Giáo trình Kỹ thuật hàn

102 trang phuongnguyen 3910

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật hàn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ky_thuat_han.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật hàn

\ Giáo trình Kỹ thuật hàn
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh. Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp đã áp dụng cực điện nóng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang điện. Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và sau đó 1906 hàn khí ra đời. Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương pháp hàn điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong công nghiệp và đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới. Một đóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ quang là thành công của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung quanh bằng cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng cao của mối hàn. Thời kỳ phát triển mới của môn hàn đã được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi với những công trình nổi tiếng của Viện sĩ E.O Paton về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn tự động và sau đó hàn nửa tự động dưới thuốc ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Từ khi ra đời cho đến nay hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hóa cơ bản trong kỹ thuật hàn. 1
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn trong khi bảo vệ cũng được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (heli acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô ) lúc đó đã làm cho các phương pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khi bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ được ứng dụng mỗi ngày một nhiều hơn. Một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện mang tên B.O.Patôn (kiep Liên Xô) là hàn điện xỉ. Quá trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xô viết phát hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong những năm mươi. Phương pháp hàn điện xỉ ra đời và phát triển là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy móc hạng nặng như lò hơi, tuabin, máy ép cỡ lớn Những năm gần đây loạt phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn masat, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang vv Hiện nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau. Nói chung, các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện hơn và được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt là trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại. Hàn ở Việt Nam cũng đã xuất hiện từ thời thượng cổ, hồi đó ông cha ta dã biết sử dụng hàn để làm ra những dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cải tiến điều kiện lao động. Trước cách mạng tháng tám, môn hàn rất ít được ứng dụng. Sau cách mạng tháng tám và trong thời kỳ kháng chiến, môn hàn được phát triển hơn, nó đã đóng góp vào nền công nghiệp quốc phòng mới mẻ của chúng ta. Sau hòa bình chúng ta đã sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa. Nhiều công trình đồ sộ đã mọc lên sử dụng nhiều đến hàn như lò cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp, tàu bè, nồi hơi vv Tuy vậy việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp hàn tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa đủ điều kiện để phát triển mạnh mẽ. 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Với lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày càng đông đảo, chúng ta tin chắc rằng, kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất. 1.2. THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG DỤNG CỦA HÀN. 1.2.1. Thực chất Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với nhau bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay dẻo. Khi hàn ở trạng thái chảy thì ở chỗ nối hàn của vật hàn chảy ra và sau khi đông đặc ta nhận được mối hàn. Khi hàn ở trạng thái dẻo thì chỗ nối được nung nóng đến trạng thái mềm dẻo, khi ấy khả năng thẩm thấu và chuyển động các phần tử của kim loại hàn tăng lên. Nên chúng nó có thể dính lại với nhau. Thường chỉ nung nóng chỗ nối hàn đến trạng thái dẻo vẫn chưa bảo đảm được mối hàn bền, nên ta phải tác dụng lên chỗ nối hàn một áp lực. 1.2.2. Đặc điểm Hàn có những đặc điểm sau: a. So vói tán rive: Hàn tiết kiệm được 10 đến 20% khối lượng, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại như phần đầu rivê, kim loại mất mát do đột lỗ vv So với đúc hàn tiết kiệm được 50% vì không cần hệ thống rót Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng lượng sườn, kèo, đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chúng cũng được giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng. b. Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng suất cao so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công giảm được cường độ lao động và tăng được độ bền chắc của kết cấu. c. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ như hàn kim loại đen với kim loại đen, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu. Ngoài ra hàn còn có thể nối các vật liệu không kim loại với nhau. 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - d. Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Khi tán đinh rivê ta dùng rất nhiều máy như máy khoan, lò nung, máy đột vv còn khi hàn ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 vôn hay 230 vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn. e. Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu được áp suất cao nên hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn vv chịu áp lực cao. g. Giảm được tiếng động khi sản xuất vv Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt vv sẽ giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, vật hàn cong vênh. 1.2.3. Công dụng Hàn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Về công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt: chế tạo và tu sửa. Về chế tạo như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà cầu, tàu thuyển, thân máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô và ngay cả đến tàu du hành vũ trụ nữa. Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp, phải chịu lực tương đối lớn, mà lại nóng đều chế tạo bằng phương pháp hàn, vì nếu đúc bằng gang thì nặng, nếu rèn thì vừa tốn công vừa chế tạo khó khăn, giá thành cao. Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh rạn, bánh xe răng bị nứt, mặt đường ray bị mòn, những vật đúc bị khuyết đều có thể dùng phương pháp hàn để tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ. Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn ra, không có chỗ nào không thể hàn được. Cho nên công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện đại. 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1.3. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN Hàn có thể chia làm hai nhóm dưới đây: 1.3.1. Hàn nóng chảy Hàn nóng chảy là nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy, sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với phần lớn kim loại và hợp kim, ví dụ như thép, gang, niken, chì, kẽm, bạc, vàng, bạch kim, nhôm, đồng, magiê và những hợp kim khác. Dựa theo nguồn nhiệt năng sử dụng khi hàn phương pháp hàn nóng chảy chia làm hai loại: 1.3.1.1 Hàn điện hồ quang: Là phương pháp dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang để sản ra nhiệt lượng đốt nóng chảy mối hàn. Hàn điện hồ quang gồm: hàn hồ quang tay, hàn tự động và nửa tự động (hàn dưới thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ). 1.3.1.2 Hàn khí (hàn hơi) Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy để nung nóng mối hàn đến nóng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với nhau. Đây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nóng chảy hiện nay đang dùng ở nước ta mà chúng ta sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này. Trong những năm gần đây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, đã xuất hiện thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nóng chảy như hàn bằng tia điện tử, hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv 1.3.2. Hàn áp lực 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Phương pháp hàn áp lực là đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo, sau đó được ép hoặc đập để tăng khả năng thẩm thấu khuếch tán của các phân tử vật chất làm cho chúng liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Phương pháp hàn này thích hợp với những kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua thể nhão. Những vật liệu khác (như gang) khi đốt tới điểm nóng chảy thì lập tức biến từ thể rắn sáng thể lỏng, không qua thể nhão, thì không thể hàn bằng phương pháp hàn áp lực. Với thép chứa 0,4%C trở lên dùng phương pháp hàn áp lực cũng tương đối khó khăn. Theo cách nung nóng, hàn áp lực có 3 loại dưới đây: 1.3.2.1 Phương pháp hàn rèn Đây là phương pháp cũ nhất mà những thợ rèn thủ công hay dùng để hàn những vật rèn. Vật rèn nói chung được nung nóng trắng khoảng 12000C - 13000C trong lò rèn, sau lấy ra đặt lên đe, dùng búa đập. Khi đập búa, phải đập ở giữa trước, sau mới đập bên cạnh và bốn xung quanh, để cho xỉ tạp trong ngàm nối dễ trôi ra ngoài. Nhờ tác dụng đập của búa rèn, xỉ sẽ không bị giữ lại làm ảnh hưởng đến cường độ của mối hàn. Phương pháp hàn rèn chỉ dùng để hàn một số vật hình dáng đơn giản. Những vật như thùng tròn, bình chứa lớn thì không thể hàn được. Hàn bằng khí than ướt (CO + H2) về nguyên lý cũng giống như hàn rèn, chỉ khác là đổi nguồn nhiệt nung bằng cách dùng khí than ướt, cho nên hàn bằng khí than ướt là một loại đặc biệt của phương pháp hàn rèn. Vì khí than ướt có thể dùng ống phun để đốt, nên vừa nung vừa có thể dùng máy búa hoặc trục ép để hàn liên đầu nối lại. Do tính hoàn nguyên của ngọn lửa khí than ướt rất mạnh cho nên ở mối hàn không cần dùng thuốc hàn, mà vẫn có thể có được mối hàn nhẵn chắc. 1.3.2.2 Phương pháp hàn nhiệt nhôm Hàn nhiệt nhôm là một phương pháp hàn dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhóm với oxit sắt. 8Al +3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe 6
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Phản ứng này phát ra một nhiệt lượng rất lớn, đôi khi có nhiệt độ lớn hơn 30000C. Phương pháp hàn nhiệt nhôm có 3 loại dưới đây: a. Phương pháp hàn áp lực bột nhôm sắt: Dùng xỉ và sắt nóng chảy làm nguồn nhiệt để nung vật hàn, sau đó dùng áp lực ép cho chúng liền lại với nhau. b. Phương pháp hàn nóng chảy bột nhôm sắt: Dùng xi nung nóng vật hàn gần tới điểm nóng chảy, sau đó đồ sắt nóng chảy vào cho nó liền với vật hàn. c. Phương pháp hàn bột nhôm sắt hỗn hợp áp lực và hàn nóng chảy: Vật hàn một phần được lợi dụng nhiệt lượng của xi để nung nóng và nhờ áp lực ép mà chúng gắn lại với nhau, phần khác do sắt nóng chảy nên kim loại vật hàn và nguyên liệu hàn được kết chặt lại. Phương pháp này phần nhiều để hàn đường ray của xe hỏa, xe điện. Sau khi phát minh ra phương pháp hàn dùng khí axetylen phương pháp hàn nhiệt nhôm dần dần ít được dùng. 1.3.2.3. Phương pháp hàn tiếp xúc Hàn điện tiếp xúc có rất nhiều phương pháp khác nhau, thực chất của phương pháp đó là: Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng đến trạng thái hàn và nhờ tác dụng của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc lại với nhau. Đây là phương pháp chủ yếu của hàn áp lực mà chúng ta sẽ đề cập đến trong tài liệu này. Ngày nay, hàn bằng áp lực cùng xuất hiện thêm nhiều phương pháp mới như hàn bằng ma sát, hàn bằng siêu âm hàn nguội, hàn nổ, hành khuếch tán trong chân không vv Ngoài hai nhóm hàn trên: hàn nóng chảy và hàn áp lực trong thực tế chúng ta có gặp một dạng hàn khác, đó là hàn vẩy. Hàn vẩy còn gọi là hàn khác nguyên liệu, khi hàn chỉ cần đốt nóng mối hàn đến một nhiệt độ nhất định, sau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nổi vật hàn lại với nhau. 7
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chỗ khác nhau giữa nó với hàn là không cần đốt nóng chảy vật hàn mà chỉ cần đạt tới nhiệt độ có thể hỗn hợp với nguyên liệu hàn đã nóng chảy để thành hợp kim là được, còn đối với nguyên liệu hàn thì nhất định phải đốt nóng chảy. Kim loại dùng làm nguyên liệu hàn thường khác hẳn vật hàn, cho nên gọi là hàn khác nguyên liệu. 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch¬ng 2. mét sè ph¬ng ph¸p hµn vµ c¾t kim lo¹i 2.1 Hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ 2.1.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông 2.1.1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm Hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ cßn gäi lµ hµn hå quang ch×m, tiÕng Anh viÕt t¾t lµ SAW (Submerged Arc Welding) lµ qu¸ tr×nh hµn nãng ch¶y mµ hå quang ch¸y gi÷a d©y hµn (®iÖn cùc hµn) vµ vËt hµn díi mét líp thuèc b¶o vÖ. Díi t¸c dông nhiÖt cña hå quang, mÐp hµn, d©y hµn vµ mét phÇn thuèc hµn s¸t hå quang bÞ nãng ch¶y t¹o thµnh vòng hµn. D©y hµn ®îc ®Èy vµo vòng hµn b»ng mét c¬ cÊu ®Æc biÖt víi tèc ®é phï hîp víi tèc ®é ch¸y cña nã (H.2-1a). Theo ®é chuyÓn dÞch cña nguån nhiÖt (hå quang) mµ kim lo¹i vòng hµn sÏ nguéi vµ kÕt tinh t¹o thµnh mèi hµn (H.2-1b). Trªn mÆt vòng hµn vµ phÇn mèi hµn ®«ng ®Æc h×nh thµnh mét líp xØ cã t¸c dông tham gia vµo c¸c qu¸ tr×nh luyÖn kim khi hµn, b¶o vÖ vµ gi÷ nhiÖt cho mèi hµn, vµ sÏ t¸ch khái mèi hµn sau khi hµn. PhÇn thuèc hµn cha bÞ nãng ch¶y cã thÓ sö dông l¹i. Hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ ®îc tù ®éng c¶ hai kh©u cÊp d©y vµo vïng hå quang vµ chuyÓn ®éng hå quang theo trôc mèi hµn. Trêng hîp nµy ®îc gäi lµ "Hµn hå quang tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ". NÕu chØ tù ®éng hãa kh©u cÊp d©y hµn vµo vïng hå quang cßn kh©u chuyÓn ®éng hå quang däc theo trôc mèi hµn ®îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ "Hµn hå quang b¸n tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ". Hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ cã c¸c ®Æc ®iÓm sau: - NhiÖt lîng hå quang rÊt tËp trung vµ nhiÖt ®é rÊt cao, cho phÐp hµn víi tèc ®é lín. V× vËy ph¬ng ph¸p hµn nµy cã thÓ hµn nh÷ng chi tiÕt cã chiÒu dµy lín mµ kh«ng cÇn ph¶i v¸t mÐp. 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - D©y hµn c¬ cÊu cÊp d©y tiÕp ®iÖn Nguån ®iÖn hµn Thuèc b¶o vÖ Hå quang Kim lo¹i c¬ b¶n Kim lo¹i c¬ b¶n a) ®êng cÊp thuèc hµn §iÖn cùc hµn (d©y hµn) XØ ®Æc XØ láng híng hµn thuèc hµn Kim lo¹i mèi hµn vïng hå quang Kim lo¹i c¬ b¶n Kim lo¹i nãng ch¶y (vòng hµn) b) H×nh 2-1. S¬ ®å hµn díi líp thuèc b¶o vÖ a) S¬ ®å nguyªn lý; b) C¾t däc theo trôc mèi hµn - ChÊt lîng liªn kÕt hµn cao do b¶o vÖ tèt kim lo¹i mèi hµn khái t¸c dông cña oxi vµ nit¬ trong kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i mèi hµn ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn hãa häc. Líp thuèc vµ xØ hµn lµm liªn kÕt nguéi chËm nªn Ýt bÞ thiªn tÝch. Mèi hµn cã h×nh d¹ng tèt, ®Òu ®Æn, Ýt bÞ c¸c khuyÕt tËt nh kh«ng ngÊu, rç khÝ, nøt vµ b¾n tãe. - Gi¶m tiªu hao vËt liÖu (d©y hµn). - Hå quang ®îc bao bäc kÝn bëi thuèc hµn nªn kh«ng lµm h¹i m¾t vµ da cña thî hµn. Lîng khãi (khÝ ®éc) sinh ra trong qu¸ tr×nh hµn rÊt Ýt so víi hµn hå quang tay. - DÔ c¬ khÝ hãa vµ tù ®éng hãa qu¸ tr×nh hµn. 2.1.1.2. Ph¹m vi øng dông 9
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ cã øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc c¬ khÝ chÕ t¹o nh trong s¶n xuÊt: - C¸c kÕt cÊu thÐp d¹ng tÊm vá kÝch thíc lín, c¸c dÇm thÐp cã khÈu ®é vµ chiÒu cao, c¸c èng thÐp cã ®êng kÝnh lín, c¸c bån, bÓ chøa, b×nh chÞu ¸p lùc vµ trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu v.v. Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p nµy chñ yÕu ®îc øng dông ®Ó hµn c¸c mèi hµn ë vÞ trÝ hµn b»ng c¸c mèi hµn cã chiÒu dµi lín vµ cã quü ®¹o kh«ng phøc t¹p. Ph¬ng ph¸p hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ hµn ®îc c¸c chi tiÕt cã chiÒu dµy tõ vµi mm cho ®Õn hµng tr¨m mm. B¶ng 2-1 chØ ra c¸c chØ c¸c chiÒu dµy chi tiÕt hµn t¬ng øng víi hµn mét líp vµ nhiÒu líp, cã v¸t mÐp vµ kh«ng v¸t mÐp b»ng ph¬ng ph¸p hµn tù ®éng díi líp thuèc. B¶ng 2-1 ChiÒu dµy chi tiÕt hµn t¬ng øng víi c¸c lo¹i mèi hµn ChiÒu dµy mm chi tiÕt 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 203 Lo¹i mèi hµn Hµn mét líp kh«ng v¸t mÐp Hµn mét líp cã v¸t mÐp Hµn nhiÒu líp 2.1.2. VËt liÖu, thiÕt bÞ hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ 2.1.2.1. VËt liÖu hµn ChÊt lîng cña liªn kÕt hµn díi líp thuèc ®îc x¸c ®Þnh b»ng t¸c ®éng tæng hîp cña d©y hµn (®iÖn cùc hµn) vµ thuèc hµn. D©y hµn vµ thuèc hµn ®îc lùa chän theo lo¹i vËt liÖu c¬ b¶n, c¸c yªu cÇu vÒ c¬ lý tÝnh ®èi víi liªn kÕt hµn, còng nh ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña nã. 10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - D©y hµn, trong hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ, d©y hµn lµ phÇn kim lo¹i bæ sung vµo mèi hµn, ®ång thêi ®ãng vai trß ®iÖn cùc dÉn ®iÖn, g©y hå quang vµ duy tr× sù ch¸y hå quang. D©y hµn thêng cã hµm lîng c¸cbon kh«ng qu¸ 0,12%. NÕu hµm lîng cacbon cao, dÔ lµm gi¶m tÝnh dÎo vµ t¨ng kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nøt trong mèi hµn. §êng kÝnh d©y hµn hå quang tù ®éng díi líp thuèc tõ 1,6  6mm, cßn ®èi víi hµn hå quang b¸n tù ®éng tõ 0,8  2mm. Thuèc hµn cã t¸c dông b¶o vÖ vòng hµn, æn ®Þnh hå quang, khö «xi, hîp kim hãa kim lo¹i mèi hµn vµ ®¶m b¶o liªn kÕt hµn cã h×nh d¹ng tèt, xØ dÔ bong. 2.1.2.2. ThiÕt bÞ hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ ThiÕt bÞ hµn hå quang díp líp thuèc b¶o vÖ rÊt ®a d¹ng, song hÇu hÕt chóng l¹i rÊt gièng nhau vÒ nguyªn lý cÊu t¹o vµ mét sè c¬ cÊu bé phËn chÝnh, cô thÓ lµ: 1. C¬ cÊu cÊp d©y hµn vµ bé d©y hµn ®iÒu khiÓn ®Ó g©y hå quang thïng thuèc hµn nguån M vµ æn ®Þnh hå quang (®Çu ®iÖn hµn hµn). xe hµn - + 2. C¬ cÊu dÞch chuyÓn ®Çu hµn ray hµn däc theo trôc mèi hµn d©y nèi m¸t 3. Bé phËn cÊp vµ thu thuèc hµn. vËt hµn 4. Nguån ®iÖn hµn vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh hµn. H×nh 2-2. ThiÕt bÞ hµn hå quang tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ Tïy theo tõng lo¹i thiÕt bÞ cô thÓ, c¸c c¬ cÊu nµy cã thÓ bè trÝ thµnh mét khèi hoÆc thµnh c¸c khèi ®éc lËp. VÝ dô trong lo¹i xe hµn h×nh 2-2 th× ®Çu hµn vµ c¶ c¬ cÊu dÞch chuyÓn ®Çu hµn, cuén d©y hµn, c¬ cÊu cung cÊp thuèc hµn vµ c¶ hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh hµn ®îc bè trÝ thµnh mét 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - khèi. Nhê vËy xe hµn cã thÓ chuyÓn ®éng trùc tiÕp theo mÐp rÊt linh ®éng, nã cã thÓ chuyÓn ®éng theo c¸c quü ®¹o kh¸c nhau trªn kÕt cÊu d¹ng tÊm, thËm chÝ cã thÓ thùc hiÖn ®îc c¸c mèi hµn vßng trªn c¸c mÆt trßn vµ ®êng èng cã ®êng kÝnh lín. §èi víi m¸y hµn b¸n tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ th× ®Çu hµn ®îc thay b»ng má hµn hay sóng hµn nhá gän, dÔ ®iÒu khiÓn b»ng tay. C¬ cÊu cÊp d©y cã thÓ bè trÝ rêi hoÆc cïng khèi trong nguån hµn víi c¸c c¬ cÊu kh¸c. Nguån ®iÖn hµn hå quang díi líp thuèc b¶o vÖ ph¶i cã hÖ sè lµm viÖc liªn tôc 100% vµ cã ph¹m vi ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn réng tõ vµi tr¨m ®Õn vµi ngµn Ampe. Trªn h×nh 2-3 lµ h×nh ¶nh cña mét lo¹i ®Çu hµn hå quang tù ®éng díi líp thuãc b¶o vÖ. H×nh 2-3. §Çu hµn tù ®éng 2.1.3. C«ng nghÖ hµn hå quang díp líp thuèc b¶o vÖ 2.1.3.1. ChuÈn bÞ liªn kÕt tríc khi hµn ChuÈn bÞ v¸t mÐp vµ g¸ l¾p vËt hµn cho hµn hå quang díp líp thuèc b¶o vÖ yªu cÇu cÈn thËn h¬n nhiÒu so víi hµn hå quang tay. MÐp hµn ph¶i b»ng ph¼ng, khe hë hµn ®Òu ®Ó cho mèi hµn ®Òu ®Æn, kh«ng bÞ cong vªnh, rç. Víi hµn hå quang díp líp thuèc b¶o vÖ, nh÷ng liªn kÕt hµn cã chiÒu dµy nhá h¬n 20mm kh«ng ph¶i v¸t mÐp khi hµn hai phÝa. Nh÷ng liªn kÕt hµn cã chiÒu dµy lín cã thÓ v¸t mÐp b»ng má c¾t khÝ, m¸y c¾t plasma hoÆc gia c«ng trªn m¸y c¾t gät. 12
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tríc khi hµn ph¶i lµm s¹ch mÐp trªn mét chiÒu réng 50  60mm vÒ c¶ hai phÝa cña mèi hµn, sau ®ã hµn ®Ýnh b»ng que hµn chÊt lîng cao. 2.1.3.2. ChÕ ®é hµn 1. Dßng ®iÖn hµn: ChiÒu s©u ngÊu cña liªn kÕt hµn tû lÖ thuËn víi dßng ®iÖn hµn. Tuy nhiªn khi t¨ng dßng ®iÖn hµn, lîng d©y hµn nãng ch¶y t¨ng theo, hå quang ch×m s©u vµo kim lo¹i c¬ b¶n nªn chiÒu réng cña mèi hµn kh«ng t¨ng râ rÖt mµ chØ t¨ng chiÒu cao phÇn nh« cña mèi hµn, t¹o ra sù tËp trung øng suÊt, gi¶m chÊt lîng bÒ mÆt mèi hµn, xØ khã t¸ch. NÕu dßng ®iÖn qu¸ nhá th× chiÒu s©u ngÊu sÏ gi¶m, kh«ng ®¸p øng yªu cÇu. (H.2-4). e b e b e b Dßng ®iÖn qu¸ nhá Dßng ®iÖn hîp lý Dßng ®iÖn qu¸ lín kh«ng ®ñ ngÊu chiÒu cao mèi hµn t¨ng H×nh 2-4. ¶nh hëng cña dßng ®iÖn hµn tíi h×nh d¸ng mèi hµn 2. §iÖn ¸p hå quang. Hå quang dµi th× ®iÖn ¸p hå quang cao, ¸p lùc cña nã lªn kim lo¹i láng gi¶m, do ®ã chiÒu s©u ngÊu gi¶m vµ t¨ng chiÒu réng mèi hµn. §iÒu chØnh tèc ®é cÊp d©y cã thÓ lµm thay ®æi ®iÖn ¸p cña cét hå quang: t¨ng tèc ®é cÊp d©y th× ®iÖn ¸p cét hå quang sÏ thÊp vµ ngîc l¹i. 3. Tèc ®é hµn. Tèc ®é hµn t¨ng, nhiÖt lîng hå quang mét ®¬n vÞ chiÒu dµi cña mèi hµn sÏ gi¶m, do ®ã ®é s©u ngÊu gi¶m, ®ång thêi chiÒu réng cña mèi hµn còng gi¶m. 4. §êng kÝnh d©y hµn. Khi ®êng kÝnh d©y hµn t¨ng mµ dßng ®iÖn kh«ng ®æi th× chiÒu s©u ngÊu gi¶m t¬ng øng. §êng kÝnh d©y hµn gi¶m th× hå quang ¨n s©u h¬n vµo kim lo¹i c¬ b¶n, do ®ã mèi hµn sÏ hÑp vµ chiÒu s©u ngÊu lín. 13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. C¸c yÕu tè c«ng nghÖ kh¸c (®é dµi phÇn nh« cña d©y hµn, lo¹i vµ cùc tÝnh dßng ®iÖn hµn v.v.) §é dµi phÇn nh« cña d©y hµn t¨ng lªn th× t¸c dông nung nãng cña kim lo¹i ®iÖn cùc tríc khi vµo vïng hå quang t¨ng lªn. D©y hµn ch¸y nhanh, ®ång thêi ®iÖn trë ë phÇn nh« t¨ng lªn, dßng ®iÖn hµn gi¶m xuèng, ®Æc biÖt lµ khi hµn b»ng d©y hµn cã ®êng kÝnh bÐ hiÖn tîng nµy cµng râ rÖt h¬n. Khi hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng díp líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ dïng dßng ®iÖn mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu. Th«ng thêng khi hµn nh÷ng tÊm thÐp dµy th× dïng ®iÖn xoay chiÒu, cßn khi hµn nh÷ng tÊm thÐp máng th× dïng ®iÖn mét chiÒu ®Ó gi÷ ®îc hå quang æn ®Þnh h¬n. Víi c¸c lo¹i thuèc hµn ®ang dïng hiÖn nay, khi ®æi tõ nèi thuËn sang nèi nghÞch chiÒu s©u ngÊu sÏ t¨ng lªn. Hµn b»ng dßng xoay chiÒu cã chiÒu s©u ngÊu ë møc trung b×nh so víi khi hµn b»ng dßng mét chiÒu nèi thuËn vµ nèi nghÞch. Cì cña h¹t thuèc hµn cã ¶nh hëng nhÊt ®Þnh ®Õn ®é ngÊu cña mèi hµn. Thuèc hµn cã cì h¹t nhá sÏ lµm gi¶m bít tÝnh linh ho¹t cña hå quang vµ lµm t¨ng chiÒu s©u ngÊu. 2.1.3.3. Kü thuËt hµn Khi hµn gi¸p mèi mét líp, ®Ó tr¸nh ch¸y thñng, ®Ó cã ®é ngÊu hoµn toµn vµ sù t¹o h×nh tèt ë mÆt tr¸i cña mèi hµn ta cã thÓ ¸p dông c¸c biÖn ph¸p nh: hµn lãt phÝa díi, dïng ®Öm thÐp, ®Öm thuèc, ®Öm ®ång, ®Öm gåm hoÆc dïng khãa ch©n. NÕu chiÒu dµy vËt hµn t¬ng ®èi lín, cã thÓ hµn lãt b»ng c¸c ph¬ng ph¸p, råi sau ®ã míi hµn chÝnh thøc (H.2-5a). Trong trêng hîp kh«ng thÓ hµn líp lãt ®îc, cã thÓ dïng ®Öm thÐp cè ®Þnh ®Ó cã thÓ hµn ngÊu hoµn toµn (H.2-5b). Khãa ch©n (H.2-5c) t¬ng tù nh hµn víi ®Öm thÐp. Khãa ch©n hay dïng cho mèi hµn cña c¸c vËt h×nh trô nh èng, bån chøa v.v. 14
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cã thÓ dïng tÊm ®Öm rêi b»ng ®ång, hoÆc ®Öm ®ång kÕt hîp víi thuèc nh ë h×nh 2-5d. 2 1 n   3 b n 4 a) b) n    5 c) d) H×nh 2-5 BiÖn ph¸p chèng kim lo¹i ch¶y khái que hµn n = (0,3 - 0,5)bn = 4   Chi tiÕt hµn; 2) Mèi hµn; 3) Mèi hµn lãt; 4) §Öm thÐp(®ång) 5) §Öm ®ång + thuèc hµn; Khi hµn hå quang tù ®éng hoÆc b¸n tù ®éng díi líp thuèc b¶o vÖ, tèt nhÊt nªn dïng ®Öm thuèc ®Ó ng¨n kim lo¹i láng ch¶y khái khe hë hµn. H×nh 2-6 chØ ra mét sè ph¬ng ph¸p ®Öm thuèc th«ng dông. 4 3 A-A 2 1 b ) a ) C h iÒ u q u a y A th u è c A H×nh 2-6 Ph¬ng ph¸p ®Öm líp thuèc hµn 1) èng ®µn håi; 2) C¬ cÊu Ðp; 3) Thuèc hµn; 4) VËt hµn Khi hµn c¸c liªn kÕt ch÷ T vµ liªn kÕt hµn gãc cã thÓ øng dông ®Öm thuèc hoÆc hµn lãt phÝa bªn kia (H.2-7). C¸c biÖn ph¸p nµy ¸p dông cho vÞ trÝ hµn "lßng thuyÒn" khi mµ kim lo¹i láng cã kh¶ n¨ng ch¶y khái khe hµn. BiÖn ph¸p ®Æt vµo khe hë hµn mét tiÕng ¸tbÐt (ami¨ng) (H.2-7c) chØ ¸p 15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - dông cho hµn kim lo¹i dµy, v× sù tiÕp xóc trùc tiÕp cña ¸tbÐt víi kim lo¹i láng thêng sinh ra rç khÝ. 1 1 Ðp 2 2 3 a) b) 1 1 1 5 6 4 c) d) e) H×nh 2.7 BiÖn ph¸p chèng kim lo¹i ch¶y khái khe hë khi hµn gãc ë vÞ trÝ lßng thuyÒn a) Mèi hµn gãc trªn ®Öm thuèc; b) Hµn trªn ®Öm thuèc ®îc Ðp vµo mèi nèi ch÷ T c) Hµn mèi hµn gãc víi miÕng ¸tbÐt; d) Hµn mèi hµn gãc sau khi ®· hµn lãt; e) Hµn mét phÝa trªn ®Öm ®ång víi thuèc.1. D©y hµn; 2. Thuèc hµn; 3. èng Ðp gi÷ thuèc; 4. Mèi hµn lãt; 5. TÊm ®Öm ®ång; 6. MiÕng ¸tbÐt 2.2. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ 2.2.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông 2.2.1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ lµ qu¸ tr×nh hµn nãng ch¶y trong ®ã nguån nhiÖt hµn ®îc cung cÊp bëi hå quang t¹o ra gi÷a ®iÖn cùc nãng ch¶y (d©y hµn) vµ vËt hµn: hå quang vµ kim lo¹i nãng ch¶y ®îc b¶o vÖ khái t¸c dông cña oxi vµ nit¬ trong m«i trêng xung quanh bëi mét lo¹i khÝ hoÆc mét hçn hîp khÝ. TiÕng Anh ph¬ng ph¸p nµy gäi lµ GMAW (Gas Metal Arc Welding). 16
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - D©y hµn c¬ cÊu cÊp d©y BÐp tiÕp ®iÖn Nguån ®iÖn hµn KhÝ b¶o vÖ Hå quang Kim lo¹i c¬ b¶n Kim lo¹i c¬ b¶n H×nh 2-8. S¬ ®å nguyªn lý hµn hå quang nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ. KhÝ b¶o vÖ cã thÓ lµ khÝ tr¬ (Ar, He hoÆc hçn hîp Ar + He) kh«ng t¸c dông víi kim lo¹i láng trong khi hµn hoÆc lµ c¸c lo¹i khÝ ho¹t tÝnh (CO2; CO2 + O2; CO2 + Ar, ) cã t¸c dông chiÕm chç vµ ®Èy kh«ng khÝ ra khái vïng hµn ®Ó h¹n chÕ t¸c dông xÊu cña nã. Khi ®iÖn cùc hµn hay d©y hµn ®îc cÊp tù ®éng vµo vïng hå quang th«ng qua c¬ cÊu cÊp d©y, cßn sù dÞch chuyÓn hå quang däc theo mèi hµn ®îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ hå quang b¸n tù ®éng trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ tr¬ (Ar, He) tiÕng Anh gäi lµ ph¬ng ph¸p hµn MIG (Metal Inert Gas). V× c¸c lo¹i khÝ tr¬ cã gi¸ thµnh cao nªn kh«ng ®îc øng dông réng r·i, chØ dïng ®Ó hµn kim lo¹i mÇu vµ thÐp hîp kim. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ ho¹t tÝnh (CO2, CO2 + O2, ) tiÕng Anh gäi lµ ph¬ng ph¸p hµn MAG (Metal Active Gas). Ph¬ng ph¸p hµn MAG sö dông khÝ b¶o vÖ CO2 ®îc øng dông réng r·i do cã rÊt nhiÒu u ®iÓm: - CO2 lµ lo¹i khÝ dÔ kiÕm, dÔ s¶n xuÊt vµ gi¸ thµnh thÊp; 17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - N¨ng suÊt hµn trong CO2 cao, gÊp h¬n 2,5 lÇn so víi hµn hå quang tay; - TÝnh c«ng nghÖ cña hµn trong CO2 cao h¬n so víi hµn hå quang díi líp thuèc v× cã thÓ tiÕn hµnh ë mäi vÞ trÝ kh«ng gian kh¸c nhau; - ChÊt lîng hµn cao. S¶n phÈm hµn Ýt bÞ cong vªnh do tèc ®é hµn cao, nguån nhiÖt tËp trung, hiÖu suÊt sö dông nhiÖt lín, vïng ¶nh hëng nhiÖt hÑp; - §iÒu kiÖn lao ®éng tèt h¬n so víi hµn hå quang tay vµ trong qu¸ tr×nh hµn kh«ng ph¸t sinh khÝ ®éc. 2.2.1.2. Ph¹m vi øng dông Trong nÒn c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, hµn hå quang nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ chiÕm mét vÞ trÝ rÊt quan träng. Nã kh«ng nh÷ng cã thÓ hµn c¸c lo¹i thÐp kÕt cÊu th«ng thêng, mµ cßn cã thÓ hµn c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ, thÐp chÞu nhiÖt, thÐp bÒn nãng, c¸c hîp kim ®Æc biÖt, c¸c hîp kim nh«m, magiª, niken, ®ång, c¸c hîp kim cã ¸i lùc hãa häc m¹nh víi «xi. Ph¬ng ph¸p hµn nµy cã thÓ sö dông ®îc ë mäi vÞ trÝ trong kh«ng gian. ChiÒu dµy vËt hµn tõ 0,4  4,8 mm th× chØ cÇn hµn mét líp mµ kh«ng ph¶i v¸t mÐp, tõ 1,6  10mm th× hµn mét líp cã v¸t mÐp, cßn tõ 3,2  25mm th× hµn nhiÒu líp. 2.2.2. VËt liÖu vµ thiÕt bÞ hµn hå quang ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ 2.2.2.1. VËt liÖu hµn 1. D©y hµn Khi hµn trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ, sù hîp kim hãa kim lo¹i mèi hµn nh»m ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt yªu cÇu cña mèi hµn ®îc thùc hiÖn chñ yÕu th«ng qua d©y hµn. Do vËy, nh÷ng ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ hµn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh tr¹ng vµ chÊt lîng d©y hµn. Khi hµn MAG, thêng sö dông d©y hµn cã ®êng kÝnh tõ 0,8 ®Õn 2,4mm. Sù æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn còng nh chÊt lîng cña liªn kÕt hµn phô thuéc nhiÒu vµo t×nh tr¹ng bÒ mÆt d©y hµn. CÇn chó ý ®Õn ph¬ng ph¸p b¶o qu¶n, cÊt gi÷ vµ biÖn ph¸p lµm s¹ch d©y hµn nÕu d©y bÞ gØ hoÆc 18
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - bÈn. Mét trong nh÷ng c¸ch ®Ó gi¶i quyÕt lµ sö dông ®©y cã líp m¹ ®«ng. D©y m¹ ®ång sÏ n©ng cao chÊt lîng bÒ mÆt vµ kh¶ n¨ng chèng gØ, ®ång thêi n©ng cao tÝnh æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn. Theo hÖ thèng tiªu chuÈn AWS, ký hiÖu d©y hµn thÐp cacbon th«ng dông nh sau: ER 70 S- X Ký hiÖu ®iÖn cùc hµn hoÆc que hµn phô Thµnh phÇn hãa häc vµ khÝ b¶o vÖ §é bÒn kÐo nhá nhÊt ( ksi) S = D©y hµn ®Æc B¶ng 2-2 giíi thiÖu mét sè lo¹i d©y hµn th«ng dông theo AWS Mét sè lo¹i d©y hµn thÐp cacbon th«ng dông B¶ng 2-2 §iÒu kiÖn hµn C¬ tÝnh Giíi h¹n Giíi h¹n Ký hiÖu bÒn kÐo ch¶y cña §é d·n theo AWS Cùc tÝnh KhÝ b¶o vÖ cña liªn kim lo¹i dµi kÕt mèi hµn % (min) min (psi) min (psi) E70S - 2 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 3 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 4 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 5 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 6 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S - 7 DCEP CO2 72000 60000 22 Thµnh phÇn hãa häc (%) AWS C Mn Si C¸c nguyªn tè kh¸c 19
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - E70S - 2 0,6 0,40  0,70 Ti - 0,05  0,15; Zi - 0.02  0,12; Al - 0,05  0,15 E70S - 3 0,06  0,15 0,90  1,40 0,45  0,70 E70S - 4 0,07  0,15 0,65  0,70 E70S - 5 0,07  0,19 0,30  0,60 Al - 0,50  0,90 E70S - 6 0,07  0,15 1,40  1,85 0,80  1,15 E70S - 7 0,07  0,15 1,50  2,00 0,50 0,80 §èi víi thÐp hîp kim thÊp thêng sö dông d©y hµn cã ký hiÖu ER - 80S - 02 víi khÝ b¶o vÖ lµ CO2, OCEP. 2. KhÝ b¶o vÖ KhÝ Ar tinh khiÕt (~ 100%) thêng ®îc dïng ®Ó hµn kim lo¹i mÇu. KhÝ He tinh khiÕt (~ 100%) thêng ®îc dïng ®Ó hµn c¸c liªn kÕt cã kÝch thíc lín víi c¸c vËt liÖu cã tÝnh dÉn nhiÖt cao A1, Mg, Cu, Khi dïng khÝ He tinh khiÕt bÒ réng mèi hµn sÏ lín so víi dïng lo¹i khÝ kh¸c, v× vËy cã thÓ dïng hçn hîp Ar + (50  80%) He. Do khÝ He cã träng lîng riªng nhá h¬n khÝ Ar nªn lu lîng khÝ He cÇn dïng cao h¬n 2 ®Õn 3 lÇn so víi khÝ Ar. Khi hµn c¸c hîp kim chøa Fe cã thÓ bæ sung thªm O2 hoÆc CO2 vµo Ar ®Ó kh¾c phôc c¸c khuyÕt tËt nh lâm khuyÕt, b¾n tãe vµ h×nh d¹ng mèi hµn kh«ng ®ång ®Òu. CO2 ®îc dïng réng r·i ®Ó hµn thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim thÊp, do gi¸ thµnh thÊp, mèi hµn æn ®Þnh, c¬ tÝnh cña liªn kÕt hµn ®¹t yªu cÇu, tèc ®é hµn cao vµ ®é ngÊu s©u. Nhîc ®iÓm cña hµn trong khÝ b¶o vÖ CO2 lµ g©y b¾n tãe kim lo¹i láng. B¶ng 8-3 giíi thiÖu øng dông mét sè lo¹i khÝ vµ hçn hîp khÝ b¶o vÖ Mét sè lo¹i khÝ b¶o vÖ t¬ng øng víi kim lo¹i c¬ b¶n B¶ng 2-3 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - KhÝ b¶o vÖ Kim lo¹i c¬ b¶n Ar (He) Kim lo¹i vµ hîp kim kh«ng cã s¾t Ar + 1% O2 ThÐp austenit Ar + 2% O2 ThÐp ferit (hµn ®øng tõ trªn xuèng) Ar + 5% O2 ThÐp ferit (hµn tÊm máng, hµn ®øng tõ trªn Ar + 20% CO2 xuèng) Ar + 15% CO2 + 5% ThÐp ferit vµ austenit (hµn ë mäi vÞ trÝ) O2 ThÐp ferit vµ austenit (hµn ë mäi vÞ trÝ) CO2 ThÐp ferit (hµn ë mäi vÞ trÝ) 2.2.2.2. ThiÕt bÞ hµn HÖ thèng thiÕt bÞ cÇn thiÕt dïng cho hµn hå quang ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ bao gåm nguån ®iÖn hµn, c¬ cÊu cÊp d©y hµn tù ®éng, má hµn hay sóng hµn ®i cïng c¸c ®êng èng dÉn khÝ, dÉn d©y hµn vµ c¸p ®iÖn, chai chøa khÝ b¶o vÖ kÌm theo bé ®ång hå, lu lîng kÕ vµ van khÝ. Nguån ®iÖn hµn th«ng thêng lµ nguån ®iÖn mét chiÒu DC. Nguån ®iÖn xoay chiÒu AC kh«ng thÝch hîp do hå quang bÞ t¾t ë tõng nöa chu kú vµ sù chØnh lu chu kú ph©n cùc nghÞch lµm cho hå quang kh«ng æn ®Þnh. §Æc tÝnh ngoµi cña nguån ®iÖn hµn th«ng thêng lµ ®Æc tÝnh cøng (®iÖn ¸p kh«ng ®æi). §iÒu nµy ®îc dïng víi tèc ®é cÊp d©y hµn kh«ng ®æi, cho phÐp ®iÒu chØnh tù ®éng chiÒu dµi hå quang. Má hµn (sóng hµn) bao gåm pÐp tiÕp ®iÖn ®Ó dÉn dßng ®iÖn hµn ®Õn d©y hµn, ®êng dÉn khÝ vµ chôp khÝ ®Ó híng dßng khÝ b¶o vÖ bao quanh vïng hå quang, bé phËn lµm nguéi cã thÓ b»ng khÝ hoÆc níc tuÇn hoµn, c«ng t¾c ®ãng ng¾t ®ång bé dßng ®iÖn hµn, d©y hµn vµ dßng khÝ b¶o vÖ . 2.2.3. C«ng nghÖ hµn hå quang ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ. 2.2.3.1. ChuÈn bÞ liªn kÕt tríc khi hµn 21
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C¸c yªu cÇu vÒ h×nh d¸ng, kÝch thíc, bÒ mÆt liªn kÕt trong ph¬ng ph¸p hµn hå quang nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ t¬ng tù nh ë c¸c ph¬ng ph¸p hµn kh¸c. Tuy nhiªn, do ®êng kÝnh cña d©y hµn nhá h¬n so víi hµn díi líp thuèc b¶o vÖ nªn gãc v¸t mÐp sÏ nhá h¬n (thêng kho¶ng 45  600), do d©y hµn cã kh¶ n¨ng ®a s©u vµo trong r·nh hµn. 2.2.3.2. C¸c d¹ng truyÒn kim lo¹i láng vµo vòng hµn 1. TruyÒn kim lo¹i d¹ng cÇu. Giät kim lo¹i h×nh thµnh chËm trªn ®iÖn cùc vµ lu l¹i ë ®©y l©u. NÕu kÝch thíc giät kim lo¹i láng ®ñ lín, nã sÏ chuyÓn vµo vïng hµn theo c¸c híng kh¸c nhau (®ång trôc hoÆc lÖch trôc d©y hµn) do träng lùc hoÆc do sù ®o¶n m¹ch. KÝch thíc giät kim lo¹i láng d¹ng cÇu phô thuéc vµo lo¹i khÝ sö dông vµo vËt liÖu vµ kÝch thíc ®iÖn cùc, ®iÖn ¸p hå quang, cêng ®é dßng ®iÖn vµ cùc tÝnh. Khi ®iÖn ¸p hå quang vµ kÝch thíc ®iÖn cùc t¨ng th× ®êng kÝnh giät t¨ng, cßn khi cêng ®é dßng ®iÖn t¨ng sÏ lµm gi¶m ®êng kÝnh giät. Qu¸ tr×nh hµn víi sù truyÒn kim lo¹i d¹ng cÇu ®îc øng dông chñ yÕu cho c¸c liªn kÕt ë vÞ trÝ hµn b»ng. 2. TruyÒn kim lo¹i d¹ng phun. ë d¹ng nµy kim lo¹i ®i qua hå quang ë d¹ng c¸c giät rÊt nhá ®îc ®Þnh híng ®ång trôc. §êng kÝnh giät kim lo¹i b»ng hoÆc nhá h¬n ®êng kÝnh ®iÖn cùc. Hµn hå quang kiÓu phun rÊt thÝch hîp ®Ó hµn c¸c chi tiÕt t¬ng ®èi dµy víi dßng ®iÖn cao vµ hµn ë vÞ trÝ hµn ®øng tõ trªn xuèng. 3. TruyÒn kim lo¹i d¹ng ng¾n m¹ch hoÆc nhá giät. Kü thuËt hµn hå quang ng¾n m¹ch hoÆc nhá giät thÝch hîp khi hµn c¸c tÊm máng ë c¸c vÞ trÝ hµn kh¸c nhau. Kü thuËt hµn truyÒn kim lo¹i d¹ng nhá giät sö dông d©y hµn ®êng kÝnh nhá (0,8  1,6mm), ®iÖn ¸p hå quang thÊp (16  22V), dßng ®iÖn thÊp (60 180A). Kü thuËt hµn nµy Ýt g©y b¾n tãe giät kim lo¹i láng. 2.2.3.3. ChÕ ®é hµn 22
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. Dßng ®iÖn hµn. Dßng ®iÖn hµn ®îc chän phô thuéc vµo kÝch thíc ®iÖn cùc (d©y hµn) d¹ng truyÒn kim lo¹i láng vµ chiÒu dµy cña liªn kÕt hµn. Khi dßng ®iÖn qu¸ thÊp sÏ kh«ng ®¶m b¶o ngÊu hÕt chiÒu dµy liªn kÕt, gi¶m ®é bÒn cña mèi hµn. Khi dßng ®iÖn qu¸ cao, sÏ lµm t¨ng sù b¾n tãe kim lo¹i, g©y ra rç xèp, biÕn d¹ng, mèi hµn kh«ng ®ång ®Òu. Víi lo¹i nguån ®iÖn cã ®Æc tÝnh ngoµi cøng (®iÖn ¸p kh«ng ®æi) dßng ®iÖn hµn t¨ng sÏ lµm t¨ng tèc ®é cÊp d©y, vµ ngîc l¹i. 2. §iÖn ¸p hµn. §©y lµ th«ng sè rÊt quan träng trong hµn GMAW, quyÕt ®Þnh d¹ng truyÒn kim lo¹i láng. §iÖn ¸p hµn sö dông phô thuéc vµo chiÒu dµy chi tiÕt hµn, kiÓu liªn kÕt, kÝch cì vµ thµnh phÇn ®iÖn cùc, thµnh phÇn khÝ b¶o vÖ, vÞ trÝ hµn v.v §Ó cã ®îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p hµn hîp lý, cã thÓ ph¶i hµn thö vµi lÇn, b¾t ®Çu b»ng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p hå quang theo tÝnh to¸n hay tra b¶ng, sau ®ã t¨ng hoÆc gi¶m theo quan s¸t ®êng hµn ®Ó chän gi¸ trÞ ®iÖn ¸p thÝch hîp. 3. Tèc ®é hµn. Tèc ®é hµn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo tr×nh ®é tay nghÒ cña thî hµn. Tèc ®é hµn quyÕt ®Þnh chiÒu s©u ngÊu cña mèi hµn. NÕu tèc ®é hµn thÊp, kÝch thíc vòng hµn sÏ lín vµ ngÊu s©u. Khi t¨ng tèc ®é hµn, tèc ®é cÊp nhiÖt cña hå quang sÏ gi¶m, lµm gi¶m ®é ngÊu vµ thu hÑp ®êng hµn. 4. PhÇn nh« cña ®iÖn cùc hµn. §ã lµ kho¶ng c¸ch gi÷a ®Çu ®iÖn cùc vµ mÐp pÐp tiÕp ®iÖn. Khi t¨ng chiÒu dµi phÇn nh«, nhiÖt nung nãng ®o¹n d©y hµn nµy sÏ t¨ng, dÉn tíi lµm gi¶m cêng ®é dßng diÖn hµn cÇn thiÕt ®Ó nãng ch¶y ®iÖn cùc theo tèc ®é cÊp d©y nhÊt ®Þnh. Kho¶ng c¸ch nµy rÊt quan träng khi hµn thÐp kh«ng gØ, sù biÕn thiªn nhá còng cã thÓ lµm t¨ng sù biÕn thiªn dßng ®iÖn mét c¸ch râ rÖt. ChiÒu dµi phÇn nh« qu¸ lín sÏ lµm d kim lo¹i nãng ch¶y ë mèi hµn, lµm gi¶m ®é ngÊu vµ l·ng phÝ kim lo¹i hµn. TÝnh æn ®Þnh cña hå quang còng bÞ ¶nh hëng. NÕu chiÒu dµi phÇn nh« qu¸ nhá, sÏ g©y ra sù b¾n tãe, kim lo¹i láng dÝnh vµo má hµn, chôp khÝ, lµm c¶n trë dßng khÝ b¶o vÖ, g©y ra rç xèp trong mèi hµn. 23
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.2.3.4. Kü thuËt hµn Khi hµn mét phÝa, cÇn ph¶i cã ®Öm lãt thÝch hîp ë díi ®êng hµn. §«i khi cã thÓ thùc hiÖn ®êng hµn ch©n (hµn lãt) b»ng kü thuËt ng¾n m¹ch ®Ó cã ®é ngÊu ®ång ®Òu, sau ®ã c¸c líp tiÕp theo ®îc thùc hiÖn b»ng kü thuËt truyÒn kiÓu phun víi dßng ®iÖn cao. Còng nh víi mäi ph¬ng ph¸p hµn hå quang kh¸c, gãc ®é vµ vÞ trÝ má hµn vµ ®iÖn cùc víi ®êng hµn cã ¶nh hëng râ rÖt tíi ®é ngÊu vµ h×nh d¹ng mèi hµn. Gãc má hµn thêng nghiªng kho¶ng 10  20o so víi chiÒu th¼ng ®øng. §é nghiªng cña má hµn hoÆc vËt hµn quyÕt ®Þnh h×nh d¹ng cña mèi hµn. Kü thuËt gi÷ má hµn vu«ng gãc thêng dïng chñ yÕu trong hµn SAW; kh«ng nªn dïng trong hµn GMAW, do chôp khÝ lµm h¹n chÕ tÇm nh×n cña thî hµn. C¸c b¶ng 3-4, 3-5, 3-6 giíi thiÖu c¸c th«ng sè vµ mét sè chÕ ®é hµn trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ CO2. ChÕ ®é hµn hå quang ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ CO2 (®iÖn mét chiÒu, cùc nghÞch). B¶ng 3-4 §êng kÝnh d©y hµn (mm) Th«ng sè hµn 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,5 Dßng hµn 100- 120- 200- 250- 30-100 50-150 60-180 90-140 (A) 500 550 600 700 §iÖn ¸p hå quang 18-20 18-22 18-24 18-42 18-45 19-46 23-40 24-42 (V) TÇm víi ®iÖn cùc 6-10 8-12 8-14 10-40 10-45 15-50 15-60 17-75 (mm) 24
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ChÕ ®é hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng liªn kÕt hµn gãc trong m«i trêng khÝ b¶o CO2 B¶ng 3-5 §êng ChiÒu C¹nh Dßng TÇm Tiªu kÝnh Sè líp §iÖn Tèc ®é dµy mèi ®iÖn víi hao d©y hµn ¸p hµn hµn tÊm hµn gãc hµn ®iÖn khÝ hµn (mm) U (V) (m/h) (mm) (mm) I (A) h cùc (l/ph) (mm) A 1-1,3 0,5 1,0-1,2 1 50-60 18-20 18-20 8-10 5-6 1-1,3 0,6 1,2-2,0 1 60-70 18-20 18-20 8-10 5-6 1,5-2,0 0,8 1,2-3,0 1 60-120 18-20 16-20 8-12 6-8 1,5-3,0 1,0 1,5-3,0 1 75-150 18-20 16-20 8-12 8-10 1,5-4,0 1,2 2,0-4,0 1 90-180 20-20 14-20 10-15 8-10 3,0-4,0 1,4 5,0-6,0 1 150-250 21-28 20-28 16-22 12-14 5,0-6,0 1,6 5,0-6,0 1 230-360 26-35 26-35 16-25 16-18 5,0-5,0 2,0 7,0-9,0 1 250-380 27-36 28-36 20-30 16-18 Kh«ng 2,0 5,0-6,0 1 320-380 30-25 20-25 20-30 18-20 nhá h¬n 2,0 9,0-11,0 2 320-380 30-28 24-28 20-30 18-20 c¹nh 2,0 11,0-13,0 3 320-380 30-28 24-28 20-35 18-20 mèi hµn 2,0 13,0-15,0 4 320-380 30-28 4-28 20-30 18-20 ChÕ ®é hµn tù ®éng liªn kÕt hµn gi¸p mèi trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ CO2 B¶ng 3-6 ChiÒu Sè líp Khe hë §êng Tiªu U ) V dµy tÊm hµn hµn kÝnh d©y I (A) h h hao khÝ h (V) (m/h) (mm) (mm) (mm) hµn (mm) (l/ph) 0,6-1,0 1 0,5-0,8 0,5-0,8 50-60 18-20 20-30 6-7 1,2-2,0 1-2 0,8-1,0 0,8-1,0 70-120 18-21 18-25 10-12 3-5 1-2 1,6-2,2 1,4-2,0 280-320 22-39 20-25 14-16 6-8 1-2 1,8-2,2 2,0 280-380 28-35 18-24 16-18 8-12 2-3 1,8-2,2 2,5 280-450 27-35 16-30 18-20 25
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.3 Hµn hå quang ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ tr¬ 2.3.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông Hµn hå quang ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ tr¬ (GTAW) lµ qu¸ tr×nh hµn nãng ch¶y, trong ®ã nguån nhiÖt ®iÖn cung cÊp bëi hå quang ®îc t¹o thµnh gi÷a ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y vµ vòng hµn (H.2-9). Vïng hå quang ®îc b¶o vÖ b»ng m«i trêng khÝ tr¬ (Ar, He hoÆc Ar + He) ®Ó ng¨n c¶n nh÷ng t¸c ®éng cã h¹i cña oxi vµ nit¬ trong kh«ng khÝ. §iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y thêng dïng lµ volfram, nªn ph¬ng ph¸p hµn nµy tiÕng Anh gäi lµ hµn TIG (Tungsten Inert Gas). Vïng hå quang ®îc chØ ra trªn h×nh 2-10. Hå quang trong hµn TIG cã nhiÖt ®é rÊt cao cã thÓ ®¹t tíi h¬n 61000C. Kim lo¹i mèi hµn cã thÓ t¹o thµnh chØ tõ kim lo¹i c¬ b¶n khi hµn nh÷ng chi tiÕt máng víi liªn kÕt gÊp mÐp, hoÆc ®îc bæ sung tõ que hµn phô. Toµn bé vòng hµn ®îc bao bäc bëi khÝ tr¬ thæi ra tõ chôp khÝ. Ph¬ng ph¸p nµy cã mét sè u ®iÓm ®¸ng chó ý: - T¹o mèi hµn cã chÊt lîng cao ®èi víi hÇu hÕt kim lo¹i vµ hîp kim. - Mèi hµn kh«ng ph¶i lµm s¹ch sau khi hµn Bé phËn tiÕp ®iÖn Nguån ®iÖn hµn KhÝ Ar hoÆc He §iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y Que hµn phô Hå quang Kim lo¹i c¬ b¶n Kim lo¹i c¬ b¶n H×nh 2-9. S¬ ®å nguyªn lý hµn hå quang ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ tr¬ (GTAW / TIG). 26
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - D©y hµn Dßng ®iÖn KhÝ b¶o vÖ Hå quang hµn §êng khÝ b¶o vÖ Que hµn phô Bé phËn tiÕp ®iÖn Vòng hµn Kim lo¹i mèi hµn Kim lo¹i c¬ b¶n H×nh 2-10 Vïng hå quang vµ vòng hµn - Hå quang vµ vòng hµn cã thÓ quan s¸t ®îc trong khi hµn. - Kh«ng cã kim lo¹i b¾n tãe. - Cã thÓ hµn ë mäi vÞ trÝ trong kh«ng gian. - NhiÖt tËp trung cho phÐp t¨ng tèc ®é hµn, gi¶m biÕn d¹ng cña liªn kÕt hµn. Ph¬ng ph¸p hµn TIG ®îc ¸p dông trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n xuÊt, ®Æc biÖt rÊt thÝch hîp trong hµn thÐp hîp kim cao, kim lo¹i mµu vµ hîp kim cña chóng Ph¬ng ph¸p hµn nµy th«ng thêng ®îc thao t¸c b»ng tay vµ cã thÓ tù ®éng hãa hai kh©u di chuyÓn hå quang còng nh cÊp d©y hµn phô. 2.3.2. VËt liÖu vµ thiÕt bÞ hµn TIG 2.3.2.1. VËt liÖu VËt liÖu sö dông trong ph¬ng ph¸p hµn TIG bao gåm khÝ b¶o vÖ, ®iÖn cùc volfram, vµ que hµn phô. 1. KhÝ b¶o vÖ - khÝ tr¬ Ar lµ khÝ ®îc ®iÒu chÕ tõ khÝ quyÓn b»ng ph¬ng ph¸p hãa láng kh«ng khÝ vµ tinh chÕ ®Õn ®é tinh khiÕt 99,99%. KhÝ nµy ®îc cung cÊp 27
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - trong c¸c b×nh díi ¸p suÊt cao hoÆc ë d¹ng láng víi nhiÖt ®é díi -1840C trong c¸c thïng chøa lín. He cã träng lîng riªng b»ng kho¶ng 1/10 so víi Ar ®îc lÊy tõ khÝ tù nhiªn, thêng ®îc chøa trong c¸c b×nh díi ¸p suÊt cao. Sau khi ra khái chôp khÝ ë má hµn, Ar t¹o thµnh líp b¶o vÖ phÝa trªn vïng hµn. Do nhÑ h¬n, He cã xu híng d©n lªn t¹o thµnh cuén xo¸y xung quanh hå quang. §Ó b¶o vÖ hiÖu qu¶, lu lîng He ph¶i gÊp 2-3 lÇn so víi Ar. §Æc tÝnh quan träng kh¸c cña He lµ ®ßi hái ®iÖn ¸p hå quang cao h¬n víi cïng chiÒu dµi hå quang vµ dßng ®iÖn so víi Ar. Hå quang He nãng h¬n so víi Ar ; He thêng dïng ®Ó hµn c¸c vËt liÖu cã chiÒu dµy lín, cã ®é dÉn nhiÖt cao (nh Cu) hoÆc nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. §iÓm kh¸c biÖt n÷a lµ Ar cho tÝnh æn ®Þnh hå quang nh nhau ®èi víi dßng ®iÖn xoay chiÒu (AC) vµ mét chiÒu (DC), vµ cã t¸c dông lµm s¹ch tèt víi dßng AC. Trong lóc ®ã He t¹o hå quang æn ®Þnh víi dßng ®iÖn DC, nhng tÝnh æn ®Þnh hå quang vµ t¸c dông lµm s¹ch víi dßng AC t¬ng ®èi thÊp. Do ®ã khi cÇn hµn Al, Mg b»ng dßng AC th× nªn dïng Ar. C¸c hçn hîp Ar vµ He víi hµm lîng He ®Õn 75% ®îc sö dông khi cÇn sù c©n b»ng gi÷a c¸c ®Æc tÝnh cña hai lo¹i khÝ nµy. Cã thÓ bæ sung H2 vµ Ar khi hµn c¸c hîp kim Ni, Ni - Cu, thÐp kh«ng gØ. 2. §iÖn cùc wolfram Wolfram ®îc dïng lµm ®iÖn cùc do cã tÝnh chÞu nhiÖt cao (nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 34100C), ph¸t x¹ ®iÖn tö t¬ng ®èi tèt, lµm ion hãa hå quang vµ duy tr× tÝnh æn ®Þnh hå quang. Wolfram cã tÝnh chèng oxi hãa hå quang. B¶ng 7-7 giíi thiÖu thµnh phÇn hãa häc cña mét sè lo¹i ®iÖn cùc Wolfram theo tiªu chuÈn AWS A5.12- 80. Thµnh phÇn hãa häc cña mét sè lo¹i ®iÖn cùc Wolfram B¶ng 2-7 Tiªu chuÈn W (min) Th Zz Tæng t¹p chÊt AWS % (%) (%) (max)% EWP 99,5 - - 0,5 EWTh - 1 98,5 0,8-1,2 - 0,5 28
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - EWTh -2 97,5 1,7-2,2 - 0,5 EWTh 3 98,95 0,35-0,55 - 0,5 EWZr 99,2 - 0,15 - 0,40 0,5 C¸c ®iÖn cùc wolfram cã ®êng kÝnh 0,25  6,4 mm víi chiÒu dµi 76  610 mm. C¸c ®iÖn cùc wolfram cã thªm thori (Th) cã tÝnh ph¸t x¹ ®iÖn tö, dÉn ®iÖn vµ chèng nhiÔm bÈn tèt, måi hå quang tèt h¬n vµ hå quang æn ®Þnh h¬n. C¸c ®iÖn cùc wolfram cã thªm zircon (Zr) cã c¸c tÝnh chÊt trung gian gi÷a ®iÖn cùc W vµ ®iÖn cùc W - Th. B¶ng 7-8 chØ ra mét sè ®Æc ®iÓm nhËn diÖn cña lo¹i ®iÖn cùc theo tiªu chuÈn AWS. B¶ng 7-8 Mµu nhËn diÖn mét sè lo¹i ®iÖn cùc th«ng dông Ký hiÖu Thµnh phÇn Mµu nhËn diÖn EWP Wolfram tinh khiÕt Xanh l¸ c©y EWCe-2 97,3%W, 2% oxit ceri Da cam EWLa - 1 98,3%W, 1 % oxit latnan §en EWTh - 1 98,3%W, 1 % oxi th«ri Vµng EWTh - 2 97,3%W, 2 % oxi th«ri §á EWZa - 1 99,1%W, 0,25% oxit zircon N©u EWG 94,5%W X¸m Mét sè yªu cÇu khi sö dông ®iÖn cùc wolfram: - CÇn chän dßng ®iÖn thÝch hîp víi kÝch cì ®iÖn cùc ®îc sö dông. Dßng ®iÖn qu¸ cao sÏ lµm háng ®Çu ®iÖn cùc, dßng ®iÖn qu¸ thÊp sÏ g©y ra sù ¨n mßn, nhiÖt ®é thÊp vµ hå quang kh«ng æn ®Þnh. - §Çu ®iÖn cùc ph¶i ®îc mµi hîp lý theo c¸c híng dÉn kÌm theo ®iÖn cùc. - §iÖn cùc ph¶i sö dông vµ b¶o qu¶n cÈn thËn tr¸nh nhiÔm bÈn. 29
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Dßng khÝ b¶o vÖ ph¶i ®îc duy tr× kh«ng chØ tríc vµ trong khi hµn mµ c¶ sau khi ng¾t hå quang cho ®Õn khi ®iÖn cùc nguéi. - PhÇn nh« ®iÖn cùc ë phÝa ngoµi má hµn (chôp khÝ) ph¶i ®îc gi÷ ë møc ng¾n nhÊt, tïy theo øng dông vµ thiÕt bÞ, ®Ó b¶o ®¶m ®îc b¶o vÖ tèt b»ng dßng khÝ tr¬. - CÇn tr¸nh sù nhiÔm bÈn ®iÖn cùc, sù tiÕp xóc gi÷a ®iÖn cùc nãng víi kim lo¹i mèi hµn. - ThiÕt bÞ, ®Æc biÖt lµ chôp khÝ, ph¶i ®îc b¶o vÖ vµ lµm s¹ch. §Çu chôp khÝ bÞ bÈn sÏ ¶nh hëng tíi khÝ b¶o vÖ, ¶nh hëng tíi hå quang hµn, do ®ã lµm gi¶m chÊt lîng mèi hµn. 3. Que hµn phô. Que hµn phô cã c¸c kÝch thíc tiªu chuÈn ISO/R564 nh sau: chiÒu dµi tõ 500mm 100mm víi ®êng kÝnh 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2mm. C¸c lo¹i que hµn phô gåm cã: §ång vµ hîp kim ®ång, thÐp kh«ng gØ Cr cao vµ Cr - Ni; nh«m vµ hîp kim nh«m; thÐp c¸cbon thÊp, thÐp hîp kim thÊp v.v 2.2. ThiÕt bÞ dïng cho hµn TIG ThiÕt bÞ dïng cho hµn TIC cã c¸c bé phËn chÝnh sau : - Nguån ®iÖn hµn, bao gåm c¶ hÖ thèng ®iÒu khiÓn khÝ b¶o vÖ, níc lµm m¸t, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p hµn. - Má hµn. - Chai chøa khÝ tr¬ vµ van ®iÒu khiÓn lu lîng khÝ. Má hµn TIG. Chøc n¨ng cña má hµn TIG lµ dÉn dßng ®iÖn vµ khÝ tr¬ vµo vïng hµn. §iÖn cùc wolfram dÉn ®iÖn ®îc gi÷ ch¾c ch¾n trong má hµn b»ng ®ai gi÷ víi c¸c vÝt l¾p bªn trong th©n má hµn (H.2-11). C¸c ®ai nµy cã kÝch thíc phï hîp víi ®êng kÝnh ®iÖn cùc. KhÝ ®îc cung cÊp vµo vïng hµn qua chôp khÝ. Chôp khÝ cã ren ®îc l¾p vµo ®Çu má hµn, ®Ó híng vµ ph©n phèi dßng khÝ b¶o vÖ. Má hµn cã c¸c kÝch thíc vµ h×nh d¸ng kh¸c nhau phï hîp víi tõng c«ng viÖc hµn cô thÓ. 30
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Má hµn TIG ®îc ph©n lµm 2 lo¹i theo c¬ cÊu lµm m¸t: - Má hµn lµm m¸t b»ng khÝ - t¬ng øng víi cêng ®é dßng ®iÖn hµn nhá h¬n 120A. - Má hµn lµm m¸t b»ng níc - t¬ng øng víi cêng ®é dßng ®iÖn lín h¬n 120A. N¾p b¶o vÖ C«ng t¾c Que hµn phô C¸n Bé phËn lµm m¸t H×nh 2-11. CÊu t¹o má hµn TIC Nguån ®iÖn hµn. Nguån ®iÖn hµn cung cÊp dßng hµn mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu, hoÆc c¶ hai. Tïy øng dông, nã cã thÓ lµ biÕn ¸p, chØnh lu, m¸y ph¸t ®iÖn hµn. Nguån ®iÖn hµn cÇn cã ®êng ®Æc tÝnh ngoµi dèc (gièng nh cho hµn hå quang tay). §Ó t¨ng tèc ®é æn ®Þnh hå quang, ®iÖn ¸p kh«ng t¶i kho¶ng 70 - 80V. Bé phËn ®iÒu khiÓn thêng ®îc bè trÝ chung víi nguån ®iÖn hµn vµ bao gåm bé contact¬ ®ãng ng¾t dßng hµn, bé g©y hå quang tÇn sè cao, bé ®iÒu khiÓn tuÇn hoµn níc lµm m¸t (nÕu cã) víi hÖ thèng c¸nh t¶n nhiÖt vµ qu¹t lµm m¸t, bé khèng chÕ thµnh phÇn dßng mét chiÒu (víi m¸y hµn xoay chiÒu / mét chiÒu). 1. Nguån ®iÖn hµn xoay chiÒu thÝch hîp cho hµn nh«m, manhª vµ hîp kim cña chóng. Khi hµn, nöa chu kú d¬ng (cña ®iÖn cùc) cã t¸c dông b¾n ph¸ líp mµng «xit trªn bÒ mÆt vµ lµm s¹ch bÒ mÆt ®ã. Nöa chu kú ©m nung 31
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - kim lo¹i c¬ b¶n. HiÖn nay cã hai lo¹i nguån xoay chiÒu chÝnh dïng cho hµn b»ng ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ. Lo¹i nguån xoay chiÒu thø nhÊt cã dßng hµn d¹ng sãng h×nh sin, ®iÒu khiÓn dßng hµn b»ng c¶m kh¸ng b·o hßa (cæ ®iÓn). Nã cã u ®iÓm lµ hå quang ch¸y ªm. Nhîc ®iÓm lµ ph¶i thêng xuyªn gi¸n ®o¹n c«ng viÖc hµn khi cÇn thay ®æi cêng ®é dßng hµn do cã nhu cÇu gi¶m dßng hµn xuèng tèi thiÓu khi hµn ®Ó vòng hµn kÕt tinh chËm (kh«ng cã ®iÒu khiÓn tõ xa). Víi hµn nh«m, do cã hiÖn tîng tù chØnh lu cña hå quang ®Æc biÖt khi hµn dßng nhá nªn cÇn dïng kÌm bé c¶n thµnh phÇn dßng mét chiÒu (m¾c nèi tiÕp bé ¾c quy cã ®iÖn dung lín, bé tô ®iÖn cã ®iÖn dung lín) nhng l¹i cã thÓ g©y lÉn W nµo mèi hµn. V× khi ®iÖn cùc ë cùc d¬ng ®Ó khö mµng «xit nh«m, th× nã cã thÓ bÞ nung nãng qu¸ møc nÕu bé c¶m kh¸ng b·o hßa kh«ng ®îc thiÕt kÕ thÝch hîp ®Ó h¹n chÕ biªn ®é tèi ®a dßng hµn xoay chiÒu, lµm nã bÞ xãi mßn thµnh c¸c vôn nhá dÞch chuyÓn vµo vòng hµn). Ph¶i sö dông bé cao tÇn (c«ng suÊt nhá 250 - 300W, ®iÖn ¸p 2 - 3kV, tÇn sè cao 250 - 1000 kHz b¶o ®¶m dßng ®iÖn nµy chØ cã t¸c dông trªn bÒ mÆt, an toµn víi thî hµn) ®Ó g©y hå quang kh«ng tiÕp xóc (kho¶ng 3mm) vµ t¹o æn ®Þnh hå quang trong suèt qu¸ tr×nh hµn. Lo¹i nguån xoay chiÒu thø hai cã dßng hµn d¹ng sãng vu«ng cho phÐp gi¶m biªn ®é tèi ®a cña dßng hµn so víi d¹ng sãng h×nh sin (kho¶ng 30%) cã cïng c«ng suÊt nhiÖt. Do ®ã Ýt cã kh¶ n¨ng lµm lÉn W vµo mèi hµn. Mét sè m¸y hµn cßn cho phÐp ®iÒu chØnh ®îc thêi gian t¸c ®éng cña tõng b¸n chu kú cña d¹ng sãng vu«ng, do ®ã cã thÓ lµm s¹ch oxit nh«m hoÆc ®¹t tíi chiÒu s©u ch¶y nh mong muèn. Mét lîi thÕ n÷a lµ nã cã thÓ duy tr× ®îc hå quang mµ kh«ng cÇn tiÕp tôc sö dông bé æn ®Þnh hå quang tÇn sè cao (chØ cÇn ®Ó g©y hå quang) v× tÇn sè ®æi chiÒu cña dßng ®iÖn hµn lµ cao h¬n nhiÒu so víi dßng hµn d¹ng sãng h×nh sin. 2. Nguån ®iÖn hµn mét chiÒu kh«ng g©y ra vÊn ®Ò lÉn W vµo mèi hµn hay hiÖn tîng tù n¾n dßng (nh khi hµn nh«m b»ng nguån hµn xoay chiÒu). Tuy nhiªn, ®iÒu quan träng cÇn lu ý khi sö dông nã lµ viÖc g©y hå 32
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - quang vµ kh¶ n¨ng cho dßng hµn sÏ tèi thiÓu. HÇu hÕt m¸y mét chiÒu ®Òu sö dông ph¬ng ph¸p nèi thuËn (nªn 2/3 lîng nhiÖt cña hå quang ®i vµo vËt hµn). §iÖn cùc W tinh khiÕt nh trong trêng hîp m¸y xoay chiÒu Ýt ®îc dïng ®Ó hµn mét chiÒu cùc thuËn v× khã g©y hå quang. Thay vµo ®ã lµ ®iÖn cùc W + 1,5 ®Õn 2% ThO2 hoÆc ZrO2 hoÆc oxit ®Êt hiÕm LaO, v.v NÕu dïng dßng mét chiÒu nèi nghÞch th× dßng ®iÖn tö sÏ b¾n ph¸ m¹nh ®iÖn cùc (2/3 lîng nhiÖt cña hå quang ®i vµo ®iÖn cùc) vµ cã kh¶ n¨ng lµm nãng ch¶y ®Çu ®iÖn cùc. V× vËy ®êng kÝnh ®iÖn cùc ph¶i lín h¬n so víi hµn trêng hîp b»ng dßng mét chiÒu nèi thuËn (6,4 mm so víi 1,6 mm khi I = 125A). Dßng mét chiÒu nèi nghÞch cho mèi hµn n«ng vµ réng h¬n so víi thuËn. C«ng dông chñ yÕu cña dßng mét chiÒu nèi nghÞch lµ dïng ®Ó lµm trßn ®Çu ®iÖn cùc cho hµn b»ng m¸y xoay chiÒu (thùc hiÖn bªn trªn bÒ mÆt tÊm ®ång ®Ó tr¸nh nhiÔm W vµo vËt hµn). ViÖc g©y hå quang còng dïng cïng bé cao tÇn nh víi m¸y xoay chiÒu (sau khi ®· g©y ®îc hå quang, nã tù c¾t chÕ ®é tÇn sè cao v× kh«ng cÇn n÷a). C¸c nguån ®iÖn TIG th«ng dông ë ViÖt Nam lµ m¸y hµn TG 160 cña h·ng WIM (Maysia), m¸y hµn Kepmi 2500 cña h·ng Kempi (PhÇn Lan). 3. C«ng nghÖ hµn TIG 3.1. ChuÈn bÞ tríc khi hµn. C«ng viÖc chuÈn bÞ tríc khi bao gåm: - X¸c ®Þnh d¹ng liªn kÕt; - Lãt ®¸y mèi hµn (nÕu cã); - KiÓm tra thiÕt bÞ; - ChuÈn bÞ khÝ b¶o vÖ, que hµn phô 1. D¹ng liªn kÕt C¸c d¹ng liªn kÕt c¬ b¶n trong hµn TIG lµ liªn kÕt gi¸p mèi, liªn kÕt chång, liªn kÕt gãc, liªn kÕt cïng mÐp vµ liªn kÕt ch÷ T (H.2-12). C¸c chi tiÕt hµn cÇn ph¶i ®îc lµm s¹ch bÒ mÆt b»ng ph¬ng ph¸p c¬ häc hoÆc hãa chÊt. Lµm s¹ch vÒ mçi bªn mèi hµn tõ 30 ®Õn 50 mm. Sau khi 33
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - v¸t mÐp (nÕu cã) vµ g¸ l¾p cã thÓ thùc hiÖn c¸c mèi hµn ®Ýnh. KÝch thíc vµ sè lîng mèi hµn ®Ýnh phô thuéc vµo chiÒu dµy vµ c¸c kÝch thíc kh¸c cña chi tiÕt hµn. 34
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - H×nh 2-12. C¸c d¹ng liªn kÕt hµn Liªn kÕt hµn §Æc ®iÓm 1.Liªn kÕt hµn gi¸p mèi - Liªn kÕt hµn gi¸p mèi kh«ng v¸t mÐp (A) lµ d¹ng liªn kÕt th«ng dông vµ dÔ chuÈn bÞ nhÊt. Chñ yÕu ®èi víi chiÒu a) dµy tÊm  V¸t mÐp ch÷ X 12mm. Gãc v¸t = 600 - 700. 2 - Liªn kÕt hµn chång - Lo¹i liªn kÕt nµy lo¹i bá hoµn toµn nhu cÇu chuÈn bÞ mÐp hµn. Tuy nhiªn cÇn chó ý ®Ó c¸c tÊm tiÕp xóc víi nhau trªn toµn bé chiÒu dµi phÇn chång. - Thêng sö dông khi hµn c¸c tÊm cã chiÒu dµy  6mm. - Cã thÓ hµn víi que hµn phô hoÆc kh«ng cã que hµn phô.  3. Liªn kÕt hµn gãc Liªn kÕt hµn gãc thêng ®îc sö dông trong chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu d¹ng hép, thïng chøa. a) - Lo¹i (A) dïng cho chiÒu dµy tÊm nhá h¬n 3 mm vµ kh«ng cÇn dïng que hµn phô. b) - Lo¹i (B) dïng c¸c tÊm dµy h¬n 3mm vµ sö dông que hµn phô. - Lo¹i (C) dïng cho tÊm dµy vµ thêng cã gãc v¸t mÐp = ~ 500 vµ chiÒu cao 35
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c) phÇn kh«ng v¸t lµ c = 1 3mm. c 4. Liªn kÕt hµn ch÷ T - Lo¹i liªn kÕt hµn ch÷ T cÇn ph¶i sö dông que hµn phô. - Sè líp hµn phô thuéc vµo chiÒu dµy tÊm vµ kÝch thíc cÇn cã cña mèi hµn. 5. Liªn kÕt hµn cïng mÐp - Lo¹i liªn kÕt nµy chØ dïng khi hµn c¸c tÊm máng vµ kh«ng sö dông que hµn phô. - Kh«ng thÝch hîp víi mèi hµn chÞu kÐo hay chÞu uèn. - C¸c mÐp hµn ph¶i tiÕp xóc ®Òu däc theo ®êng hµn. 2. Lãt ®¸y mèi hµn (H.2-13) TÊm lãt ®¸y cã t¸c dông b¶o vÖ mÆt sau cña mèi hµn tÊm máng tr¸nh khái nh÷ng ¶nh hëng cã h¹i cña kh«ng khÝ vµ ng¨n kim lo¹i láng tÊm lãt ®¸y ch¶y sôt khái mèi hµn (cã t¸c dông ®ì vòng hµn). tÊm lãt ®¸y Thuèc hµn (khÝ tr¬) - Cã thÓ lãt ®¸y b»ng tÊm kim lo¹i, sö dông ®Öm thuèc hµn hoÆc ®a khÝ tr¬ vµo bÒ mÆt díi cña mèi H×nh 2-13. D¹ng lãt ®¸y mèi hµn hµn, hoÆc phèi hîp c¶ hai ph¬ng ph¸p trªn. 36
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. KiÓm tra thiÕt bÞ tríc khi hµn - KiÓm tra ®é kÝn cña hÖ thèng cung cÊp khÝ vµ t×nh tr¹ng ho¹t ®éng cña van khÝ. - KiÓm tra cêng ®é dßng ®iÖn hµn vµ lu lîng khÝ b¶o vÖ ®· ®Æt. - Chän kÝch cì chôp khÝ, ®êng kÝnh vµ gãc v¸t ®Çu ®iÖn cùc hµn thÝch hîp. - KiÓm tra lu lîng níc lµm m¸t má hµn (nÕu cã). - KiÓm tra viÖc ®Êu ®iÖn nh: chÊt lîng tiÕp xóc ®iÖn vµ cùc tÝnh. 3.2. ChÕ ®é hµn TIG ChÕ ®é hµn TIG gåm bé th«ng sè c«ng nghÖ sau: - Cêng ®é dßng ®iÖn hµn. - Thêi gian t¨ng cêng ®é dßng ®iÖn hµn lªn gi¸ trÞ ®· chän. - Thêi gian gi¶m cêng ®é dßng ®iÖn hµn ®Õn khi t¾t hå quang víi môc ®Ých tr¸nh lâm cuèi ®êng hµn. -Tèc ®é hµn. - §êng kÝnh ®iÖn cùc W, que hµn (d©y hµn) phô. - Lu lîng khÝ b¶o vÖ vµ kÝch cì chôp khÝ. - Thêi gian më vµ ®ãng khÝ b¶o vÖ tríc khi g©y hå quang vµ t¾t hå quang. 37
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Dßng ®iÖn hµn Ih B C O A D E thêi gian më khÝ b¶o vÖ Thêi gian æn ®Þnh thêi gian duy tr× khÝ b¶o truíc khi g©y hå quang cuêng ®é dßng hµn vÖ sau khi t¾t hå quang Thêi gian gi¶m Thêi gian t¨ng dßng cuêng ®é dßng hµn hµn lªn gi¸ trÞ lµm viÖc H×nh 2-14. Chu tr×nh c¬ b¶n cña hµn TIG Hµn TIG b»ng xung ®iÖn §©y lµ ph¬ng ph¸p hµn TIG c¶i tiÕn, sö dông dßng ®iÖn hµn mét chiÒu (DC) cã chu tr×nh gi¸n ®o¹n ë d¹ng xung (H2-15). Gi¸ trÞ cña cêng ®é dßng ®iÖn hµn lÇn lît thay ®æi gi÷a hai møc cao vµ thÊp víi kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh lÆp ®i lÆp l¹i trong suèt qu¸ tr×nh hµn. Chu kú vµ biªn ®é cña hai møc dßng ®iÖn nµy cã thÓ thay ®æi mét c¸ch ®éc lËp ®Ó phï hîp víi tõng chu tr×nh hµn cô thÓ. Sù nãng ch¶y x¶y ra khi cêng ®é dßng ®iÖn ë møc cao (®Ønh), vòng hµn kÕt tinh cêng ®é dßng ®iÖn ë møc thÊp (ch©n). §iÒu nµy t¹o ra sù nãng ch¶y gi¸n ®o¹n däc theo ®êng hµn vµ d·y c¸c ®iÓm nãng ch¶y xÕp chång lªn nhau. Quy tr×nh hµn thÝch hîp khi tù ®éng hãa qu¸ tr×nh hµn TIG ë mäi vÞ trÝ cho c¸c mèi ghÐp theo chu vi thùc hiÖn trªn c¸c èng thµnh máng. Nã cã mét sè ®Æc ®iÓm næi bËt lµ: - Kh«ng ®ßi hái chÆt chÏ vÒ dung sai g¸ l¾p nh khi hµn kh«ng cã xung. - Cho phÐp hµn c¸c tÊm máng díi 1 mm. 38
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - I Møc dßng ®iÖn ®Ønh Møc dßng ®iÖn ch©n Møc dßng thÊp nhÊt O Thêi gian ®¹t Thêi gian ®¹t cuêng ®é cuêng ®é dßng ch©n dßng ®Ønh thêi gian më khÝ b¶o vÖ thêi gian duy tr× khÝ b¶o truíc khi g©y hå quang vÖ sau khi t¾t hå quang H×nh 2-15. Chu tr×nh hµn TIC b»ng dßng ®iÖn hµn xung. - Gi¶m biÕn d¹ng do khèng chÕ ®îc c«ng suÊt nhiÖt (gi¶m sù tÝch lòy nhiÖt). - DÔ hµn ë mäi t thÕ. - Kh«ng ®ßi hái tr×nh ®é tay nghÒ cña thî hµn thËt cao. - ChÊt lîng mèi hµn ®îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ. - ThÝch hîp cho c¬ khÝ hãa, tù ®éng hãa qu¸ tr×nh hµn. - ThÝch hîp khi hµn c¸c chi tiÕt quan träng nh ®êng hµn lãt mèi hµn èng nhiÒu líp, hµn c¸c chi tiÕt chiÒu dµy kh«ng ®ång nhÊt, hµn c¸c kim lo¹i kh¸c nhau. - Lùc ®iÖn tõ m¹nh cña c¸c xung ®iÖn cho phÐp h¹n chÕ rç xèp trong c¸c mèi hµn vµ t¨ng chiÒu s©u ngÊu. Hµn thÐp kh«ng gØ Ph¬ng ph¸p hµn TIG rÊt thÝch hîp cho hµn c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ. Do ®îc b¶o vÖ tèt, tr¸nh ®îc c¸c t¸c nh©n cã h¹i cña m«i trêng kh«ng khÝ nªn mèi hµn kh«ng chøa c¸c t¹p chÊt phi kim lo¹i. B¶ng 2-9 ®a ra mét sè chÕ ®é hµn thêng sö dông. 39
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hµn nh«m Khi hµn nh«m ph¶i sö dông dßng ®iÖn xoay chiÒu (AC) do nã cã thÓ kÕt hîp tèt kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn, tÝnh ®iÒu khiÓn hå quang vµ t¸c dông lµm s¹ch cña hå quang. Nguån ®iÖn hµn thêng lµ biÕn ¸p hµn mét pha víi ®iÖn ¸p kh«ng t¶i 80  100V. C¸c lo¹i ®iÖn cùc thÝch hîp lµ lo¹i W vµ W - Zr. §Çu ®iÖn cùc ph¶i cã h×nh b¸n cÇu. B¶ng 2-10 lµ mét sè chÕ ®é hµn thêng sö dông. 2.3.3.3. Kü thuËt hµn TIG Kü thuËt hµn bao gåm viÖc g©y vµ kÕt thóc hå quang, thao t¸c má hµn vµ d©y hµn phô ë c¸c t thÕ hµn kh¸c nhau. 1. G©y hå quang Cã hai c¸ch g©y hå quang: b»ng cao tÇn (kh«ng tiÕp xóc) vµ tiÕp xóc (TIG quÑt). a. G©y hå quang kh«ng tiÕp xóc - BËt dßng ®iÖn hµn; gi÷ má hµn ë t thÕ n»m ngang c¸ch bÒ mÆt vËt hµn kho¶ng 50mm. - Quay nhanh ®Çu ®iÖn cùc trªn má hµn vÒ phÝa vËt hµn cho tíi kho¶ng c¸ch chõng 3mm, t¹o thµnh gãc kho¶ng 750, hå quang sÏ tù h×nh thµnh do ho¹t ®éng cña bé g©y hå quang tÇn sè vµ ®iÖn ¸p cao cã s½n trong thiÕt bÞ. b. G©y hå quang tiÕp xóc Khi hµn b»ng dßng mét chiÒu, ®Æc biÖt khi hµn trong khu vùc ma tÇn sè cao dÔ g©y nhiÔu cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö nh¹y c¶m th× cã thÓ g©y hå quang b»ng c¸ch cho tiÕp xóc trùc tiÕp nhanh víi bÒ mÆt hµn hoÆc tÊm måi hå quang (kh«ng ®îc lµm b»ng graphit). Bé phËn ®iÒu khiÓn tù ®éng trong thiÕt bÞ hµn sÏ t¨ng dÇn dßng ®iÖn tõ lóc b¾t ®Çu cã hå quang lªn gi¸ trÞ dßng ®iÖn hµn ®· chän. 2. KÕt thóc hå quang 40
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ChuyÓn nhanh ®iÖn cùc vÒ t thÕ n»m ngang Chó ý. ThiÕt bÞ hµn còng cã thÓ ®îc trang bÞ bé phËn ®iÒu khiÓn (b»ng tay hoÆc ch©n) ®Ó g©y hå quang, ®Ó thay ®æi cêng ®é dßng ®iÖn hµn vµ kÕt thóc hå quang mµ kh«ng cÇn th«ng qua chuyÓn ®éng cña má hµn. Trong hµn TIG hå quang bÞ thæi lÖch cã thÓ lµ do: - Tõ trêng, - §Çu ®iÖn cùc bÞ nhiÔm cacbon, - MËt ®é dßng ®iÖn hµn thÊp, - Luång kh«ng khÝ bªn ngoµi thæi. §Ó kh¾c phôc hiÖn tîng thæi lÖch hå quang, ta cã thÓ dïng c¸c kü thuËt nh khi hµn hå quang tay hoÆc che ch¾n giã lïa (nÕu cã), v.v 3. Hµn mèi hµn gi¸p mèi - Sau khi g©y hå quang, gi÷ má hµn ë gãc 750 so víi bÒ mÆt vËt hµn. - Nung ®iÓm b¾t ®Çu hµn b»ng c¸ch cho má hµn xoay trßn cho ®Õn khi thÊy xuÊt hiÖn vòng hµn. §Çu cña ®iÖn cùc cÇn ®îc gi÷ ë kho¶ng c¸ch 3mm so víi bÒ mÆt vËt hµn. - Khi quan s¸t thÊy vòng hµn s¸ng vµ láng, th× dÞch chuyÓn chËm vµ ®Òu má hµn víi tèc ®é ®ñ t¹o mèi hµn cã chiÒu réng cÇn thiÕt. Trêng hîp kh«ng sö dông d©y hµn phô th× kh«ng cÇn dao ®éng ngang má hµn khi dÞch chuyÓn theo chiÒu dµi mèi hµn. - Khi sö dông d©y hµn phô, d©y hµn ®îc gi÷ ë gãc 150 so víi bÒ mÆt vËt hµn, t¹o víi trôc má hµn mét gãc gÇn 900 vµ c¸ch ®iÓm b¾t ®Çu hµn kho¶ng 25mm. Tríc hÕt nung ®iÓm khëi ®Çu ®Ó t¹o vòng hµn gièng nh khi hµn kh«ng cã d©y hµn phô. Khi vòng hµn s¸ng vµ láng, dÞch chuyÓn hå quang vÒ mÐp sau vòng hµn vµ bæ sung kim lo¹i d©y hµn b»ng c¸ch ch¹m nhanh ®Çu d©y hµn vµo mÐp tríc vòng hµn. Rót que hµn phô l¹i vµ ®a hå quang quay trë vÒ mÐp tríc cña vòng hµn. Khi vòng hµn trë l¹i s¸ng vµ láng, ta l¹i lÆp l¹i c¸c bíc nªu trªn trªn toµn bé chiÒu dµi mèi hµn. Tèc ®é 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - hµn vµ lîng d©y hµn ®îc bæ sung phô thuéc vµo chiÒu réng vµ chiÒu cao cÇn thiÕt cña mèi hµn. §Ó thùc hiÖn mèi hµn trªn bÒ mÆt th¼ng ®øng, má hµn ®îc gi÷ gÇn nh vu«ng gãc víi bÒ mÆt vËt hµn. Hµn thêng ®îc tiÕn hµnh tõ díi lªn trªn. Khi sö dông d©y hµn phô, thêng nã ®îc ®a vµo gièng nh m« t¶ ë trªn. 4. Hµn mèi hµn gãc trong liªn kÕt chång. - B¾t ®Çu b»ng viÖc t¹o vòng hµn trªn tÊm díi. - Khi vòng hµn s¸ng vµ láng, rót ng¾n hå quang xuèng cßn kho¶ng 1,6mm. - Dao ®éng má hµn trªn vòng hµn cho ®Õn khi c¸c tÊm liªn kÕt ch¾c víi nhau. - Mét khi ®· h×nh thµnh mèi hµn, ngõng dao ®éng. - Di chuyÓn má hµn däc ®êng hµn, víi ®Çu ®iÖn cùc ë ngay phÝa trªn mÐp tÊm trªn. 5. Hµn mèi hµn trong liªn kÕt gãc vµ liªn kÕt cïng mÐp §©y lµ lo¹i mèi hµn dÔ hµn nhÊt b»ng ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y trong m«i trêng khÝ tr¬. - T¹o vòng hµn t¹i ®iÓm b¾t ®Çu. - Di chuyÓn th¼ng má hµn däc theo ®êng hµn. - Kh«ng cÇn d©y hµn phô. 6. Hµn mèi hµn nhiÒu líp - Thêng thùc hiÖn víi chiÒu dµy vËt hµn trªn 3mm. - Líp hµn ®Çu cÇn hµn ngÊu hoµn toµn ch©n mèi hµn. - C¸c líp sau cã thÓ hµn b»ng dßng ®iÖn hµn lín h¬n. 7. Kü thuËt hµn èng C¸c u ®iÓm lµ: mèi hµn mÞn, ngÊu hÕt, Ýt cã khuyÕt tËt phÝa ch©n mèi hµn, kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn tèt h¬n so víi ¸p dông c¸c ph¬ng ph¸p hµn kh¸c. 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - VÝ dô trong c¸c liªn kÕt ®êng èng quan träng, chÊt lîng bÒ mÆt phÝa trong mèi hµn rÊt ®îc coi träng. §Ó ®¹t ®îc ®iÒu nµy, cÇn b¶o vÖ mèi hµn tõ phÝa trong èng th«ng qua viÖc ®a vµo duy tr× khÝ tr¬ (cã ¸p lùc cao h¬n 1 at mét chót) ë phÇn trong èng, tøc lµ phÝa mÆt tr¸i mèi hµn. ë ®iÒu kiÖn hiÖn trêng khi cã c¸c ®êng èng lín, cã thÓ dïng c¸c tói chÊt dÎo ®Æt bªn trong èng råi b¬m phång lªn ®Ó bÞt kÝn èng ë hai phÝa mèi hµn (cã ®Ó ®êng dÉn khÝ b¶o vÖ vµo vïng cÇn ®îc b¶o vÖ). Trong c¶ hai trêng hîp, cÇn h¹n chÕ Ar tho¸t ra b»ng c¸ch dïng b¨ng mÒm che phÇn khe gi÷a hai èng, vµ chØ ®Ó dÇn tõng phÇn ë phÝa tríc mèi hµn ®ang hµn. XÐt trêng hîp tiªu biÓu lµ t thÕ hµn b»ng mèi hµn gi¸p mèi ch÷ V cã gãc v¸t 37,50 mçi bªn, mÆt ®¸y 1,6mm, khe hë tõ 1,6 ®Õn 2,4 mm. Khi hµn, kho¶ng c¸ch phÇn nh« ra cña ®iÖn cùc (®· ®îc v¸t nhän thÝch hîp) tõ miÖng chôp khÝ b¶o vÖ víi ®Çu ®iÖn cùc n»m gÇn nh ngang hoÆc díi bÒ mÆt chi tiÕt hµn mét chót Hµn b¾t ®Çu tõ vÞ trÝ thÊp nhÊt lªn phÝa trªn cïng. Sau ®ã lÆp l¹i víi phÝa ®èi diÖn còng tõ díi lªn ®Ønh. Sau khi ®· thiÕt lËp ®îc vòng hµn vµ b¾t ®Çu hµn, cÇn dao ®éng má hµn (khi hµn thÐp thêng) NÕu thÊy vòng hµn cã xu híng sôt, cÇn ®iÒu chØnh tèc ®é dÞch chuyÓn vµ dao ®éng cña má hµn. Còng cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng c¸ch cho thªm kim lo¹i phô (d©y hµn phô) vµo vòng hµn ®Ó lµm nguéi bít vòng hµn. Trong mét sè trêng hîp, ®Ó tr¸nh ®Çu má hµn m¾c kÑt vµo r·nh hµn, cÇn sö dông chôp khÝ cã v¸t trßn ®Çu . Hµn èng nhiÒu líp: a. Hµn líp ®¸y (líp 1) Khèng chÕ chiÒu s©u ch¶y lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh thµnh c«ng trong hµn líp ®¸y. ChØ cã thÓ ®¹t ®îc ®iÒu ®ã qua thùc hµnh ®Ó tÝch lòy kinh nghiÖm vµ t¹o thãi quen. - Hµn ®Ýnh vµ ®Æt liªn kÕt vµo vÞ trÝ cÇn hµn. 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - G©y hå quang t¹i mét bªn mÐp vµ ®a hå quang xuèng ®¸y liªn kÕt. - Khi vòng hµn nèi hai bªn ®¸y th× ®a d©y hµn phô vµo. C¸ch nhËn biÕt mèi hµn ®¸y ®· ngÊu hoµn toµn hay cha: Sau khi vòng hµn nèi hai bªn cña liªn kÕt, hå quang ®îc gi÷ mét l¸t phÝa trªn vòng hµn. Sau ®ã vòng hµn sÏ dÑt ra vµ cã d¹ng c¸i nªm (phÝa tríc th¼ng, víi c¸c gãc trßn phÝa sau). §ã lµ lóc mèi hµn ®¸y ®· ngÊu hoµn toµn. b. Hµn c¸c líp ®iÒn ®Çy (líp 2 ®Õn n - 1): - Dao ®éng ngang má hµn khi hµn thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim thÊp c¸c èng ngang ë t thÕ cè ®Þnh (5G) hoÆc xay (1G) sÏ tèn Ýt thêi gian hµn. - Kh«ng dao ®éng ngang má hµn khi hµn thÐp hîp kim cao (®Ó tr¸nh t¹o cacbit Cr) ë mäi t thÕ vµ khi hµn èng ®øng cè ®Þnh (2G) thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim thÊp. c. Hµn líp hoµn thiÖn (líp thø n trªn cïng): - Líp hµn cÇn réng h¬n liªn kÕt 3mm vµ ®Òu vÒ hai bªn. - PhÇn nh« cña mèi hµn cÇn cao h¬n bÒ mÆt èng kho¶ng 1,6mm. - ChuyÓn ®éng dao ®éng ngang cña má hµn: Nh víi c¸c líp ®iÒn ®Çy nªu trªn. 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch¬ng 3 BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn 3.1. Nguån nhiÖt vµ ¶nh hëng cña nã ®Õn kim lo¹i vËt hµn 3.1.1. Yªu cÇu chÝnh ®èi víi nguån nhiÖt ®Ó hµn Nh trªn ®· biÕt, phÇn lín c«ng viÖc hµn chØ tiÕn hµnh ®èt nãng côc bé c¸c chi tiÕt hµn ®Õn mét nhiÖt ®é x¸c ®Þnh tïy thuéc kim lo¹i vËt hµn vµ ph¬ng ph¸p hµn. Víi c¸c ph¬ng ph¸p hµn ch¶y th× nhiÖt ®é ®èt nãng chç ®Þnh hµn Th ph¶i lín nhiÖt ®é ch¶y Tc. Khi hµn ¸p lùc th× nhiÖt ®é hµn ph¶i lín h¬n nhiÖt ®é tèi thiÓu T1 nµo ®ã ®Ó cã thÓ hµn vµ tháa m·n ®îc c¸c yªu cÇu kü thuËt. Th vµ T1 phô thuéc vËt liÖu hµn. Muèn sö dông mét c¸ch cã lîi nhÊt nguån nhiÖt hµn th× ph¶i triÖt ®Ó tËp trung nhiÖt ®Ó vËt hµn chØ bÞ ®èt nãng khèi lîng tèi thiÓu cÇn thiÕt. Khi hµn ®èt nãng b»ng ngän löa, thùc tÕ n¨ng lîng ngän löa kh«ng thÓ sö dông toµn bé ®îc. HiÖu suÊt cña ngän löa ®îc tÝnh nh sau: Q  = C Q tc Qc: Lµ n¨ng lîng sö dông h÷u Ých Qtc: Lµ toµn bé n¨ng lîng ngän löa s¶n ra. HiÖu suÊt cµng lín cµng tèt. C¸c ph¬ng ph¸p hµn cã kh¶ n¨ng gi÷ nhiÖt trong qu¸ tr×nh hµn kh¸c nhau th× hiÖu suÊt còng kh¸c nhau: hµn b»ng ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y,  = 0,45  0,6; hµn ®iÖn cùc nãng ch¶y cã thuèc bäc;  0,75; hµn tù ®éng díi líp thuèc,  = 0,75 0,9. 2. ¶nh hëng cña nguån nhiÖt hµn ®Õn kim lo¹i vËt hµn Khi hµn, nhiÖt sinh ra tõ nguån nhiÖt hµn sÏ nung nãng ch¶y mét khèi lîng nhá kim lo¹i t¹i vÞ trÝ hµn vµ truyÒn ra c¸c vïng l©n cËn. Trong mét thêi gian rÊt ng¾n, nhiÖt ®é kim lo¹i ë chç hµn biÕn ®æi tõ nhiÖt ®é b×nh thêng (nhiÖt ®é cña m«i trêng) ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é ch¶y (kho¶ng 2000  30000C ®èi víi hµn khÝ vµ kho¶ng 4.0000C ®èi víi hµn hå quang tay), sau ®ã l¹i nguéi dÇn v× kh«ng ®îc nung tiÕp (nguån nhiÖt di 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - chuyÓn qua chç kh¸c vµ do sù t¶n nhiÖt). Nhng v× nhiÖt ®é tèi ®a cña c¸c vïng vËt thÓ kh¸c nhau nªn tèc ®é nguéi sau khi hµn ë mçi vïng còng kh«ng gièng nhau, nh÷ng vïng cµng ë gÇn trôc hµn th× nhiÖt ®é cµng cao nªn khi nguéi tèc ®é nguéi cµng lín cßn nh÷ng vïng ë xa trôc hµn th× tèc ®é nguéi sÏ gi¶m dÇn. 4 10 8 1) m« ®un ®µn håi (1) (2) 2) øng suÊt bÒn 6 3) øng suÊt ch¶y 4 (3) (4) 4)hÖ sè gi·n në 2 nhiÖt. (5) 0 5) ®é gi·n dµI t¬ng 0 t 20 100 200 300 400 500 600 ®èi H×nh 3.1. C¬ tÝnh cña thÐp phô thuéc vµo nhiÖt ®é Nh vËy ë vïng hµn sÏ cã nh÷ng ph¶n øng hãa lý cña qu¸ tr×nh luyÖn kim cßn kim lo¹i ë c¸c vïng l©n cËn vµ kim lo¹i ë mèi hµn ®· ®«ng ®Æc th× x¶y ra qu¸ tr×nh thay ®æi vÒ tæ chøc vµ thay ®æi c¶ vÒ thÓ tÝch, lµm cho c¬ lý tÝnh cña kim lo¹i vËt hµn còng bÞ thay ®æi. C¬ tÝnh cña kim lo¹i thay ®æi chñ yÕu phô thuéc vµo tr¹ng th¸i nhiÖt ®é cña nã. HiÖn nay ngêi ta cha nghiªn cøu ®Çy ®ñ c¬ tÝnh cña kim lo¹i ë nhiÖt ®é cao, míi chØ nghiªn cøu t¬ng ®èi tû mû vÒ c¬ tÝnh cña kim lo¹i trong vïng ®µn håi. H×nh 2.1 biÓu hiÖn sù thay ®æi c¬ tÝnh cña thÐp phô thuéc vµo nhiÖt ®é khi nung nãng ®Õn 500  6000C. M«®uyn ®µn håi E khi ®èt nãng sÏ gi¶m tõ tõ, cßn hÖ sè gi·n në nhiÖt sÏ t¨ng lªn: Trong vïng ®µn håi cña thÐp tÝch sè: . E = 12 . 10-6. 2.1 . 107 250 N/cm2 0C coi nh kh«ng ®æi. 0 Giíi h¹n bÒn b thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ khi nhiÖt ®é t¨ng ®Õn 100 C, sau ®ã tiÕp tôc nung nãng ®Õn 200  3000C th× giíi h¹n bÒn cña thÐp thêng 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - gi¶m tõ tõ; khi nhiÖt ®é vît qu¸ 5000C ®é bÒn cña thÐp sÏ gi¶m mét c¸ch m·nh liÖt. TÝnh dÎo cña thÐp biÓu thÞ b»ng ®é gi·n dµi t¬ng ®èi %. Trong kho¶ng tõ 150  3000C th× tÝnh dÎo cña thÐp gi¶m mét Ýt, cßn khi nhiÖt ®é vît qu¸ 3000C, th× tÝnh dÎo sÏ t¨ng. Khi t¨ng nhiÖt ®é ®Õn 5000C th× giíi 0 h¹n ch¶y ch sÏ gi¶m m¹nh cho ®Õn b»ng kh«ng khi nhiÖt ®é trªn 600 C.  3.2. sù t¹o thµnh øng suÊt khi hµn vµ biÕn d¹ng hµn 3.2.1. Kh¸i niÖm chung vÒ øng suÊt khi hµn Khi hµn ta tiÕn hµnh nung nãng côc bé vµ trong mét thêi gian ng¾n ®¹t ®Õn nhiÖt ®é rÊt cao. Do nguån nhiÖt lu«n di ®éng lªn phÝa tríc nªn nh÷ng khèi kim lo¹i míi ®îc nung nãng cßn nh÷ng phÇn kim lo¹i ®»ng sau dÇn dÇn ®ång ®Òu vÒ nhiÖt ®é. Sù ph©n bè nhiÖt ®é theo ph¬ng th¼ng gãc víi híng hµn rÊt kh¸c nhau, do ®ã sù thay ®æi thÓ tÝch ë c¸c vïng l©n cËn mèi hµn còng kh¸c nhau, ®a ®Õn sù t¹o thµnh néi lùc vµ øng suÊt trong vËt hµn. l0 l H×nh 3.2. Kh¶o s¸t biÕn d¹ng hµn Khi hµn ®¾p gi÷a tÊm hay hµn gi¸p mèi, hai tÊm hµn cã cïng chiÒu dµy th× sù ph©n bè nhiÖt theo tiÕt diÖn nggang sÏ kh«ng ®Òu lµm cho sù gi·n në cña kim lo¹i sÏ kh«ng ®Òu, øng suÊt bªn trong khi nung nãng vµ lµm nguéi còng kh¸c nhau. Ta gi¶ thiÕt sù gi·n në cña c¸c dµi kim lo¹i cña tÊm 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - lµ tù do vµ kh«ng ¶nh hëng lÉn nhau th× ®é gi·n në tù do cña mçi mét d¶i sÏ lµ: l0 = . T . l - Lµ hÖ sè gi·n në nhiÖt cña kim lo¹i (1/0C) T - NhiÖt ®é trung b×nh cña d¶i ta xÐt (0C) l - ChiÒu dµi cña d¶i ®ang xÐt Thùc ra kh«ng thÓ cã sù gi·n nhiÖt tù do, bëi v× kim lo¹i lµ mét khèi liªn tôc, gi÷a chóng cã mèi liªn kÕt ph©n tö chÆt chÏ. Nh÷ng vïng nhiÖt ®é thÊp h¬n sÏ ng¨n c¶n sù gi·n në kim lo¹i cña nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é cao h¬n. V× khi hµn, sù ph©n bè nhiÖt ®èi xøng qua trôc hµn nªn biÕn d¹ng däc thùc tÕ cña tÊt c¶ c¸c thí cña t¸m lµ nh nhau vµ b»ng l (theo gi¶ thuyÕt tiÕt diÖn ph¼ng). Sù sai kh¸c gi÷a ®é gi·n në nhiÖt tù do l0 vµ ®é gi·n në nhiÖt thùc tÕ l lµ nguyªn nh©n t¹o thµnh néi lùc vµ øng suÊt trong tÊm hµn. Khi hµn phÇn ë gi÷a cña tÊm ®îc nung nãng nhiÒu (cã xu híng gi·n në nhiÒu) th× bÞ nÐn, cßn c¸c phÇn nung nãng Ýt vµ nguéi th× bÞ kÐo. Sau khi hµn nhiÖt ®é theo tiÕt diÖn ngang cña tÊm sÏ dÇn dÇn c©n b»ng, khi nguéi c¸c phÇn cña tÊm sÏ co l¹i. BiÕn d¹ng däc co rót ë phÇn gi÷a ph¶i lín h¬n v× ë ®ã nhiÖt ®é cao h¬n. Nhng biÕn d¹ng co rót thùc tÕ tÊt c¶ c¸c phÇn cña tÊm ph¶i b»ng nhau theo gi¶ thiÕt tiÕt diÖn ph¼ng, bëi vËy phÇn gi÷a cña tÊm khi nung nãng bÞ nÐn däc th× sau khi nguéi hoµn toµn nã sÏ trë lªn bÞ kÐo. Nh÷ng phÇn tiÕp ®ã kh«ng cã sù co nh phÇn gi÷a th× l¹i bÞ nÐn. Tr¹ng th¸i øng suÊt ®ã gäi lµ "øng suÊt d" trong vËt hµn. øng suÊt d trong kÕt cÊu hµn kÕt hîp víi øng suÊt sinh ra do ngo¹i lùc t¸c dông khi lµm viÖc sÏ cã thÓ lµm gi¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu vµ t¹o kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng vÐt nøt, g·y trong chóng. BiÕn d¹ng hµn thêng lµm sai lÖch h×nh d¸ng vµ kÝch thíc cña c¸c kÕt cÊu, do ®ã sau khi hµn ph¶i tiÕn hµnh c¸c c«ng viÖc söa, n¾n. 3.2.2. Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C¸c bµi to¸n vÒ biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn rÊt phøc t¹p, ®Æc biÖt lµ trong thùc tÕ c¸c kÕt cÊu hµn thêng gåm nhiÒu chi tiÕt hµn cã nhiÒu ®êng hµn, trong qu¸ tr×nh hµn sÏ g©y nh÷ng t¸c dông t¬ng hç lµm cho sù t¹o thµnh c¸c øng suÊt vµ biÕn d¹ng cµng trë lªn phøc t¹p. ë ®©y chØ tr×nh bµy mét vµi ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn trªn c¬ së cña néi øng lùc t¸c dông trong mèi hµn cña c¸c kÕt cÊu ®¬n gi¶n. ViÖc tÝnh to¸n nµy dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt sau: - øng suÊt d (lµ øng suÊt sinh ra trong qu¸ tr×nh nung nãng kh«ng ®Òu) khi hµn ®îc c©n b»ng trong vïng tiÕt diÖn ¶nh hëng vµ ®¹t ®Õn giíi h¹n ch¶y ch. - TÊm ®èt nãng kh«ng bÞ ¶nh hëng bªn ngoµi. - BiÕn d¹ng cña kÕt cÊu hµn phï hîp víi gi¶ thiÕt tiÕt diÖn ph¼ng. 3.3. biÕn d¹ng vµ øng suÊt do co däc khi hµn gi¸p mèi 3.3.1. X¸c ®Þnh néi øng lùc t¸c dông (h×nh 3.3) Theo lý thuyÕt søc bÒn ta cã néi lùc t¸c dông lµ: P = t. FC t - øng suÊt sinh ra khi hµn t = . E . T : HÖ sè gi·n në nhiÖt (1/ 0C ) E : Mo®uyn ®µn håi ( N/ cm2) T : NhiÖt ®é nung ( 0C ) 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - s P/2 b2 b1 P h b0 ch P/2 l  H×nh 3.3 øng suÊt do co däc vµ c¸c th«ng sè cÇn thiÕt cña mèi hµn gi¸p mèi. §èi víi thÐp thêng ta cã 12. 10-6 (1/0C) vµ E = 2,1 . 107 (N/cm2). 2 0 0 Do ®ã E 250 N/cm C. Khi nhiÖt ®ä nung t¨ng ®Õn 100 C th× t 25000 N/cm2 t¬ng øng víi giíi h¹n ch¶y cña c¸c thÐp th«ng thêng. Khi nhiÖt ®é t¨ng cao h¬n n÷a th× øng suÊt sinh ra sÏ kh«ng cßn tu©n theo ®Þnh luËt Huc n÷a vµ giíi h¹n ch¶y sÏ gi¶m xuèng khi nhiÖt ®é t¨ng lªn. Trong tÝnh to¸n ta lÊy gi¸ trÞ tèi ®a t = ch nªn: P = ch . Fe Fe: tiÕt diÖn cña vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn (h×nh 3.3) 2 Fc = bn . S (cm ) S - ChiÒu dµy tÊm hµn (cm) bn - ChiÒu réng cña vïng øng suÊt t¸c dông (cm) V× sù ph©n bè nhiÖt theo hai phÝa cña mèi hµn lµ ®èi xøng nhau nªn kÝch thíc cña vïng øng suÊt t¸c dông ë hai phÝa cña mèi hµn còng b»ng nhau. Vïng øng suÊt t¸c dông cña mçi mét tÊm hµn cã thÓ chia lµm hai khu vùc b1 vµ b2. Ta gäi b0 = b1 + b2 vµ bn = 2b0. Vïng b1 tiÕp gi¸p ngay víi trôc hµn gåm kim lo¹i ch¶y cña mèi hµn vµ kim lo¹i c¬ b¶n ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo; c¬ b¶n ®îc nung nãng ®Õn nhiÖt ®é thÊp h¬n 5500C nhng v× nhiÖt ®é nung kh«ng ®Òu nªn nã t¹o tµnh biÕn d¹ng nÐn - dÎo vµ kim lo¹i ë tr¹ng th¸i dµn håi - dÎo. §é lín cña vïng b1 phô thuéc vµo c«ng suÊt cña 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - nguån nhiÖt, tèc ®é hµn, khèi lîng kim lo¹i ch¶y vµ tÝnh chÊt hãa lý cña kim lo¹i. Ta cã thÓ tÝnh b1 theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: 0,484q b1 = 0 v.S 0 .C..550 C q - N¨ng lîng h÷u Ých cña nguån nhiÖt (cal/s) v - Tèc ®é hµn (cm/s) c - NhiÖt dung cña kim lo¹i (cal/g.0C) S0 - Tæng chiÒu dµy truyÒn nhiÖt cña c¸c tÊm hµn (cm) Khi hµn ®¾p vµo mÐp c¸c t¸m th× S0 = S, do ®ã: 0,484q b = 1 v.S.C.550 0 C X¸c ®Þnh vïng biÕn d¹ng dÎo - ®µn håi b2 lµ mét ®iÒu rÊt khã kh¨n. Ngêi ta ®· tiÕn hµnh nhiÒu thÝ nghiÖm vµ thÊy r»ng nã kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é x¸c ®Þnh theo tiÕt diÖn ngang lóc hµn mµ cßn phô thuéc vµo ®é cøng v÷ng cña tÊm hµn. §é cøng v÷ng cña tÊm hµn phô thuéc vµo m«men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn ngang vµ ®é bÒn c¬ häc, ®îc biÓu thÞ bëi chiÒu réng toµn bé vïng øng suÊt cña tÊm h vµ giíi h¹n ch¶y ch. Ngoµi ra vïng b2 cßn phô thuéc vµo n¨ng lîng nhiÖt riªng phÇn q0, q0 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: q 2 q0 = (cal/cm ) vS 0 q: N¨ng lîng h÷u Ých cña nguån nhiÖt (cal/s) v - Tèc ®é hµn (cm/s) S0 - Tæng chiÒu dµy truyÒn nhiÖt (cm) Nh vËy vïng biÕn d¹ng dÎo - ®µn håi b2 lµ hµm sè cña c¸c biÕn sè q0, h, ch, b2 = f (q0, h, ch ). Khi t¨ng q0, h th× sÏ lµm t¨ng vïng b2 v× nã lµm t¨ng phÇn ®îc ®èt nãng vµ t¨ng trë lùc gi·n dµi tù do cña c¸c thí bÞ nung. Cßn khi t¨ng ch th× sÏ lµm gi¶m b2 v× nã lµm t¨ng trë kh¸ng cña kim lo¹i khã tiÕn ®Õn tr¹ng th¸i dÎo - ®µn håi. Ngêi ta tÝnh b2 theo c«ng thøc: b2 = k2 ( h - b1) 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - k2 - HÖ sè phô thuéc vµo q0. B»ng thùc nghiÖm, ngêi ta ®· thµnh lËp ®îc gi¶n ®å x¸c ®Þnh hÖ sè k2 theo q0 cho phÐp cacbon thÊp cã ch = 22.000 2 2 N/cm vµ thÐp chÊp lîng cao cã ch = 28.000 N/cm C¸c lo¹i thÐp kh¸c cã thÓ néi suy theo c«ng thøc: ch k2 = k2 'ch 'ch - lµ giíi h¹n ch¶y cña lo¹i thÐp cÇn x¸c ®Þnh k'2 h: ChiÒu réng toµn bé vïng øng suÊt cña tÊm hµn. §èi víi hµn tù ®éng th× h kho¶ng 300 350mm, ®èi víi hµn hå quang tay h < 250 mm. Dùa vµo nhiÖt ®é ban ®Çu vµ nhiÖt ®é ®èt nãng tèi ®a ta cã thÓ ®a ®Õn mét c«ng thøc ®¬n gi¶n tæng qu¸t ®Ó t×nh vïng øng suÊt t¸c dông b0 cña mét tÊm hµn lµ: h b = 0 c.. .h 1 ch 0,484.q 0 . .E.m LÊy c .  = 1,25; E = 250N/cm2 0C m - lµ hÖ sè tÝnh ®Õn c¸c tr¹ng th¸i truyÒn nhiÖt, lÊy gÇn ®óng m 1. Ta sÏ cã: h b0 =  .h 1 ch 96,8 q 0 3.3.2. X¸c ®Þnh ®é co däc cña vËt hµn X¸c ®Þnh ®é co däc cña vËt hµn cã thÓ tÝnh theo øng suÊt ph¶n kh¸ng d 2 - lµ øng suÊt sinh ra ë nh÷ng vïng kh«ng ®îc nung nãng trùc tiÕp - ë d¶i bÞ nÐn däc ®µn håi sau khi nguéi. TrÞ sè ®é co däc l ®îc tÝnh theo c«ng thøc:  l = 2 . l E 49
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - øng suÊt 2 sinh ra do néi øng lùc t¸c dông P g©y nªn nÐn däc, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: P 2 = F Fc F : TiÕt diÖn ngang toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn Fc : TiÕt diÖn ngang cña vïng øng suÊt t¸c dông ch .b n .S  ch .b n 2 = h 0 b n S h 0 b n Khi hµn ®¾p vµo mÐp cña vËt hµn th× øng suÊt ph¶n kh¸ng sÏ lµ: P P  = 2 F h.S 3.3.3. X¸c ®Þnh ®é vâng khi hµn Khi hµn c¸c vËt mµ ®êng hµn kh«ng trïng víi trôc trung t©m cña vËt hµn th× nã sÏ sinh ra m«men uèn lÖch vµ lµm cho tÊm bÞ cong (h×nh 3.4). Pa a b2 Ma h b1 P Mc b0 c ch Pc l  H×nh 3.4. TÝnh ®é vâng liªn kÕt hµn gi¸p mèi. Khi ®ã ta vÉn cã néi lùc t¸c dông. P = ch . bn . S Nhng néi lùc ph¶n kh¸ng do øng suÊt ph¶n kh¸ng 2 sinh ra ë hai phÝa cña mèi hµn kh¸c nhau: 50
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ps = ch . bn . S Nhng néi lùc ph¶n kh¸ng do øng suÊt h¶n kh¸ng 2 sinh ra ë hai phÝa cña mèi hµn kh¸c nhau: PS = 2 aS vµ PC = 2cS V× néi lùc c©n b»ng nªn P = Pa + Pc tøc lµ: ch bn S = 2S (a + c) Ta rót ra:  ch b n ch b n 2 = a c h 0 b n LÊy m«men cña c¸c néi lùc ph¶n kh¸ng ®èi víi t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông ta cã: a b c b M = P n ; M = P n a a 2 c c 2 M«men tæng sÏ lµ: a b n c b n M = Ma - Mc = Pa - Pc 2 2 a b c b M =  aS n -  cS n 2 2 2 2 Thay trÞ sè 2 vµo ta ®îc :  ch .S.bn M = (a + bn + c) (a - c) 2(ho bn ) a + bn + c= h0 vµ ch . S . bn = P Ph a c M = 0 2 h 0 b n Trong c«ng thøc nµy nÕu nh c = 0 (tøc lµ khi hµn ®¾p vµo mÐp tÊm) th× m«men sÏ lµ cùc ®¹i; cßn khi c = a (tøc lµ khi hµn gi¸p mèi hai tÊm cã chiÒu réng b»ng nhau) th× m«men uèn sÏ b»ng kh«ng. øng suÊt uèn sinh ra do m«men uèn sÏ lµ: M 6Ph0 a c u = 2 W 2 h0 bn Sh0 51
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3ch b n a c u = h 0 h 0 b n W - m«men chèng uèn cña tiÕt diÖn toµn bé vËt hµn. Do m«men uèn M lµm vËt hµn bÞ cong ®i (nh ®êng chÊm chÊm trªn h×nh 3.4). Theo lý thuyÕt søc bÒn, ®é vâng t¹i mét ®iÓm bÊt kú x ®îc tÝnh theo c«ng thøc: 2 M (x) 1 x 2 f(x)= 2EJ x - lµ täa ®é cña ®iÓm mµ ta cÇn x¸c ®Þnh ®é vâng t¹i ®ã víi gèc täa ®é lµ ®êng trung t©m cña ®êng hµn vµ c¹nh cña vËt hµn th¼ng gãc víi ®êng trung t©m Êy. J - lµ m«men qu¸n tÝnh t¹i tiÕt diÖn ta xÐt Tõ c«ng thøc trªn ta nhËn thÊy r»ng, ®é vâng cùc ®¹i f khi x = 0,51 Ml 2 Ph I 2 a c f = 0 8EJ 8EJ.2 h0 bn 2 3 chbn a c l f = 2 5Eh0 h0 bn Khi hµn ®¾p vµo c¹nh tÊm th× c = 0; h0 - bn = a 2 3 ch b n l f = 2 4Eh 0 3.4 biÕn d¹ng do co ngang khi hµn gi¸p mèi Khi hµn gi¸p mèi mçi vËt hµn ngoµi t×nh tr¹ng co däc cßn bÞ co ngang g©y ra do øng suÊt t¸c dông theo ph¬ng th¼ng gãc víi mèi hµn. Sù co ngang t¹o nªn mét biÕn d¹ng nguy hiÓm lµ biÕn d¹ng gãc. XÐt trêng hîp mèi hµn mét tÊm kÑp chÆt cßn mét tÊm kÑp chÆt cßn mét tÊm ®Ó tù do. Ngêi ta cã thÓ tÝnh gãc quay  theo ph¬ng ph¸p gi¶i thÝch nh sau: ChiÒu réng gãc v¸t ë thí ngoµi: 52
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  b = 2S . tg 2 Sau khi hµn xong vµ nguéi ®i, thí ngoµi cña mèi hµn co l¹i mét lîng lµ b.  b = . T . b   b = 2 . T . S . tg .  2 XÐt mét thí x bÊt kú ta sÏ cã: x = . T . x hay : d x = . T . dx Vi ph©n gãc quay  t¹i thí x sÏ lµ: d x d = h x .T.dx d = x 2 S 2 LÊy tÝch ph©n c¶ hai vÕ ta cã gãc quay toµn phÇn lµ : b / 2 dx  = 2 . T 2 2 0 x S 2 b b  = 2 T. ln 1 2S 2S  2  = 2 T.ln tg tg 1 2 2 NÕu ta lÊy gÇn ®óng hx = S vµ coi gãc quay lµ rÊt nhá th× gãc quay toµn phÇn sÏ lµ: x   tg  = = 2 . T . tg h x 2 Khi mèi hµn nguéi tõ 6000C ®Õn 00C th× ®é co t¬ng ®èi cña kim lo¹i sÏ lµ: T = 0,0072; Víi = 12.10-6 [1/0C] 53
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Cuèi cïng ta cã biÕn d¹ng gãc  lµ: = 0,0144 . tg 2 3.5 biÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn gãc Trong c«ng nghÖ hµn, c¸c kÕt cÊu hµn gãc còng ®îc sö dông kh¸ nhiÒu, nã gåm c¸c lo¹i kÕt cÊu: ch÷ T, thíc thî vµ hµn chång. Nh÷ng nguyªn nh©n sinh ra øng suÊt vµ biÕn d¹ng nh ®· tr×nh bµy ë trªn, chØ cã d¹ng kÕt cÊu kh¸c nhau th× biÕn d¹ng kh¸c nhau. 3.4.1. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt cña mèi hµn gãc thíc thî XÐt mèi hµn thíc thî nh h×nh vÏ( 3.5) b1 P1 b2  H×nh 3.5. Kh¶o s¸t mèi hµn thíc thî Vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn nµy x¸c ®Þnh gièng nh trêng hîp hµn gi¸p mèi c¸c tÊm. Dùa vµo ®ã mèi hµn nµy x©y dùng gièng nh trêg hîp hµn gi¸p mèi c¸c tÊm. Dùa vµo ®ã mµ ta tÝnh ®îc tiÕt diÖn vïng t¸c dông lµ: Fc = 2bnS = (2b1 + 2b2) S S - lµ chiÒu dµy cña tÊm hµn TrÞ sè cña néi lùc P t¸c dông däc trôc mèi hµn sÏ lµ: P = ch . Fc = ch . 2bn . S bn = b1 + b2 øng suÊt ph¶n kh¸ng chiÒu trôc ë c¸c d¶i ngoµi vïng t¸c dông lµ: 54
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - P  ch .b n 2 = F Fc h b n F - lµ tiÕt diÖn ngang toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn Fc - lµ tiÕt diÖn ngang cña vïng øng suÊt t¸c dông. Do ¶nh hëng cña néi lùc nªn t¹o thµnh m«men uèn M1 ë mçi tÊm lµ: P .h M = 1 1 2 P1 - lµ néi lùc t¸c dông lªn mçi tÊm. Trong trêng hîp nµy th×: P P = 1 2 KÕt qu¶ lµ m«men uèn t¸c dông lªn mèi hµn gãc sÏ b»ng tæng h×nh häc cña m«men néi lùc trong mçi tÊm:  P.h  M = 2M . cos = . cos 1 2 2 2 Nh vËy khi  th× nã sÏ gièng nh trêng hîp hµn ®¾p vµo mÐp P .h tÊm vµ M = , cßn khi   th× M = 0 gièng nh trêng hîp hµn gi¸p 2 mèi hai tÊm cã cïng chiÒu réng. øng suÊt sinh ra do m«men uèn sÏ lµ: M  u ¦W §é vâng cña nã sÏ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Ml 2 f =  8EJ l - lµ chiÒu dµi cña mèi hµn. 3.4.2. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt cña mèi hµn chång: Tïy thuéc vµo vÞ trÝ cña mèi hµn, gãc t¬ng øng víi ph¬ng cña ngo¹i lùc t¸c dông vµ kÕt cÊu cña c¸c tÊm hµn mµ ngêi ta chia mèi hµn chång ra lµm nhiÒu lo¹i giíi thiÖu trªn h×nh(3.6). 55
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - H×nh 3.6 C¸c kÕt cÊu hµn chång §Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh ®èt nãng mèi hµn chång lµ trôc nãng ch¶y n»m trªn bÒ mÆt mét tÊm, cßn tÊm kia th× bÞ ®èt nãng mét c¹nh. Do ®ã vïng ¶nh hëng nhiÖt ®èi víi mét tÊm th× gièng nh trêng hîp hµn ®¾p lªn bÒ mÆt cña tÊm, cßn ®èi víi tÊm kia th× gièng nh trêng hîp hµn ®¾p vµo mÐp cña tÊm, biÓu thÞ trªn h×nh 2.11. Vïng nung nãng dÕn tr¹ng th¸i dÎo ®îc x¸c ®Þnh nh sau: 0,484q b1 = 0 v.S o .C. .550 C Trong ®ã: So = 2S1 +S2 Vïng biÕn d¹ng dÎo - ®µn håi b2 x¸c ®Þnh cho tõng tÊm mét theo c«ng thøc: b2 = k2 ( h - b1) k2 lµ hÖ sè x¸c ®Þnh theo biÓu ®å h×nh 2.5 Tõ tiÕt diÖn ngang Fc cña vïng øng suÊt t¸c dông lµ: 2 F = (2b + b + b' )S + ( b + b )S + K c 1 21 21 1 1 22 2 2 Trong ®ã: b1 - lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo. ' b21 vµ b 21 - lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo-®µn håi cña tÊm díi. b22 - lµ chiÒu réng cña vïng ®îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÎo-®µn håi cña tÊm trªn. S1, S2 - lµ chiÒu dµy cña c¸c tÊm hµn. K - lµ c¹nh cña gãc vu«ng mèi hµn 56
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - TrÞ sè cña néi lùc P t¸c dông däc trôc mèi hµn sÏ lµ: P = ch . Fc øng suÊt ph¶n kh¸ng 2 lµ: P 2 = F Fc F - lµ tiÕt diÖn toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn. Trong mèi hµn chång, néi lùc sinh ra do cong ngang ë gãc mèi hµn ®¹t ®Ón mét trÞ sè t¬ng ®èi lín. V× vËy nã sinh ra biÕn d¹ng gãc vµ lµm cho tÊm bÞ cong lªn. XÐt trêng hîp hµn chång mét tÊm ®Ó tù do kh«ng bÞ kÑp chÆt, cßn tÊm kia ®Æt cè ®Þnh trªn mÆt ph¼ng. Sau khi hµn song, ®Ó nguéi díi t¸c dông cña lùc co ngang tÊm hµn ®îc ®Ó "tù do" sÏ tù quay ®i mét gãc TrÞ sè co ngang ë nh÷ng thí ngoµi cña kim lo¹i mèi hµn ®îc tÝnh theo c«ng thøc:   Ttb.b Ttb - lµ nhiÖt ®é cña kim lo¹i chuyÓn tõ tr¹ng th¸i dÎo sang tr¹ng th¸i ®µn håi, ®èi víi thÐp lÊy b»ng 600oC. b - lµ c¹nh huyÒn cña gãc mèi hµn b = 1,4 S. Nh vËy nÕu chiÒu dµy cµng lín, b sÏ cµng lín vµ ®é co ngang còngsÏ cµng lín. Tõ ®ã gãc quay cña tÊm tù do  ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 2  2 .T b tb §èi víi thÐp    ra®ian. Khi hµn chång hai phÝa, hai tÊm ®Òu ®Ó tù do th× vËt hµn sÏ biÕn d¹ng nh h×nh 2.12b. 3.4.3. BiÕn d¹ng vµ øng suÊt khi hµn kÕt cÊu ch÷ T vµ ch÷ I KÕt cÊu ch÷ T vµ ch÷ I ®îc sö dông kh¸ réng r·i trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y, x©y dùng vµ ®ãng tµu. 3.4.3.1 KÕt cÊu ch÷ T 57
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - P2 2 b22 Y b1 Y1 P1 P1 b21 b1 b1 b21 H×nh 3.7. Kh¶o s¸t liªn kÕt hµn ch÷ T KÕt cÊu ch÷ T thêng gåm hai tÊm thÐp, b¶n thµnh vµ b¶n c¸nh hµn ghÐp l¹i víi nhau b»ng hai mèi hµn gãc nh h×nh (3.7) Vïng øng suÊt t¸c dông ®îc tÝnh to¸n nh c¸c trêng hîp trªn vµ ta cã: 2 Fc = (2b1 + 2b21 + S2 )S1 + ( b1 + b22)S2 +K TrÞ sè cña néi lùc P t¸c dông däc trôc mèi hµn sÏ lµ: P = ch . Fc øng suÊt ph¶n kh¸ng 2 lµ: P 2 = F Fc F - lµ tiÕt diÖn toµn bé vïng øng suÊt cña vËt hµn. S¬ ®å néi lùc ph¶n kh¸ng P1 vµ P2 biÓu thÞ trªn h×nh (3.7) Ta cã: P = 2P1 + P2 P1 - Lµ néi lùc ph¶n kh¸ng t¸c dông lªn phÇn cßn l¹i cña mçi mét nöa b¶n c¸nh dÇm ch÷ T: S P =  (h - b - b - 2 ) S 1 2 1 1 21 2 1 P2 - Lµ néi lùc ph¶n kh¸ng t¸c dông lªn phÇn cßn l¹i cña b¶n thµnh dÇm ch÷ T 58
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - P2 = 2 (h2 - b1 - b22) S2 M«men uèn sinh ra do c¸c néi lùc ph¶n kh¸ng sÏ lµ: M P2 .Y 2 2P1 .Y 1 Y2 - lµ kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt cña lùc ph¶n kh¸ng P2 ®Õn träng t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông. Y1 - lµ kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt cña c¸c lùc ph¶n kh¸ng P1 ®Õn träng t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông. Díi t¸c dông cña m«men uèn g©y nªn mét øng suÊt uèn lµ: M  u W Díi t¸c dông cña néi lùc, dÇm hµn bÞ vâng. §é vâng ®îc tÝnh theo c«ng thøc: MI 2 f 8EJ Trong nh÷ng trêng hîp phøc t¹p, ngêi ta tÝnh sù chÞu lùc cña vËt hµn víi møc ®é xÊu nhÊt tøc lµ: øng suÊt chÞu ®ùng o b»ng tæng cña øng suÊt t¸c dông ch vµ øng suÊt ph¶n kh¸ng 2:  o  ch  2 V× vËy néi lùc t¸c dông lín nhÊt cã thÓ x¶y ra (cßn gäi lµ néi lùc kh¶ dÜ) trªn tiÕt diÖn t¸c dông Fc lµ: Po  o Fc ( ch  2 ).Fc Do ®ã m«men ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: M Po .Y o Yo : lµ kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cña dÇm ®Õn träng t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông. 3.4.3.2. KÕt cÊu ch÷ I 59
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3 4 1 2 H×nh 3.8. KÕt cÊu liªn kÕt hµn ch÷ I KÕt cÊu ch÷ I gåm ba tÊm thÐp, mét tÊm b¶n thµnh vµ hai tÊm b¶m c¸nh ghÐp l¹i. Vïng øng suÊt t¸c dông bn, néi lùc t¸c dông vµ néi lùc ph¶n kh¸ng còng nh c¸c th«ng sè kh¸c ®îc tÝnh to¸n theo lý thuyÕt c¬ b¶n trªn. Song lo¹i kÕt cÊu dÇm nµy gåm bèn mèi hµn vµ tïy theo tr×nh tù c«ng nghÖ vµ biÕn d¹ng cña kÕt cÊu cã kh¸c nhau. XÐt trêng hîp quy tr×nh c«ng nghÖ hµn nh h×nh vÏ th× sau khi hµn mèi hµn 1,2 kÕt cÊu sÏ cã mét m«men uèn M1 t¹o nªn mét ®é vâng f1: 2 M 1l f1 = 8EJ1 M1- Lµ m«men uèn cña néi lùc xuÊt hiÖn sau khi hµn hai mèi 1 vµ 2. (M1 = P01 . Y0) l - Lµ chiÒu dµi cña dÇm J1 - Lµ m«men qu¸n tÝnh cña dÇm khi cha cã b¶n c¸nh trªn. Khi ta quay ngîc dÇm 1800 vµ hµn nèt hai mèi 3 vµ 4; khi ®ã ta lÊy gÇn ®óng kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cña dÇm ®Õn träng t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn 3 vµ 4 lµ b»ng th×: P .h M = 02 2 2 2 P02 - Lµ néi lùc t¸c dông kh¶ dÜ cña mèi hµn 3 vµ 4 h 2 h2 - Lµ chiÒu cao cña v¸ch dÇm Y 0 2 M«men uèn M2 t¹o nªn ®é vâng f2 ë b¶n c¸nh trªn lµ: 60
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - M .l2 f = 2 2 8EJ ë ®©y J lµ m«men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn ngang toµn bé cña dÉm ch÷ I §Ó tÝnh ®é vâng tæng céng cña dÇm ch÷ I, ta xÐt tû sè sau: 2 f1 M 1l .8EJ 2Y 0 .J 2 f 2 8EJ1 .M 2 l h 2 .J1 Y0 : Lµ kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cña dÇm ch÷ T ®Õn träng t©m cña vïng øng suÊt t¸c dông khi hµn hai mèi hµn 1, 2. TrÞ sè Y0 cña dÇm ch÷ T khi hµn dÇm ch÷ I b»ng 1/4 ®Õn 1/3 chiÒu cao cña b¶n thµnh vµ m«men qu¸n tr×nh cña dÉm ch÷ I lín h¬n kho¶ng hai lÇn dÇm ch÷ T, do ®ã: 2Y J J 0 = (0,5  0,66) 1 h 2 J1 J1 f Rót ra: 1 1 f 2 Bëi vËy khi hµn dÇm ch÷ I th× thêng cã ®é vâng d f0 ë ®Õ díi sau khi ®· hµn ®Õ trªn vµ trÞ sè cña nã ®îc tÝnh b»ng sè hiÖu sè tuyÖt ®èi cña ®é vâng f1 vµ f2 : f0 = f1 - f2 §Ó lo¹i trõ ®é vâng f2 nµy, ta cÇn ph¶i cã f1 = f2, nghÜa lµ tríc hÕt ph¶i cã P01 vµ P02 lµ néi lùc t¸c dông kh¶ dÜ khi hµn mèi hµn 1, 2 vµ 3,4. 61
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch¬ng 4. BiÕn d¹ng hµn vµ biÖn ph¸p gi¶m biÕn d¹ng hµn Khi chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu kim lo¹i b»ng ph¬ng ph¸p hµn ta thêng gÆp hiÖn tîng biÕn d¹ng kÕt cÊu do hµn g©y ra. Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do kÕt cÊu bÞ ®èt nãng kh«ng ®ång ®Òu vµ n¬i bÞ ®èt l¹i kh«ng gi·n në tù do. BiÕn d¹ng hµn cã thÓ ph©n ra lµm biÕn d¹ng chung vµ biÕn d¹ng cô bé. BiÕn d¹ng chung lµ lo¹i biÕn d¹ng g©y thay ®æi kÝch thíc vµ h×nh d¹ng toµn bé kÕt cÊu, cßn biÕn d¹ng côc bé chØ g©y biÕn ®æi h×nh d¸ng cña tõng chi tiÕt (bé phËn) riªng biÖt trªn toµn bé kÕt cÊu. BiÕn d¹ng chung thêng biÓu hiÖn ë d¹ng co ngang, co däc vµ uèn. BiÕn d¹ng côc bé thêng biÓu hiÖn ë d¹ng gÊp gãc, mÊt æn ®Þnh tÊm máng. C¸c biÕn d¹ng hµn g©y nhiÒu khã kh¨n trong c«ng t¸c chÕ t¹o, l¾p r¸p ph©n ®o¹n, tæng ®o¹n trªn triÒn ®µ ®ång thêi cßn gi¶m søc bÒn th©n tµu vµ mét sè ®Æc tÝnh sö dông cña tµu. §Ó gi¶m biÕn d¹ng do hµn, ®¶m b¶o c¸c chi tiÕt kÕt cÊu cã kÝch thíc h×nh d¸ng ®óng yªu cÇu thiÕt kÕ quy ®Þnh, cã thÓ dïng nhiÒu biÖn ph¸p kh¸c nhau. 4.1. Nh÷ng biÖn ph¸p kÕt cÊu 1. §Ó gi¶m biÕn d¹ng chung vµ biÕt d¹ng côc bé ngay tõ khi thiÕt kÕ ph¶i lu ý sao cho t¹i c¸c mèi hµn cã thÓ tÝch náng ch¶y ®¾p thªm ph¶i nhá nhÊt. muèn thÐ ta cÇn ph¶i. - thay c¸c kiÓu v¸t mÐp ch÷ kiÓu V b»ng v¸t mÐp kiÓu ch÷ X ( thay nh thÕ sÏ gi¶m 50% biÕn d¹ng) nÕu chiÒu dµy vËt liÖu lín cho phÐp. - Nªn dïng mèi hµn liªn tôc thay cho mèi hµn gi¸n ®o¹n (ë c¸c mèi hµn gãc) v× ®èi víi mèi hµn liªn tôc vµ mèi hµn kh«ng liªn tôc th× mèi hµn liªn tôc cã biÕn d¹ng nhá h¬n. 61
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - §èi víi c¸c mèi hµn gãc kh«ng tÝnh ®Õn sù chÞu ®ùng mµ chØ x¸c ®Þnh trÞ sè tèi thiÓu cña mèi hµn th× nªn dïng mèi hµn gi¸n ®o¹n. - T¹i c¸c mèi hµn gãc tÊm máng (2mm - 5 mm) nªn dïng ph¬ng ph¸p hµn ®iÓm. 2. Th«ng thêng ®é co däc trªn cïng mét ®¬n vÞ chiÒu dµi, nhá h¬n chiÒu so víi ®é co ngang, cho nªn khi ph©n chia th©n tµu thµnh c¸c ph©n ®o¹n, côm chi tiÕt ta cÇn ®Æt nèi hµn song song víi híng mµ ta cÇn biÕn d¹ng chung nhá. 3. §Ó tr¸nh c¸c tÊm máng khái bÞ mÊt æn ®Þnh, khi thiÕt kÕ ph¶i t¨ng chiÒu dµy tÊm hoÆc gi¶m kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khung x¬ng hoÆc t¨ng gia cè phô. §èi víi c¸c máng (2mm - 5 mm) nªn x¾p xÕp khung x¬ng song song theo mét híng vµ c¸c mèi hµn ®Æt song song víi híng ®ã vµ nªn bè trÝ gÇn khung x¬ng ®Ó tr¸nh ®é uèn. 4. Khi thiÕt kÕ cè g¾ng rót bít sè lîng chung mèi hµn trong kÕt cÊu b»ng c¸ch dïng tÊm kÝch thíc lín vµ thay c¸c khung x¬ng b»ng kÕt cÊu giËp g©n. §Ó tr¸nh øng suÊt ph¼ng vµ øng suÊt khèi, kh«ng nªn thiÕt c¸c mèi hµn tËp trung giao nhau (nhÊt lµ khi c¸c kÕt cÊu ®ã chÞu t¶i träng ®éng) Kh«ng nªn thiÕt kÕ c¸c mèi ghÐp cã kÝch thíc nhá (vÝ dô c¸c miÕng v¸) v× nã ph¸t sinh øng suÊt ph¼ng lín. Khi hµn gi¸p mèi nÕu chiÒu dµy hai tÊm kh«ng b»ng nhau th× cÇn v¸t bít chiÒu dµy tÇm dµy h¬n (h×nh 4.1). l a l 3a (a>3) (a) (b) (a) §óng (b) Sai H×nh 4.1. Hµn gi¸p mèi hai tÊm chiÒu dµy kh¸c nhau 62
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. §Ó gi¶m uèn chung, c¸c mèi hµn cÇn ph¶i bè trÝ ®èi xøng víi trôc cña mÆt c¾t ngang vµ c¾t däc cña kÕt cÊu. 6. Khi thiÕt kÕ th©n tµu cÇn chia th©n tµu thµnh c¸c ph©n ®o¹n vµ tæng ®o¹n sao cho khi l¾p r¸p chung khèi lîng hµn nhá nhÊt. 7. §Æt c¸c nÑp cøng phô t¹m thêi vµ hµn vµo t«n bao b»ng c¸c mèi hµn cì nhá sÏ cã thÓ gi¶m biÕn d¹ng cña tÊm. 4.2. BiÖn ph¸p c«ng nghÖ Khi hµn c¸c vËt dµy, c¸c lo¹i thÐp dÔ bÞ t«i th× cÇn ph¶i tiÕn hµnh ®èt nãng tríc, ®ång thêi cÇn ph¶i gi¶m bít cêng ®é dßng ®iÖn hµn hoÆc c«ng suÊt ngän löa hµn ®Ó tr¸nh hiÖn tîng nøt nÎ. ChÕ ®é hµn cÇn chän sao cho vïng øng suÊt t¸c dông cã thÓ tÝch nhá. T¨ng mËt ®é dßng ®iÖn ®Ó t¨ng ®é ngÊu, san b»ng co ngang theo chiÒui dµy gi¶m biÕn d¹ng gãc. Trong trêng hîp khi hµn mèi hµn thø hai ®èi xøng víi mèi hµn thø nhÊt, th× nªn t¨ng chÕ ®é hµn (Ih) ®Ó t¨ng vïng øng suÊt t¸c dông, nh vËy cã thÓ khö toµn bé ®é uèn do mèi hµn thø nhÊt g©y nªn. Hµn theo ph¬ng ph¸p ph©n ®o¹n nghÞch th× sÏ gi¶m biÕn d¹ng v× néi lùc sinh ra chØ ë tõng khu vùc nhá vµ híng vÒ vïng l©n cËn ®èi diÖn. Khi hµn nªn lµm nguéi b»ng tÊm ®Öm hoÆc b»ng níc ®Ó gi¶m vïng øng suÊt t¸c dông vµ co däc hoÆc lµm nguéi chÊmau khi hµn. §Ó khö uèn ngêi ta tiÕn hµnh uèn tríc hoÆc tríc khi hµn ®Æt vËt ngîc víi chiÒu bÞ uèn sau khi hµn, nh vËy sÏ gi¶m ®îc øng suÊt vµ biÕn d¹ng d. H×nh 4.2. C¸ch khö biÕn d¹ng khi hµn gi¸p mèi §Ó gi¶m biÕn d¹ng chung khi v¹ch tr×nh tù l¾p r¸p vµ hµn ph¶i ®¶m b¶o sao cho c¸c chi tiÕt cã thÓ d·n në tù do kh«ng nªn gia cè qu¸ møc c¸c mèi hµn. 63
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C¸c ph©n ®o¹n vµ tæng ®o¹n nªn ®îc l¾p r¸p vµ hµn tõ c¸c côm chi tiÕt ®· ®îc gia c«ng tríc. §Ó tr¸nh biÕn d¹ng gãc còng nh ®é uèn c¸c chi tiÕt khi hµn r¸p víi nhau cã thÓ t¹o ph¶n biÕn d¹ng (H×nh vÏ 4.2) ®Ó sau khi hµn, cã kÝch thíc h×nh d¸ng yªu cÇu. Sö dông hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng v× vïng nhiÖt t¸c ®éng nhá nhÊt. §Ó gi¶m biÕn d¹ng g¸c khi hµn nhiÒu líp ta dïng bóa khÝ nÐn gâ vµo mèi hµn tríc khi hµn chång mèi sau. sau khi hµn líp cuèi kh«ng gâ n÷a. Khi hµn mèi hµn X gi¸p mèi nhiÒu líp cÇn ph¶i hµn ®èi xøng hai phÝa vµ víi tr×nh tù hµn sao cho kh«ng biÕn d¹ng gãc qu¸ lín. §Ó gi¶m biÕn d¹ng cña c¸c ph©n ®o¹n tÊm máng (díi 5mm), tríc khi hµn khung x¬ng vµo cÇn hµn ®Ýnh ®êng bao cña tÊm vµo bÖ l¾p r¸p. sau khi hµn song ta cÇn lµm ph¼ng b»ng c¸c co l¨n nÆng råi dòi c¸c mèi hµn ®Ýnh ®i. §Ó gi¶m biÕn d¹ng chung cña kÕt cÊu, khi l¾p r¸p cÇn ®Æc biÖt lu ý tíi khe hë ch©n mèi hµn, ph¸i ®¶m b¶o c¸c khe hë ®ã n»m trong ph¹m vi cho phÐp. Dïng c¸c bÖ l¾p r¸p cøng còng khèng chÕ ®ùc biÕn d¹ng kÕt cÊu. Tuy cã thÓ dïng mäi biÖn ph¸p phßng chèng biÕn d¹ng hµn nhng trong thùc tÕ kh«ng thÓ lo¹i trõ ®îc hoµn toµn biÕn d¹ng ®ã cho nªn khi chÕ t¹o ph¶i dïng ®Õn lîng d ®Ó bï ®¾p l¹i nh÷ng nh÷ng ®é co däc, co ngang tÝch tô l¹i trong qu¸ tr×nh hµn. Cßn ®èi víi biÕn d¹ng gãc thêng ®îc bï ®¾p l¹i b»ng lîng ph¶n biÕn d¹ng. §èi víi ph©n ®o¹n khèi hoÆc tæng ®o¹n viÖc t¹o ph¶n biÕn d¹ng t¬ng ®èi phøc t¹p, ®ßi hái ph¶i tÝnh to¸n kü lìng vµ x¸c lËp ngay tõ khi lËp dìng mÉu. 4.3. C¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ sau khi hµn Th«ng thêng sau khi hµn vËt hµn vÉn tån t¹i øng suÊt d vµ bÞ biÕn d¹ng. §Ó kh¾c phôc nh÷ng øng suÊt d vµ biÕn d¹ng nµy nh»m n©ng cao chÊt lîng cña kÕt cÊu hµn, ngêi ta thêng dïng nh÷ng biÖn ph¸p sau ®©y: 64
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. BiÖn ph¸p ñ §èi víi nh÷ng kÕt cÊu hµn há cã thÓ ®ªm ñ toµn bé kÕt cÊu trong lß nhiÖt luyÖn víi nhiÖt ®é nung kho¶ng 600 - 650oC vµ gi÷ ë nhiÖt ®é ®ã trong thêi gian 3 ph/(mm chiÒu dµi). Cã thÓ tiÕn hµnh ñ côc bé b»ng c¸ch ®em nung nãng vïng c¹nh mèi hµn kho¶ng 600oC. 2. BiÖn ph¸p n¾n nguéi Chñ yÕu lµ t¸c ®éng lùc kÐo vµo nh÷ng phÇn bÞ co ®Ó ®¹t ®îc kÝch thíc vµ h×nh d¸ng nh thiÕt kÕ. Song nã sinh ra biÕn cøng vµ t¨3ng øng suÊt d lµm cho vËt hµn bÞ nøt nÎ, thËm trÝ cã khi bÞ gÉy. Ngoµi ra, n¾n nguéi lµ mét c«ng nghÖ phøc t¹p nªn nãi chung Ýt dïng. 3. BiÖn ph¸p n¾n nãng Lµ biÖn ph¸p ®îc dïng réng r·i v× nã ®¬n gi¶n vµ kinh tÕ nhÊt. Ngêi ta tiÕn hµnh nung nãng b»ng ngän löa khÝ hoÆc b»ng ®iÖn, môc ®Ých lµm co nh÷ng khu vùc mµ chiÒu dµy cña chóng lín h¬n vïng øng suÊt t¸c dông cña mèi hµn trong kÕt cÊu. Chän khu vùc nung vµ chÕ ®é nung vµ chÕ ®é nung kh«ng hîp lý cã thÓ l¹i lµm cho biÕn d¹ng thªm phøc t¹p. C¬ së lý thuyÕt cña n¾n nãng lµ: - X¸c ®Þnh mÆt ph¼ng uèn vµ m« men uèn g©y ra do néi lùc t¸c dông. - X¸c ®Þnh tiÕt diÖn, khèi lîng vµ h×nh d¸ng hîp lý cña vïng øng suÊt t¸c dông ë khu vùc nung nãng, b¶o ®¶m t¹o ra néi øng lùc lµm biÕn d¹ng kÕt cÊu theo híng ngîc l¹i. - Chän chÕ ®é nung hîp lý. m m m m H×nh 4.3. Khö ®é uèn d khi hµn kÕt cÊu ch÷ T. 65
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - VÝ dô ®Ó khö ®é uèn d cña kÕt cÊu nh h×nh 4.3 cÇn ph¶i t¹o ra m« men uèn theo chiÒu ngîc l¹i. Do ®ã hoÆc ph¶i nung nãng theo ®êng m-m (co däc) hoÆc nung nãng theo h×nh d¶i qu¹t (co ngang). 66
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch¬ng 5. Mèi ghÐp hµn Tïy theo h×nh d¹ng kÕt cÊu ta cã c¸c kiÓu mèi hµn: - Mèi hµn gi¸p mèi. - Mèi hµn chång. - Mèi hµn gãc. C¸c mèi hµn cã thÓ tÝnh theo hai trêng hîp sau ®©y: C¨n cø theo t¶i träng t¸c dông lªn mèi hµn ®Ó t×m chiÒu dµi mèi hµn cÇn thiÕt, tõ ®ã thiÕt kÕ kÕt cÊu hµn. Khi thiÕt kÕ ph¶i xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn søc bÒn ®Òu gi÷a mèi hµn vµ c¸c chi tiÕt ®îc ghÐp. C¨n cø theo kÕt cÊu ®Ó ®Þnh kÝch thíc mèi hµn råi nghiÖm l¹i theo øng suÊt. Trong tÝnh tÝnh to¸n søc bÒn ta gi¶ thiÕt r»ng chÊt lîng c¸c mèi hµn ®¹t c¸c yªu cÇu kü thuËt. § 5.1 øng suÊt cho phÐp C¸c mèi ghÐp hµn ®îc tÝnh theo øng suÊt cho phÐp. TrÞ sè c¸c øng suÊt cho phÐp cña mèi hµn chÞu t¶i träng tÜnh cho trong B¶ng 1. Chó ý c¸c sè liÖu cho trong b¶ng nµy chØ dïng cho c¸c chi tiÕt lµm b»ng thÐp Ýt vµ võa c¸c bon hoÆc thÐp Ýt hîp kim vµ trong trêng hîp chÊt lîng mèi hµn ®¹t c¸c yªu cÇu kü thuËt. Trong trêng hîp kÕt cÊu chÞu t¶i träng thay ®æi, c¸c trÞ sè øng cho phÐp lÊy trong B¶ng 1 ph¶i nh©n víi hÖ sè gi¶m øng cho phÐp   Ö sè ®îc x¸c ®Þnh nh sau:   1 (5.1) (ak b) (ak  b)r Trong ®ã: a vµ b - hÖ sè, lÊy theo b¶ng 2  k - hÖ sè tËp trung øng suÊt, lÊy theo b¶ng 3 66
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  r - hÖ sè tÝnh chÊt chu tr×nh  r = min  max  ,  - øng suÊt lín nhÊt vµ nhá nhÊt trong chi tiÕt cã kÓ ®Õn dÊu. max min Trong c«ng thøc (1) c¸c dÊu ë phÝa trªn cña mÉu sè dïng khi øng suÊt lín nhÊt lµ kÐo, c¸c dÊu phÝa díi dïng khi øng suÊt lín nhÊt lµ nÐn. B¶ng 1 TrÞ sè øng suÊt cho phÐp cña mèi hµn chÞu t¶i träng tÜnh Ph¬ng ph¸p hµn øng suÊt cho phÐp cña mèi hµn , , , KÐo [ ] k NÐn [ ] n C¾t [ ] - Hµn hå quang tay, dïng que hµn 42 vµ 50 0,9[ ]k [ ]k 0,6[ ]k - Hµn khÝ - Hµn hå quang tù ®éng díi líp thuèc, hµn hå quang tay dïng que hµn 42A [ ]k [ ]k 0,65[ ]k vµ 50A - Hµn tiÕp xóc gi¸p mèi Hµn tiÕp xóc ®iÓm - - 0,6[ ]k Trong B¶ng 1, [ ]k - øng suÊt kÐo cho phÐp cña kim lo¹i ®îc hµn khi chÞ t¶i träng tÜnh. B¶ng 2 HÖ sè a vµ b VËt liÖu a b ThÐp cacbon 0,75 0,3 ThÐp hîp kim thÊp 0,8 0,3 67