trở của cuộn cản, phần cảm và chổi quét, , Uh = E - Ih.Rm = C.(Φ kt - Φc) - Ih.Rm. I h .Wcc φc = Rt Rt - Từ trở của gông từ mà từ thông đi qua. Φc tăng thì Uh giảm Nh− vậy đ−ờng đặc tính ngoài cong dốc của máy hàn đ−ợc thiết lập do có từ thông của cuộn cản mắc nối tiếp. Chế độ ngắn mạch : Từ thông thông của cuộn cản Φc tăng lên đột ngột, làm cho tổng từ thông Φtổng = Φkt -Φc sẽ rất nhỏ . Từ thông này kích thích phần cảm sinh ra suất điện động của nguồn không lớn lắm và nó sẽ bị tiêu hao trên các điện trở trong của máy phát. Hiệu điện thế hàn giảm xuống gần bằng không nên dòng điện ngắn mạch đ−ợc hạn chế. E I n.m = Rm.ng. + Rtr Rm.ng - Điện trở mạch ngoài; Rm tr - Điện trở của máy phát (điện trở mạch trong) Dòng điện hàn đ−ợc điều chỉnh bằng 2 cách : • Thay đổi vị trí của biến trở để làm thay đổi từ thông cuộn kích từ Φkt. • Thay đổi số vòng dây của cuộn cản. 27
d.Máy hàn dòng chỉnh l−u Đặc điểm của máy hàn chỉnh l−u : • Khoảng điều chỉnh chế độ hàn rộng; • Chất l−ợng hàn cao • Không có phần quay nên không có tiếng ồn; • ít tổn thất khi chạy không tải; • Khối l−ợng nhỏ và cơ đômngj hơn; • Có thể thay các dây quấn từ đồng bằng dây nhôm sẽ có giá thành rẻ hơn. Nh−ợc điểm : • Thời gian ngán mạch dài, có thể làm cho điốt bị hỏng • Phụ thuộc vào điện thế nguồn Máy hàn chỉnh l−u có 3 bộ phận : • Máy biến áp và các bộ phận điều khiển, đóng ngắt dòng và điện áp; • Bộ phận chỉnh l−u. • Bộ phận thay đổi dòng điện để hàn Hình 3-30 Sơ đồ nguyên lý của máy hàn một pha chỉnh l−u 2 nửa chủ kỳ Ing a/ T ICL b/ T Hình 3 . 30 Biến thiên của dòng điện nguồn (a) và dòng chỉnh l−u (b) 28
Hình 3 - 31 Sơ đồ nguyên lý máy hàn chỉnh l−u 3 pha I CL T Hình 3- 32 Đồ thị biến thiên dòng điện chỉnh l−u 3 pha 3. 5. Điện cực hàn Điện cực hàn là tên gọi chung cho các loại que hàn nóng chảy và không nóng chảy. Khi hàn hồ quang ta có thể sử dụng điện cực nóng chảy (th−ờng gọi là que hàn) và điện cực không nóng chảy. Trong thực tế do quen nên th−ờng gọi chung là que hàn. Vì vậy trong hàn hồ quang và hàn khí ta sẽ dùng thuật ngữ “que hàn” để chỉ điện cực nóng chảy và không nóng chảy. Que hàn không nóng chảy th−ờng đ−ợc chế tạo từ than, grafít. vônfram hoặc các vật liệu trên kết hợp với các chất dễ phát xạ electron (nh− La, Ra, ) Que hàn nóng chảy là loại điện cực mà lõi làm bằng kim loại (thép, gang, dồng, nhôm, ) bên ngoài có một lớp thuốc bọc. Khi hàn que hàn sẽ bổ sung kim loại và tăng c−ờng một số tính chất đặc biệt cho mối hàn. Que hàn nóng chảy có nhiều loại 29
nh− que hàn thép các bon, que hàn thép inóc, que hàn thép hợp kim, que hàn đồng, que hàn nhôm, 3.5.1 Cấu tạo của que hàn nóng chảy 2 1 Lo L Hình 3 - 33 Sơ đồ cấu tạo que hàn 1 - Lớp thuốc bọc 2 - Lõi que hàn bằng kim loại Bảng 3 - 2 dh (mm) Lo (mm) L (mm) < 3 20 - 25 250 3 - 4 20 - 25 350 - 400 5 - 6 20 - 25 450 3.5.2 Yêu cầu • Đảm bảo cơ tính của mối hàn; • Đảm bảo thành phần hoá học cần thiết của mối hàn; • Có tính công nghệ tốt ( dể gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định, nóng chảy đều, có khả năng hàn ở tất cả các vị trí trong không gian, mối hàn không có rổ, không nứt, xỷ nổi đều và dễ bong ra, không bắn toé nhiều. • Hệ số đấp cao; • Không sinh khí độc hại ảnh h−ởng đến sức khoẻ của công nhân; • Dễ dàng chế tạo & giá thành rẻ; 3.5.3 Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn • Kích thích hồ quang và làm cho hồ quang cháy ổn định; • Tạo khí & tạo xỷ để bảo vệ mối hàn; • Lớp xỷ có tác dụng làm cho muối hàn nguội chậm tránh hiện t−ợng tôi của mối hàn; • Khử ôxy hoàn nguyên kim loại; • Tăng cơ tính và một số tính chất đặc biệt của mối hàn; 3.5.4 Ký hiệu tiêu chuẩn Việt Nam N - 48-32 - N - Chỉ que hàn nối thép; 7 2 • Số tiếp sau - chỉ độ bền σB . 10 (N/m ) 30
• Chỉ số tiếp theo - chỉ nhóm thuốc bọc 1 - nhóm axít; 2 - nhóm bazơ; 3 - nhóm xỉ ti tan); • Hàn tốt ở mọi cực : 1 4 - Hàn tốt ở cực âm : 2 5 - Hàn tốt ở cực d−ơng : 3 6 3.5.5. Sản xuất que hàn Que hàn có thể sán xuất bằng tay, bằng máy. Các b−ớc cân tiến hành là Chuẩn bị lõi, chuẩn bị thuốc bọc . Thuốc bọc que hàn có thể sử dụng các chất sau đây: • Chất dễ gây hồ quang và ổn định hồ quang (kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ nh− mica : KAl2[AlSiO3O10](OH)2 KnAl2O3.SiO2. MgO2, Na2CO3 (thuỷ tinh lỏng) • Chất sinh khí bảo vệ Xen lu lô, tinh bột, CaCO3.MgCO3 (Dolomide CaMg(CO3) ; C6H10O5)n // Destrin, • Chất tạo xỷ [quặng sắt đỏ (Fe2O3 chiếm 90%)], Fe3O4, cẩm thạch, CaCO3, huỳnh thạch (CaF2), CaMgCO3, TiO2, NaAlSi3O5, (KNaAl2)3.6SiO2 • Chất khử ôxy & hợp kim hoá mối hàn : Ferô hợp kim, bột nhôm , bột sắt, grafít, • Chất tạo hình : cao lanh Al2O3.2SiO2.2H2O, ben tô nhít (nSiO2.m Al2O3), xenlulô, • Chất dính kết : Thuỷ tinh lỏng, kriôlít (NaAlF6,) Destrin (C6H10O5)n Các loại que hàn không nóng cháy đ−ợc chế tạo từ grafít, vônfram W, hoặc từ một số hợp kim dặc biệt khác . Đ−ờng kính điện cực vônfram trong khoảng từ 1 6 mm và có thể lớn hơn. Điện cực than, grafít có dh = 6 30 mm , l < 300 mm. 3- 6 Quá trình nóng chảy và dịch chuyển kim loại que hàn nóng chảy. Khi hàn hồ quang quá trình nóng chảy và dịch chuyển kim loại que hàn xảy ra qua nhiều giai đoạn: 1 2 3 4 Hình 3 - 34 Sơ đồ dịch chuyển kim loại lỏng qua các giai đoạn 1, 2, 3, 4 31
Phản lực đẩy của khí sinh ra từ thuốc bọc que hàn R. R Sức căng bề mặt F F F lực điện tr−ờng F F F P F Trọng lực P F a/ b/ Hình 3 - 35 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên giọt kim loại lỏng • Giai đoạn 1 : Hình thành lớp kim loại lỏng trên bề mặt que hàn và vật hàn (1). D−ới tác dụng của lực điện tr−ờng (tạo nên vùng bị co thắt) và d−ới tác dụng của trọng lực giọt kim loại lỏng dịch chuyển xuống dần cho đến khi tiếp xúc vật hàn. • Giai đoạn 2 : D−ới tác dụng của trọng lực và sứ căng bề mặt giọt kim loại lỏng đ−ợc hình thành. (2) • Giai đoạn 3 : Khi giọt kim loại lỏng tiếp xúc vật hàn thì ngắn mạch, kết quả nhiệt tăng đột ngột làm cho giọt kim loại lỏng lớn nhanh và tách ra khỏi que hàn. (3) Kích th−ớc và số l−ợng giọt kim loại lỏng phụ thuộc vào c−ờng độ dòng điện, cực điện nối với que hàn , thành phần và các tính chất khác của que hàn. Giọt kim loại lỏng có kích th−ớc khoảng 1 - 4 mm ( đối với que hàn không có thuốc bọc); trên d−ới 0,1 mm khi hàn dòng lớn và que hàn có thuốc bọc. • Giai đoạn 4 : Các quá trình trên cứ tiếp tục lặp lại theo các trình tự trên (4) Giọt kim loại lỏng luôn chịu tác dụng của các lực : trọng lực, sức căng bề mặt, phản lực của các chất khí, lực điện tr−ờng. Khi hàn sấp giọt kim loại lỏng luôn rơi và vũng vũng hàn một cách dẽ dàng. Khi hàn trần (xem hình b/) trọng lực gây khó khăn cho quá trình dịch chuyển kim loại đi lên. Tuy nhiên ở đây vai trò của sức căng bề mặt, lực đảy của các chất khí và lực điện tr−ờng có vai trò rất quan trọng làm cho giọt kim loại lỏng đi lên từ que hàn vào vũng hàn. Lực điện tr−ờng bao gồm 2 lực : lực điện tr−ờng tỉnh (làm co thắt giọt kim loại lỏng) và lực điện tr−ờng động có chiều từ que hàn đến vật hàn có tác dụng đảy giọt kim loạ lỏng. Vì c−ờng độ điện tr−ờng của que hàn (có mật độ dòng lớn) luôn luôn lớn hơn c−ờng độ điện tr−ờng của vật hàn (có mật độ dòng nhỏ). 32
3.7 Công nghệ hàn hồ quang 3.7.1 Vị trí các mối ghép hàn trong không gian : có 4 vị trí chính II III I 1 3 2 IV Hình 3 - 36 Vị trí các mối hàn trong không gian. I - hàn bằng II - hàn ngang , hàn leo(hay hàn đứng) III - hàn ngữa IV - hàn trần. (hàn trần là vị trí hàn đặc biệt . ghi chú: 1- que hàn 2-vật hàn 3 - hồ quang 3.7.2 Các loại mối ghép hàn đ−ợc phân ra: • Mối hàn giáp mối (a, c) tức là các mép vật hàn tiếp giáp vào nhau; mối hàn chồng mí (b); mối hàn góc ( d ) mối ghép hàn theo kiểu chữ T , L (e) a/ c/ b/ d / e/ Hình 3 - 37 Các loại mối ghép hàn 3.7.3 Chuẩn bị các loại mối hàn. Để tạo điều kiện cho mối hàn kết tinh (đông đặc) tốt, tránh đ−ợc một số khuyết tật, ng−ời ta phải chuẩn bị các mép hàn tr−ớc khi hàn: Khâu chuẩn bị bao gồm các b−ớc : • Làm sạch mép vật hàn ; • Đổi với thép mỏng cần gấp mép ; 33
• Tính theo công thức ; π.d 2 I = h J (A) h 4 dh - đ−ờng kính que hàn ( tính bằng mm) J - mật độ c−ờng độ dòng điện hàn (A/mm2); J -phụ thuộc vào nhóm thuốc bọc que hàn : Bảng 3 - 4 dh (mm) Nhóm thuốc bọc 3 4 5 J A/mm2) axit, ti tan 14,0 - 20,0 11,5 - 16,0 10,0 - 13,0 J A/mm2) Bazơ 13,0 - 18,5 10,0 - 18,5 9,0 - 12,0 Chú ý : • Khi hàn những tấm kim loại mỏng cần giảm dòng điện xuống 10 - 15 % • Khi hàn ngang ,hàn đứng cần giảm I h 10 -2%; • Khi hàn trần , cần giảm xuống 15- 25 % so với vị trí hàn bằng . c Hiệu điện thế hàn : Uh chọn trong khoảng : 30 -35 V dòng một chiều 20 -30 V dòng xoay chiều d - Tính số lớp cần hàn n. Khi hàn thép có chiều dày lớn, ta cần hàn nhiều lớp . - lớp thứ 1 (Fo) : ta hàn que hàn nhỏ , khoảng 3 mm - các lớp tiếp theo (Fn) ta hàn bằng que hàn lớn có đ−ờng kính 4 hoặc 5 mm Fn Fo Hình 3 39 Sơ đồ mối hàn nhiều lớp F− F n = do +1 Fn F đ - diện tích tiết diện cần đấp ; F - diện tích tiết diện lớp thứ nhất ; O Fn - diện tích tiết diện các lớp tiếp theo; F đ = F1 + F 2 + F3 + F4 - dựa vào kích th−ớc của mối hàn theo tiêu chuẩn ta tính Fđ: 2 FO = (6- 8) dh mm 2 F n =( 8- 12) dh mm d - Vận tốc hàn: Vh = Lh/t h Lh chiều dài đ−ờng hàn th thời gian hàn Lh LFhd γ Md Vh == = Mặt khác Md = αd.Ih.th. th tFhd γγ Ftdh 35
αd.Ih αdh.I Vh = (cm/h) = Vh = (cm/s) γ .Fd γ .Fd .3600 Trong đó : αd - (g/(A.h)) γ - (g/cm3) 2 Fd - cm . f - Thời gian hàn t = t h q + t ph t h q - thời gian hồ quang cháy t ph - thời gian phụ ( thời gian đóng mở máy, thay que hàn, chuẩn bị vật hàn, di chuyển vật hàn, đi lại, Để đơn giản ta tính: t = t h q /K k là hệ số phụ thuộc trình độ tổ chức sản xuất k = 0, 5 - 0, 6 Trình độ tổ ch−c sản xuất khá k = 0, 3 - 0, 4 Trình độ tổ chức sản xuất trung bình k <= 0, 3 Trình độ tổ chức sản xuát kém thq - thời gian hồ quang cháy. γ FLdh thq = (h) αdh.I Để tăng năng suất khi hàn ta nên chon chế độ sao cho t h nhỏ nhất. Hay nên cho I lớn, chọn que hàn có hệ số hàn đấp (αd ) cao; chon que hàn lớn, hàn bằng hồ quang 3 pha hoặc hàn bằng que hàn nằm, Bên cạnh đó cần tổ chức sản xuất tốt để giảm thời gian phụ 3. 8 Kỹ thuật hàn hồ quang 3.8.1 Chọn góc nghiêng que hàn hợp lý α = 75 - 85 o. Hình 3 - 40 Góc nghiêng que hàn • Góc nghiêng que hàn phụ phuộc chiều dày vật hàn, ph−ơng pháp hàn, và tính chất vật hàn. • Khi hàn vật hàn có chiều dày lớn thì chọn góc nghiêng lớn; • Vật hàn có tính dẫn nhiệt cao thì chọn góc lớn, 36
• Khi góc hàn , góc nghiêng của que hàn thay đổi để cho mỗi hàn đều hai cạnh Khi hàn leo Hình 3 - 41 Sơ đồ hàn leo Khi hàn trên xuống 1 2 Hình 3 - 42 3.8.2 Chọn l−ợng dịch chuyển que hàn cho hợp lý : • Khi hàn tấm mỏng thi que hàn dịch chuyển theo đ−ờng thẳng. Hình 3 - 43 Nguyên tắc dịch chuyển que hàn khi hàn vật mỏng • Khi hàn vật dày và có mối hàn rộng thì vừa tịnh tiến vừa chuyên động qua lại theo ph−ơng ngang. Hình 3 - 44 Nguyên tắc dịch chuyển que hàn khi mối hàn rộng 37
• Khi hàn nhiều lớp thì cần chuẩn bị kỹ lớp hàn thứ nhất. Chọn thứ tự hàn các lớp tiếp theo hợp lý. Sau mỗi đ−ờng hàn phải làm sạch các chất xỷ, rổ, • Khi mối hàn có chiều dài lớn thì phải chia thành từng đoạn theo thứ tự nh− sau nhằm chống những biến dạng khi hàn. 1 2 3 4 5 3 1 2 4 6 Hình 3 - 45 Thứ tự hàn các mối hàn có chiều dài lớn • Chuyển động từ giữa ra (hàn ra hai phía ) : khi mối hàn nhỏ , không rộng đ−ờng hàn dài • Chuyển động theo những đ−ờng tròn : mục đích là tăng chyều rộng mối hàn ứng dụng khi hàn trần , hàn đứng • Chuyển động qua lại : tăng nóng chảy hai bên mép hàn • Chuyển động nhiều về một phía : khi hàn một tấm dày và một tấm mỏng • Để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn ng−ời ta ng−ời ta th−ờng hàn theo từng đoạn đối với đ−ờng hàn lớn . • Khi hàn trần và hàn ngang , hàn đứng cần giảm dòng điện đi từ 10 _ 20% (có khi 25% ).que hàn ít dao động, chiều dài hồ quang ngắn, chọn que có đ−ờng kính nhỏ, chọn que hàn có thuốc bọc cứng , khó chảy 3.8 Hàn hồ quang bán tự động và tự động trong các môi tr−ờng bảo vệ 3.8.1 Hàn bán tự động và hàn tự động a. Khái niệm : Hàn bán tự động là một quá trình hàn mà dây hàn đ−ợc cấp tự động vào vùng hàn còn việc di chuyển mỏ hàn đ−ợc thực hiện bằng tay ng−ời điều khiển. Hàn tự động là một quá trình hàn mà việc cấp dây hàn và di chuyển mỏ hàn theo mối hàn đ−ợc thực hiện hoàn toàn bằng máy. Hàn bán tự động và bán tự động có thể đ−ợc hàn trong các môi tr−ờng bảo vệ nh− hàn d−ới lớp thuốc hoặc hàn trong các môi tr−ờng khí bảo vệ. Hàn tự động và bán tự động trong môi tr−ờng không khí hầu nh− không đ−ợc sử dụng nữa vì chất l−ợng mối hàn kếm. b. Phân loại Hàn bán tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hổn hợp các loại khí) Hàn bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ Hàn tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hổn hợp các loại khí) Hàn tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ 38
Theo lớp thuốc bảo vệ c. Vật liệu hàn : Thuốc hàn ( cho hàn hồ quang và cho hàn khí), dây hàn hồ quang điện và hàn khí), khí bảo vệ. Thuốc hàn Tác dụng : tạo xỷ lỏng bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng của oxy, ni tơ trong không khí. Thuốc hàn có dạng hạt hay bột. Thuốc hàn điện đ−ợc phân ra : Thuốc hàn nóng chảy; thuốc hàn bột ( không nóng chảy : gốm keramit, bột thiêu kết, bao gồm các chất khoáng thiên nhiên với hợp kim ferro và thuỷ tinh n−ớc. Theo chức năng sử dụng ng−ời ta chia ra : • Thuốc cho hàn thép các bon và hợp kim thấp; • Thuốc hàn thép hợp kim; • Thuốc hàn hợp kim màu; Theo thành phần các chất ng−ời ta chia ra : • Loại có SiO2 cao ( 40 - 50 % SiO2 ) • Loại SiO2 thấp ( < 35 % SiO2 ) • Loại không có SiO2. • Loại không chứa oxy • Xỷ có tính bazơ : CaO, MgO, FeO, • Xỷ có tính axit TiO2, SiO2, • Xỷ trung tính chứa Cl2 , F2. Yêu cầu đối với thuốc hàn : • Nhiệt độ nóng chảy của thuốc hàn nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy cuat kim loại cơ bản khoảng 200 - 300 oC. • Thuốc hàn phải có độ ẩm thấp và độ bền cơ học nhất định. • Thuốc hàn phải tạo điều kiện cho hồ quang dễ cháy và cháy ổn định. • Thuốc hàn phải tạo điều kiện cho quá trình hình thành mối hàn tốt, đặc chắc, không có rổ khí, ngậm xỷ, • Đảm bảo khử các tạp chất và thoát khí tốt; loại trừ các khuyết tật nh− rổ khí, ngậm xỉ, nứt vùng mối hàn. • Hợp kim hoá mối hàn, đảm bảo cơ tính tốt • Tạo mảng mỏng bảo vệ và dể dàng tách khỏi bề mặt mối hàn. • Không sinh bụi và khí độc hại • Giá thành hạ Khí bảo vệ mối hàn Khí trơ ( Inert gas ) : Ar, He Khí hoạt tính ( active gas ) : CO2, N2, H2, Hơi n−ớc ( H2O ) Dây hàn có các loại : • Dây hàn thép các bon và hợp kim thấp, dây hàn thép hợp kim, dây hàn hợp kim cao • Dây hàn đấp; • Dây hàn bột ; • Dãi kim loại Đ−ờng kính dây hàn : 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 6,5; 8 mm Khối l−ợng một cuộn : 1,5 - 30 kg có thể đến 80 kg ( cả khung dây ) 39
3.8.2. Hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ a. Khái niệm Hồ quang hở là hồ quang tiếp xúc với không khí, nămg suất cao hơn khi hàn hồ quang tay nh−ng chất l−ợng mối hàn thấp. Hồ quang kín - là hồ quang cháy d−ới lớp thuốc hoặc trong các môi tr−ờng khí bảo vệ khác. b. Sơ đồ nguyên lý hàn tự động d−ới lớp thuốc bảo 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3 - 46 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ 1- Con lăn cấp dây hàn; 2- Dây hàn; 3- Thuốc hàn; 4- Lớp xỷ đã đông đặc; 5- Lớp kim loại lỏng; 6- Lớp kim loại mới kết tinh Đặc tính của hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc. • ít hao tốn kim loại, hệ số hàn đấp cao , tiết kiệm đ−ợc kim loại que hàn. • Hệ số mất mát nhiệt thấp do thuốc hàn không dẫn nhiệt và dẫn điện, • Cho phép hàn với dòng điện cao nên tốc độ hàn lớn, năng suất hàn cao. • Vùng ảnh h−ởng nhiệt nhỏ do thể tích nóng chảy(Vh) nhỏ. • Chất l−ợng mối hàn cao; cơ tính tốt. • Điều kiện lao động tốt do hồ quang kín. • Cho phép cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn. Nh−ợc điểm : • Khó thực hiện các mối hàn có hình dạng và quỹ đạo hàn phức tạp. • Giá thành thiết bị đắt. • Yêu cầu khi gá lắp và chuẩn bị hàn khá công phu. c. Công nghệ hàn tự động d−ới lớp thuốc. Chuẩn bị vật hàn ( t−ơng tự hàn hồ quang tay ) Các loại mối hàn : • Hàn một phía • Hàn 2 phía • Hàn có tấm lót thép hay tấm lót bằng đồng. • Hàn có đệm thuốc 40
• Hàn theo quỹ đạo thẳng và cong Các thông số mối hàn. Hình dáng mối hàn và các hệ số của nó B Hệ số ngấu : ψ = ng h B C h B - chiều rộng mối hàn S mm C - Chiều cao mm Hình 3 - 47 Một số kích th−ớc cơ bảnh củaChiề mối hànâ ối h Ψng = 0,8 - 4 ( Tốt nhất là 1,2 - 2 ) [ 14 ] Sebeko-1975-page 171) Ψng 4 Tăng biến dạng và nguồn nhiệt sẽ không đ−ợc cung cấp hợp lý. B Hệ số hình dáng mối hàn : ψ = hd C Ψhd = 5 - 12 ( th−ờng lấy bằng 7 - 12 ) Ψhd > 12 Mối hàn bị lõm Ψhd < 5 Mối hàn bị tập trung ứng suất F Hệ số điền đầy ngấu mối hàn : à = ng dd B.h F Hệ số điền đầy lồi mối hàn : à = dl ≈ 0,73 ddng B.C L Hệ số hình dáng vũng hàn ( bể hàn ) :ψ =≈const. vh B ( hệ số này không đổi nếu các thông số của chế độ hàn không đổi.tính chất của vật liệu đồng nhất ). Q UI. L ==K. hh 2.πλ. .Tnc λ.Tnc Q = 0,24.Uh.Ih.ηhq. ( cal ) Uh - Điện áp hàn(V); Ih.- C−ờng độ dòng điện hàn ηhq. - Hệ số hữu ích của nguồn nhiệt ( hồ quang hàn ) ηhq ≈ 0,98 K - hệ số K = 2,8 - 3,6 mm/(KVA) khi hàn thép các bon thấp (Page 107Hàn ống 1962) K = 1,7 - 2,3 mm/(KVA) khi hàn bằng que hàn có thuốc bọc dày. Giả sử tiết diện ngấu của mối hàn là nữa hình tròn thì 2.Q 2.qdv B = 2 r (*); Tmax =22= ( ) πγ eC. .Vh .r π ecγ.r 41
2q Từ ( ) ta có r 2 = dv πγ ec .Tnc Trong đó : c - nhiệt dung riêng ( cal/oC) γ - Khối l−ợng riêng của vật liệu ( g/cm3) λ - Hệ số truyền nhiệt ( cal/(cm.s) C. γ - Nhiệt dung riêng thể tích ( cal/ ( cm3.oC ) λ a = ( )a- độ dẫn nhiệt độ ( cm2/s) C.γ 22.Q q Từ ( ) ( ) ta có r == πγ ec .Tnc Veh .πγ c.Tnc Ta có : q=Q/Vh. L Q àvh == =A.U hhI Vh=Const B 2.πλ. TBnc . Sự phụ thuộc của hình dạng mối hàn vào chế độ hàn. Hình dáng và kích th−ớc của mối hàn phụ thuộc c−ờng độ dòng điện hàn ( Ih), 2 mật độ c−ờng độ dòng điện J = I/F ( A/cm ), điện áp hàn ( Uh ) , Vận tốc hàn ( Vh ), loại dòng điện và cực của nó, điện cực, kích th−ơng dây hàn, I1 I2 I > I Hình 3 - 49 2Sự phụ1 thuộc kích th−ớc mối hàn vao c−ờng độ dòng điện U1 U2 U2 > Hình 3 - 50 Sự phụ thuộc kích th−ớc mối hàn vào điện áp hàn Vh1 Vh2 Vh2 >Vh1 Hình 3-51 Kích th−ớc mối hàn phụ thuộc chế độ hàn a/ Dòng điện tăng thì chiều sâu của mối hàn tăng b/ Điện áp tăng làm cho chiều rộng tăng c/ Vận tốc tăng làm cho tiết diện giảm và không đều Để đơn giản hoá cho quá trình tính toán ta đ−a ra 3 đ−ờng đẳng nhiệt ứng với các chế độ hàn khác nhau và có độ ngấu tăng dần từ dạng nửa ellip ngang đến nữa nửa đ−ờng tròn và dạng nửa ellíp đứng ( xem hình 3-52 ). 42
B1 B2 B3 h1 h2 h3 Hình 3 - 52 Sơ đồ các mô hình để tính toán kích th−ớc mối hàn Dạng 1 : hình ellíp ngang có diện tích tiết diện : 2 Bh11 π B1h1 h F1ng ==π h1 =π.ψng1. 22 2h1 2 4 π.B 2 π.h2 Dạng 2 : Nữa hình tròn : F = 2 = 2 ng2 4 4 Dạng 3 : hình ellíp đứng : 2 Bh33 π B3h3 h3 F31ng ==π h3 =πψ.3ng . 22 2h3 2 4 Sơ đồ dạng 1 hợp lý hơn nên có thể viết nh− sau : Từ các công thức trên khi hàn thép các bon và thép hợp kim thấp chiều sâu ngấu có thể tính gần đúng theo công thức : qdv h1 = h = 0,0156 (mm) ψ ng1 Khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ chiều sâu ngấu đ−ợc tính theo công thức : qdv h1 = h = 0,0165 (mm) ( 15 ) ψ ng1 Hệ số ngấu có thể xác định theo công thức thực nghiệm : dUh. h ψ ng =−k.(19 0,01Ih ). ( 16 ) I h K - hệ số phụ thuộc loại dòng điện. K = k1 = 1 Dòng xoay chiều Nếu J >= 120 A/mm2. K = k2 = 1,12 Dòng một chiều nối thuận K = k3 = 0,92 Dòng một chiều nối nghịch Nếu J < 120 A/mm2. 28, 2 K = k = Dòng một chiều nối thuận 2 J 0,1925 0,1925 K = k3 = 0,367 . J Dòng một chiều nối nghịch Xác định chiều rộng mối hàn : B = Ψng. h 43
F Xác định chiều cao mối hàn : C = d 07,.3B αdh.I 2 F đ = ( cm ) 3600 γ Vch (m/s) αdh.I 2 F đ = ( mm ) 3600 γ Vmh ( /h) Khi hàn tự động d−ới lớp thuốc αđ = αch. Khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ αđ = α’ch + ∆αch Khi hàn dòng xoay chiều 70,.210−3 .I α = 7 + h g/(A.h) đ d 1,035 70,.210−3 .I Khi hàn dòng một chiều nối thuận α = 6,3 + h đ d 1,035 Khi hàn dòng một chiều nối nghịch αđ = 11,6 ± 0,4 Tính toán chế độ hàn tự động d−ới lớp thuốc h1 = S/2 + k k = ( 1 3 ) mm Ih = ( 80 - 100 ) h1. ( A ) h1 tính bằng mm Ih = h1/kh Bảng 3 - 5 dh Kh mm Xoay chiều 1 chiều ( thuận) 1 chiều ( nghịch) 2 1,3 1,15 1,45 3 1,15 0,95 1,30 4 1,05 0,85 1,15 5 0,95 0,75 1,10 6 0,90 - - π.d 2 I = h J h 4 Bảng 3 - 6 dh mm 2 3 4 5 6 J A/mm 65-200 45-90 35-60 30-50 25-45 2 Xuất phát từ điều kiện B = 2r ta có : àvh = A.Uh.Ih.Vh = Const A' Uh ≈ Const ẻ Vh.Ih =A’ ặ Vh = I h Bảng 3 - 7 dh mm 1,2 2 3 4 5 6 A’ (2-6).103 (5-8).103 (12-16).103 (16-20).103 (20-25).103 (25-30).103 Kinh nghiệm có thể nhận : Vh = 2500 / Ih ( Sebeko-page 174-1975) 44
BI. h Tính hiệu điện thế hàn : Uh = Uo + n ± 1 dh Gía trị (+ 1) Khi hàn giáp mối Giá trị (- 1) khi hàn góc Uo = 20 V nếu dh = ( 2 - 6) mm Tính vận tốc cấp dây hàn : Vận tốc cấp dây hàn đ−ợc tính toán dựa theo điều kiện cân bằng khối l−ợng kim loại cần đắp với thể tích dây hàn. γ KL.Vd = γ dh.Vdh γ dh.Fd .L = Fdh.Ldh.γ dh γ dh.Fd .L.t = Fdh.Ldh.γ dh.t Fd .Vh = Fdh.Vdh ặ FdVh Vdh = Fdh Đơn vị tính : Vdh - Vận tốc dây hàn cm/s Vh - Vận tốc hàn cm/s 2 Fđ - Diện tích cần đắp cm . 2 Fdh - Diện tích tiết diện dây hàn cm . 3 γdh - Khối l−ợng riêng dây hàn g/cm . 3 γKL - Khối l−ợng riêng KL vật hàn g/cm . 3.8.3 Hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ a- Giới thiệu : Hàn tự động và bán tự động trong các môi tr−ờng khí bảo vệ đ−ợc ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế từ những năm 1950-1952. Chỉ riêng ngàh đóng tàu ng−ời ta thấy rằng có khoảng 30 % các kết cấu hàn bằng tay, 42 % hàn tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc, 25% hàn tự động và bán tự động trong môI tr−ờng khí bảo vệ. [ 6 ] Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ 1 2 3 4 5 Hình 3-52 Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ 45
1 Con lăn cấp lõi; 2 - Dây hàn; 3 - Đầu mỏ hàn; 4 - Khí bảo vệ 5 - Vật hàn c - Phân loại các ph−ơng pháp hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ Hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ Khí hoạt tính Khí trơ (Inert gas) ( active gas )MAG Điện c−c nóng chảy Điện c−c nóng chảy và không nóng chảy và không nóng chảy (MIG, TIG ) Hàn Hàn trong Hơi Nitơ Heli Argon Hổn hợp trong hổn hợp n−ớc N2 He Ar các loại khí CO2 các loại khí Hình 3-53 Sơ đồ phân loại các ph−ơng pháp hàn trong các môi tr−ờng khí bảo vệ. d - Đặc điểm hàn tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ . Khí hoạt tính : CO2, N2, H2, Khí trơ : Ar, He, Khi hàn ng−ời ta có thể sử dụng các loại khí trơ , khí hoạt riêng biệt hoặc hợp chất của chúng nh− các loại khí trơ với khí trơ, khí hoạt tính này với khí hoạt tính khác hay khí trơ với khí hoạt tính. Hàn trong môi tr−ờng khí hoạt tính dùng cho thép các bon, thép hợp kim thấp. Hàn Hàn trong môi tr−ờng khí trơ dùng cho các loại thép hợp kim, kim loại màu nh− nhôm, Ti, Nitơ dùng cho hàn hợp kim đồng 1. Nguồn điện có thể là 1 chiều nối nghịch, nối thuận, xoay chiều. Hồ quang trực tiếp và hồ quang gián tiếp. Có thể sử dụng hồ quang 3 pha. Hồ quang 3 pha th−ờng dùng dòng xoay chiều . 2. Có thể dùng điện cực không nóng chảy (Thanh, grafit, vônphram -W), th−ờng dùng nhất là điện cực vônfram nối trực tiếp , dòng một chiều nối thuận ( cực âm nối với que hàn, cực d−ơng nối với vật hàn); còn khi hàn dây hàn thì nối nghịch ( cực d−ơng nối với dây hàn). 3. Có thể dùng điện cực nóng chảy (dây hàn nóng chảy). Khi hàn dòng một chiều bằng day hàn nóng chảy th−ờng đ−ợc nối nghịch ( cực d−ơng nối với dây hàn, cực âm nối với vật hàn). 4. Tốc độ cấp dây có thể ổn định và có thể thay đổi tuỳ theo điện áp. 5. Ph−ơng pháp hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ rất đa năng. Có thể hàn ở bất kỳ vị trí nào trong không gian; đảm bảo cơ khí hoá, tự động hoá quá trình hàn; chất l−ợng mối hàn đ−ợc nâng cao; 6. Hàn trong môi tr−ờng khí đ−ợc ứng dụng nhiều trong ngành đóng tàu. 46
e - Hàn trong môi tr−ờng khí CO2. 1. CO2 th−ờng dùng : loại 1 (99,5%CO2) Loại 2 (99%), Loại thực phẩm (98,5%). 2. CO2 th−ờng dùng ở trạng thái lỏng và cho vào bình có dung tích 40 lít và có khối l−ợng khoảng 25 kg. 3. Trong ngành đóng tàu th−ờng dùng dòng một chiều nối nghịch. (P.7 Golochenko) . 4. Cho vào dây hàn một số chất (kim loại kiềm, kiềm thổ) sẽ làm tăng tính ổn định cho hồ quang hàn và cho phép hàn có sự dịch chuyển dây hàn nóng chảy theo dòng nên làm giảm sự bắn toé. Dòng xoay chiều th−ờng làm cho hồ quang không ổn định và tăng bắn toé. 5. Chính vì thế mà hiện nay khi hàn điện cực nóng chảy trong môi tr−ờng khí CO2 th−ờng dùng dòng một chiều nối nghịch. 6. Dây hàn có các loại theo tiêu chuẩn : 0,3 ; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0 mm ( trang 25- 1962). Dây hàn nhỏ d = 0,5 - 1,2 mm Dây hàn lớn d = 1,2 - 3,0 mm. Kích th−ớc giọt kim loại lỏng khi hàn có ngắn mạch ( dgiọt > 1,5 dh ) khi không ngắn mạch là ( dgiọt > 0,8 dh ) và khi chảy thành dòng là ( d giọt khó bảo vệ khỏi tác dụng của oxy CO2 + [Fe] ặ [FeO] + CO [FeO] + [ C ] ặ [ Fe ] + CO Khí CO không hoà tan vào kim loại nóng chảy mà sẽ bay hơi, vì thế dể dàng sinh ra rổ khí trong mối hàn. Các biện pháp chống CO : 1. Cho vào vùng mối hàn các chất khử oxy hoá CO : Si, Mn Chất l−ợng bảo vệ phụ thuộc “độ cứng “của dòng khí bảo vệ mà đ−ợc đặc tr−ng bởi l−ợng khí tiêu hao . Ví dụ : L−ợng khí tiêu hao Q = 900 lít/giờ sẽ có “độ cứng gấp 1,5 lần so với dòng khí mà có Q = 600 lít/giờ. ( trang 23-1962). 2. Cho vào vùng hàn hoặc dây hàn các nguyên tố nhóm kim loại kiềm hay kim loại kiềm thổ sẽ có tác dụng làm hồ quang cháy ổn định và tạo nên sự dịch chuyển kim loại lỏng chảy thành dòng và làm giảm sự bắn toé khi hàn. Nh−ợc điểm khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ CO2. 47
1. L−ợng kim loại bắn toé khi hàn trong môi tr−ờng khí trơ nhỏ hơn khi hàn trong CO2 đặc biệt khi hàn với chế độ dịch chuyển kim loại lỏng ở dạng giọt lớn. Để giảm bắn toé có thể sử dụng hàn trong môi tr−ờng hổn hợp các loại khí : 95-99% Ar + 5-1 %O2; 75%Ar + 20% CO2 + 5% O2 ; 60-80 % CO2 + 20% O2. (Trang 9 Máy hàn TĐ+BTĐ) 2. Nh−ợc điểm của khí bảo vệ CO2 là kim loại mối hàn bị oxy hoá. Cho nên chất l−ợng mối hàn phụ thuộc l−ợng nguyên tố chất khử nh− Mn, Si trong thành phần các nguyên tố của dây hàn. L−ợng Mn >= 0,9 % so với 0,35 % Mn khi hàn hồ quang tay; l−ợng Si >=0,60% so với 0,3 % ( trang 24 - 1962). 3. Chịu ảnh h−ởng của môi tr−ờng xung quanh nh− gió, bão, Khi hàn ở vị trí ngoàI trời, chất l−ợng mối hàn bị ảnh h−ởng của môI tr−ờng xung quanh: gió , m−a, nhiệt độ của môI tr−ờng, độ ẩm, thời gian lao động ngoàI hiện tr−ờng, môI tr−ờng ăn mòn, [ 6 ] Lực tác dụng của gió cs ảnh h−ởng lớn đến quá trình hàn và đ−ợc xác định theo công ⎛ ρ.V 2 ⎞ g 2 thức: ⎜ D = ⎟ kg/(m.s ) ⎝ 2 ⎠ 3 Vg - Vận tốc của gió (m/s). ρ - khối l−ợng riêng của không khí ( kg/m ). Đặc tính của gió là sự dao động dang xung nh− hình 3-54 Vgio m/s 3 2 1 0 1 2 3 4 t ( phuùt ) Hình 3-54 Dạng xung động của gió N % 0,03 2 0,02 1 0,01 0 3 6 9 Vgió, m/s Hỗnh 3-55 ảnh h−ởng củagió đến thành phần của Nitơ trong mối hàn Hàm l−ợng CO2.đối với dây hàn:1 - dây hàn Cb-08Γ2C; 2 - dây hàn ΠΠ-IO8C [ 9 ]ầnHnf tron môI tr−ờng khí bảo vệ sẽ hạn chế hàm l−ợng nitơ có trong mối hàn (xem bảng 3-7) 48
Bảng 3-7 [ 9 ] Ph−ơng pháp hàn dh( mm ) L−ợng nitơ tính theo khối l−ợng (%) ầnHnf bằng que hàn có thuốc bọc 4,0 0,029 Hàn bán tự động không bảo vệ 1,2 0,140 Hàn bán tự động có bảo vệ 1,2 0,007 Chiều sâu và chiều rộng mối hàn phụ thuộc c−ờng độ dòng đIện hàn và có dạng nh− hình 3-55[ 9 ]. h (mm) h 5 3 2 4 1 100 200 300 400 500 Ih, (A) Hình 3-55 Sự phụ thuộc chiềếuâu mối hàn vào Ih.[ 9 ] [11] ( Các chỉ số 1, 2, 3,4, 5 là đ−ờng kính dây hàn) Sự phụ thuộc chiều rộng của mối hàn trong môI tr−ờng CO2[4] NGhiên cứu các ảnh h−ởng để ta xác định đ−ợc chế độ hàn hợp lý. Các đại l−ợg của chế độ hàn : dh, Ih, Uh, Vh, hh, f - Chế độ hàn là nhân tố ảnh h−ởng lớn đến các thông ố của mối hàn. Chế độ hàn tối −u phải thoả mản : 1. Đảm bảo cho hồ quang cháy ổn định. 2. Năng suất cao 3. Đảm bảo mối hàn ngấu tốt; 4. Mối hàn có hình dáng và kích th−ớc đạt yêu cầu 5. ít bắn toé; 6. Chất l−ợng mối hàn cao . Có thể xác định chế độ hàn bằng nhièu ph−ơng pháp: theo công thức thực nghiệm, đồ thị, C−ờng độ dòng đIện hàn có thẻ xác định theo đồ thị sau đây :[ 11 ] ( page 105) Với dh=0,5-3 mm Uh (V) Vùng hàn 30 20 100 200 300 400 I (A) Hình3-56 Vùng chế độ hàn tối −u[9], [11]. 49
Khi hàn trong CO2, đ−ờng kính có thể chọn trong khoảng (0,5 - 4 mm) ứng với mtừng loai chiều dày của vật hàn. (Th−ờng là 0,5 - 2 mm) dh = 0,8 - 1 mm Khi chiều dày S = 1 - 5 mm ; dh = < 2 mm Khi chiều dày S = 2 - 12mm ; dh = 3 - 4 mm Khi chiều dày S = 14 - 30mm ; Để chọn chế độ hàn ta sử dụng công thức tính chiều sâu mối hàn và kiểm tra các thông số có thể đạt đ−ợc sâu khi hàn. B C S Hình 3-57 Các thông số chính của mối hàn H Ih = x100 [A] Kh H - Chiều sâu mối hàn cần thiết, mm; Kh - Hệ số, mm/(A/100). Bảng 3-8 dh mm 1,2 1,6 2,0 3,0 4,0 Kh 2,1 1,75 1,55 1,45 1,35 Bảng 3-9 Đặc tính Đ−ờng kính dây hàn dh mm 0,5 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5 Ih A 25-70 50-130 100-180 100-240 150-400 200-500 350-700 A V = [m/h] h I h Bảng 3-10 dh mm 1,2 1,6 2,0 3,0 4,0 Vh m/h 21 17,5 15,5 14,5 13,5 Bảng 3-11 (trang 108-62) Đặc tính Đ−ờng kính dây hàn 0,5 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5 2 2 Fd mm mm 0,2 0,5 0,8 1,1 2,0 3,1 4,9 J min A/mm2 150 100 85 80 70 65 60 Ih min A 30 50 70 90 140 200 300 Ih max A 60 100 120 150 300 500 700 L−u ý : I hàn tăng l−ợng bắn toé sẽ giảm do J tăng là cho dạng dịch chuyển của kim loại lỏng chuyển từ giọt sang chảy theo dòng (trang 108-1962). Ví dụ Khi Ih = 200 A L−ợng bắn toé là 10 % 50
Khi Ih = 500 A L−ợng bắn toé là 3 % Bảng 3-12 Đặc tính Hàn bán tự động Hàn tự động S mm 0,8 - 3 >=3 >=4 dh mm 0,5-1,2 1,2 - 1,6 1,6 - 2,0 2 - 4 Vị trí mối hàn Bất kỳ Trừ hàn Sấp Sấp trần Bảng 3-13 dh mm 0,5 0,8 1 1,2 1,6 2 2,5 3 Phạm vi ứng dụng Bán tự động Hàn tự động Ih A 25-70 50- 70- 100- 150- 200- 350- 350- 130 180 180 400 500 600 700 Bảng 3-14 dh mm 0,5-0,8 1-1,2 1,6-2,0 3 4 Lh max mm 5-15 8-18 15-25 20-30 30-40 Chọn c−ờng độ dòng điện hàn theo công thức kinh nghiệm sau: h I = h . 100 (A); Kh Chiều sâu mối hàn có thể tính : Q hh = 0,0165. Vhn.ψ g 02, 4 IUhh.η hh = 0,0165 ( cm ) Ψng Kh phụ thuộc dh; Ψng - Hệ số ngấu; Ih - c−ờng độ dòng đIện hàn (A); Uh - ĐIện áp hàn (V); η - Hệ số hữu ích của nguồn đIện. Qđv - Năng l−ợng đơn vị ( Qđv = Q/Vh) [Cal/cm] Vh - Vân tốc hàn [Cm/s] η - Hiệu suất nguồn nhiệt η CO2 = 0,65 - 0,75 dUh. h ψ ng =−K'(19 0,01.Ih ). ; K’ - Hệ số thực nghiệm I h A Vh = ( m/h) A - hệ số phụ thuộc đ−ờng kính que hàn dh; I h Bảng 3-15 dh mm 0,8 1,0 1,2 1,6 2 3 A (2-4).103 (4-6).103 (6-8).103 (8-10).103 (10-12).103 (12-16).103 51
Chiều rộng mối hàn Bh= ψ ng . h ; (cm); F α .I Chièu cao mối hàn C ==õõh ( cm) 0,.73 B 3600 γ Vh dUhh. ψ ngấu =−KI(,19 0 01 h ). I h Trong đó KJ= 0,.367 01, 925 Nếu J = 120 A/mm2. g - Hàn trong môi tr−ờng khí trơ : argon (Ar) và hêli (He) Hàn bằng dây hàn nóng chảy gọi là hàn MIG ( Metal Inert Gas) Hàn bằng điện cực vônfram gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas) ứng dụng : Hàn nhôm, đồng , các hợp kim của chúng, thép inox, các loại vật liệu khác mà có ái lực hoá học mạnh với ôxy. Đặc điểm : 1. Nhiệt độ sôi của Ar = (-186 oC) O2 = (-183oC) N2= (-196oC) Điểm hoá s−ơng của Ar = (-50oC) 2. Khí argon ứng dụng để hàn có độ tinh khiết cao Ar N2. • Mác A 99,99 % 0,01 % • Mác B 99,96% 0,04 • Mác C 99,90 % 0,10 • A rgon có chứa độ ẩm làm tăng sự ôxy hoá và sự bắn toé kim loại nóng chảy. • Tạp chất ôxy trong Ar làm tăng ôxy hoá, làm mất các nguyên tố hợp kim và tạo nên các ôxyt kim loại và dể làm cho mối hàn bị ngậm xỷ. • Khí Ar nặng hơn không khí nên thuận lợi cho việc bảo vệ mối hàn • Hồ quang cháy trong môi tr−ờng bảo vệ Ar có tính ổn định cao. • Điện áp khi hàn trong He cao hơn trong Ar 1,5 - 2 lần cho nên nhiệt l−ợng toả ra khi hàn trong He lớn hơn nhiều so với khi hàn trong Ar. • Giá thành He cao và khả năng bảo vệ của He kém hơn Ar nên hàn trong Ar đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế. 3. Hàn trong khí trơ có thể dùng dùng que hàn nóng chảy và không nóng chảy. Hàn bằng điện cực W có thể dùng dòng một chiều và xoay chiều 4. Khi hàn nhôm th−ờng dùng dòng xoay chiều vì khi vật hàn đổi thành âm cực thì bề mặt nó sẽ bị phá huỷ do hiện t−ợng phá huỷ katốt 5. Bảo vệ mối hàn tốt khỏi bị môi tr−ờng xung quanh nh− không khí, hơi n−ớc, tác dụng. 6. Chất l−ợng mối hàn tốt. 7. Không sử dụng môi tr−ờng Ar và He để hàn thép các bon thấp và thép hợp kim thấp vì dể bị sinh rỗ khí mà nguyên nhân là do CO + FeO, N2 và H2 có trong argon tác dụng với kim loại mối hàn rồi sinh rổ khí hoặc do dòng khí bảo vệ không bảo đảm nên N2, hơi ẩm trong khí bảo vệ xâm nhập vào vùng hàn. 8. Khi hàn thép hợp kim thấp có thể dùng Cr và một số nguyên tố khác để khử ôxy và giảm khả năng rổ khí. 9. Khi hàn thép các bon bằng dây hàn có thành phần gần nh− kim loại cơ bản thì rổ khí tăng khi mật độ dòng hàn ( J ) tăng. 10. Khi dòng hàn đạt giá trị nhất định thì sẽ xảy ra sự chảy dây hàn thành dòng. Giá trị đó gọi là dòng tới hạn (xem hình ).trang 20. 52
11. Sự bắn toé kim loại phụ thuộc vào thành phàn các chất khí (xem hình ) trang 21. 12. I h = (50 - 60) dh. (A) Hàn trong môi tr−ờng khi ni tơ N2. Ni tơ là sản phẩm cùng thu đ−ợc trong quá trình sản xuất ôxy từ không khí. Độ tinh khiết khi hàn đồng : Loại 1 : 99,5 % N2, tạp chất ôxy <= 0,5 % Loại 2 : 99 % N2, Ôxy < =1% Bình chứa N2 : dung tích 40 lít , áp suất 150 át Nitơ không hoà tan trong đòng (Cu), kẽm (Zn), thiếc (Sn), chì (Pb) Ni ken (Ni) và sắt trong hợp kim đồng hoà tan rất nhiều trong Cu và Al nên Fe và Ni không t−ơng tác với nitơ trong khi hàn. Khi hàn thép ng−ời ta không sử dụng khí ni tơ tinh khiết vì chất l−ợng sẽ không đảm bảo. Khi ở nhiệt độ cao ni tơ có ái lực hoá học mạnh với sắt gây nên hiện t−ợng thấm ni tơ và tạo nên các nitrit Fe2N và Fe4N . các nitrit này tồn tại trong mối hàn dạng ngậm xỷ. Tính déo giảm mạnh làm cho mối hàn để bị dòn nguội Ni tơ đ−ợc sử dụng trong hàn đồng và hợp kim của nó. Khi hàn bằng điện cực W sẽ tạo nên nitrit vôfram làm cho điện cực bị phá huỷ Nên thông th−ờng ng−ời ta hàn dòng một chiều nối nghịch với que hàn nóng chảy. Hàn trong môi tr−ờng các hổn hợp khí :[11] (Golovchenko P.24). Hổn hợp các chất khí : Ar + CO2 Ar + CO2 + O2 Ar + O2 Ar + N2 Ar + He CO2 + O2 và một số khí khác Khi hàn thép các bon trong môi tr−ờng CO2 có thể cho thêm 20-27 % O2. Hàn bằng que hàn nóng chảy, dòng một chiều nối nghịch. 53
Ch−ơng 4 Hàn và cắt kim loại bằng khí 4.1 Khái niệm chung về hàn khí 4.1.1 Khái niệm Hàn khí là ph−ơng pháp đã đ−ợc xuất hiện từ những năm 1895 1906. Hàn khí là một quá trình nối liền các chi tiết lại với nhau nhờ ngọn lữa của các khí cháy, cháy trong ô xy kỹ thuật . Các loại khí cháy đó là C2H2, CH4, C6H6, H2, Hiện nay hàn khí đ−ợc sử dụng rộng rãi vì thiết bị hàn đơn giản, giá thành hạ mặc dù năng suất có thắp hơn so với hàn điện hồ quang. Hàn khí rất thuận lợi cho những nơi xa nguồn điện. Hợp lý nhất là sử dụng ph−ơng pháp này để hàn các chi tiết có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các loại chi tiết từ vật liệu: thép, đồng , nhôm, 4.1.2 Sơ đồ một trạm hàn và cắt kim loại bằng khí 6 8 7 9 3 10 3 Hình 4-1 Sơ đồ một trạm hàn và cắt kim loại bằng khí 1 - Bình chứa khí, 2 - Bình chứa khí C2H2, 3 - Dây dẫn khí; 4- Đồng hồ đo áp suất trong bình chứa; 5 - Đồng hồ đo áp suất ra dây dẫn khí và ra mỏ hàn; 6- Van giảm áp bình ôxy; 7- Van giảm áp bình axetylen 8 - Tay nắm; 9- Đầu mỏ hàn 10 - Ngọn lữa hàn; 4.1.3 Vật liệu hàn khí : Bao gồm các loại que hàn, thuốc hàn, các loại khí cháy, và ô xy kỹ thuật. a. Que hàn : có thể là các dây thép, que đồng, nhôm, thiếc, Chúng có tác dụng bổ sung kim loại cho mối hàn. b. Khí hàn : ô xy kỹ thuật và các loại khí cháy khác : C2H2, CH4, c. Thuốc hàn : có tác dụng tảy sạch mối hàn, tạo điều kiện cho quá trình hàn dễ dàng, bảo vệ mối hàn và tăng cơ tính cho nó. Yêu cầu đối với thuốc hàn : 49
Dễ chảy, nhiệt độ nóng chảy của thuốc hàn phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại cơ bản, tác dụng nhanh với ô xyd kim loại để tạo xỷ, giải phóng kim loại, xỷ dể bong; Khối l−ợng riêng của thuốc hàn phải nhỏ hơn của kim loại cơ bản & không có tác dụng xấu đối với kim loại cơ bản & kim loại mối hàn; Thuốc hàn phải nóng chảy đều và bao phủ kín bè mặt vùng kim loại cần hàn; Thuốc hàn có hai loại : có tính a xid & bazơ. Loại có tính a xid dùng để hàn các kim loại màu, Loại có tính ba zơ th−ờng dùng để hàn gang; Ví dụ: thuốc hàn đồng : Na2B4O7.10H2O, H3BO3. ở nhiệt độ cao chúng sẽ bị phân huỷ và kết hợp theo các phản ứng : Na2B4O7 ==> NaBO2 + B2O3 NaBO2 + B2O3 + CuO ===> (NaBO2)2.Cu(BO2)2 NaBO2 + B2O3 + ZnO ===> (NaBO2)2.Zn(BO2)2 CuO + Na2B4 O7 ===> (NaBO2)2.2Na(BO2)2 có Tnc = P2O5 + 10 Cu P2O5 + 3 Cu2O ===> P2O5(CuO)3 Ghi chú : nhiệt độ nóng chảy của : Tnc Cu = 1083 oC; Tnc Cu2O = 1235 oC Tnc CuO = 1336 oC Thuốc dùng cho hàn gang Na2CO3, NaHCO3, K2CO3 Trong gang có chứa SiO2 nên khi hàn nóng chảy sẽ xảy ra phản ứng : Na2CO3 + SiO2 ==> Na4SiO4 + 2 CO2 Thuốc hàn nhôm : AlF3.3NaF Bảng 4-1 NaCl 30 45 KCl 45 30 LiCl 15 10 KF 7 15 Na2SO4 3 Khi hàn xảy ra các phản ứng : LiCl + Al2O3 ==> 2AlCl3 + 3Li2O KCl + Al2O3 ==> 2AlCl3 K2O + H2O ==> 2KOH 2KOH + Al2O3 ==> 2KAlO2 + H2 NaF + Al ==> AlF3 + Na Hơi Na bay lên , chọc thủng lớp ôxid nhôm 50
4.2 KHí hàn 4.2.1 Ôxy kỹ thuật Khi hĂn khẽ ta cÀn ỏ xy kỵ thuºt cĩ Åổ tinh khiặt cao ( 97 99.5 %) cín lưi cĩ thè cĩ lạn cŸc tưp chÃt nhừ Ar, N2, Nặu Åổ tinh khiặt giăm thệ Åổ tiÅu hao O2 tâng lÅn . Vẽ dũ : Åổ tinh khiặt giăm 0.5 % thệ lừỡng tiÅu hao cĩ thè tâng tữ (5 12) % ( khi Åổ tinh khiặt cða nĩ trong khoăng (97 99.5) % . Các ph−ơng pháp sản xuất ôxy a. Ph−ơng pháp hoá học Dùng cŸc phăn ửng hoŸ hàc Åè giăi phĩng ỏxy . Phừỗng phŸp nĂy cho nâng suÃt thÃp, khỏng kinh tặ , nÅn nĩ chì dùng trong cŸc phíng thẽ nghiẻm. b. Ph−ơng pháp đIện phan n−ớc Kặt quă sÁ thu Åừỡc ỏxy & hydro. Cử 2 m3 hydro sÁ cĩ 1 m3 ỏ xy ( trong Åĩ cĩ chửa 0.7 % H2) c. Ph−ơng pháp chứng cất ôxy từ không khí Băng 4-2 ThĂnh phÀn cŸc chÃt trong khỏng khẽ ThĂnh phÀn Theo thè tẽch % Theo khõi lừỡng % 1 Nitỗ 78.03 75.66 2 ỏ xy 20.93 23.13 3 Argon 0.93 1.286 4 CO2 0.03 0.046 5 Hỗi nừốc 0.0001 0.0001 6 Kr 0.0003 7 Xe 0.00004 8 H2 0.0000036 9 Ne 0.0012 ở Ÿp suÃt bệnh thừộng cŸc chÃt khẽ ỏxy, nitỗ, argon ờ trưng thŸi lịng cĩ nhiẻt Åổ sỏi lĂ : Nitỗ (N2) - 195.8 oC Argon (Ar) - 185.7 oC ‹ xy (O2) - 182.96 oC B±ng cŸch cho cŸc chÃt khẽ trÅn bốc hỗi ta lÀn lừỡt thu Åừỡc chợng. Šè Åăm băo Åổ tinh khiặt cao cÀn tiặn hĂnh chừng cÃt nhiậu lÀn. Šè thu 1 m3 ỏ xy cÀn tiÅu tõn khoăng ( 0,45 1,6) KW.h QuŸ trệnh thu nhºn ỏ xy tữ khỏng khẽ Åừỡc thỳc hiẻn qua cŸc giai Åoưn: • LĂm sưch khỏng khẽ khịi cŸc tưp chÃt ( bũi, CO2, hỗi nừốc, ) 51
• Nẫn khỏng khẽ tữ 6 200 at; • LĂm nguổi sỗ bổ khỏng khẽ nẫn, sau Åĩ tŸch ỏxy & nitỗ. Trong quŸ trệnh nĂy cĩ khi cín thu Åừỡc NH 3 dùng cho mŸy lưnh. • Giăm Ÿp suÃt trong bổ phºn hoŸ lịng khỏng khẽ ; ( khi giăm 1 at thệ nhiẻt Åổ giăm 0.25 0.5 oC ); • Cho bay hỗi vĂ tŸch cŸc chÃt khẽ ra khịi họn hỡp; Hệnh 4-2 Sỗ Åó nẫn & hoŸ lịng khỏng khẽ 1 - mŸy nẫn khẽ; 2- bổ phºn lĂm nguổi sỗ bổ; 3- Bổ phºn trao Åọi nhiẻt T = - 80 oC 4- Khỏng khẽ lịng khoăng (5 6) % Phừỗng phŸp chừng cÃt ỏ xy ( săn xuÃt b±ng phừỗng phŸp nguổi lưnh cho nâng suÃt cao, tiÅu tõn ẽt nâng lừỡng, cÀn (0.45 1.6) (KW.h) / 1m3 ỏxy). ống dẫn khí lỏng N2 Không khí O hoá lỏng Hệnh 4-3 Sỗ Åó quŸ trệnh tŸch cŸc chÃt khẽ Mổt lẽt ỏ xy lịng cho ta 860 lẽt ỏ xy dưng khẽ. ‹xy lịng cĩ rÃt nhiậu tiẻn lỡi trong viẻc băo quăn, vºn chuyèn; giăm khõi lừỡng thùng chửa xuõng 10 lÀn; giăm cŸc phừỗng tiẻn chuyÅn chờ, vệ thặ giăm Åừỡc chi phẽ cho cỗ sờ 52
săn xuÃt. Šăm băo an toĂn hỗn vệ ỏxy lịng cĩ Ÿp suÃt nhị hỗn ờ dưng khẽ nẫn. Khi dùng ngừội ta mối cho hoŸ hỗi ỏ xy nÅn lừỡng hỗi nừốc trong nĩ sÁ ẽt lĂm cho chÃt lừỡng hĂn tõt hỗn. 4.2.2 AXytylen C2H2 a. Đặc tính của axetylen AxÅtylen lĂ chÃt khẽ khỏng mĂu, trong nĩ cĩ chửa cŸc tưp chÃt PH3 ( phõt phua hydro) H2S (sun phua hydro) nÅn cĩ mùi khĩ chÙu. ở Ÿp suÃt thừộng cða khỏng khẽ axÅtylen HoŸ lịng ờ nhiẻt Åổ T = (- 82,4) - (-83.6) oC Šỏng Åằc T = (- 85) oC Khi ờ trưng thŸi Åỏng Åằc C2H2 dÍ nọ khi va chưm mưnh . ở Ÿp suÃt P = 61,6 at (KG/cm2), T = 35,9 oC A xÅtylen sÁ hoŸ lịng. AxÅtylen rÃt dÍ bÙ nọ Åằc biẻt khi nĩ ờ dưng lịng & Åằc nÅn cÀn phăi thºn tràng trong khi băo quăn vĂ vºn hĂnh. b. CŸc tưp chÃt trong axÅtylen: • Khỏng khẽ lĂ chÃt cĩ hưi vệ tâng khă nâng nọ cða nĩ, lừỡng khỏng khẽ cho phẫp chửa ( 0,5 1,5) %. • Hỗi nừốc lĂm giăm nhiẻt Åổ cða ngàn lựa, Åóng thội nĩ cín khuyặch tŸn vĂo vủng hĂn lĂm giăm nâng suÃt , chÃt lừỡng hĂn. • Hỗi a xÅtỏn : khi nhiẻt Åổ cĂng cao, Ÿp suÃt khẽ trong bệnh cĂng thÃp , lừỡng khẽ tiÅu thũ cĂng nhiậu thệ lừỡng a xÅtỏn cĩ trong a xÅtỏn cĂng nhiậu. Lừỡng hỗi a xÅtỏn cho phẫp lĂ 45 50 g/m3. Nĩi chung hỗi a xÅtỏn khỏng ănh hừờng Åặn quŸ trệnh hĂn nhừng tâng nĩ lÅn thệ khỏng kinh tặ vĂ tọn thÃt axÅtỏn lốn. Lừu ỷ mồi lÀn nưp khẽ axÅtylen cÀn bọ sung axÅtỏn vĂo bệnh. • Sỳ hoĂ tan cða axÅtyle vĂo axÅtỏn Bảng 4-3 oC -15 -10 -5 0 5 10 15 20 30 lít C2H2 / 47 42 37 33 29 26 23 20 16 l lít axeton • PH3 chÃt nĂy Åừỡc tưo thĂnh khi ph¿n huý CaC2, P2Ca3, P2Ca2 cĩ chửa trong ÅÃt Å¿n vĂ tŸc dũng vối nừốc theo cŸc phăn ửng : P2Ca3 + 6 H2O > 2PH3 + 3Ca(OH)2 P2Ca2 + 4 H2O > PH3 + 2Ca(OH)2 53
ở nhiẻt Åổ ( T = 100 - 200 oC ) PH3 dÍ bºt lựa, tỳ chŸy nÅn dè sinh ra nọ. Chẽnh vệ thặ lừỡng PH3 cÀn phăi hưn chặ trong a xÅtylen khoăng 0.09% . • H2S lĂ chÃt cĩ hưi cho nÅn cÀn hưn chặ trong khoăng 0.08 - 1.5 % c. Sỳ hoĂ tan cða a xÅtylen trong mổt sõ chÃt. AxÅtylen cĩ khă nâng hoĂ tan trong 1 lẽt chÃt lịng nhừ sau : 1 lẽt nừốc hoĂ tan 1,15 lẽt C2H2 -/- be zen -/- 4,0 -/- -/- dÀu hoă -/- 5,7 -/- -/- CH3CO OCH3(mÅtyn xÅtŸt) 14,8 -/- -/- CH3COCH3 ( AxÅtỏn) 23,0 -/- Khi Åiậu chặ khẽ a xÅtylen sÁ Åi qua nừốc nÅn sỳ hoĂ tan C2H2 trong nừốc sÁ khỏng cĩ lỡi. chợng ta cÀn chợ ỷ Åè giăm bốt sỳ hoĂ tan Åĩ. Sỳ hoĂ tan khẽ axÅtylen trong axÅtỏn Åừỡc ửng dũng nhiậu trong cỏng nghiẻp nh±m tâng lừỡng khẽ C2H2 trong bệnh chửa, băo quăn, vºn chuyèn khẽ a xÅtylen ờ Ÿp suÃt cao Åừỡc an toĂn. Šè tiặn hĂnh hoĂ tan C2H2 ngừội ta dùng bàt xõp thÃm ừốt axÅtỏn & cho vĂo bệnh sau Åĩ nẫn axÅtylen vĂo. Bàt xõp cĩ tŸc dũng ngân ngữa khă nâng phŸt trièn nọ; tâng khă nâng hoĂ tan C2H2. d. Săn xuÃt khẽ a xÅtylen * Phừỗng phŸp mổt: săn xuÃt a xÅtylen tữ ÅÃt Å¿n. ŠÃt Å¿n lĂ chÃt rºn mĂu xŸm Åừỡc chặ tưo tữ CaC2 (cacbua can xy) b±ng cŸch nÃu chăy ÅŸ vỏi vối than cõc trong lí hó quang Åiẻn vối nhiẻt Åổ khoăng 1900.2300 oC. Cỏng suÃt lí 50 30 KW. 1 tÃn CaC2 cÀn 1965 KWh ( theo lỷ thuyặt) . Trong thỳc tặ cÀn : 3200 2800 KWh/tÃn Åõi vối lí 7500 30 000 KW; 4000 3200 -/- 1000 7500 KW 7000 4000 -/- < 1000 KW 1 tÃn CaC2 cÀn 950 1000 kg CaO 600 610 kg than cõc hoằc than antraxit; 40 70 kg khõi lừỡng Åiẻn cỳc; CaO + 3C = CaC2 + CO - 108 Kcal /(g mol) 56.08 36.03 64.1 28.01 1 kg CaC2 cÀn 56.08/64.10 = 0.875 kg CaO cÀn 36.03/64.10 = 0.562 kg Cacbon C Trong cỏng nghiẻp cŸcbua can xi CaC2 cĩ chửa : CaC2 = 65 80 % ; 54
CaO = 25 10 % CŸc tưp chÃt góm cĩ : C, SiO2, MgO, Al2O3, CO2, Qợa trệnh ph¿n huý ÅÃt Å¿n xăy ra theo phăn ửng: CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 + Q 64,1 36,032 26,036 74,096 Theo lý thuyết 1 kg CaC2 cÀn 36.032 / 64.10 = 0.562 kg nừốc; 26.036 / 64.10 = 0.406 kg C2H2 74.096 / 64.10 = 1.156 kg Ca(OH)2 ŠÃt Å¿n dÍ bÙ ph¿n huý trong khẽ Ám, hưt cĂng bẫ vĂ khỏng khẽ cĩ Åổ Ám cĂng cao thệ nĩ cĂng dÍ bÙ ph¿n huý. Phăn ửng ph¿n huý ÅÃt Å¿n toă nhiậu nhiẻt nÅn lĂm nĩng khu vỳc phăn ửng vĂ lĂm chŸy CaC2 tưo thĂnh vỏi tỏi Ca(OH)2. Vệ thặ trong thỳc tặ Åè trŸnh hiẻn từỡng quŸ nhiẻt vùng phăn ửng ngừội ta cÀn dùng lừỡng nừốc nhiậu hỗn so vối tẽnh toŸn ờ trÅn. 1kg CaC2 cÀn 10 lẽt nừốc chử khỏng phăi 0.562 lẽt. Theo lỷ thuyặt : 1 kg CaC2 thu Åừỡc 372,5 lẽt C2H2 Thỳc tặ : 1 kg CaC2 thu Åừỡc 235 - 285 lẽt C2H2 Hưt cacbua can xy cĂng bẫ thệ tõc Åổ ph¿n huý cĂng cao . Nhừng lừỡng axÅtylen toă ra cĂng ẽt vệ cŸc hưt CaC2 bÙ phð mổt lốp Ca(OH)2 . Cho nÅn khi săn xuÃt CaC2 cÀn chàn Åổ hưt thẽch hỡp. Nặu lừỡng nừốc chửa khoăng 20 % Ca(OH)2 thệ tõc Åổ ph¿n huý ÅÃt Å¿n giăm xuõng rÃt nhiậu , Åằc biẻt khi ờ nhiẻt Åổ cao. Cho nÅn trong quŸ trệnh săn xuÃt axÅtylen cÀn phăi thay Åọi nừốc, luỏn xŸo trổn CaC2 vĂ tŸch Ca(OH)2 ra khịi vùng phăn ửng . ở Åiậu kiẻn P = 1.5 at, T >= 500 oC axÅtylen dè bÙ nọ nÅn thùng Åiậu chặ cÀn cĩ Ÿp suÃt nhị hỗn 1,5 at. Oxyd Åóng tâng quŸ trệnh ph¿n huý nọ; AxÅtỏn + axÅtylen chì nọ khi Ÿp suÃt lốn hỗn 10 at; Săn xuÃt axÅtylen tữ cŸcbua can xy lĂ phừỗng phŸp cóng kậnh, Åºt tiận, tiÅu hao nhiậu nâng lừỡng Åiẻn. *Săn xuÃt khẽ axÅtylen b±ng phừỗng phŸp nhiẻt ph¿n khẽ tỳ nhiÅn ThĂnh phÀn khẽ tỳ nhiÅn góm cĩ : CH4 97,80 % C2H6C3H8 0,90 % N2, CO2, 1,3 % Nhiẻt ph¿n khẽ tỳ nhiÅn theo phăn ửng: 2 CH4 + Q > C2H2 + 3 H2 So vối phừỗng phŸp điều chế C2H2 từ đất đèn thì Å¿y lĂ phừỗng phŸp rÀ hỗn (30 40 %) mĂ tẽnh chÃt cða khẽ C2H2 khỏng khŸc nhau mÃy. 55
c/ Săn xuÃt khẽ C2H2 b±ng ph¿n huý cŸc nhiÅn liẻu lịng : nhừ dÀu lựa, dÀu hoă, dÀu xâng, e. CŸc loưi khẽ chŸy khŸc & nhiÅn liẻu sứ dũng Åè hĂn Bảng 4-4 o Butan C4H10 chŸy trong ỏ xy cho nhiẻt Åổ 2700 2900 C H2 -/- 2400 2600 CH4 -/- 2400 2700 Than cõc -/- 2100 2300 Khẽ dÀu mị -/- 2600 2800 CŸc loưi khẽ trÅn do cĩ nhiẻt Åổ thÃp nÅn thừộng sứ dũng Åè gia cỏng bậ mằt kim loưi. 4.3 Ngọn lửa hàn 4.3.1 CÃu tưo ngàn lựa hĂn : Ngàn lựa cða cŸc chÃt khẽ chŸy trong ỏxy kỵ thuºt toă ra nguón nhiẻt lốn. Nguón nhiẻt nĂy sứ dũng Åè gia cỏng & hĂn kim loưi nÅn gài chung lĂ ngàn lựa hĂn. Ngàn lựa hĂn Åừỡc chia thĂnh 3 vùng : Nh¿n ngàn lựa, vùng trung t¿m, vùng Åuỏi ngàn lựa. 1 2 3 Hình 4-4 Cấu tạo của ngọn lữa hàn 1 - Nh¿n ngàn lựa 2 - Vùng trung t¿m 3 - Vùng Åuỏi cða ngàn lựa Hệnh dŸng, kẽch thừốc vĂ cŸc loưi ngàn lựa hĂn phũ thuổc vĂo tý lẻ khẽ ỏxy vối cŸc loưi khẽ chŸy khŸc. V V β = o2 = O2 Vkhichay VC2H 2 VO2 - Lừỡng khẽ ỏxy tiÅu hao ; V KC - Lừỡng khẽ chŸy tiÅu hao ; VC2H2 - Lừỡng khẽ axÅtylen Åơ tiÅu hao; 56
Tuỹ thuổc vaí hẻ sõ β mĂ ta cĩ cŸc loưi ngàn lựa hĂn khŸc nhau. 4.3.2 CŸc loưi ngàn lựa hĂn : V a. Ngàn lựa bệnh thừộng β = O2 = 1,10 - 1,2 VCH22 V Cĩ tĂi liẻu β = O2 = 1,05 - 1,2 VCH22 • Vùng nh¿n ngàn lựa khi hĂn xăy ra cŸc phăn ửng: C2H2 > 2C + H2 2C2H2 > CH4 + 3C Khi T > 800 oC CH4 > C + H2 Khi T > 1000 oC Vùng nĂy cĩ nhiẻt Åổ sŸng chĩi , nhiẻt Åổ thÃp. Săn phÁm ph¿n huý cĩ chửa nhiậu cŸc bon nÅn khỏng dùng Åè hĂn thẫp vĂ mổt sõ kim loưi khŸc vệ mõi hĂn dÍ bÙ thÃm cŸc bon trờ nÅn dín. • Vùng trung t¿m ( Å¿y lĂ vùng chŸy khỏng hoĂn toĂn) C2H2 + O2 > CO +H2 + O + Vùng nĂy cĩ mĂu sŸng xanh; nhiẻt Åổ cao; ( gÀn 3200 oC); + Săn phÁm chŸy cða vùng nĂy lĂ CO, H2, cĩ tẽnh hoĂn nguyÅn nÅn sứ dũng nĩ Åè hĂn thẫp . • Vùng Åuỏi cða ngàn lựa (Vùng chŸy hoĂn toĂn) Săn phÁm chŸycða vùng trung t¿m sÁ tiặp tũc chŸy vối ỏ xy cða khỏng khẽ theo phăn ửng : 2CO + H2 + 3/2 O2 > 2CO2 + H2O + Q + ờ Å¿y cŸc bon bÙ chŸy hoĂn toĂn nÅn gài lĂ vùng chŸy hoĂn toĂn. + Săn phÁm chŸy chửa cŸc chÃt CO2, H2O nÅn cĩ tẽnh ỏ xy hoŸ vĂ vệ thặ gài lĂ vùng ỏ xy hoŸ. + Vùng nĂy cĩ mĂu vĂng tẽm ( n¿u sÁm) nhiẻt Åổ thÃp. b. Ngàn lựa ỏ xy hoŸ : V β = O2 > 1.2 VCH22 Khi hĂn xăy ra cŸc phăn ửng : C2H2 + 3/2 O2 > 2CO + H2 + 1/2 O2 Sau Åĩ chŸy tiặp vối ỏ xy cða khỏng khẽ vĂ tưo nÅn: 2CO + H2 + 1/2 O2 + O2 > 2CO2 + H2O - Vùng giựa cða ngàn lựa cĩ chửa 6 - 7 % O2 & 5% CO2 . Š¿y lĂ nhựng chÃt cĩ tẽnh ỏ xy hoŸ nÅn gài ngàn lựa nŸy lĂ ngàn lựa ỏ xy hoŸ. - Nh¿n ngàn lựa nhị & ngºn ; - Vùng giựa chửa nhiậu CO2 + H2, khĩ ph¿n biẻt vối vùng Åuỏi; 57
- Vùng Åuỏi nhị lưi vĂ cĩ mĂu sŸng xanh; - Loưi ngàn lựa nĂy sứ dũng Åè hĂn Åóng thau (Cu + Zn) , cºt gàt, lĂm sưch bậ mằt . c. Ngàn lựa cŸc bon hoŸ VO2 β = < 1,05 - 1,1 VCH22 ờ vùng giựa ỏ xy bÙ chŸy hặt . Săn phÁm chŸy chửa nhiậu cŸc bon C (thữa cŸc bon) nÅn gài lĂ ngàn lựa cŸc bon hoŸ. - Nh¿n ngàn lựa kẫo dĂi , nhºp vối vùng giựa ; - Hệnh dŸng ngàn lựa khỏng ọn ÅÙnh , khĩ ph¿n biẻt giựa vùng giựa & vùng nh¿n . - Vùng Åuỏi cĩ kẽch thừốc lốn; - ứng dũng Åè hĂn gang, tỏi bậ mằt, hĂn thẫp dũng cũ, thẫp cao tõc, vĂ cŸc hỡp kim cửng. 4.3.3 Sỳ ph¿n bõ nhiẻt cða cŸc ngàn lựa T oC 1 2 3 L, (mm) Hệnh 4-5 Sỳ ph¿n bõ nhiẻt cða cŸc loưi ngàn lựa L - Khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến vùng tâm của ngọn lữa có nhiệt độ cao nhất 58
1 2 L 3 Hình 4-6 Hình dáng các loại ngọn lữa hàn 1 -ngàn lựa ỏ xy hoŸ; 2- ngàn lựa bệnh thừộng; 3-ngàn lựa cŸc bon hoŸ; 4.4 Thiết bị hàn khí Thiết bị hàn khí gồm có : Bình chứa khí ô xy, bình chứa khí axetylen hoặc bình chế khí axetylen hoặc các bình chứa khí cháy khác (bình chứa khí metan, ). Van giảm áp bình ôxy, van giảm áp bình axetylen, khoá bảo hiểm cho bình chế khí axetylen, mỏ hàn, mỏ cắt, ống dẫn khí và một số dụng cụ kèm theo. 4.4.1 Bình chứa khí Bình chứa khí đ−ợc chế tạo từ thép các bon hay từ thép hợp kim bằng ph−ơng pháp dập (dùng cho các loại bình áp suất cao) hoặc hàn dùng cho bình có áp suất thấp (bình chứa khí C2H2, NH3. Bình chứa khí th−ờng có dung tích 40 lít. Bình chứa khí ôxy có áp suất 100, 150 và 200 át . Các loại khí cháy nh− hydro, mêtan, nitơ, không khí nén có thể cho vào bình áp suất cao (100, 150, 200 át) riêng bình chứa khí axetylen, amôniác NH3 phải cho vào bình có áp suất thấp. Bình chứa khí C2H2 th−ờng có dung tích 40 lít và áp suất tối đa là 19 át, bên trong có chứa bọt xốp và than hoạt tính có tẩm axetol nhằm chống nổ bình (một bình chứa khoảng 290 - 320 gam than, 225 - 230 gam axeton cho 1 lít bình chứa). Sơ đồ cấu tạo một số bình chứa khí và bình chế khí đ−ợc thể hiện trên hình . 59
4.4.2 Bình chế khí : Là loại thiết bị dùng để điều chế khí axetylen. Bình chế khí có dạng nh− hình 4-8 Bình chế khí A XÊTYLEN 4.4.3 Van giảm áp • Công dụng của van giảm áp Van giảm áp có công dụng giảm áp suất từ bình chứa xuống áp suất khi làm việc và làm ổn định áp suất đó trong suốt thời gian làm việc. • Phân loại van giảm áp : van giảm áp ôxy, van giảm áp axetylen, • Theo nguyên lý tác dung : có van giam áp tác dụng nghịch và tác dụng thuận; • Theo số buồng có loại 1 buồng, 2 buồng và nhiều buồng, 60
Hình 47 Sơ đồ cấu tạo các loại bình chứa khí 1- Bình chứa khí ôxy; 2, 3- Bình chứa khi axetylen 4 - Bình chứa khí Prropan C3H8 61
Bình Điều chế khí axêtylen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 C H 2 2 3 1 15 32 31 16 30 17 2 18 19 2 20 26 2 27 25 24 2 22 Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bình điều chế khí C2H2 62
Các bộ phận chính của bình chế khí C2H2: (xem hình 4-8) 1. Van một chiều không cho không khí đi ng−ợc vào buồng phản ứng. 2. Van bảo hiểm (P < 1,5 at) 3. Vít vặn 4. Thanh ngang giữ nắp bình 5. Van xả khí 6. Nắp đạy 7. Đồng hồ đo áp suất trông bình 8. Miệng ống đỗ n−ớc vào bình 9. Buồng chứa khí axetylen 10. Khoá đóng mở khí Axetylen 11. Van giảm áp 12. Nắp đạy và màng bảo hiểm 13. Khoá bảo hiểm 14. Van mở khí đi ra mỏ hàn 15. Van kiểm tra mức n−ớc an toàn cho khoá bảo hiểm làm việc bình th−ờng 16. Van tháo n−ớc 17. ống dẫn; 18. Mức n−ớc trong buồng phản ứng; 19. Vách ngăn giữa 2 buồng; 20. Khí kế áp n−ớc Van kiểm tra mực n−ớc trong khí áp kế n−ớc; 21. Nắp tháo n−ớc vôi; 22. Móc treo giỏ các bua khi không làm việc 23. Thanh ngang của giỏ các bua can xi CaC2; 24. Cử d−ới (mức d−ới) của đòn bảy khi hạ xuống; 25. Cơ cấu nâng hạ giỏ đựng các bua can xi 26. Đòn bảy; 27. Miệng ống thải n−ớc; 28. Van kiểm tra mực n−ớc trong bình chứa khí; 29. Giỏ chứa các bua can xi (đất đèn); 30. Quai cầm của giỏ chứa cacbua can xi CaC2; 31. Buồng phản ứng; 32. ẩng dẫn khí từ buồng phản ứng ra buồng chứa; Đặc tính kỹ thuật của bình chứa : 1. Khối l−ợng các bua can xi trong mỗi lần nạp : 3 kg 2. Kích th−ớc hạt các bua can xi (CaC2) : d = 50 - 80 mm 3. áp lực khí : P = 1,5 at 4. Năng suất khi sản xuất liên tục : Q = 2000 lít/giờ 5. Năng suất lớn nhất : Q = 2000 lít / giờ 63