Giáo trình Công nghệ kim loại - Tập 3: Hàn và cắt kim loại - Đinh Minh Diệm

118 trang huongle 4410

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ kim loại - Tập 3: Hàn và cắt kim loại - Đinh Minh Diệm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_cong_nghe_kim_loai_tap_3_han_va_cat_kim_loai_dinh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ kim loại - Tập 3: Hàn và cắt kim loại - Đinh Minh Diệm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐINH MINH DIỆM GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI TẬP 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI ĐÀ NẴNG, 2001 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐINH MINH DIỆM
GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI TẬP 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI ĐÀ NẴNG, 2001
CHƯƠNG I HÀN KIM LOẠI 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Khái niệm Hàn kim loại là một phương pháp nối liền các chi tiết lại với nhau thành một khối không thể tháo rời được bằng cách: • Nung kim loại vùng hàn đến nhiệt độ nóng chảy sau khi đông dặc ta được mối liên kết vững chắc gọi là hàn nóng chảy; • Hoặc có thể nung chúng đến nhiệt độ cao nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó (đối với kim loại dẻo thì có thể không nung) rồi dùng lực lớn ép chúng dính chắc vào nhau gọi là hàn áp lực; • Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuyết tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy. Hiện nay còn có thể dùng keo để dán các chi tiét lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép; • Ngoài ra ta còn có thể dung keo kim loại để dán chung dính chắc vào nhau gọi là dán kim loại. 1.1.2 ỨNG DỤNG : Hàn kim loại dóng một vai trò rất quuan trọng trong quá trình gia công, chế tạo và sửa chữa phục hồi các chi tiết máy.Hàn không chỉ thể dùng để nối ghép các kim loại lại với nhau mà còn ứng dụng để nối các phi kim loại hoặc hổn hợp kim loại với phi kim loại. Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y tế hay trong các ngành phục hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật, 1.1.3 Đặc điểm của hàn kim loại a. Tiết kiệm kim loại • So với tán ri vê, hàn kim loại có thể tiết kiệm từ 10 - 15 % kim loại (do phần đinh tán, phần khoa lổ) và chưa kể đến độ bền kéêt cấu bị giảm do khoan lổ. H. 1-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán rivê • So với đúc : Tiết kiệm khoảng 50 % kim loại do mối hàn khi hàn không cần hệ thông đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh đó chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn, Tiết kiệm kim loại quý hiếm : Ví dụ khi chế tạo dao tiện ta chỉ cần mua vật liệu phần cắt gọt là thép dụng cụ còn phần cán ta sử dụng thép thường CT38 Sẽ có gí thành rẻ mà vẫn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. b. Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu được áp lực c. Thiết bị đơn giản, giá thành hạ 2
d. Nhược điểm Tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn tại ứng suất và biến dạng sau khi hàn. 1.2 - PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN P 2 III KG/mm II I IV Tnc o T C H ình 1-2 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn I - Vùng hàn nóng chảy; II - Vùng hàn áp lực, II Vùng hàn hạn chế IV- Vùng không thể tạo thành mối hàn được Hàn nóng • Hàn hồ quang điện, chảy • Hàn khí, • hàn bằng các chùm tia, • Hàn điện xỷ, • Hàn nhiệt, HÀN KIM LOẠI • Hàn điện tiếp xúc, Hàn áp lực • Hàn siêu âm, • Hàn cao tần, • Hàn nổ, • Hàn ma sát, • Hàn khuyếch tan, • Hàn khí - ép Hàn vảy • Hàn nguội . . . Hình 1-2 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn CHƯƠNG 2 QÚA TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NÓNG CHẢY 2.1 QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NÓNG CHẢY 3
Khi hàn nóng chảy nhiệt độ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800 oC. ở trạng thái nhiệt độ cao kim loại lỏng chịu sự tác động mạnh của môi trường xung quanh và các nguyên tố có trong thành phần que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng và một phần bi bay hơi. Trong vùng mối hàn xảy ra nhiều quá trình như ô xy hoá, khử ô xy, hoàn nguyên và hợp kim hoá mối hàn, quá trình tạo xỷ và tinh luyện , Các quá trình đó phần nào tương tự như những quá trình luyện kim nên người ta gọi quá trình này là quá trình luyện kim khi hàn nhưng xảy ra trong một thể tích nhỏ và thời gian ngắn. Xỷ, thuốc bọc que hàn: FeO, MnO, SiO2, Môi trương Các nguyên tố có trong vật hàn và que hàn : [Fe], [FeO], [Si], [Mn], Hình 2 - 1 Sơ đồ những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn Ảnh hưởng của ôxy Ôxy có trong các môi trương xung quanh như không khí, hơi nước, Co2, H2O, và trong các ỗit kim loại, trong lớp xỉ khi hàn, Ôxy có tác dụng mạnh với các nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, kết quả sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của kim loại mối hàn. Ví dụ : Fe + O > FeO Fe + O2 > 2FeO Một phần các ôxit sắt như trên sẽ đi vào xỉ, một phần sẽ trộn lẫn với kim loại mối hàn do không thoát ra ngoài kịp. Mối hàn có lẫn xỉ sẽ làm cho cơ tính giảm mạnh. Trong môi trường xung quanh cũng còn có nhiều chất khí có ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn như hydro., Nitơ, lưu huỳnh, phốt pho, Hydro: có trong hơi nước, trong các loại khí bảo vệ hoặc do bị phân huỷ các chất trong quá trình hàn sẽ hoà tan vào mối hàn và gây nên rỗ khí. Đối với thép và hợp kim nhôm, hy dro là nguyên nhân chủ yếu gây nên rỗ khí. Lưu huỳnh là chất gây nên nứt nóng cho mối hàn Phốt pho gây nên nứt nguội cho mối hàn Trong vùng mối hàn xảy ra quá trình khử ôxy. Có thể tóm tắt theo các dạng phản ứng sau: [FeO] + (Si) > [Fe] + (SiO2) 4
[ ] - Thành phần các chất đi vào kim loại; ( ) - Thành phần các chất đi vào trong xỷ ; [FeO] + (Mn) > [Fe} + (MnO2) [FeO] + (SiO2 > (FeO.SiO2) FeS + Mn > MnS + Fe FeS + MnO > MnS + FeO Fe3P + FeO > (P2O5) + 9 Fe CaO + P2O5 > Ca3P2O8 Cơ tính của vật liệu A σ H σ AH % O2 Hình 2 - 2 Sơ đồ ảnh hưởng của o xy đến cơ tính mối hàn [13] Ảnh hưởng của một số chất khí đến cơ tính mối hàn (như hình 2 - 3) N Ak 2 %δ σ B O2 O2 O2 N2 N2 % O2 % O2 % N2 % N2 % O2 % N2 Hình 2 - 3 Ảnh hưởng của một số chất khí đến cơ tính mối hàn [13] 2.2 VŨNG HÀN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NÓ. Khi hàn, dưới tác dụng của nguồn nhiệt, vùng kim loại nóng chảy tạo nên một vũng hàn. Kim loại ở đây là hổn hợp các nguyên tố của kim loại cơ bản và kim 5
loại vật liệu hàn. Vũng hàn được chia ra 2 vùng chính: vùng đầu và vùng đuôi vũng hàn. a/ b/ H. 2-4 Sơ đồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ quang (b) II I B C H 3 2 1 H. 2-5 Sơ đồ đường hàn và vị trí vũng hàn I - Vùng đầu vũng hàn; II - Vùng đuôi vũng hàn 1 - Vùng có nhiệt độ không xác định 2- Vùng có nhiệt độ khoảng 1800 oC; o 3 - Vùng có nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy (khoảng 1500 C) B - Chiều rộng mối hàn; C- Chiều cao mối hàn; H - Chiều sâu của mối hàn Quá trình kết tinh của mối hàn Mối hàn kết tinh trong điều kiện phần đầu vũng hàn luôn bị nung nóng bởi nguồn nhiệt hàn còn vùng đuôi thì được nguội dần. Kim loại vũng hàn luôn chuyển động; Thể tích vũng hàn nhỏ khoảng 0,2-0,4 cm3. Thời gian kim loại mối hàn tồn tại ở trạng thái lỏng nhỏ,; Tốc độ làm nguội lớn Vùng tâm mối hàn có nhiệt độ cao dễ làm cho kim loại bị quá nhiệt. 2.3. TỔ CHỨC KIM LOẠI MỐI HÀN VÀ VÙNG CẬN MỐI HÀN 6
Sau khi đông đặc, kim loại mối hàn sẽ có thành phần khác so với kim loại cơ bản. Dưới tác dụng của nhiệt độ ổ chức kim loại mối hàn cũng được chia thành nhiều vùng khác nhau. Tổ chức kim loại mối hàn phụ thuộc phương pháp hàn, kim loại vật hàn, và chế độ hàn. Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn được chia ra 7 vùng khác nhau : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt gồm có các vùng : vùng quá nhiệt, vùng thường hoá, vùng kết tinh lại không hoàn toàn vùng kết tinh lại, vùng dòn xanh. Vùng mối hàn (1) : Có thành phần kim loại hổn hợp giưua vật hàn, thuốc hàn và que hàn. Tổ chức có dạng kéo dài về tâm mối hàn (theo hương kết tinh)Vùng gần viền chảy có tổ chức hạt nhỏ mịn do tốc độ tản nhiệt nhanh; vung trung tâm có lẫn nhiều tạp chất do kết tinh sau cùng. Vùng viền chảy (2) : Vùng này kim loại nóng chảy không hoàn toàn. Thành phần kim loại mối hàn có lẫn các nguyên tố của que hàn và thuốc hàn. Do có sự tác dụng qua lại giữa pha long và pha đặc nên trong mối hàn có thể lẫn các tạp chất. Hạt tinh thể vùng này nhỏ, có cơ tính tốt. Vùng này tồn tại 2 pha lỏng có chhiều rộng vùng này nhỏ khoảng 0,1- 0,3 mm rất khó phân biệt chúng nên gọi chung là vùng viền chảy. Vùng ảnh hưởng nhiệt : Là vùng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy nhưng có tổ chức và tính chất thay đổi dưới tác dụng của nhiệt độ. Chiều rộng vùng này phụ thuộc chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt, chế độ hàn, phương pháp hàn, (xem bảng 1.1) Bảng 1 -1 Phương pháp hàn Chiều Tổng chiều rộng vùng Trong đó chiều rộng dày (mm) ảnh hưởng nhiệt (a) mm vùng quá nhiệt (mm) Hàn khí 3 12-13 4 - 7 Hàn khí 10 25 - 30 10 - 12 Hàn điện 10 3 - 5,5 1 - 2 Vùng quá nhiệt (3) T = 1100 1200 oC Có tổ chức hạt lớn, cơ tính giảm nhiều, dòn, dễ nứt, Đây là vùng thường gây nên các vết gẫy nứt của mối hàn. Vùng thường hoá (4) Có T 〉 AC3 Có nhiệt độ khoảng (880 1100 oC),có chiều rộng khoảng 0.2 5 mm có tổ chức hạt nhỏ, cơ tính tốt. Vùng kết tinh lại không hoàn toàn (5) : có nhiệt độ khoảng T = 720 880 Tứ là nằm trong khoảng AC1 - AC3, nên có thể xảy ra quá trình chuyển biến ôstenit về tổ chức péclít và martenxit cho nên có thành phần hoá học và cơ tính không đồng nhất, cơ tính bị giảm. Vùng kết tinh lại (6) : T = 500 700 oC Tổ chức kim loại giống vật hàn nhưng độ cứng giảm, tính dẻo tăng Vùng dòn xanh (7) : cĩ T = 100 500 oC Tổ chức kim loại ít bị thay đổi nhưng do không khí xâm nhập vào nên cơ tính giảm, tồn tại ứng suất dư, kim loại bị hoá già, khi thử kéo mẫu hay bị đứt vùng này. 7
I II III Hình 2 - 6 Sơ đồ các vùng của mối hàn (I- Vùng có nhiệt độ cao , II- Vùng có nhiệt độ cao hơn T nóng chảy, III- Vùng có nhiệt độ nhớ hơn nhiệt độ nóng chảy) TOC % C σB Hình 2 - 7 Tổ chức kim loại vùng mối hàn và cận mối hàn. [13 8
CHƯƠNG 3 : HÀN HỒ QUANG 3.1 HỒ QUANG HÀN VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA NÓ 3.1.1 Hồ quang hàn Hiện tượng hồ quang điện được phát minh từ năm 1802, nhưng mãi tới năm 1882 mới được đua vào ứng dụng để nung chảy kim loại. Nguồn nhiệt của hồ quang điện này được ứng dụng để hàn kim loại và phương pháp nối ghép này được gọi là hàn hồ quang. Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi trường khí hoặc hơi. Hồ quang điện được ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn. 3.1.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang hàn: a/ b/ c/ Hình 3-1 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang của các loại dòng điện a- Nối với nguồn điện b- Nối nghịch ( Cực dương nối với que hàn, âm nối với vật hàn) c- Nối thuận (Cực âm nối với que hàn, cực dương nối với vật hàn) Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài của nó được gọi là chiều dài cột hồ quang (Lhq). Cấu tạo của hồ quang điện có dạng như hình 3-2 1 1- Vùng cận anốt 3 2- Vùng cận ka tốt Lhq 3- Cột hồ quang 2 Hình 3-2 Sơ đồ cấu tạo cột hồ quang hàn. Điện cực hàn được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau: Loại điện cực không nóng chảy : Vônfram (W), Grafit, than, Điện cực nóng chảy : Chế tạo từ thép, gang, các loại kim loại màu, Nguồn điện hàn : Xoay chiều (tần số công nghiệp, tần số cao, chỉnh lưu, một chiều. 3.1.3 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn. 9
Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có hướng của các phần tử mang điện (ion âm, ion dương, điện tử) trong môi trường khí; trong dó điện tử có vai trò rất quan trọng. Trong điều kiện bình thường, không khí giữa hai điện cực ở trạng thái trung hoà nên không dẫn điện. Khi giữa chúng xuất hiện các phần tử mang điện thì sẽ có dòng điện đi qua. Vì vậy để tạo ra hồ quang ta cần tạo ra môi trường có các phần tử mang điện. Quá trình đó gọi là quá trình ion hoá. Môi trường có chứa các phần tử ion hoá gọi là môi trường ion hoá. Quá trình các điện tử thoát ra từ bề mặt điện cực để đi vào môi trường khí gọi là quá trình phát xạ điện tử hay phát xạ electron. Năng lượng để làm thoát điện tử ra khỏi bề mặt các chất rắn gọi là công thoát electron. Công thoát electron của một số chất được thể hiện trong bảng 3-1 Bảng 3-1 Nguyên tố Công thoát Nguyên tố Công thoát electron electron K 2.26 eV Mn 3.76 eV Na 2.33 Ti 3.92 Ba 2.55 Fe 4.18 Ca 2.96 Al 4.25 Khi có điện áp, dưới tác dụng của điện trường, các điện tử trong môi trường sẽ chuyển động từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận tốc lớn. Với sự chuyển động đó các điện tử se va chạm vào các phân tử, nguyên tử trung hoà truyền năng lượng cho chúng và kết quả làm tách các điện tử khỏi nguyên tử phân tử và tạo nên các ion. Như vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là do sự va chạm giữa các điện tử được tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí. Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiệncác phần tử mang điện giữa 2 điện cực và hồ quang xuất hiện (nói cách khác là có sự phòng điện giữa 2 điện cực qua môi trường không khí). Như vậy muốn có hồ quang phải tạo ra một năng lượng cần thiết để làm thoát các điện tử. Nguồn năng lượng này có thể thực hiện bằng các biện pháp : 1. Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại. 2. Tăng cường độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch. 3.1.4 Các phương pháp gây hồ quang khi hàn. Tăng điện áp : Phương pháp này dễ gây nguy hiểm cho người sử dụng nên người ta phải sử dụng bộ khuyếch đại điện áp Phương pháp cho ngắn mạch : Cho que hàn tiếp xúc vật hàn và nhấc lên khoảng cách 1-3 mm và giữ cho hồ quang cháy ôn định (xem hình 3-3). a. Cho chuyển động thẳng đứng 10
1 2 1- Que hàn 2- Vật hàn Hình 3-3 Sơ đồ quá trình gây hồ quang khi hàn b. Đặt nghiêng que hàn và cho chuyển động tiếp xúc với vật hàn 1- Que hàn 2- Vật hàn Hình 3-4 Sơ đồ quá trình gây hồ quang bằng cách cho que hàn tiếp xúc vật hàn 3.1.5 Đặc điểm của hồ quang hàn : 2 Mật độ dòng điện lớn (J - A/mm ); o Nhiệt độ cao khoảng trên 3000 C và tập trung Hồ quang của dòng điện một chiều cháy ổn định . Hồ quang của dòng xoay chiều không ổn định nên chất lượng mối hàn kém hơn Nhiệt độ ở catôt khoảng 2100 oC. Nguồn nhiệt toả ra chiếm khoảng 36% A nôt 2300 / 43% Cột hồ quang 5000-7000oC / 21% Sự cháy của hồ quang phụ thuộc: Điện áp nguồ, Cường độ dòng điện; Tần số f=150-450 có hồ quang cháy ổn định); Vật liệu làm điện cực, Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa điện thế của hồ quang và dòng điện hồ quang gọi là đường đặc tính tĩnh của hồ quang. 1. Đường đặc tĩnh của hồ quang hàn có dạng : Uhq d 1 d1 < d2 d 2 I Hình 3-5 Đường đặc tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc đường kính điện cực 11
L1 80 (A/mm ) 100 1000, I (A) Hình 3-7 Đường đặc tính tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc dh và Lhq. 1- Lhq1 = 5 mmm Lhq2 = 2 mm Trong khoảng J>80A/mm2. Khoảng này có mật độ dòng J lớn nên thường sử dụng để hàn tự động. Khoảng này có U tăng vì I lớn, nhưng tiết diện cột hồ quang hầu như không tăng; nên khi J tăng để đảm bảo cho I tăng thì U phải tăng). Đồ thị trên ứng với các đường đặc tính tĩnh của hồ quang khi chiều dài cột hồ quang không đổi. Khi thay đổi Lhq, ta sẽ nhận được nhiều đượng đặc tính tĩnh tương tự như trên. b. Hồ quang của dòng điện xoay chiều 12
Khi sử dụng nguồn xoay chièu, dòng điện và hiệu điện thế thay đổi theo chu kỳ. Với tần số công nghiệp f = 50 Hz, ta có 100 lần thay đổi cực nên có 100 lần hồ quang bị tắt do I = 0. Khi đó nhiệt độ sẽ giảm, mức độ ion hoá của cột hồ quang sẽ giảm làm cho cho hồ quang cháy không ổn định. Muốn xuất hiện hồ quang tiếp theo thì yêu cầu điện áp nguồn phải đạt và lớn hơngiá trị tối thiểu gọi là điện áp mồi hồ quang. Hồ quang sẽ cháy ổn định khi U nguồn > U mồi hồ quang Hồ quang sẽ tắtkhi U nguồn < U mồi hồ quang Khi hàn hồ quang tay U mồi hồ quang = (1,8 - 2,5)U hàn U mồi hồ quang = (60-80V) T T t U m hq Hình 3-8 Sơ đồ đường biến thiên của điện áp và dòng điện nguồn và hồ quang dòng xoay chiều Tt - Thời gian hồ quang tắt Chú ý : • Thời gian hồ quang tắt Tt phụ thuộc điện áp không tải (Ukt); tần số (f) f tăng thì Tt nhỏ. • Ukt lớn thi Tt nhỏ nhưng tăng Ukt thì kích thước máy sẽ lớn, không có lợi. • Tăng tần số thì phải mắc thêm bộ khuyếch đại tần nhưng sẽ làm phức tạp thêm mạch điện. • Trong thực tế để làm ổn định hồ quang nguồn xoay chiều người ta mắc thệm cuộn cảm để làm lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Dòng điện xuất hiện trong cuộn cảm sẽ có tác dụng duy trì sự cháy của hồ quang. Tại thời điểm I = 0 điện áp nguồn đạt giá trị U mồi hồ quang nên vẫn có hồ quang xuất hiện. 3.2 „ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG ĐỐI VỚI HỒ QUANG HÀN. Cột hồ quang được coi như một dây dẫn mềm nên nó sẽ chịu tác dụng hưởng của điện từ trường. 3.2.1 Từ trường của cột hồ quang Trong cộ hồ quang có 2 loại dòng chuyển động của các phần tử mang điện. Đó là dòng chuyển động của các ion âm và điện tử; dòng chuyển động của các ion dương. Sơ đồ biểu diễn lực điện trường tác dụng lên cột hồ quang như hình 3-10 13
Vi H F F H Vi Hình 3-10 Sơ đồ biẻu diễn lực điện trường tác dụng lên cột hồ quang hàn. • Lực F của tất cả các phần tử mang điện đều hướng vào tâm của cột hồ quang. Khi hàn, lực tác dụng lên cột hồ quang gồm có : + Lực điện trường tĩnh; + Lực điện trường sinh ra bởi sắt từ của vật liệu hàn. Lực này làm cho hồ quang bị thổi lệch ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn (xem hình 3-11). 3.2.2 Ảnh hưởng của lực điện trường Hình 3-11 Sơ đồ biẻu diễn hồ quang hàn bị thổi lệch bởi lực điện trường. b/ c/ a/ Khi nối dây như hình b/ hồ quang bị tác dụng của điện trường đối xứng nên không bị thổi lệch; khi nối dây như hình a/ và hình c/ điện trường tác dụng lên cột hồ quang không đối xứng nên hồ quang bị thổi lệch. Từ phía dòng điện đi vào có điện trường mạnh, mật độ đường sức dày hời phía đối diện nên hồ quang bị thổi lệch về phía điện trường yếu hơn. 3.2.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn. Độ nghiêng của que hàn cũng ảnh hưởng đến sự phân bố đường sức xung quanh quanh hồ quang, vì thế có thể thay đổi hướng que hàn cho phù hợp với phương của hồ quang như hình 3-12b. 14
Hình 3-12 Sơ đồ biẻu diễn ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn. 3.2.4 Ảnh hưởng của vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ đặt gần hồ quang sẽ làm tăng độ từ thẩm lên hàng ngàn lần so với không khí xung quanh (μ = 1000 10.000 lần). Từ thông qua sắt từ có độ trở khánh nhỏ, lực từ trường từ phía sắt từ giảm xuống làm cho hồ quang bị thổi lệch về phía sắt từ. 1 Fe 2 Hình 3-13 Sơ đồ biểu diễn ảnh hưởng của sắt từ đối với hồ quang hàn. 1- Que hàn ; 2 - Vật hàn Hiện tượng lệch hồ quang có thể xuất hiện ở cuối đường hàn. Vì lúc đó có độ từ thẩm phía vật hàn lớn hơn nhiều so với không khí nên hồ quang bị thổi lệch về phía bên trong mối hàn. Khi hàn giáp mối ta phải nối cực của nguồn điệ với 2 vật hàn về 2 phía để mối hàn không bị thổi lệch hồ quang. Hình 3-14 Một số biện pháp khắc phục hiện tượng hồ quang bị thổi lệch 1 - Vật hàn 2 - Que hàn 3.3 PHÂN LOẠI HÀN HỒ QUANG 15
3.3.1 Phân loại theo điện cực Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy : như điện cực than, grafit, W , hợp chất của một số nguyên tố có khả năng phát xạ ion như La, Th, Hàn bằng que hàn nóng chảy : có các loại que hàn thép ( que hàn thép các bon thấp, que hàn thép các bon cao, que hàn thép hợp kim, ) que hàn nhôm, que hàn đồng, Các loại que hàn này có lõi và lớp thuốc bọc. Chúng có khá năng bổ sung kim loại cho mối hàn và các tác dụng khác như kích thích hồ quang, bảo vệ mối hàn, hợp kim hoá mối hàn, 3.3.2 Phân loại theo phương pháp đấu dây Dấu dây trực tiếp : 1 Nguồn điện 1 pha 2 3 Hình 3 - 5 Sơ đồ đấu dây trực tiếp 1 -Điện cực hàn ( que hàn) 2-Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Khi hàn dòng một chiều có thể có hai phương pháp nối dây : nôí thuận và nối nghịch. 1 2 3 Nối thuận Hình 3 - 16 Sơ đồ nối thuận 1 - Điện cực hàn ( que hàn)2 - Hồ quang hàn; 3- Vật hàn 1 2 3 Nối nghịch Hình 3-17 Sơ đồ nối nghịch 1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Đấu dây gián tiếp : 16
Nguồn một pha 1 1 2 3 Hình 3 - 17 Sơ đồ đấu dây gián tiếp 1 - Điện cực hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Đấu dây hổn hợp (Hồ quang 3 pha): Nguồn ba pha 2 1 3 Hình 3 - 19 Sơ đồ đấu dây hổn hợp 2 - Điện cực hàn 1 2 - Điện cực hàn 2 3 - Vật hàn ( điện cực hàn 3) Có 3 ngọn lữa hồ quang giữa 3 điện cực: hồ quang giữa 1-3 giữa 1-2 và giữa 2 - 3. 3.4 NGUỒN ĐIỆN HÀN VÀ MÁY HÀN 3.4.1 Nguồn điện hàn Nguồn điện hàn có thể một chiều, xoay chiều. Máy hàn dòng điện một chiều hay chỉnh lưu cho chất lượng mối hàn cao, ổn định nhưng giá thành đắt nên chỉ sử dụng khi có yêu cầu cao về chất lượng. Hiện nay máy hàn dòng xoay chiều vẫn là chủ yếu. Ơ Nhật bản gần 80% máy hàn dòng xoay chiều, 95,6% máy hàn xoay chiều khi hàn hồ quang tay. 3.4.2 Yêu cầu đối với nguồn điện hàn 1. Dể gây hồ quang và không gây nguy hiểm cho người sử dụng. Khi nghiên cứu hồ quang của dòng xoay chiều ta thấy rằng để dể dang mồi hồ quang thì điện áp không tải của máy hàn phải cao hơn lúc hồ quang cháy ổn định. Để đảm bảo an toàn điện điện áp không tải thường nhỏ hơn 100 vôn. Ukt ≈ 55 - 80 V ( đối với dòng xoay chiều) Ukt ≈ 30 - 55 V , Uh = 16 - 35 V, ( đối với dòng một chiều) 2. Phải có dòng điện ngắn mạch hạn chế để khỏi làm hư hỏng máy. Ing.m. = (1,3 - 1,4) Ih. 3. Khi làm việc hồ quang phải cháy ổn định. 17
4. Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện hàn phù hợp với các loại chiều dày, đường kính và vị trí tương đối của mối hàn trong không gian. 5. Khi hàn người ta thường mắc thêm cuộn cản để tạo ra sự lệch pha của dòng điện và hiệu điện thế nên chế độ hàn sẽ ổn định hơn. 6. Quan hệ giữa hiệu điện thế nguồn điện và dòng điện hàn được gọi là đường đặc tính động của máy hàn. Ta có các loại đường đặc tính động như sau: Ukt1 Ukt2 Ih Ing.m Ing.m.1 Hình 3 - 20 Đường đặc tính động của máy hàn U 1 U 2 kt 4 3 I Hình 3 - 21 Các dạng đường đặc tính động của máy hàn Đường cong 1 - Dạng u tăng dùng cho hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ. Đường cong 2 - Dạng U không thay đổi (hầu như không tăng khi I tăng) dùng cho hàn điện xỷ, hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ. Bởi vì khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, kim loại dây hàn chảy thành dòng tạo nên dòng ngắn mạch liên tục, dòng điện hàn tăng nhanh làm nóng chảy day hàn nhanh và liên tục. Chế độ này phù hợp với laọi dây có dh = 0,5 - 1,2 mm Đường cong 3 - Dạng cong dốc thoai thoải dùng cho hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc có tốc độ cấp dây hàn không đổi. Việc cấp lõi dây hàn theo nguyên lý tự động điều chỉnh (tức là khi I tăng, Uh giảm làm cho nhiệt lượng Q = UIt giảm kết quả dây cháy chậm lại, phục hồi chiều dài cột hồ quang. 18
Đường cong 4 - Dạng cong dốc dùng cho hàn hồ quang tay và hàn tự đọng dưới lớp thuốc (khi mà tốc độ cấp dây phụ thuộc chế độ hàn. Khi U h thay đổi, nhưng Ih thay đổi ít nên chế độ hàn ổn định hơn Kết hợp các dương đặc tính động và đường đặc tính tĩnh của hồ quang ta sẽ thấy chúng giao nhau tại 2 điểm A và B (tại đó Unguồn = Uhồ quang) Tại điểm B hiệu điện thế cao đủ để gây hồ quang nhưng vì dòng điện nhỏ không đủu để duy trì sự cháy ổn định của hồ quang. Thực vậy nếu vì một lý do nào đó làm cho dòng điện giảm xuống thì hiệu điẹn thế hồ quang sẽ tăng lên và lúc đó Uhq > Ung, có nghĩa là hiệu điện thế của nguồn không đủ để gây hồ quang nên nó tắt. Ngược lại, nếu tăng dòng I thì Ung > Uhq ; điện thế thừa Ung - Uhq là nguyên nhân gây nên sự tiếp tục tăng dòng điện cho đến khi đạt được giá trị ở điểm A. Như vậy khi I tăng hoặc I giảm tại điểm A có sự phục hồi lại điều kiện ổn định của hồ quang (Uhq = Ung) B U, V A I, A Hình 3-22 Sơ đồ biểu diễn vị trí hồ quang cháy ổn định Ta biết răng khi hồ quang cháy, trongmạch hàn hồ, quang sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng. dI eL=− L - là hệ số tự cảm L dt U h = U hq = U nguon + eL dI U = U = U + e = U − L h hq nguon L ng dt dI U -U = L ng h dt Từ biểu thức trên ta nhận thấy rằng nếu vì một lý do nào đó làm cho điểm dịch chuyển vê điểm A’ có điện thế U’ > Uh tức là : dI dI U’-Uh > hay L. > 0 tức là > 0 Đièu này chứng tỏ I phải tăng để dt dt điểm A’ trở về vị trí điểm A. Ngược lại khi A dịch chuyển về điểm A’’ dI ta có U’’ < U . < 0 Điều này chứng tỏ I phải giảm để A’’ trở về vị trí điểm A - h dt vị trí mà hồ quang cháy ổn định. 19
Như vậy hồ quang cháy ổn định khi trong mạch hàn nanh chóng phục hồi trạng thái cấn bằng : Uh = Uhq = Ung. 3.4.3 Máy hàn hồ quang Máy hàn hồ quang thường có các loại sau : • Máy hàn dòng xoay chiều : máy biến áp có bộ tự cảm riêng, máy biến áp hàn có hàn có từ thông tản lớn (dạng có lõi từ di động), máy biến áp hàn có cuộn dây di động, • Máy hàn dòng chỉnh lưu • Máy hàn một chiều : loại máy phát hàn chạy bằng động cơ điện, máy phát hàn có dùng máy nổ và các dạng máy phát hàn khác. Sau đây ta chỉ xét một số laọi máy hàn thông dụng. a. Máy biến áp hàn Máy biến áp hàn hay máy hàn xoay chiều là loại máy hạ áp. Nguyên lý hoạt động của máy tương tự các máy biến áp khác, nghĩa là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. U1, U2 - Điện áp sơ cấp và thứ cấp W1, W2 - số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp φ 1 - Tổng từ thông sinh ra ở cuộn sơ cấp φ 1 - Từ thông chính mắc vòng qua cuộn thứ cấp φ t1 φ t2 - Từ thông tản qua không khí trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Khi đặt vào cuộn sơ cấp của máy hàn dòng điện xoay chiều hình sin với điện áp U1, dòng điện sẽ chạy qua cuộn sơ cấp và tạo ra trong mạch một từ thông chính W1 W2 3 Hình 3-23 Sơ đồ máy biến áp W1 - Cuộn dây sơ cấp; W2 - Cuộn dây thứ cấp; 3 - Lõi từ (gông tư của máy biến áp) φ 1 = φ o + φ t1 . Do mạch từ khép kín nên φ o.móc vòng cuộn thứ cấp và sinh ra từ thông tản φ t2. Các từ thông trên sinh ra suất điện động trong cuộn sơ cấp và thứ cấp : dφ dφ Trong cuộn sơ cấp : eW=− =− 1 11dt dt 20
dφ dφ2 Trong cuộn thứ cấp : ew=− 2 = - 2 dt dt Trong đó : φ1 = W1.φ0.= φo +φ t1. φ2 = W2.φ0.= φo +φ t2. φo Hệ số liên hệ từ : Kt = φφot+ 1 ở điều kiện làm việc bình thường thì φt1 rất nhỏ nên Kt =1 Khi máy biến áp có từ thông tản lớn φt = φt1 +φt2 +φloitudidong e1 & e 2 có trị số cực đại là E1m = ω.W1. φ o. E2 m + ω.W2. φ o Trị số hiệu dụng của chúng sẽ là : E1 = ω. W1. φ o Trị số hiệu dụng của chúng sẽ là : E1 ≈ 4,44.fW1.φo. Et1 ≈ 4,44.fW1.φt1. E2 ≈ 4,44.fW2.φo. Et2 ≈ 4,44.fW2.φt2. f - tần số dòng điện U1 = E1 + Et1 ≈ 4,44. f .W1.φ1 U W φ W 1 Hệ số máy biến áp : K = 1 ≈ 1 1 = 1 . ≈ U 2 W2φo W2 Kt φ0 K t = φ1 Đặc điểm chung của máy biến áp hàn : Máy biến áp hàn là máy biến áp hạ áp. Có điện áp thứ cấp thấp (Ukt < 100V) để đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Dòng thứ cấp lớn để đủ cung cấp nguồn nhiệt cho quá trình nung chảy kim loại khi hàn . Máy biến áp hàn có số vòng dây cuộn thứ cấp ít hơn cuộn sơ cấp và tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp lớn hơn tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp. Số vòng dây ở cuộn thứ cấp phải thay đổi được để điều chỉnh cường độ dòng điện hàn. Phải hạn chế dòng ngắn mạch để tránh cho máy khỏi bị hư hỏng. Máy biến áp hàn hồ quang tay có đường đặc tính ngaòi cong dốc. Để tạo ra loại đường đặc tính này người ta sử dụng máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng (máy biến áp hàn có cuộn kháng ngoài), hoặc chế tạo mạch từ có từ thông tản lớn như máy hàn có lõi từ di động, 21
Máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng. Các chế độ làm việc của máy Chế độ không tải : khi mạch ngoài hở: Ih = IKT = 0 U2 = Ukt = U20. Khi làm việc : U h = U20 - Utc. Utc = Ih . (Rtc +Xtc) Xtc = 2 . π. f . L trong đó f - tần số dòng điện L - Hệ số tự cảm của bộ tự cảm Rtc - Điện trở thuần của bộ tự cảm; Xtc - Trở kháng của bộ tự cảm. W1 W2 que hàn Bộ tự cảm riêng Vật hàn Hình Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn có bộ tự cảm riêng Khi dòng điện tăng, từ thông qua bộ tự cảm tăng (phụ thuộc vào khe hở của mạch tự bộ tự cảm) lúc đó hiệu điện thế hàn sẽ giảm. Chế độ ngắn mạch : U R U + ΔU I = 2 t ≈ 2 n.m 2 −8 2 0,8.π f .10 Wtc R + r Rt -Từ trở của bộ tự cảm R - điện trở mạch hàn r - điện trở cuộn thứ cấp (R+r ≈ 0.001 ôm) ΔU điện thế rơi trên cuộn thứ cấp Wtc - số vòng dây của bộ tự cảm B. Máy hàn có lõi từ di động Đây là loại máy hàn xoay chiều có từ thông tản lớn. Sơ đồ nguyên lý : 22
4 1 2 3 Hình 3 - 24 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp có lõi từ di động 1- Gông từ, 2- Lõi từ di động 3- Vật hàn, 4- Que hàn Các chế độ làm việc: Khi không tải I 2 = I h = 0 U U W .φ W 1 = 1 = 1 1 = 1 U 2 U 20 W2 .φ0 W2 .Kt Điện áp không tải : Khi có tải I h ≠ 0; 2 X ba = ω.(W2) Rm ; ω = 2πf Rm - Điện trở mạch từ có từ thông tản đi qua F - Tần số dòng điện U20 IH XBA Uh Uh = U20 - Et2 = U20 - Ih.Xba Khi ngắn mạch : Khi I tăng sẽ làm cho suất điện động E t2= U2 = U20. Nên Uh = 0 Inm = U20/Xba (Xba = X1 + X2; X1,X2 ( Cảm kháng cuộn sơ cấp và thứ cấp) Để điều chỉnh cường độ dòng điện hàn người ta thây đổi vị trí của lõi từ di động. Khi lõi từ đi vào gông từ, từ thông tản tăng lên và làm giảm dòng điện hàn; ngược lại khi lõi từ đi ra khỏi gông từ thì từ thông tản giảm, dòng điện hàn sẽ tăng. 23
Đường đặc tính ngoài của loại máy này rất dốc nên chỉ ứng dụng cho loại máy hàn có dòng không lớn. Hình 3 - 25 Sơ đồ nguyên lý máy hàn có nhiều trạm 1 3 2 Hình 2 - 26 Sơ đồ nguyên lý máy hàn 3 pha 1- máy biến áp hàn 2 - Vật hàn 3 - Que hàn (điện cực hàn) C. Máy hàn một chiều Máy hàn điện một chièu cũng như các loại máy điện một chiều khác có 3 bộ phận cơ bản: phần cảm, phần ứng và vành đổi chiều. Phần cảm : là phần cố định, phần này tạo ra từ thông chính của máy do cuộn kích từ. Phần ứng : là phần quay có lõi thép hình trụ bắt chặt vào trục, trên bề mặt lõi thép có xẻ rãnh để đặt các dây quấn phần ứng. Thân máy, cực từ (phần cảm), lõi thép hợp thành mạch từ của máy điện một chiều. 24
Vành đổi chiều : gồm các lá đồng ghép thành hình trụ, giữa các lá đồng có lớp cách điện với nhau và với trục bằng một lớp mica mỏng. Trên vành đổi chiều có 2 chổi than được giữ cố định tại mộth vị trí và nối dây ra mạch ngoài. Dựa vào phương pháp kích từ máy điện một chiều có các loại : kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hổn hợp. Phân loại máy phát điện hàn một chiều: 1. Máy phát điện hàn có cuộn kích từ độc lập và cuộn dây khử từ (cuộn cản) mắc nối tiếp. 2. Máy hàn có cuộn kích từ song song và cuộn khử từ mắc nối tiếp. 3. Máy hàn một chiều có cự từ lắp rời. 4. Máy hàn điện một chiều có nhiều trạm. Dựa vào đường đặc tính ngaòi của máy có các loại cong dốc, dốc thoai thoải và loại đặc tính cứng. a/ b/ 25
c/ d/ Hình 3 - 27 Sơ đồ nguyên lý một số máy phát a/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ độc lập b/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc nối tiếp c/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn kích từ mắc song song d/ Sơ đồ nguyên lý máy phát có cuộn các cuộn dây nối hổn hợp Máy phát điện hàn có cuộn kích từ độc lập và cuộn dây khử từ (cuộn cản) mắc nối tiếp. Cuộn kích từ Cuộn cản Hình 3 - 28 Sơ đồ nguyên lý một máy hàn một chiều kiểu kích từ độc lập Cuộn cản tạo ra từ thông cản nhằm khử từ và tạo ra đường đặc tính ngoài công và dốc. Được đặc tính ngaòi của máy hàn hồ quang tay bằng dòng điện một chiều có dạng như sau: 26
U Thay đổi nhờ biến trở Thay đổi nhờ cái chuyển mạch Hình 3 - 29 Đường đặc tính ngoài . Từ thông sinh ra trong cuộn cản có hướng chống lạiI từ thông chính do cuộn kích từ sinh ra (Φchính). Tổng hợp từ thông của máy khi làm việc sẽ là : Φtổng = Φchính - Φc Khi không tải Ih = 0, Φc = 0 Vì chưa có dòng điện đi qua cuộn cản U kt = CΦchính Φchính = (Ikt.Wkt)/ Rkhe hở. Rkhe hở - Từ trở của các khe hở mà từ thông đi qua (từ trở của mạch từ). Thay đổi vị trí của biến trở sẽ thay đổi cường độ dòng điện kích từ và từ đó thay đổi hiệu điện thế không tải của máy.ở vị trí đầu và vị trí cuối của biến trở sẽ ứng với điện áp không tải Ukt max và Ukt min của máy. Khi có tải : Ih ≠ 0 Trong mạch chính có dòng điện hàn đi qua, ở cuộn cản xuất hiẹn từ thông Φc có hướng ngưopực lại với từ thông Φkt. Suất điện động sinh ra trong phần cảm của máy phụ thuộc vào tổng từ thông Φc và Φktvà được tính theo công thức: E = C.Φtõng = C.(Φ kt - Φc) Hiệu điện thế hàn sẽ là : Uh = E - Ih.Rm Rm = Rmáy -Điện trở của cuộn cản, phần cảm và chổi quét, , Uh = E - Ih.Rm = C.(Φ kt - Φc) - Ih.Rm. I h .Wcc φc = Rt Rt - Từ trở của gông từ mà từ thông đi qua. Φc tăng thì Uhgiảm Như vậy đường đặc tính ngaòi cong dốc của máy hàn được thiết lập do có từ thông của cuộn cản mắc nối tiếp. 27
Chế độ ngắn mạch : Từ thông thông của cuộn cản Φc tăng lên đột ngột, làm cho tổng từ thông Φtổng = Φkt -Φc sẽ rất nhỏ . Từ thông này kích thích phần cảm sinh ra suất điện động của nguồn không lớn lắm và nó sẽ bị tiêu hao trên các điện trở trong của máy phát. Hiệu điện thế hàn giảm xuống gần bằng không nên dòng điện ngắn mạch được hạn chế. E I n.m = Rm.ng. + Rtr Rm.ng- Điện trở mạch ngào; Rm tr - Điện trở của máy phát (điện trở mạch trong) Dòng điện hàn được điều chỉnh bằng 2 cách : • Thay đổi vị trí của biến trở để làm thay đổi từ thông cuộn kích từ Φkt. • Thay đổi số vòng dây của cuộn cản. d.Máy hàn dòng chỉnh lưu Đặc điểm của máy hàn chỉnh lưu : • Khoảng điều chỉnh chế độ hàn rộng; • Chất lượng hàn cao • Không có phần quay nên không có tiếng ồn; • ít tổn thất khi chạy không tải; • Khối lượng nhỏ và cơ đômngj hơn; • Có thể thay các dây quấn từ đồng bằng dây nhôm sẽ có giá thành rẻ hơn. Nhược điểm : • Thời gian ngán mạch dài, có thể làm cho điốt bị hỏng • Phụ thuộc vào điện thế nguồn Máy hàn chỉnh lưu có 3 bộ phận : • Máy biến áp và các bộ phận điều khiển, đóng ngắt dòng và điện áp; • Bộ phận chỉnh lưu. • Bộ phận thay đổi dòng điện để hàn Hình 3-30 Sơ đồ nguyên lý của máy hàn một pha chỉnh lưu 2 nửa chủ kỳ Ing 28 T T ICL
a/ b/ Hình 3 . 30 Biến thiên của dòng điện nguồn (a) và dòng chỉnh lưu (b) Hình 3 - 31 Sơ đồ nguyên lý máy hàn chỉnh lưu 3 pha I T Hình 3- 32 Đồ thị biến thiên dòng điện chỉnh lưu 3 pha 3. 5. ĐIỆN CỰC HÀN 29
Điện cực hàn là tên gọi chung cho các loại que hàn nóng chảy và không nóng chảy. Khi hàn hồ quang ta có thể sử dụng điện cực nóng chảy (thường gọi là que hàn) và điện cực không nóng chảy. Trong thực tế do quen nên thường gọi chung là que hàn. Vì vậy trong hàn hồ quang và hàn khí ta sẽ dùng thuật ngữ “que hàn” để chỉ điện cực nóng chảy và không nóng chảy. Que hàn không nóng chảy thường được chế tạo từ than, grafít. vônfram hoặc các vật liệu trên kết hợp với các chất dễ phát xạ electron (như La, Ra, ) Que hàn nóng chảy là loại điện cực mà lõi làm bằng kim loại (thép, gang, dồng, nhôm, ) bên ngoài có một lớp thuốc bọc. Khi hàn que hàn sẽ bổ sung kim loại và tăng cường một số tính chất đặc biệt cho mối hàn. Que hàn nóng chảy có nhiều loại như que hàn thép các bon, que hàn thép inóc, que hàn thép hợp kim, que hàn đồng, que hàn nhôm, 3.5.1 Cấu tạo của que hàn nóng chảy 2 1 Lo L Hình 3 - 33 Sơ đồ cấu tạo que hàn 1 - Lớp thuốc bọc 2 - Lõi que hàn bằng kim loại Bảng 3 - 2 dh (mm) Lo (mm) L (mm) < 3 20 - 25 250 3 - 4 20 - 25 350 - 400 5 - 6 20 - 25 450 3.5.2 Yêu cầu Đảm bảo cơ tính của mối hàn; Đảm bảo thành phần hoá học cần thiết của mối hàn; Có tính công nghệ tốt ( dể gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định, nóng chảy đều, có khả năng hàn ở tất cả các vị trí trong không gian, mối hàn không có rổ, không nứt, xỷ nổi đều và dễ bong ra, không bắn toé nhiều. Hệ số đấp cao; Không sinh khí độc hại ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân; Dễ dàng chế tạo & giá thành rẻ; 3.5.3 Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn Kích thích hồ quang và làm cho hồ quang cháy ổn định; 30
Tạo khí & tạo xỷ để bảo vệ mối hàn; Lớp xỷ có tác dụng làm cho muối hàn nguội chậm tránh hiện tượng tôi của mối hàn; Khử ôxy hoàn nguyên kim loại; Tăng cơ tính và một số tính chất đặc biệt của mối hàn; 3.5.4 Ký hiệu tiêu chuẩn Việt Nam N - 48-32 - N - Chỉ que hàn nối thép; 7 2 Số tiếp sau - chỉ độ bền σB . 10 (N/m ) Chỉ số tiếp theo - chỉ nhóm thuốc bọc 1 - nhóm axít; 2 - nhóm bazơ; 3 - nhóm xỉ ti tan); * Hàn tốt ở mọi cực : 1 4 - Hàn tốt ở cực âm : 2 5 - Hàn tốt ở cực dương : 3 6 3.5.5. Sản xuất que hàn Que hàn có thể sán xuất bằng tay, bằng máy. Các bước cân tiến hành là Chuẩn bị lõi, chuẩn bị thuốc bọc . Thuốc bọc que hàn có thể sử dụng các chất sau đây: Chất dễ gây hồ quang và ổn định hồ quang (kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ như mica : KAl2[AlSiO3O10](OH)2 KnAl2O3.SiO2. MgO2, Na2CO3 (thuỷ tinh lỏng) Chất sinh khí bảo vệ Xen lu lô, tinh bột, CaCO3.MgCO3 (Dolomide CaMg(CO3) ; C6H10O5)n // Destrin, Chất tạo xỷ [quặng sắt đỏ (Fe2O3 chiếm 90%)], Fe3O4, cẩm thạch, CaCO3, huỳnh thạch (CaF2), CaMgCO3, TiO2, NaAlSi3O5, (KNaAl2)3.6SiO2 Chất khử ôxy & hợp kim hoá mối hàn : Ferô hợp kim, bột nhôm , bột sắt, grafít, Chất tạo hình : cao lanh Al2O3.2SiO2.2H2O, ben tô nhít (nSiO2.m Al2O3), xenlulô, Chất dính kết : Thuỷ tinh lỏng, kriôlít (NaAlF6,) Destrin (C6H10O5)n Các loại que hàn không nóng cháy được chế tạo từ grafít, vônfram W, hoặc từ một số hợp kim dặc biệt khác . Đường kính điện cực vônfram trong khoảng từ 1 6 mm và có thể lớn hơn. Điện cực than, grafít có dh = 6 30 mm , l < 300 mm. 3- 6 QUÁ TRÌNH NÓNG CHẢY VÀ DỊCH CHUYỂN KIM LOẠI QUE HÀN NÓNG CHẢY. Khi hàn hồ quang quá trình nóng chảy và dịch chuyển kim loại que hàn xảy ra qua nhiều giai đoạn: 31
1 2 3 4 Hình 3 - 34 Sơ đồ dịch chuyển kim loại lỏng qua các giai đoạn 1, 2, 3, 4 Phản lực đẩy của khí sinh ra từ thuốc bọc que hàn R. R Sức căng bề mặt F F F lực điện trường F F F P F Trọng lực P F a/ b/ Hình 3 - 35 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên giọt kim loại lỏng Giai đoạn 1 : Hình thành lớp kim loại lỏng trên bề mặt que hàn và vật hàn (1). Dưới tác dụng của lực điện trường (tạo nên vùng bị co thắt) và dưới tác dụng của trọng lực giọt kim loại lỏng dịch chuyển xuống dần cho đến khi tiếp xúc vật hàn. Giai đoạn 2 : Dưới tác dụng của trọng lực và sứ căng bề mặt giọt kim loại lỏng được hình thành. (2) Giai đoạn 3 : Khi giọt kim loại lỏng tiếp xúc vật hàn thì ngắn mạch, kết quả nhiệt tăng đột ngột làm cho giọt kim loại lỏng lớn nhanh và tách ra khỏi que hàn. (3) Kích thước và số lượng giọt kim loại lỏng phụ thuộc vào cường độ dòng điện, cực điện nối với que hàn , thành phần và các tính chất khác của que hàn. Giọt kim loại lỏng có kích thước khoảng 1 - 4 mm ( đối với que hàn không có thuốc bọc); trên dưới 0,1 mm khi hàn dòng lớn và que hàn có thuốc bọc. Giai đoạn 4 : Các quá trình trên cứ tiếp tục lặp lại theo các trình tự trên (4) Giọt kim loại lỏng luôn chịu tác dụng của các lực : trọng lực, sức căng bề mặt, phản lực của các chất khí, lực điện trường. Khi hàn sấp giọt kim loại lỏng luôn rơi và vũng vũng hàn một cách dẽ dàng. Khi hàn trần (xem hình b/) trọng lực gây khó khăn cho quá trình dịch chuyển kim loại đi lên. Tuy nhiên ở đây vai trò của sức căng bề mặt, lực đảy của các chất khí và lực điện trường có vai trò rất quan trọng làm cho giọt kim loại lỏng đi lên từ que hàn vào vũng hàn. Lực điện trường bao gồm 2 lực : lực điện trường tỉnh (làm co thắt giọt kim loại lỏng) và lực điện trường động có chiều từ que hàn đến vật hàn có tác dụng đảy giọt kim loạ lỏng. Vì cường độ điện trường của que 32
hàn (có mật độ dòng lớn) luôn luôn lớn hơn cường độ điện trường của vật hàn (có mật độ dòng nhỏ). Như vậy khi hàn trần các lực 3.7 CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG 3.7.1 Vị trí các mối ghép hàn trong không gian : có 4 vị trí chính II III I 1 3 2 IV Hình 3 - 36 Vị trí các mối hàn trong không gian. I - hàn bằng II - hàn ngang , hàn leo(hay hàn đứng) III - hàn ngữa IV - hàn trần. (hàn trần là vị trí hàn đặc biệt . ghi chú: 1- que hàn 2-vật hàn 3 - hồ quang 3.7.2 Các loại mối ghép hàn được phân ra: Mối hàn giáp mối (a, c) tức là các mép vật hàn tiếp giáp vào nhau; mối hàn chồng mí (b); mối hàn góc ( d ) mối ghép hàn theo kiểu chữ T , L (e) a/ c/ b/ d / e/ Hình 3 - 37 Các loại mối ghép hàn 3.7.3 Chuẩn bị các loại mối hàn. Để tạo điều kiện cho mối hàn kết tinh (đông đặc) tốt, tránh được một số khuyết tật, người ta phải chuẩn bị các mép hàn trước khi hàn: Khâu chuẩn bị bao gồm các bước : Làm sạch mép vật hàn ; Đổi với thép mỏng cần gấp mép ; 33
Đối với thép có chiều dày lớn cần phải vát mép.hình dạng và kích thước cần vát theo tiêu chuẩn . Chọn khe hở giữa 2 vật hàn; chiều dày S =1- 3 mm chiều dày S =1- 6 mm chiều dày S =4- 26 mm Khi gép góc Hình 3 - 38 Sơ đồ các loại mối gép hàn 3.7.4 Chọn loại que hàn Nguyên tắc chọn que hàn có thành phần gần tương tự thành phần kim loại cơ bản. Lưu ý cần chọn que hàn có thành phàn các bon thấp hơn một ít và chọn loại có các nguyên tố hợp kim để tăng cơ tính cho mối hàn. 3.7.5 Chế độ hàn Chế độ hàn là tập hợp các thông số công nghệ và điện đặc trưng cho qúa trình hàn nhằm nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu kỷ thuật.các thông số đó là: d h - đường kính que hàn (mm) I h - cường độ dòng điện hàn (A) U h - hiệu điện thế hàn (V) n - số lớp cần hàn V h - vận tốc hàn; m/h t h - thớì gian hàn giờ (h) Khi hàn hồ quang tay, thì dh và Ih là hai đại lượng quan trọng nhất . a - Chọn đường kính que hàn phụ thuộc vào : Chiều dày của vật hàn ; Vị trí mối hàn trong không gian : hàn ngang / hàn đứng/ hàn leo chọn dh <=5mm hàn trần thì nên chọn que hàn có đường kính dh <=4mm . dh có thể chọn theo bảng sau: Bảng 3 - 3 S (mm) 1,5 - 2,0 3 4 - 8 9 - 12 16 - 20 dh (mm) 1,6 - 2,0 3 4 4 - 5 5 - 6 b - Cường độ dòng điện ; Chọn theo giá trị cho phép có ghi trên bao gói que hàn . Tính theo công thức ; 34
π.d 2 I = h J (A) h 4 dh - đường kính que hàn ( tính bằng mm) J - mật độ cường độ dòng điện hàn (A/mm2); J -phụ thuộc vào nhóm thuốc bọc que hàn : Bảng 3 - 4 dh (mm) Nhóm thuốc bọc 3 4 5 J A/mm2) axit, ti tan 14,0 - 20,0 11,5 - 16,0 10,0 - 13,0 J A/mm2) Bazơ 13,0 - 18,5 10,0 - 18,5 9,0 - 12,0 Chú ý : Khi hàn những tấm kim loại mỏng cần giảm dòng điện xuống 10 - 15 % Khi hàn ngang ,hàn đứng cần giảm I h 10 -2%; Khi hàn trần , cần giảm xuống 15- 25 % so với vị trí hàn bằng . c Hiệu điện thế hàn : Uh chọn trong khoảng : 30 -35 V dòng một chiều 20 -30 V dòng xoay chiều d - Tính số lớp cần hàn n. Khi hàn thép có chiều dày lớn, ta cần hàn nhiều lớp . - lớp thứ 1 (Fo) : ta hàn que hàn nhỏ , khoảng 3 mm - các lớp tiếp theo (Fn) ta hàn bằng que hàn lớn có đường kính 4 hoặc 5 mm Fn Fo Hình 3 39 Sơ đồ mối hàn nhiều lớp FF− n = do +1 Fn F đ - diện tích tiết diện cần đấp ; FO - diện tích tiết diện lớp thứ nhất ; Fn - diện tích tiết diện các lớp tiếp theo; F đ = F1 + F 2 + F3 + F4 - dựa vào kích thước của mối hàn theo tiêu chuẩn ta tính Fđ: FO = (6- 8) dh mm2 F n =( 8- 12) dh mm2 d - Vận tốc hàn: Vh = Lh/t h Lh chiều dài đường hàn th thời gian hàn Lh LFhd γ Md Vh == = Mặt khác Md = αd.Ih.th. th tFhd γγ Ftdh 35
αdh.I αdh.I Vh = (cm/h) = Vh = (cm/s) γ .Fd γ .Fd .3600 Trong đó : αd - (g/(A.h)) γ - (g/cm3) 2 Fd - cm . f - Thời gian hàn t = t h q + t ph t h q - thời gian hồ quang cháy t ph - thời gian phụ ( thời gian đóng mở máy, thay que hàn, chuẩn bị vật hàn, di chuyển vật hàn, đi lại, Để đơn giản ta tính: t = t h q /K k là hệ số phụ thuộc trình độ tổ chức sản xuất k = 0, 5 - 0, 6 Trình độ tổ chưc sản xuất khá k = 0, 3 - 0, 4 Trình độ tổ chức sản xuất trung bình k <= 0, 3 Trình độ tổ chức sản xuát kém thq - thời gian hồ quang cháy. γ FLdh thq = (h) αdh.I Để tăng năng suất khi hàn ta nên chon chế độ sao cho t h nhỏ nhất. Hay nên cho I lớn, chọn que hàn có hệ số hàn đấp (αd ) cao; chon que hàn lớn, hàn bằng hồ quang 3 pha hoặc hàn bằng que hàn nằm, Bên cạnh đó cần tổ chức sản xuất tốt để giảm thời gian phụ 3. 8 KỸ THUẬT HÀN HỒ QUANG 3.8.1 Chọn góc nghiêng que hàn hợp lý α = 75 - 85 o. Hình 3 - 40 Góc nghiêng que hàn Góc nghiêng que hàn phụ phuộc chiều dày vật hàn, phương pháp hàn, và tính chất vật hàn. Khi hàn vật hàn có chiều dày lớn thì chọn góc nghiêng lớn; Vật hàn có tính dẫn nhiệt cao thì chọn góc lớn, Khi góc hàn , góc nghiêng của que hàn thay đổi để cho mỗi hàn đều hai cạnh 36
Khi hàn leo Hình 3 - 41 Sơ đồ hàn leo Khi hàn trên xuống 1 2 Hình 3 - 42 3.8.2 Chọn lượng dịch chuyển que hàn cho hợp lý : Khi hàn tấm mỏng thi que hàn dịch chuyển theo đường thẳng. Hình 3 - 43 Nguyên tắc dịch chuyển que hàn khi hàn vật mỏng Khi hàn vật dày và có mối hàn rộng thì vừa tịnh tiến vừa chuyên động qua lại theo phương ngang. Hình 3 - 44 Nguyên tắc dịch chuyển que hàn khi mối hàn rộng Khi hàn nhiều lớp thì cần chuẩn bị kỹ lớp hàn thứ nhất. Chọn thứ tự hàn các lớp tiếp theo hợp lý. Sau mỗi đường hàn phải làm sạch các chất xỷ, rổ, 37
Khi mối hàn có chiều dài lớn thì phải chia thành từng đoạn theo thứ tự như sau nhằm chống những biến dạng khi hàn. 1 2 3 4 5 3 1 2 4 6 Hình 3 - 45 Thứ tự hàn các mối hàn có chiều dài lớn Chuyển động từ giữa ra (hàn ra hai phía ) : khi mối hàn nhỏ , không rộng đường hàn dài Chuyển động theo những đường tròn : mục đích là tăng chyều rộng mối hàn ứng dụng khi hàn trần , hàn đứng Chuyển động qua lại : tăng nóng chảy hai bên mép hàn Chuyển động nhiều về một phía : khi hàn một tấm dày và một tấm mỏng Để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn người ta người ta thường hàn theo từng đoạn đối với đường hàn lớn . Khi hàn trần và hàn ngang , hàn đứng cần giảm dòng điện đi từ 10 _ 20% (có khi 25% ).que hàn ít dao động, chiều dài hồ quang ngắn, chọn que có đường kính nhỏ, chọn que hàn có thuốc bọc cứng , khó chảy (HKHI_BV2.doc) 3.8 HÀN HỒ QUANG BÁN TỰ ĐỘNG VÀ TỰ ĐỘNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG BẢO VỆ 3.8.1 Hàn bán tự động và hàn tự động a. Khái niệm : Hàn bán tự động là một quá trình hàn mà dây hàn được cấp tự động vào vùng hàn còn việc di chuyển mỏ hàn được thực hiện bằng tay người điều khiển. Hàn tự động là một quá trình hàn mà việc cấp dây hàn và di chuyển mỏ hàn theo mối hàn được thực hiện hoàn toàn bằng máy. Hàn bán tự động và bán tự động có thể được hàn trong các môi trường bảo vệ như hàn dưới lớp thuốc hoặc hàn trong các môi trường khí bảo vệ. Hàn tự động và bán tự động trong môi trường không khí hầu như không được sử dụng nữa vì chất lượng mối hàn kếm. b. Phân loại Hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hổn hợp các loại khí) Hàn bán tự động dưới lớp thuốc bảo vệ Hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hổn hợp các loại khí) Hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 38
Theo lớp thuốc bảo vệ c. Vật liệu hàn : Thuốc hàn ( cho hàn hồ quang và cho hàn khí), dây hàn hồ quang điện và hàn khí), khí bảo vệ. Thuốc hàn Tác dụng : tạo xỷ lỏng bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng của oxy, ni tơ trong không khí. Thuốc hàn có dạng hạt hay bột. Thuốc hàn điện được phân ra : Thuốc hàn nóng chảy; thuốc hàn bột ( không nóng chảy : gốm keramit, bột thiêu kết, bao gồm các chất khoáng thiên nhiên với hợp kim ferro và thuỷ tinh nước. Theo chức năng sử dụng người ta chia ra : • Thuốc cho hàn thép các bon và hợp kim thấp; • Thuốc hàn thép hợp kim; • Thuốc hàn hợp kim màu; Theo thành phần các chất người ta chia ra : • Loại có SiO2 cao ( 40 - 50 % SiO2 ) • Loại SiO2 thấp ( < 35 % SiO2 ) • Loại không có SiO2. • Loại không chứa oxy • Xỷ có tính bazơ : CaO, MgO, FeO, • Xỷ có tính axit TiO2, SiO2, • Xỷ trung tính chứa Cl2 , F2. Yêu cầu đối với thuốc hàn : Nhiệt độ nóng chảy của thuốc hàn nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy cuat kim loại cơ bản khoảng 200 - 300 oC. Thuốc hàn phải có độ ẩm thấp và độ bền cơ học nhất định. Thuốc hàn phải tạo điều kiện cho hồ quang dễ cháy và cháy ổn định. Thuốc hàn phải tạo điều kiện cho quá trình hình thành mối hàn tốt, đặc chắc, không có rổ khí, ngậm xỷ, Đảm bảo khử các tạp chất và thoát khí tốt; loại trừ các khuyết tật như rổ khí, ngậm xỉ, nứt vùng mối hàn. Hợp kim hoá mối hàn, đảm bảo cơ tính tốt Tạo mảng mỏng bảo vệ và dể dàng tách khỏi bề mặt mối hàn. Không sinh bụi và khí độc hại Giá thành hạ Khí bảo vệ mối hàn Khí trơ ( Inert gas ) : Ar, He Khí hoạt tính ( active gas ) : CO2, N2, H2, Hơi nước ( H2O ) Dây hàn có các loại : Dây hàn thép các bon và hợp kim thấp, dây hàn thép hợp kim, dây hàn hợp kim cao Dây hàn đấp; Dây hàn bột ; Dãi kim loại Đường kính dây hàn : 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 6,5; 8 mm 39
Khối lượng một cuộn : 1,5 - 30 kg có thể đến 80 kg ( cả khung dây ) 3.8.2. Hàn hồ quang tự động và bán tự động dưới lớp thuốc bảo vệ a. Khái niệm Hồ quang hở là hồ quang tiếp xúc với không khí, nămg suất cao hơn khi hàn hồ quang tay nhưng chất lượng mối hàn thấp. Hồ quang kín - là hồ quang cháy dưới lớp thuốc hoặc trong các môi trường khí bảo vệ khác. b. Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc bảo 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3 - 46 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 1- Con lăn cấp dây hàn; 2- Dây hàn; 3- Thuốc hàn; 4- Lớp xỷ đã đông đặc; 5- Lớp kim loại lỏng; 6- Lớp kim loại mới kết tinh Đặc tính của hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc. ít hao tốn kim loại, hệ số hàn đấp cao , tiết kiệm được kim loại que hàn. Hệ số mất mát nhiệt thấp do thuốc hàn không dẫn nhiệt và dẫn điện, Cho phép hàn với dòng điện cao nên tốc độ hàn lớn, năng suất hàn cao. Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ do thể tích nóng chảy(Vh) nhỏ. Chất lượng mối hàn cao; cơ tính tốt. Điều kiện lao động tốt do hồ quang kín. Cho phép cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn. Nhược điểm : Khó thực hiện các mối hàn có hình dạng và quỹ đạo hàn phức tạp. Giá thành thiết bị đắt. Yêu cầu khi gá lắp và chuẩn bị hàn khá công phu. c. Công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc. Chuẩn bị vật hàn ( tương tự hàn hồ quang tay ) Các loại mối hàn : Hàn một phía Hàn 2 phía Hàn có tấm lót thép hay tấm lót bằng đồng. Hàn có đệm thuốc Hàn theo quỹ đạo thẳng và cong 40
Các thông số mối hàn. Hình dáng mối hàn và các hệ số của nó B Hệ số ngấu : ψ = ng h B C h B - chiều rộng mối hàn S mm C - Chiều cao mm Hình 3 - 47 Một số kích thước cơ bảnh củ Chia mềối hànâ ối hà Ψng = 0,8 - 4 ( Tốt nhất là 1,2 - 2 ) [ 14 ] Sebeko-1975-page 171) Ψng 4 Tăng biến dạng và nguồn nhiệt sẽ không được cung cấp hợp lý. B Hệ số hình dáng mối hàn : ψ = hd C Ψhd = 5 - 12 ( thường lấy bằng 7 - 12 ) Ψhd > 12 Mối hàn bị lõm Ψhd < 5 Mối hàn bị tập trung ứng suất F Hệ số điền đầy ngấu mối hàn : μ = ng dd B.h F Hệ số điền đầy lồi mối hàn : μ = dl ≈ 0,73 ddng B.C L Hệ số hình dáng vũng hàn ( bể hàn ) :ψ =≈const. vh B ( hệ số này không đổi nếu các thông số của chế độ hàn không đổi.tính chất của vật liệu đồng nhất ). Q UI. L ==K. hh 2.πλ . .Tnc λ.Tnc Q = 0,24.Uh.Ih.ηhq. ( cal ) Uh - Điện áp hàn(V); Ih.- Cường độ dòng điện hàn ηhq. - Hệ số hữu ích của nguồn nhiệt ( hồ quang hàn ) ηhq ≈ 0,98 K - hệ số K = 2,8 - 3,6 mm/(KVA) khi hàn thép các bon thấp (Page 107Hàn ống 1962) K = 1,7 - 2,3 mm/(KVA) khi hàn bằng que hàn có thuốc bọc dày. Giả sử tiết diện ngấu của mối hàn là nữa hình tròn thì 2.Q 2.qdv B = 2 r (*); Tmax ==22 ( ) πγ eC . . Vh . r πγ ec . r 2q Từ ( ) ta có r 2 = dv πγ ec . Tnc 41
Trong đó : c - nhiệt dung riêng ( cal/oC) γ - Khối lượng riêng của vật liệu ( g/cm3) λ - Hệ số truyền nhiệt ( cal/(cm.s) C. γ - Nhiệt dung riêng thể tích ( cal/ ( cm3.oC ) λ a = ( )a- độ dẫn nhiệt độ ( cm2/s) C.γ 22.Q q Từ ( ) ( ) ta có r == πγ ec . TncVecT h . πγ . nc Ta có : q=Q/Vh. L Q μvh == =AU. hhh I V = Const B 2.πλ . TBnc . Sự phụ thuộc của hình dạng mối hàn vào chế độ hàn. Hình dáng và kích thước của mối hàn phụ thuộc cường độ dòng điện hàn ( Ih), 2 mật độ cường độ dòng điện J = I/F ( A/cm ), điện áp hàn ( Uh ) , Vận tốc hàn ( Vh ), loại dòng điện và cực của nó, điện cực, kích thương dây hàn, I1 I2 I2 > I1 Hình 3 - 49 Sự phụ thuộc kích thước mối hàn vao cường độ dòng điện U1 U2 U2 > Hình 3 - 50 Sự phụ thuộc kích thước mối hàn vào điện áp hàn Vh1 Vh2 Vh2 >Vh1 Hình 3-51 Kích thước mối hàn phụ thuộc chế độ hàn a/ Dòng điện tăng thì chiều sâu của mối hàn tăng b/ Điện áp tăng làm cho chiều rộng tăng c/ Vận tốc tăng làm cho tiết diện giảm và không đều Để đơn giản hoá cho quá trình tính toán ta đưa ra 3 đường đẳng nhiệt ứng với các chế độ hàn khác nhau và có độ ngấu tăng dần từ dạng nửa ellip ngang đến nữa nửa đường tròn và dạng nửa ellíp đứng ( xem hình 3-52 ). 42
B1 B2 B3 h1 h2 h3 Hình 3 - 52 Sơ đồ các mô hình để tính toán kích thước mối hàn Dạng 1 : hình ellíp ngang có diện tích tiết diện : 2 Bh11π B 1h1 h F1ng==π h1 =πψ ng1 22 2h1 2 4 π.B 2 π.h2 Dạng 2 : Nữa hình tròn : F = 2 = 2 ng 2 4 4 Dạng 3 : hình ellíp đứng : 2 Bh33π B 3h3 h3 F31ng ==π h3 =πψ3ng 22 2h3 2 4 Sơ đồ dạng 1 hợp lý hơn nên có thể viết như sau : Từ các công thức trên khi hàn thép các bon và thép hợp kim thấp chiều sâu ngấu có thể tính gần đúng theo công thức : qdv h1 = h = 0,0156 (mm) ψ ng1 Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ chiều sâu ngấu được tính theo công thức : qdv h1 = h = 0,0165 (mm) ( 15 ) ψ ng1 Hệ số ngấu có thể xác định theo công thức thực nghiệm : dUhh. ψ ng=−kI.(19 0 , 01 h ). ( 16 ) I h K - hệ số phụ thuộc loại dòng điện. K = k1 = 1 Dòng xoay chiều Nếu J >= 120 A/mm2. K = k2 = 1,12 Dòng một chiều nối thuận K = k3 = 0,92 Dòng một chiều nối nghịch Nếu J < 120 A/mm2. 282, K = k = Dòng một chiều nối thuận 2 J 0, 1925 0,1925 K = k3 = 0,367 . J Dòng một chiều nối nghịch 43
Xác định chiều rộng mối hàn : B = Ψng. h F Xác định chiều cao mối hàn : C = d 073,.B αdh.I 2 F đ = ( cm ) 3600 γ Vcmsh ( /) αdh.I 2 F đ = ( mm ) 3600 γ Vmhh ( /) Khi hàn tự động dưới lớp thuốc αđ = αch. Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ αđ = α’ch + Δαch Khi hàn dòng xoay chiều 70,. 210−3 .I α = 7 + h g/(A.h) đ d 1, 035 70,. 210−3 .I Khi hàn dòng một chiều nối thuận α = 6,3 + h đ d 1, 035 Khi hàn dòng một chiều nối nghịch αđ = 11,6 ± 0,4 Tính toán chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc h1 = S/2 + k k = ( 1 3 ) mm Ih = ( 80 - 100 ) h1. ( A ) h1 tính bằng mm Ih = h1/kh Bảng 3 - 5 dh Kh mm Xoay chiều 1 chiều ( thuận) 1 chiều ( nghịch) 2 1,3 1,15 1,45 3 1,15 0,95 1,30 4 1,05 0,85 1,15 5 0,95 0,75 1,10 6 0,90 - - π.d 2 I = h J h 4 Bảng 3 - 6 dh mm 2 3 4 5 6 J A/mm 65-200 45-90 35-60 30-50 25-45 2 Xuất phát từ điều kiện B = 2r ta có : μvh = A.Uh.Ih.Vh = Const A' Uh ≈ Const Î Vh.Ih =A’ Æ Vh = I h Bảng 3 - 7 dh mm 1,2 2 3 4 5 6 A’ (2-6).103 (5-8).103 (12-16).103 (16-20).103 (20-25).103 (25-30).103 44
Kinh nghiệm có thể nhận : Vh = 2500 / Ih ( Sebeko-page 174-1975) BI. h Tính hiệu điện thế hàn : Uh = Uo + n ± 1 dh Gía trị (+ 1) Khi hàn giáp mối Giá trị (- 1) khi hàn góc Uo = 20 V nếu dh = ( 2 - 6) mm Tính vận tốc cấp dây hàn : Vận tốc cấp dây hàn được tính toán dựa theo điều kiện cân bằng khối lượng kim loại cần đắp với thể tích dây hàn. γ KL.Vd = γ dh.Vdh γ dh.Fd .L = Fdh.Ldh.γ dh γ dh.Fd .L.t = Fdh.Ldh.γ dh.t Fd .Vh = Fdh.Vdh Æ FdVh Vdh = Fdh Đơn vị tính : Vdh - Vận tốc dây hàn cm/s Vh - Vận tốc hàn cm/s 2 Fđ - Diện tích cần đắp cm . 2 Fdh - Diện tích tiết diện dây hàn cm . 3 γdh - Khối lượng riêng dây hàn g/cm . 3 γKL - Khối lượng riêng KL vật hàn g/cm . 3.8.3 Hàn trong môi trường khí bảo vệ a- Giới thiệu : Hàn tự động và bán tự động trong các môi trường khí bảo vệ được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế từ những năm 1950-1952. Chỉ riêng ngàh đóng tàu người ta thấy rằng có khoảng 30 % các kết cấu hàn bằng tay, 42 % hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, 25% hàn tự động và bán tự động trong môI trường khí bảo vệ. [ 6 ] Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ 1 2 3 4 5 45
Hình 3-52 Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ 1 Con lăn cấp lõi; 2 - Dây hàn; 3 - Đầu mỏ hàn; 4 - Khí bảo vệ 5 - Vật hàn c - Phân loại các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ Hàn trong môi trường khí bảo vệ Khí hoạt tính Khí trơ (Inert gas) ( active gas )MAG Điện cưc nóng chảy Điện cưc nóng chảy và không nóng chảy và không nóng chảy (MIG, TIG ) Hàn Hàn trong Hơi Nitơ Heli Argon Hổn hợp trong hổn hợp nước N2 He Ar các loại CO2 các loại khí khí Hình 3-53 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn trong các môi trường khí bảo vệ. d - Đặc điểm hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ . Khí hoạt tính : CO2, N2, H2, Khí trơ : Ar, He, Khi hàn người ta có thể sử dụng các loại khí trơ , khí hoạt riêng biệt hoặc hợp chất của chúng như các loại khí trơ với khí trơ, khí hoạt tính này với khí hoạt tính khác hay khí trơ với khí hoạt tính. Hàn trong môi trường khí hoạt tính dùng cho thép các bon, thép hợp kim thấp. Hàn Hàn trong môi trường khí trơ dùng cho các loại thép hợp kim, kim loại màu như nhôm, Ti, Nitơ dùng cho hàn hợp kim đồng 1. Nguồn điện có thể là 1 chiều nối nghịch, nối thuận, xoay chiều. Hồ quang trực tiếp và hồ quang gián tiếp. Có thể sử dụng hồ quang 3 pha. Hồ quang 3 pha thường dùng dòng xoay chiều . 2. Có thể dùng điện cực không nóng chảy (Thanh, grafit, vônphram -W), thường dùng nhất là điện cực vônfram nối trực tiếp , dòng một chiều nối thuận ( cực âm nối với que hàn, cực dương nối với vật hàn); còn khi hàn dây hàn thì nối nghịch ( cực dương nối với dây hàn). 3. Có thể dùng điện cực nóng chảy (dây hàn nóng chảy). Khi hàn dòng một chiều bằng day hàn nóng chảy thường được nối nghịch ( cực dương nối với dây hàn, cực âm nối với vật hàn). 4. Tốc độ cấp dây có thể ổn định và có thể thay đổi tuỳ theo điện áp. 46
5. Phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ rất đa năng. Có thể hàn ở bất kỳ vị trí nào trong không gian; đảm bảo cơ khí hoá, tự động hoá quá trình hàn; chất lượng mối hàn được nâng cao; 6. Hàn trong môi trường khí được ứng dụng nhiều trong ngành đóng tàu. e - Hàn trong môi trường khí CO2. 1. CO2 thường dùng : loại 1 (99,5%CO2) Loại 2 (99%), Loại thực phẩm (98,5%). 2. CO2 thường dùng ở trạng thái lỏng và cho vào bình có dung tích 40 lít và có khối lượng khoảng 25 kg. 3. Trong ngành đóng tàu thường dùng dòng một chiều nối nghịch. (P.7 Golochenko) . 4. Cho vào dây hàn một số chất (kim loại kiềm, kiềm thổ) sẽ làm tăng tính ổn định cho hồ quang hàn và cho phép hàn có sự dịch chuyển dây hàn nóng chảy theo dòng nên làm giảm sự bắn toé. Dòng xoay chiều thường làm cho hồ quang không ổn định và tăng bắn toé. 5. Chính vì thế mà hiện nay khi hàn điện cực nóng chảy trong môi trường khí CO2 thường dùng dòng một chiều nối nghịch. 6. Dây hàn có các loại theo tiêu chuẩn : 0,3 ; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0 mm ( trang 25- 1962). Dây hàn nhỏ d = 0,5 - 1,2 mm Dây hàn lớn d = 1,2 - 3,0 mm. Kích thước giọt kim loại lỏng khi hàn có ngắn mạch ( dgiọt > 1,5 dh ) khi không ngắn mạch là ( dgiọt > 0,8 dh ) và khi chảy thành dòng là ( d giọt khó bảo vệ khỏi tác dụng của oxy CO2 + [Fe] Æ [FeO] + CO [FeO] + [ C ] Æ [ Fe ] + CO Khí CO không hoà tan vào kim loại nóng chảy mà sẽ bay hơi, vì thế dể dàng sinh ra rổ khí trong mối hàn. Các biện pháp chống CO : 1. Cho vào vùng mối hàn các chất khử oxy hoá CO : Si, Mn Chất lượng bảo vệ phụ thuộc “độ cứng “của dòng khí bảo vệ mà được đặc trưng bởi lượng khí tiêu hao . 47
Ví dụ : Lượng khí tiêu hao Q = 900 lít/giờ sẽ có “độ cứng gấp 1,5 lần so với dòng khí mà có Q = 600 lít/giờ. ( trang 23-1962). 2. Cho vào vùng hàn hoặc dây hàn các nguyên tố nhóm kim loại kiềm hay kim loại kiềm thổ sẽ có tác dụng làm hồ quang cháy ổn định và tạo nên sự dịch chuyển kim loại lỏng chảy thành dòng và làm giảm sự bắn toé khi hàn. Nhược điểm khi hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2. 1. Lượng kim loại bắn toé khi hàn trong môi trường khí trơ nhỏ hơn khi hàn trong CO2 đặc biệt khi hàn với chế độ dịch chuyển kim loại lỏng ở dạng giọt lớn. Để giảm bắn toé có thể sử dụng hàn trong môi trường hổn hợp các loại khí : 95-99% Ar + 5-1 %O2; 75%Ar + 20% CO2 + 5% O2 ; 60-80 % CO2 + 20% O2. (Trang 9 Máy hàn TĐ+BTĐ) 2. Nhược điểm của khí bảo vệ CO2 là kim loại mối hàn bị oxy hoá. Cho nên chất lượng mối hàn phụ thuộc lượng nguyên tố chất khử như Mn, Si trong thành phần các nguyên tố của dây hàn. Lượng Mn >= 0,9 % so với 0,35 % Mn khi hàn hồ quang tay; lượng Si >=0,60% so với 0,3 % ( trang 24 - 1962). 3. Chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh như gió, bão, Khi hàn ở vị trí ngoàI trời, chất lượng mối hàn bị ảnh hưởng của môI trường xung quanh: gió , mưa, nhiệt độ của môI trường, độ ẩm, thời gian lao động ngoàI hiện trường, môI trường ăn mòn, [ 6 ] Lực tác dụng của gió cs ảnh hưởng lớn đến quá trình hàn và được xác định theo công ⎛ ρ.V 2 ⎞ g 2 thức: ⎜ D = ⎟ kg/(m.s ) ⎝ 2 ⎠ 3 Vg - Vận tốc của gió (m/s). ρ - khối lượng riêng của không khí ( kg/m ). Đặc tính của gió là sự dao động dang xung như hình 3-54 Vgio m/s 3 2 1 0 1 2 3 4 t ( phuùt ) Hình 3-54 Dạng xung động của gió N % 0,03 2 0,02 1 0,01 0 3 6 9 Vgió, m/s 48
Hỗnh 3-55 ảnh hưởng củagió đến thành phần của Nitơ trong mối hàn Hàm lượng CO2.đối với dây hàn:1 - dây hàn Cb-08Γ2C; 2 - dây hàn ΠΠ-IO8C [ 9 ]ầnHnf tron môI trường khí bảo vệ sẽ hạn chế hàm lượng nitơ có trong mối hàn (xem bảng 3-7) Bảng 3-7 [ 9 ] Phương pháp hàn dh( mm ) Lượng nitơ tính theo khối lượng (%) ầnHnf bằng que hàn có thuốc bọc 4,0 0,029 Hàn bán tự động không bảo vệ 1,2 0,140 Hàn bán tự động có bảo vệ 1,2 0,007 Chiều sâu và chiều rộng mối hàn phụ thuộc cường độ dòng đIện hàn và có dạng như hình 3-55[ 9 ]. hh (mm) 5 3 2 4 1 100 200 300 400 500 Ih, (A) Hình 3-55 Sự phụ thuộc chiềếuâu mối hàn vào Ih.[ 9 ] [11] ( Các chỉ số 1, 2, 3,4, 5 là đường kính dây hàn) Sự phụ thuộc chiều rộng của mối hàn trong môI trường CO2[4] NGhiên cứu các ảnh hưởng để ta xác định được chế độ hàn hợp lý. Các đại lượg của chế độ hàn : dh, Ih, Uh, Vh, hh, f - Chế độ hàn là nhân tố ảnh hưởng lớn đến các thông ố của mối hàn. Chế độ hàn tối ưu phải thoả mản : 1. Đảm bảo cho hồ quang cháy ổn định. 2. Năng suất cao 3. Đảm bảo mối hàn ngấu tốt; 4. Mối hàn có hình dáng và kích thước đạt yêu cầu 5. ít bắn toé; 49
6. Chất lượng mối hàn cao . Có thể xác định chế độ hàn bằng nhièu phương pháp: theo công thức thực nghiệm, đồ thị, Cường độ dòng đIện hàn có thẻ xác định theo đồ thị sau đây :[ 11 ] ( page 105) Uh Với dh = 0,5 - 3 mm (V) Vùng hàn 30 20 100 200 300 400 I (A) Hình3-56 Vùng chế độ hàn tối ưu[9], [11]. Khi hàn trong CO2, đường kính có thể chọn trong khoảng (0,5 - 4 mm) ứng với mtừng loai chiều dày của vật hàn. (Thường là 0,5 - 2 mm) dh = 0,8 - 1 mm Khi chiều dày S = 1 - 5 mm ; dh = < 2 mm Khi chiều dày S = 2 - 12mm ; dh = 3 - 4 mm Khi chiều dày S = 14 - 30mm ; Để chọn chế độ hàn ta sử dụng công thức tính chiều sâu mối hàn và kiểm tra các thông số có thể đạt được sâu khi hàn. B C S Hình 3-57 Các thông số chính của mối hàn H Ih = x100 [A] Kh H - Chiều sâu mối hàn cần thiết, mm; Kh - Hệ số, mm/(A/100). Bảng 3-8 dh mm 1,2 1,6 2,0 3,0 4,0 Kh 2,1 1,75 1,55 1,45 1,35 Bảng 3-9 Đặc tính Đường kính dây hàn dh mm 0,5 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5 Ih A 25-70 50-130 100-180100-240 150-400 200-500 350-700 50
A V = [m/h] h I h Bảng 3-10 dh mm 1,2 1,6 2,0 3,0 4,0 Vh m/h 21 17,5 15,5 14,5 13,5 Bảng 3-11 (trang 108-62) Đặc tính Đường kính dây hàn 0,5 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5 2 2 Fd mm mm 0,2 0,5 0,8 1,1 2,0 3,1 4,9 J min A/mm2 150 100 85 80 70 65 60 Ih min A 30 50 70 90 140 200 300 Ih max A 60 100 120 150 300 500 700 Lưu ý : I hàn tăng lượng bắn toé sẽ giảm do J tăng là cho dạng dịch chuyển của kim loại lỏng chuyển từ giọt sang chảy theo dòng (trang 108-1962). Ví dụ Khi Ih = 200 A Lượng bắn toé là 10 % Khi Ih = 500 A Lượng bắn toé là 3 % Bảng 3-12 Đặc tính Hàn bán tự động Hàn tự động S mm 0,8 - 3 >=3 >=4 dh mm 0,5-1,2 1,2 - 1,6 1,6 - 2,0 2 - 4 Vị trí mối hàn Bất kỳ Trừ hàn Sấp Sấp trần Bảng 3-13 dh mm 0,5 0,8 1 1,2 1,6 2 2,5 3 Phạm vi ứng dụng Bán tự động Hàn tự động Ih A 25-70 50- 70- 100- 150- 200- 350- 350- 130 180 180 400 500 600 700 Bảng 3-14 dh mm 0,5-0,8 1-1,2 1,6-2,0 3 4 Lh max mm 5-15 8-18 15-25 20-30 30-40 Chóỳ õọỹ haỡn trong mọi trổồỡng khờ CO2 õổồỹc tờnh theo caùc cọng thổùc thổỷc nghióỷm : h I = h . 100 (A); vaỡ Kh Chiều sâu mối hàn có thể tính : 51
Q hh = 0,0165. Vhng.ψ 024, IUhh .η hh = 0, 0165 ( cm ) Ψng Kh phụ thuộc dh; Ψng - Hệ số ngấu; Ih - cường độ dòng đIện hàn (A); Uh - ĐIện áp hàn (V); η - Hệ số hữu ích của nguồn đIện. Qđv - Năng lượng đơn vị ( Qđv = Q/Vh) [Cal/cm] Vh - Vân tốc hàn [Cm/s] η - Hiệu suất nguồn nhiệt η CO2 = 0,65 - 0,75 dUhh. ψ ng=−KI'(19 0 , 01 . h ). ; K’ - Hệ số thực nghiệm I h A Vh = ( m/h) A - hệ số phụ thuộc đường kính que hàn dh; I h Bảng 3-15 dh mm 0,8 1,0 1,2 1,6 2 3 A (2-4).103 (4-6).103 (6-8).103 (8-10).103 (10-12).103 (12-16).103 Chióửỡu rọỹng mọỳi haỡn Bh= ψ ng.; h (cm); F α .I Chióửu cao C ==ââh ( cm) 0,. 73B 3600 γ Vh dUhh. ψ ngÊu =−KI(,).19 0 01h I h Trong đó KJ= 0,. 367 01925, Nếu J = 120 A/mm2. g - Hàn trong môi trường khí trơ : argon (Ar) và hêli (He) Hàn bằng dây hàn nóng chảy gọi là hàn MIG ( Metal Inert Gas) Hàn bằng điện cực vônfram gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas) ứng dụng : Hàn nhôm, đồng , các hợp kim của chúng, thép inox, các loại vật liệu khác mà có ái lực hoá học mạnh với ôxy. Đặc điểm : 1. Nhiệt độ sôi của Ar = (-186 oC) O2 = (-183oC) N2 = (-196oC) Điểm hoá sương của Ar = (-50oC) 2. Khí argon ứng dụng để hàn có độ tinh khiết cao Ar N2. 1. Mác A 99,99 % 0,01 % 52
2. Mác B 99,96% 0,04 3. Mác C 99,90 % 0,10 4. A rgon có chứa độ ẩm làm tăng sự ôxy hoá và sự bắn toé kim loại nóng chảy. 5. Tạp chất ôxy trong Ar làm tăng ôxy hoá, làm mất các nguyên tố hợp kim và tạo nên các ôxyt kim loại và dể làm cho mối hàn bị ngậm xỷ. 6. Khí Ar nặng hơn không khí nên thuận lợi cho việc bảo vệ mối hàn 7. Hồ quang cháy trong môi trường bảo vệ Ar có tính ổn định cao. 8. Điện áp khi hàn trong He cao hơn trong Ar 1,5 - 2 lần cho nên nhiệt lượng toả ra khi hàn trong He lớn hơn nhiều so với khi hàn trong Ar. 9. Giá thành He cao và khả năng bảo vệ của He kém hơn Ar nên hàn trong Ar được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. 3. Hàn trong khí trơ có thể dùng dùng que hàn nóng chảy và không nóng chảy. Hàn bằng điện cực W có thể dùng dòng một chiều và xoay chiều 4. Khi hàn nhôm thường dùng dòng xoay chiều vì khi vật hàn đổi thành âm cực thì bề mặt nó sẽ bị phá huỷ do hiện tượng phá huỷ katốt 5. Bảo vệ mối hàn tốt khỏi bị môi trường xung quanh như không khí, hơi nước, tác dụng. 6. Chất lượng mối hàn tốt. 7. Không sử dụng môi trường Ar và He để hàn thép các bon thấp và thép hợp kim thấp vì dể bị sinh rỗ khí mà nguyên nhân là do CO + FeO, N2 và H2 có trong argon tác dụng với kim loại mối hàn rồi sinh rổ khí hoặc do dòng khí bảo vệ không bảo đảm nên N2, hơi ẩm trong khí bảo vệ xâm nhập vào vùng hàn. 8. Khi hàn thép hợp kim thấp có thể dùng Cr và một số nguyên tố khác để khử ôxy và giảm khả năng rổ khí. 9. Khi hàn thép các bon bằng dây hàn có thành phần gần như kim loại cơ bản thì rổ khí tăng khi mật độ dòng hàn ( J ) tăng. 10. Khi dòng hàn đạt giá trị nhất định thì sẽ xảy ra sự chảy dây hàn thành dòng. Giá trị đó gọi là dòng tới hạn (xem hình ).trang 20. 11. Sự bắn toé kim loại phụ thuộc vào thành phàn các chất khí (xem hình ) trang 21. 12. I h = (50 - 60) dh. (A) Hàn trong môi trường khi ni tơ N2. Ni tơ là sản phẩm cùng thu được trong quá trình sản xuất ôxy từ không khí. Độ tinh khiết khi hàn đồng : Loại 1 : 99,5 % N2, tạp chất ôxy <= 0,5 % Loại 2 : 99 % N2, Ôxy < =1% Bình chứa N2 : dung tích 40 lít , áp suất 150 át Nitơ không hoà tan trong đòng (Cu), kẽm (Zn), thiếc (Sn), chì (Pb) Ni ken (Ni) và sắt trong hợp kim đồng hoà tan rất nhiều trong Cu và Al nên Fe và Ni không tương tác với nitơ trong khi hàn. Khi hàn thép người ta không sử dụng khí ni tơ tinh khiết vì chất lượng sẽ không đảm bảo. Khi ở nhiệt độ cao ni tơ có ái lực hoá học mạnh với sắt gây nên hiện tượng thấm ni tơ và tạo nên các nitrit Fe2N và Fe4N . các nitrit này tồn tại trong mối hàn dạng ngậm xỷ. Tính déo giảm mạnh làm cho mối hàn để bị dòn nguội Ni tơ được sử dụng trong hàn đồng và hợp kim của nó. Khi hàn bằng điện cực W sẽ tạo nên nitrit vôfram làm cho điện cực bị phá huỷ Nên thông thường người ta hàn dòng một chiều nối nghịch với que hàn nóng chảy. Hàn trong môi trường các hổn hợp khí :[11] (Golovchenko P.24). Hổn hợp các chất khí : 53
Ar + CO2 Ar + CO2 + O2 Ar + O2 Ar + N2 Ar + He CO2 + O2 và một số khí khác Khi hàn thép các bon trong môi trường CO2 có thể cho thêm 20-27 % O2. Hàn bằng que hàn nóng chảy, dòng một chiều nối nghịch. 54
CHƯƠNG 4 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HÀN KHÍ 4.1.1 Khái niệm Hàn khí là phương pháp đã được xuất hiện từ những năm 1895 1906. Hàn khí là một quá trình nối liền các chi tiết lại với nhau nhờ ngọn lữa của các khí cháy, cháy trong ô xy kỹ thuật . Các loại khí cháy đó là C2H2, CH4, C6H6, H2, Hiện nay hàn khí được sử dụng rộng rãi vì thiết bị hàn đơn giản, giá thành hạ mặc dù năng suất có thắp hơn so với hàn điện hồ quang. Hàn khí rất thuận lợi cho những nơi xa nguồn điện. Hợp lý nhất là sử dụng phương pháp này để hàn các chi tiết có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các loại chi tiết từ vật liệu: thép, đồng , nhôm, 4.1.2 Sơ đồ một trạm hàn và cắt kim loại bằng khí 6 8 7 9 3 10 3 Hình 4-1 Sơ đồ một trạm hàn và cắt kim loại bằng khí 1 - Bình chứa khí, 2 - Bình chứa khí C2H2, 3 - Dây dẫn khí; 4- Đồng hồ đo áp suất trong bình chứa; 5 - Đồng hồ đo áp suất ra dây dẫn khí và ra mỏ hàn; 6- Van giảm áp bình ôxy; 7- Van giảm áp bình axetylen 8 - Tay nắm; 9- Đầu mỏ hàn 10 - Ngọn lữa hàn; 4.1.3 Vật liệu hàn khí : Bao gồm các loại que hàn, thuốc hàn, các loại khí cháy, và ô xy kỹ thuật. a. Que hàn : có thể là các dây thép, que đồng, nhôm, thiếc, Chúng có tác dụng bổ sung kim loại cho mối hàn. b. Khí hàn : ô xy kỹ thuật và các loại khí cháy khác : C2H2, CH4, c. Thuốc hàn : có tác dụng tảy sạch mối hàn, tạo điều kiện cho quá trình hàn dễ dàng, bảo vệ mối hàn và tăng cơ tính cho nó. Yêu cầu đối với thuốc hàn : Dễ chảy, nhiệt độ nóng chảy của thuốc hàn phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của 49
kim loại cơ bản, tác dụng nhanh với ô xyd kim loại để tạo xỷ, giải phóng kim loại, xỷ dể bong; Khối lượng riêng của thuốc hàn phải nhỏ hơn của kim loại cơ bản & không có tác dụng xấu đối với kim loại cơ bản & kim loại mối hàn; Thuốc hàn phải nóng chảy đều và bao phủ kín bè mặt vùng kim loại cần hàn; Thuốc hàn có hai loại : có tính a xid & bazơ. Loại có tính a xid dùng để hàn các kim loại màu, Loại có tính ba zơ thường dùng để hàn gang; Ví dụ: thuốc hàn đồng : Na2B4O7.10H2O, H3BO3. Ở nhiệt độ cao chúng sẽ bị phân huỷ và kết hợp theo các phản ứng : Na2B4O7 ==> NaBO2 + B2O3 NaBO2 + B2O3 + CuO ===> (NaBO2)2.Cu(BO2)2 NaBO2 + B2O3 + ZnO ===> (NaBO2)2.Zn(BO2)2 CuO + Na2B4 O7 ===> (NaBO2)2.2Na(BO2)2 có Tnc = P2O5 + 10 Cu P2O5 + 3 Cu2O ===> P2O5(CuO)3 Ghi chú : nhiệt độ nóng chảy của : Tnc Cu = 1083 oC; Tnc Cu2O = 1235 oC Tnc CuO = 1336 oC Thuốc dùng cho hàn gang Na2CO3, NaHCO3, K2CO3 Trong gang có chứa SiO2 nên khi hàn nóng chảy sẽ xảy ra phản ứng : Na2CO3 + SiO2 ==> Na4SiO4 + 2 CO2 Thuốc hàn nhôm : AlF3.3NaF Bảng 4-1 NaCl 30 45 KCl 45 30 LiCl 15 10 KF 7 15 Na2SO4 3 Khi hàn xảy ra các phản ứng : LiCl + Al2O3 ==> 2AlCl3 + 3Li2O KCl + Al2O3 ==> 2AlCl3 K2O + H2O ==> 2KOH 2KOH + Al2O3 ==> 2KAlO2 + H2 NaF + Al ==> AlF3 + Na Hơi Na bay lên , chọc thủng lớp ôxid nhôm 50
4.2 KHÍ HÀN 4.2.1 Ôxy kỹ thuật Khi hĂn khế ta cÀn à xy kỷ thuÄt cĩ Åồ tinh khiẽt cao ( 97 99.5 %) cỉn lƠi cĩ thÍ cĩ lÂn cÔc tƠp chÃt nhũ Ar, N2, Nẽu Åồ tinh khiẽt giÂm thề Åồ tiậu hao O2 tâng lận . Vế dủ : Åồ tinh khiẽt giÂm 0.5 % thề lũởng tiậu hao cĩ thÍ tâng tú (5 12) % ( khi Åồ tinh khiẽt cớa nĩ trong khoÂng (97 99.5) % . Các phương pháp sản xuất ôxy a. Phương pháp hoá học Dỡng cÔc phÂn ửng hoÔ hòc ÅÍ giÂi phĩng àxy . Phũổng phÔp nĂy cho nâng suÃt thÃp, khàng kinh tẽ , nận nĩ chể dỡng trong cÔc phỉng thế nghiẹm. b. Phương pháp đIện phan nước Kẽt quÂ sẩ thu Åũởc àxy & hydro. Cử 2 m3 hydro sẩ cĩ 1 m3 à xy ( trong Åĩ cĩ chửa 0.7 % H2) c. Phương pháp chứng cất ôxy từ không khí BÂng 4-2 ThĂnh phÀn cÔc chÃt trong khàng khế ThĂnh phÀn Theo thÍ tếch % Theo khọi lũởng % 1 Nitổ 78.03 75.66 2 à xy 20.93 23.13 3 Argon 0.93 1.286 4 CO2 0.03 0.046 5 Hổi nũờc 0.0001 0.0001 6 Kr 0.0003 7 Xe 0.00004 8 H2 0.0000036 9 Ne 0.0012 Ở Ôp suÃt bềnh thũỗng cÔc chÃt khế àxy, nitổ, argon ố trƠng thÔi lÚng cĩ nhiẹt Åồ sài lĂ : Nitổ (N2) - 195.8 oC Argon (Ar) - 185.7 oC ‹ xy (O2) - 182.96 oC Bêng cÔch cho cÔc chÃt khế trận bốc hổi ta lÀn lũởt thu Åũởc chùng. ŠÍ ÅÂm bÂo Åồ tinh khiẽt cao cÀn tiẽn hĂnh chũng cÃt nhièu lÀn. ŠÍ thu 1 m3 à xy cÀn tiậu tọn khoÂng ( 0,45 1,6) KW.h QuÔ trềnh thu nhÄn à xy tú khàng khế Åũởc thức hiẹn qua cÔc giai ÅoƠn: LĂm sƠch khàng khế khÚi cÔc tƠp chÃt ( bủi, CO2, hổi nũờc, ) Nẫn khàng khế tú 6 200 at; 51
LĂm nguồi sổ bồ khàng khế nẫn, sau Åĩ tÔch àxy & nitổ. Trong quÔ trềnh nĂy cĩ khi cỉn thu Åũởc NH 3 dỡng cho mÔy lƠnh. GiÂm Ôp suÃt trong bồ phÄn hoÔ lÚng khàng khế ; ( khi giÂm 1 at thề nhiẹt Åồ giÂm 0.25 0.5 oC ); Cho bay hổi vĂ tÔch cÔc chÃt khế ra khÚi hõn hởp; Hềnh 4-2 Sổ Åỏ nẫn & hoÔ lÚng khàng khế 1 - mÔy nẫn khế; 2- bồ phÄn lĂm nguồi sổ bồ; 3- Bồ phÄn trao Åõi nhiẹt T = - 80 oC 4- Khàng khế lÚng khoÂng (5 6) % Phũổng phÔp chũng cÃt à xy ( sÂn xuÃt bêng phũổng phÔp nguồi lƠnh cho nâng suÃt cao, tiậu tọn ết nâng lũởng, cÀn (0.45 1.6) (KW.h) / 1m3 àxy). ống dẫn khí lỏng N2 Không khí O hoá lỏng Hềnh 4-3 Sổ Åỏ quÔ trềnh tÔch cÔc chÃt khế Mồt lết à xy lÚng cho ta 860 lết à xy dƠng khế. ‹xy lÚng cĩ rÃt nhièu tiẹn lởi trong viẹc bÂo quÂn, vÄn chuyÍn; giÂm khọi lũởng thỡng chửa xuọng 10 lÀn; giÂm cÔc phũổng tiẹn chuyận chố, về thẽ giÂm Åũởc chi phế cho cổ số sÂn xuÃt. ŠÂm bÂo an toĂn hổn về àxy lÚng cĩ Ôp suÃt nhÚ hổn ố dƠng khế nẫn. Khi dỡng ngũỗi ta mời cho hoÔ hổi à xy nận lũởng hổi nũờc trong nĩ sẩ ết lĂm cho chÃt lũởng hĂn tọt hổn. 52
4.2.2 AXytylen C2H2 a. Đặc tính của axetylen Axậtylen lĂ chÃt khế khàng mĂu, trong nĩ cĩ chửa cÔc tƠp chÃt PH3 ( phọt phua hydro) H2S (sun phua hydro) nận cĩ mỡi khĩ chệu. Ở Ôp suÃt thũỗng cớa khàng khế axậtylen HoÔ lÚng ố nhiẹt Åồ T = (- 82,4) - (-83.6) oC Šàng Åằc T = (- 85) oC Khi ố trƠng thÔi Åàng Åằc C2H2 dẻ nõ khi va chƠm mƠnh . Ở Ôp suÃt P = 61,6 at (KG/cm2), T = 35,9 oC A xậtylen sẩ hoÔ lÚng. Axậtylen rÃt dẻ bệ nõ Åằc biẹt khi nĩ ố dƠng lÚng & Åằc nận cÀn phÂi thÄn tròng trong khi bÂo quÂn vĂ vÄn hĂnh. b. CÔc tƠp chÃt trong axậtylen: Khàng khế lĂ chÃt cĩ hƠi về tâng khÂ nâng nõ cớa nĩ, lũởng khàng khế cho phẫp chửa ( 0,5 1,5) %. Hổi nũờc lĂm giÂm nhiẹt Åồ cớa ngòn lừa, Åỏng thỗi nĩ cỉn khuyẽch tÔn vĂo vợng hĂn lĂm giÂm nâng suÃt , chÃt lũởng hĂn. Hổi a xậtàn : khi nhiẹt Åồ cĂng cao, Ôp suÃt khế trong bềnh cĂng thÃp , lũởng khế tiậu thủ cĂng nhièu thề lũởng a xậtàn cĩ trong a xậtàn cĂng nhièu. Lũởng hổi a xậtàn cho phẫp lĂ 45 50 g/m3. Nĩi chung hổi a xậtàn khàng Ânh hũống Åẽn quÔ trềnh hĂn nhũng tâng nĩ lận thề khàng kinh tẽ vĂ tõn thÃt axậtàn lờn. Lũu ỹ mói lÀn nƠp khế axậtylen cÀn bõ sung axậtàn vĂo bềnh. Sứ hoĂ tan cớa axậtyle vĂo axậtàn Bảng 4-3 oC -15 -10 -5 0 5 10 15 20 30 lít C2H2 / 47 42 37 33 29 26 23 20 16 l lít axeton PH3 chÃt nĂy Åũởc tƠo thĂnh khi ph¿n huỳ CaC2, P2Ca3, P2Ca2 cĩ chửa trong ÅÃt Åặn vĂ tÔc dủng vời nũờc theo cÔc phÂn ửng : P2Ca3 + 6 H2O > 2PH3 + 3Ca(OH)2 P2Ca2 + 4 H2O > PH3 + 2Ca(OH)2 Ở nhiẹt Åồ ( T = 100 - 200 oC ) PH3 dẻ bºt lừa, tứ chÔy nận dÍ sinh ra nõ. Chếnh về thẽ lũởng PH3 cÀn phÂi hƠn chẽ trong a xậtylen khoÂng 0.09% . H2S lĂ chÃt cĩ hƠi cho nận cÀn hƠn chẽ trong khoÂng 0.08 - 1.5 % c. Sứ hoĂ tan cớa a xậtylen trong mồt sọ chÃt. Axậtylen cĩ khÂ nâng hoĂ tan trong 1 lết chÃt lÚng nhũ sau : 1 lết nũờc hoĂ tan 1,15 lết C2H2 53
-/- be zen -/- 4,0 -/- -/- dÀu hoÂ -/- 5,7 -/- -/- CH3CO OCH3(mậtyn xậtÔt) 14,8 -/- -/- CH3COCH3 ( Axậtàn) 23,0 -/- Khi Åièu chẽ khế a xậtylen sẩ Åi qua nũờc nận sứ hoĂ tan C2H2 trong nũờc sẩ khàng cĩ lởi. chùng ta cÀn chù ỹ ÅÍ giÂm bờt sứ hoĂ tan Åĩ. Sứ hoĂ tan khế axậtylen trong axậtàn Åũởc ửng dủng nhièu trong càng nghiẹp nhêm tâng lũởng khế C2H2 trong bềnh chửa, bÂo quÂn, vÄn chuyÍn khế a xậtylen ố Ôp suÃt cao Åũởc an toĂn. ŠÍ tiẽn hĂnh hoĂ tan C2H2 ngũỗi ta dỡng bòt xọp thÃm ũờt axậtàn & cho vĂo bềnh sau Åĩ nẫn axậtylen vĂo. Bòt xọp cĩ tÔc dủng ngân ngúa khÂ nâng phÔt triÍn nõ; tâng khÂ nâng hoĂ tan C2H2. d. SÂn xuÃt khế a xậtylen * Phũổng phÔp mồt: sÂn xuÃt a xậtylen tú ÅÃt Åặn. ŠÃt Åặn lĂ chÃt rºn mĂu xÔm Åũởc chẽ tƠo tú CaC2 (cacbua can xy) bêng cÔch nÃu chÂy ÅÔ vài vời than cọc trong lỉ hỏ quang Åiẹn vời nhiẹt Åồ khoÂng 1900.2300 oC. Càng suÃt lỉ 50 30 KW. 1 tÃn CaC2 cÀn 1965 KWh ( theo lỹ thuyẽt) . Trong thức tẽ cÀn : 3200 2800 KWh/tÃn Åọi vời lỉ 7500 30 000 KW; 4000 3200 -/- 1000 7500 KW 7000 4000 -/- < 1000 KW 1 tÃn CaC2 cÀn 950 1000 kg CaO 600 610 kg than cọc hoằc than antraxit; 40 70 kg khọi lũởng Åiẹn cức; CaO + 3C = CaC2 + CO - 108 Kcal /(g mol) 56.08 36.03 64.1 28.01 1 kg CaC2 cÀn 56.08/64.10 = 0.875 kg CaO cÀn 36.03/64.10 = 0.562 kg Cacbon C Trong càng nghiẹp cÔcbua can xi CaC2 cĩ chửa : CaC2 = 65 80 % ; CaO = 25 10 % CÔc tƠp chÃt gỏm cĩ : C, SiO2, MgO, Al2O3, CO2, Qùa trềnh ph¿n huỳ ÅÃt Åặn xÂy ra theo phÂn ửng: CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 + Q 64,1 36,032 26,036 74,096 Theo lý thuyết 1 kg CaC2 cÀn 36.032 / 64.10 = 0.562 kg nũờc; 26.036 / 64.10 = 0.406 kg C2H2 74.096 / 64.10 = 1.156 kg Ca(OH)2 54
ŠÃt Åặn dẻ bệ ph¿n huỳ trong khế Ám, hƠt cĂng bẫ vĂ khàng khế cĩ Åồ Ám cĂng cao thề nĩ cĂng dẻ bệ ph¿n huỳ. PhÂn ửng ph¿n huỳ ÅÃt Åặn toÂ nhièu nhiẹt nận lĂm nĩng khu vức phÂn ửng vĂ lĂm chÔy CaC2 tƠo thĂnh vài tài Ca(OH)2. Về thẽ trong thức tẽ ÅÍ trÔnh hiẹn tũởng quÔ nhiẹt vỡng phÂn ửng ngũỗi ta cÀn dỡng lũởng nũờc nhièu hổn so vời tếnh toÔn ố trận. 1kg CaC2 cÀn 10 lết nũờc chử khàng phÂi 0.562 lết. Theo lỹ thuyẽt : 1 kg CaC2 thu Åũởc 372,5 lết C2H2 Thức tẽ : 1 kg CaC2 thu Åũởc 235 - 285 lết C2H2 HƠt cacbua can xy cĂng bẫ thề tọc Åồ ph¿n huỳ cĂng cao . Nhũng lũởng axậtylen toÂ ra cĂng ết về cÔc hƠt CaC2 bệ phớ mồt lờp Ca(OH)2 . Cho nận khi sÂn xuÃt CaC2 cÀn chòn Åồ hƠt thếch hởp. Nẽu lũởng nũờc chửa khoÂng 20 % Ca(OH)2 thề tọc Åồ ph¿n huỳ ÅÃt Åặn giÂm xuọng rÃt nhièu , Åằc biẹt khi ố nhiẹt Åồ cao. Cho nận trong quÔ trềnh sÂn xuÃt axậtylen cÀn phÂi thay Åõi nũờc, luàn xÔo trồn CaC2 vĂ tÔch Ca(OH)2 ra khÚi vỡng phÂn ửng . Ở Åièu kiẹn P = 1.5 at, T >= 500 oC axậtylen dÍ bệ nõ nận thỡng Åièu chẽ cÀn cĩ Ôp suÃt nhÚ hổn 1,5 at. Oxyd Åỏng tâng quÔ trềnh ph¿n huỳ nõ; Axậtàn + axậtylen chể nõ khi Ôp suÃt lờn hổn 10 at; SÂn xuÃt axậtylen tú cÔcbua can xy lĂ phũổng phÔp cỏng kènh, Åºt tièn, tiậu hao nhièu nâng lũởng Åiẹn. *SÂn xuÃt khế axậtylen bêng phũổng phÔp nhiẹt ph¿n khế tứ nhiận ThĂnh phÀn khế tứ nhiận gỏm cĩ : CH4 97,80 % C2H6C3H8 0,90 % N2, CO2, 1,3 % Nhiẹt ph¿n khế tứ nhiận theo phÂn ửng: 2 CH4 + Q > C2H2 + 3 H2 So vời phũổng phÔp điều chế C2H2 từ đất đèn thì Å¿y lĂ phũổng phÔp rầ hổn (30 40 %) mĂ tếnh chÃt cớa khế C2H2 khàng khÔc nhau mÃy. c/ SÂn xuÃt khế C2H2 bêng ph¿n huỳ cÔc nhiận liẹu lÚng : nhũ dÀu lừa, dÀu hoÂ, dÀu xâng, e. CÔc loƠi khế chÔy khÔc & nhiận liẹu sụ dủng ÅÍ hĂn Bảng 4-4 o Butan C4H10 chÔy trong à xy cho nhiẹt Åồ 2700 2900 C H2 -/- 2400 2600 CH4 -/- 2400 2700 Than cọc -/- 2100 2300 Khế dÀu mÚ -/- 2600 2800 55
CÔc loƠi khế trận do cĩ nhiẹt Åồ thÃp nận thũỗng sụ dủng ÅÍ gia càng bè mằt kim loƠi. 4.3 NGỌN LỬA HÀN 4.3.1 CÃu tƠo ngòn lừa hĂn : Ngòn lừa cớa cÔc chÃt khế chÔy trong àxy kỷ thuÄt toÂ ra nguỏn nhiẹt lờn. Nguỏn nhiẹt nĂy sụ dủng ÅÍ gia càng & hĂn kim loƠi nận gòi chung lĂ ngòn lừa hĂn. Ngòn lừa hĂn Åũởc chia thĂnh 3 vỡng : Nh¿n ngòn lừa, vỡng trung t¿m, vỡng Åuài ngòn lừa. 1 2 3 Hình 4-4 Cấu tạo của ngọn lữa hàn 1 - Nh¿n ngòn lừa 2 - Vỡng trung t¿m 3 - Vỡng Åuài cớa ngòn lừa Hềnh dÔng, kếch thũờc vĂ cÔc loƠi ngòn lừa hĂn phủ thuồc vĂo tỳ lẹ khế àxy vời cÔc loƠi khế chÔy khÔc. V V β = o2 = O2 Vkhichay VC2H 2 VO2 - Lũởng khế àxy tiậu hao ; V KC - Lũởng khế chÔy tiậu hao ; VC2H2 - Lũởng khế axậtylen ÅÊ tiậu hao; Tuự thuồc vaỉ hẹ sọ β mĂ ta cĩ cÔc loƠi ngòn lừa hĂn khÔc nhau. 4.3.2 CÔc loƠi ngòn lừa hĂn : V a. Ngòn lừa bềnh thũỗng β = O2 = 1,10 - 1,2 VCH22 V Cĩ tĂi liẹu β = O2 = 1,05 - 1,2 VCH22 Vỡng nh¿n ngòn lừa khi hĂn xÂy ra cÔc phÂn ửng: C2H2 > 2C + H2 2C2H2 > CH4 + 3C Khi T > 800 oC CH4 > C + H2 Khi T > 1000 oC 56
Vỡng nĂy cĩ nhiẹt Åồ sÔng chĩi , nhiẹt Åồ thÃp. SÂn phÁm ph¿n huỳ cĩ chửa nhièu cÔc bon nận khàng dỡng ÅÍ hĂn thẫp vĂ mồt sọ kim loƠi khÔc về mọi hĂn dẻ bệ thÃm cÔc bon trố nận dỉn. Vỡng trung t¿m ( Å¿y lĂ vỡng chÔy khàng hoĂn toĂn) C2H2 + O2 > CO +H2 + O + Vỡng nĂy cĩ mĂu sÔng xanh; nhiẹt Åồ cao; ( gÀn 3200 oC); + SÂn phÁm chÔy cớa vỡng nĂy lĂ CO, H2, cĩ tếnh hoĂn nguyận nận sụ dủng nĩ ÅÍ hĂn thẫp . Vỡng Åuài cớa ngòn lừa (Vỡng chÔy hoĂn toĂn) SÂn phÁm chÔycớa vỡng trung t¿m sẩ tiẽp tủc chÔy vời à xy cớa khàng khế theo phÂn ửng : 2CO + H2 + 3/2 O2 > 2CO2 + H2O + Q + ố Å¿y cÔc bon bệ chÔy hoĂn toĂn nận gòi lĂ vỡng chÔy hoĂn toĂn. + SÂn phÁm chÔy chửa cÔc chÃt CO2, H2O nận cĩ tếnh à xy hoÔ vĂ về thẽ gòi lĂ vỡng à xy hoÔ. + Vỡng nĂy cĩ mĂu vĂng tếm ( n¿u sÁm) nhiẹt Åồ thÃp. b. Ngòn lừa à xy hoÔ : V β = O2 > 1.2 VCH22 Khi hĂn xÂy ra cÔc phÂn ửng : C2H2 + 3/2 O2 > 2CO + H2 + 1/2 O2 Sau Åĩ chÔy tiẽp vời à xy cớa khàng khế vĂ tƠo nận: 2CO + H2 + 1/2 O2 + O2 > 2CO2 + H2O - Vỡng giừa cớa ngòn lừa cĩ chửa 6 - 7 % O2 & 5% CO2 . Š¿y lĂ nhừng chÃt cĩ tếnh à xy hoÔ nận gòi ngòn lừa nÔy lĂ ngòn lừa à xy hoÔ. - Nh¿n ngòn lừa nhÚ & ngºn ; - Vỡng giừa chửa nhièu CO2 + H2, khĩ ph¿n biẹt vời vỡng Åuài; - Vỡng Åuài nhÚ lƠi vĂ cĩ mĂu sÔng xanh; - LoƠi ngòn lừa nĂy sụ dủng ÅÍ hĂn Åỏng thau (Cu + Zn) , cºt gòt, lĂm sƠch bè mằt . c. Ngòn lừa cÔc bon hoÔ VO2 β = < 1,05 - 1,1 VCH22 ố vỡng giừa à xy bệ chÔy hẽt . SÂn phÁm chÔy chửa nhièu cÔc bon C (thúa cÔc bon) nận gòi lĂ ngòn lừa cÔc bon hoÔ. - Nh¿n ngòn lừa kẫo dĂi , nhÄp vời vỡng giừa ; - Hềnh dÔng ngòn lừa khàng õn Åệnh , khĩ ph¿n biẹt giừa vỡng giừa & vỡng nh¿n . 57
- Vỡng Åuài cĩ kếch thũờc lờn; - Ứng dủng ÅÍ hĂn gang, tài bè mằt, hĂn thẫp dủng củ, thẫp cao tọc, vĂ cÔc hởp kim cửng. 4.3.3 Sứ ph¿n bọ nhiẹt cớa cÔc ngòn lừa T oC 1 2 3 L, (mm) Hềnh 4-5 Sứ ph¿n bọ nhiẹt cớa cÔc loƠi ngòn lừa L - Khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến vùng tâm của ngọn lữa có nhiệt độ cao nhất 1 2 L 3 58
Hình 4-6 Hình dáng các loại ngọn lữa hàn 1 -ngòn lừa à xy hoÔ; 2- ngòn lừa bềnh thũỗng; 3-ngòn lừa cÔc bon hoÔ; 4.4 THIẾT BỊ HÀN KHÍ Thiết bị hàn khí gồm có : Bình chứa khí ô xy, bình chứa khí axetylen hoặc bình chế khí axetylen hoặc các bình chứa khí cháy khác (bình chứa khí metan, ). Van giảm áp bình ôxy, van giảm áp bình axetylen, khoá bảo hiểm cho bình chế khí axetylen, mỏ hàn, mỏ cắt, ống dẫn khí và một số dụng cụ kèm theo. 4.4.1 Bình chứa khí Bình chứa khí được chế tạo từ thép các bon hay từ thép hợp kim bằng phương pháp dập (dùng cho các loại bình áp suất cao) hoặc hàn dùng cho bình có áp suất thấp (bình chứa khí C2H2, NH3. Bình chứa khí thường có dung tích 40 lít. Bình chứa khí ôxy có áp suất 100, 150 và 200 át . Các loại khí cháy như hydro, mêtan, nitơ, không khí nén có thể cho vào bình áp suất cao (100, 150, 200 át) riêng bình chứa khí axetylen, amôniác NH3 phải cho vào bình có áp suất thấp. Bình chứa khí C2H2 thường có dung tích 40 lít và áp suất tối đa là 19 át, bên trong có chứa bọt xốp và than hoạt tính có tẩm axetol nhằm chống nổ bình (một bình chứa khoảng 290 - 320 gam than, 225 - 230 gam axeton cho 1 lít bình chứa). Sơ đồ cấu tạo một số bình chứa khí và bình chế khí được thể hiện trên hình . 4.4.2 Bình chế khí : Là loại thiết bị dùng để điều chế khí axetylen. Bình chế khí có dạng như hình 4-8 Bình chế khí A XÊTYLEN 4.4.3 Van giảm áp Công dụng của van giảm áp Van giảm áp có công dụng giảm áp suất từ bình chứa xuống áp suất khi làm việc và làm ổn định áp suất đó trong suốt thời gian làm việc. Phân loại van giảm áp : van giảm áp ôxy, van giảm áp axetylen, Theo nguyên lý tác dung : có van giam áp tác dụng nghịch và tác dụng thuận; Theo số buồng có loại 1 buồng, 2 buồng và nhiều buồng, 59
Hình 47 Sơ đồ cấu tạo các loại bình chứa khí 1- Bình chứa khí ôxy; 2, 3- Bình chứa khi axetylen 4 - Bình chứa khí Prropan C3H8 61
Bình Điều chế khí axêtylen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 C2H2 3 1 15 32 31 16 30 17 2 18 19 2 20 26 2 27 25 24 2 22 62
Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bình điều chế khí C2H2 Các bộ phận chính của bình chế khí C2H2: (xem hình 4-8) 1. Van một chiều không cho không khí đi ngược vào buồng phản ứng. 2. Van bảo hiểm (P < 1,5 at) 3. Vít vặn 4. Thanh ngang giữ nắp bình 5. Van xả khí 6. Nắp đạy 7. Đồng hồ đo áp suất trông bình 8. Miệng ống đỗ nước vào bình 9. Buồng chứa khí axetylen 10. Khoá đóng mở khí Axetylen 11. Van giảm áp 12. Nắp đạy và màng bảo hiểm 13. Khoá bảo hiểm 14. Van mở khí đi ra mỏ hàn 15. Van kiểm tra mức nước an toàn cho khoá bảo hiểm làm việc bình thường 16. Van tháo nước 17. ống dẫn; 18. Mức nước trong buồng phản ứng; 19. Vách ngăn giữa 2 buồng; 20. Khí kế áp nước Van kiểm tra mực nước trong khí áp kế nước; 21. Nắp tháo nước vôi; 22. Móc treo giỏ các bua khi không làm việc 23. Thanh ngang của giỏ các bua can xi CaC2; 24. Cử dưới (mức dưới) của đòn bảy khi hạ xuống; 25. Cơ cấu nâng hạ giỏ đựng các bua can xi 26. Đòn bảy; 27. Miệng ống thải nước; 28. Van kiểm tra mực nước trong bình chứa khí; 29. Giỏ chứa các bua can xi (đất đèn); 30. Quai cầm của giỏ chứa cacbua can xi CaC2; 31. Buồng phản ứng; 32. ẩng dẫn khí từ buồng phản ứng ra buồng chứa; Đặc tính kỹ thuật của bình chứa : 1. Khối lượng các bua can xi trong mỗi lần nạp : 3 kg 2. Kích thước hạt các bua can xi (CaC2) : d = 50 - 80 mm 63
3. áp lực khí : P = 1,5 at 4. Năng suất khi sản xuất liên tục : Q = 2000 lít/giờ 5. Năng suất lớn nhất : Q = 2000 lít / giờ Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch 2 Khí ra từ 1 bình 3 Khí ra mỏ hàn 4 5 6 Hình 4-11 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch 1 - đồng hồ đo áp suất trong bình chứa 2 - đồng hồ đo áp suất ra mỏ hàn, 3 - lò xo giữ nắp van 4 - Màng đàn hồi 5 - lò xo điều chỉnh màng đàn hồi 6 - Vít điều chỉnh vị trí màng đàng hồi Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu thuận (chiều ra của khí cùng chièu với chiều mở van) Khí ra từ bình chứa Khí ra mỏ hàn Hình 4-12 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu thuận 64
4.4.3 Khoá bảo hiểm a. Hiện tượng va đập ngược hay hiện thượng cháy quặt lại của ngọn lữa. Ngọn lữa hàn cháy ổn định sẽ đảm bảo sự nung nóng và làm nóng chảy đều kim loại, quá trình vận hành sẽ an toàn. Sự cháy ổn định của ngọn lữa phụ thuộc vào tốc độ đi ra của hổn hợp với tốc độ cháy. Nếu tốc độ chảy lớn hơn tốc độ đi ra của hổn hợp (khi áp suất trong bình chế nhỏ hơn bên ngoài) thì ngọn lữa có thể cháy quặt lại vào phía trong mỏ hàn đến ống dẫn khí và vào đến bình chế khí; lúc đó có kảh năng gây nổ bình đe doạ trực tiếp tính mạng người sử dụng. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng cháy quặt lại của ngọn lữa hay hiện tượng va đập ngược. nguyên nhân có thể là khi sử dụng bình chế khí có thể có hiện tượng áp suất trong bình chế khí giảm và có thể xảy ra trường hợp nhỏ hơn áp suất bên ngoài mỏ hàn, hoặc do đầu mỏ hàn bị nung nóng và cháy mòn rộng ra, kết quả là áp suất giảm , tốc độ ra nhỏ hơn tốc độ cháy. Khi sử dụng bình chứa khí thì áp suất trong bình luôn lớn hơn áp suất bên ngoài nên ngọn lữa hàn luôn nằm ngoài mỏ hàn nên không cần sử dụng khoá bảo hiểm. Yêu cầu đối với khoá bảo hiểm : Đảm bảo ngăn cản và dập tắt hiện tượng cháy quặt lại của ngọn lữa, có độ bền cao để chịu áp suất cao do quá trình cháy, dể quan sát, dể vận hành bảo quản và sửa chữa, tiêu hao ít nước, Khoá bảo hiểm có nhiều loại hở, kín, khô, Sơ đồ nguyên lý khoá bảo hiểm kiểu kín (xem hình 4-9, 4-10 ) Khi làm việc bình thường, khí cháy (C2H2) đi từ bình chế khí qua van 5 ra mỏ hàn. Khi có hiện tượng va đập ngược áp suất trong khoá bảo hiểm tăng lên làm đóng van 5 lại, khí cháy không đi vào được; khi áp lực do khí cháy trong khoá bảo hiểm cao thì màng 8 sẽ bị thủng tạo điều kiện cho khí cháy thoát ra ngoài (xem hình 4- 7, 4-9). C2H2 Ngọn lửa cháy quặt lại C2H2 65
Hình 4-9 Sơ đồ nguyên lý các loại khoá bảo hiểm kiểu ướt. C2H2 C H 2 2 Hình 4-10 Sơ đồ nguyên lý các loại khoá bảo hiểm kiểu khô 4.4.4 Mỏ hàn khí MÚ hĂn khế lĂ bồ phÄn tƠo nận ngòn lừa hĂn. Càng suÃt, hềnh dƠng, kếch thũờc cớa ngòn lừa cĩ thÍ Åièu chểnh theo yậu cÀu cớa ngũỗi sụ dủng. MÚ hĂn cĩ nhièu loƠi & Åũởc ph¿n loƠi theo mồt sọ Åằc ÅiÍm sau : Theo nguyận lỹ truyèn khế chÔy trong buỏng hõn hởp : - mÚ hĂn kiÍu hùt; - mÚ hĂn kiÍu Åông Ôp; Theo sọ ngòn lừa : LoƠi mồt ngòn lừa vĂ loƠi nhièu ngòn lừa; Theo càng suÃt ngòn lừa : - loƠi nhÚ 10 400 lết/ h khế C2H2 - LoƠi vúa 400 2800 -/- - LoƠi lờn 2800 7000 -/- Theo phũổng phÔp sụ dủng : bêng tay; bêng mÔy; Theo chửc nâng : - vƠn nâng ( hĂn , cºt, hĂn vÂy, hĂn ÅÃp, Åọt nĩng, ) - Chuyận màn hoÔ ( chể ÅÍ hĂn, hoằc chể ÅÍ Åọt nĩng, ) - Theo loƠi khế chÔy Åũởc sụ dủng : ( C2H2, H2, chÃt lÚng, a/ MÚ hĂn kiÍu Åông Ôp Là loại mỏ hàn có áp suất khí ôxy và axetylen đi vào mỏ hàn như nhau. Sơ đồ nguyên lý của mỏ hàn ( xem hình 4-13 ) O2 66
Hình 4-13 Sơ đồ nguyên lý mỏ hàn kiểu đẳng áp C2H2 1 2 1- Đầu mỏ hàn 2- Tay nắm b/ MÚ hĂn kiÍu hùt Sơ đồ nguyên lý của mỏ hàn ( xem hình 4-14 ) Nguyận tºc lĂm viẹc : khế Åi vĂo buỏng hõn hởp vời Ôp suÃt dũ tú 1 4 at. dỉng à xy chuyÍn Åồng vời vÄn tọc lờn tƠo nận trận thĂnh ọng ÅÀu mÚ hĂn cĩ Ôp suÃt nhÚ. A xậtylen Åi vĂo tú ọng 2 chƠy quanh buỏng 3 vĂ bệ buỏng ch¿n khàng hùt vĂo buỏng 7. ố Åĩ hai loƠi khế hoĂ vĂo nhau di ra mÚ hĂn . Khi hĂn Ôp suÃt à xy khoÂng 1 4 at, axậtylen > 0.01 at. Khi hĂn bêng mÚ hĂn nay mố à xy trũờc. khi tºt thề tºt C2H2 trũờc. 67
Hình 4-14Sơ đồ nguyên lý mỏ hàn kiểu hút và đầu mỏ cắt 4.4.5 ọng dÂn khế Yậu cÀu: cĩ Åồ bèn cao, chệu Ôp suÃt cao, khàng bệ gÁy gÄp khi vÄn hĂnh. 68
Chẽ tƠo : bêng vÂi lĩt cao su . Sọ lờp vÂi vĂ chièu dĂy lờp cao su phủ thuồc Ôp suÃt khế khi hĂn. Šọi vời khế chÔy P 1 mm S Hình 4-15 Hình dáng ống dẫn khí hàn bằng cao su lót vải 4.5 Công nghệ hàn khí 4.5.1 CÔc vệ trế cớa mọi hĂn trong khàng gian : ( tũổng tứ nhũ khi hĂn hỏ quang). 4.5.2 CÔc loƠi mọi hĂn : ( Nhũ khi hĂn hỏ quang). 4.5.3 ChuÁn bệ vÄt hĂn vĂ vÄt liẹu hĂn : * VÔt mẫp theo yậu cÀu, lĂm sƠch mẫp hĂn, * ChuÁn bệ thuọc hĂn, khế hĂn, chòn que hĂn hởp lỹ vè kếch thũờc vĂ thĂnh phÀn hoÔ hòc, * HĂn Åếnh mẫp cÀn hĂn vời khoÂng cÔch L = 300 500 mm, chièu dĂi mọi hĂn l = 20 30 mm Mối hàn đính Hềnh 4-16 Sổ Åỏ hĂn Åếnh vÄt hĂn 4.5.4 CÔc phũổng phÔp hĂn khế 69
a - Phũổng phÔp hĂn phÂi 1 2 Vhàn 3 4 Hình 4-17 Phũổng phÔp hĂn phÂi 1 - Que hĂn; 2 - ŠÀu mÚ hĂn; 3 - Ngòn lừa hĂn; 4- Vật hàn Que hĂn chuyÍn dệch sau mÚ hĂn, quÔ trềnh hĂn dệch chuyÍn tú trÔi qua phÂi nận gòi lĂ hĂn phÂi. Khi hĂn ngòn lừa hũờng vè mọi hĂn cung cÃp nhiẹt bõ sung cho nĩ nận tọc Åồ nguồi chÄm ngân cÂn sứ tÔc dủng cớa khàng khế xung quanh. Chếnh về vÄy mĂ chÃt lũởng hĂn tọt . Phũổng phÔp nay phỡ hởp cho loƠi mọi hĂn cĩ chièu dĂy S > 5 6 mm. b/ Phũổng phÔp hĂn trÔi. 1 2 Vhàn 3 4 5 Hình 4-18 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn trái 1 - Que hĂn; 2 - ŠÀu mÚ hĂn ; 3- Ngòn lừa hĂn; 4 - Vỡng mọi hĂn; 5 - Kim loƠi cổ bÂn; Hũờng hĂn tú phÂi qua trÔi ; que hĂn chuyÍn dệch trũờc mÚ hĂn, kim loƠi cổ bÂn Åũởc lĂm nguồi sổ bồ, vỡng kim loƠi mọi hĂn khàng Åũởc bÂo vẹ, tọc Åồ nguồi nhanh; ÅÍ theo dÚi quÔ trềnh hĂn,nận thuÄn lởi cho hĂn cÔc chi tiẽt mÚng ( về cÀn chuyÍn Åồng chếnh xÔc. Phũổng phÔp nĂy hao phế nhièu kim loƠi do bºn toẫ nhièu mĂ khàng Åũởc bõ sung. 70
4.5.5 Chẽ Åồ hĂn khế : Gỏm gĩc nghiậng mÚ hĂn, Åũỗng kếnh que hĂn,càng suÃt ngòn lừa, gĩc nghiậng que hĂn . Gĩc nghiậng mÚ hĂn cĩ Ânh hũống rÃt lờn Åẽn càng suÃt ngòn lừa, chÃt lũởng mọi hĂn. Gĩc nghiậng mÚ hĂn phủ thuồc chièu dĂy vÄt hĂn, tếnh dÂn nhiẹt cớa kim loƠi hĂn, nhiẹt Åồ nĩng chÂy cớa kim loƠi hĂn. Vế dủ : Åỏng cĩ tếnh dÊn nhiẹt cao nận gĩc nghiậng mÚ hĂn vĂo khoÂng 60 - 80 Åồ. Chề dẻ chÂy nận gĩc nghiậng mÚ hĂn ết khoÂng 10 Åồ. a - Gĩc nghiậng mÚ hĂn khi hĂn thẫp 80o, S> = 15 mm 60o, S = 15 mm d = 6 8 mm d/ Càng suÃt ngòn lừa phủ thuồc chièu dĂy vĂ tếnh chÃt vÄt hĂn & Åũởc tếnh bêng lũởng khế axậtylen tiậu hao cho quÔ trềnh hĂn. Khi hĂn thẫp : V C2H2 = ( 120 150 ). S lết/ h hĂn phÂi 71
= ( 100 120 ). S -/- hĂn trÔi Khi hĂn Åỏng cĩ tếnh dÂn nhiẹt cao: VC2H2 = ( 150 200).S lết/ h ( khi hĂn phÂi) = ( 120 150).S lết/ h ( khi hĂn trÔi) 4.5.6 Kỷ thuÄt hĂn khế ŠÍ trÔnh hiẹn tũởng cÔc bon hoÔ, khi hĂn khàng nận cho vÄt hĂn tiẽp xùc vời nh¿n ngòn lừa. ŠÍ trÔnh à xy hoÔ lùc ÅÀu cÀn Åièu chểnh ngòn lừa cĩ hẹ sọ : β = 1.05 1.1 Phũổng phÔp chuyÍn Åồng que hĂn vĂ ÅÀu mÚ hĂn phủ thuồc vệ trế mọi hĂn trong khàng gian, chièu dĂy vÄt hĂn, vĂ cÔc kiÍu gẫp hĂn. 4.6 CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ Cºt kim loƠi bêng khế lĂ sứ Åọt chÔy kim loƠi bêng dỉng oxy cºt ÅÍ tƠo nận cÔc àxyd , dũời tÔc dủng cớa Ôp suÃt dỉng oxy cºt cÔc àxyd nĂy bệ thõi Åi vĂ tƠo thĂnh rÂnh cºt. 4.6.1 Ph¿n loƠi cÔc phũổng phÔp cºt: Bêng tay Æ Theo Åũỗng thông, cong , theo Åũổng bÃt kự Æ Cºt tÔch rỗi Cºt KL bêng khế Bêng mÔy Æ theo Åũỗng thông, theo mÁu Æ Cºt bè mằt Æ Bêng tay Æ Khoan, khoẫt, lĂm sƠch bè mằt; Bêng mÔy bĂo , gòt,tiẹn, tiẹn ngoĂi, 3 2/ Sổ Åỏ quÔ trềnh cºt kim loƠi bêng khế 72
O2 C2H2 1 2 Hình 4-20 Sơ đồ nguyên lý quá trình cắt kim loại bằng ngọn lữa hàn khí 1- Vật cắt 2- Đầu mỏ cắt 3 - Dòng ôxy cắt CÔc giai ÅoƠn cºt kim loƠi bêng khế: Giai ÅoƠn mồt nung kim loƠi Åẽn nhiẹt Åồ chÔy; Cho dỉng à xy cºt Åi vĂo , quÔ trềnh à xy hoÔ xÂy ra mÂnh liẹt vĂ tƠo nận lờp vÂy sºt. Dũời tÔc dủng cớa Ôp suÃt dỉng à xy cºt 5 14 at cÔc sÂn phÁm chÔy ( cÔc àxyd ) bệ thõi Åi vĂ tƠo nận rÂnh cºt. 3- Šièu kiẹn ÅÍ cºt kim loƠi bêng khế • Nhiẹt Åồ nĩng chÂy cớa kim loƠi vÄt hĂn phÂi lờn hổn nhiẹt Åồ chÔy cớa kim loƠi Åĩ; • Nhiẹt Åồ nĩng chÂy cớa kim loƠi phÂi nhÚ hổn nhiẹt Åồ nĩng chÂy cớa à xid kim loƠi Åĩ nẽu khàng thề tƠo thĂnh à xid khĩ chÂy, khàng cĩ Åồ chÂy loÂng, cÂn trố sứ chÔy vĂ sứ cºt; • ‹xid kim loƠi phÂi cĩ tếnh chÂy loÂng cao ÅÍ dÍ dĂng bệ thõi Åi vĂ tƠo thĂnhrÂnh cºt. • Nhiẹt lũởng sinh ra khi kim loƠi chÔy trong dỉng àxy cºt phÂi Åớ ÅÍ duy trề quÔ trềnh chÔy liận tủc; vế dủ : Khi cºt vÄt cĩ S = 5 mm thề 2/3 nguỏn nhiẹt sinh ra do ngòn lừa; 1/3 -/- do phÂn ửng à xy hoÔ kim loƠi Khi cºt vÄt cĩ S = 30mm thề 1/3 nguỏn nhiẹt sinh ra do ngòn lừa khế 2/3 -/- do phÂn ửng à xy hoÔ kim loƠi S = 100 mm 10% -/- do ngòn lừa; 73
90% -/- do phÂn ửng à xy hoÔ Sứ ph¿n bọ nhiẹt nhũ sau: 23 % nung nĩng xỳ; 36 % tõn thÃt nhiẹt; 41 % nung nĩng kim loƠi cổ bÂn • CÀn hƠn chẽ mồt sọ chÃt g¿y cÂn trố quÔ trềnh cºt ( vế dủ nhũ tƠo ra nhừng à xyd khĩ chÂy, sẹt, dÍ nửt, (CÔc bon, Cr tƠo nận Cr2O3,Si tƠo nận SiO2 khĩ chÂy, ) Vế dủ khi : C > 0.3 % mẫp cºt dÍ bệ tài, Åồ cửng tâng, cĩ thÍ bệ nửt nẽu khàng nung nĩng sổ bồ trũờc khế cºt. Khi C > 0.7 % thề quÔ trềnh cºt rÃt khĩ khân. Mn 6% cÀn sụ dủng thuọc cºt; Ni < 35% nẽu C , 0.5% thề cºt dÍ dĂng; • HƠn chẽ mồt sọ chÃt tâng tếnh tài cớa thẫp ( Mo, W, ) Nhũ vÄy chể cĩ thẫp cÔc bon lĂ ÅÁm bÂo cÔc Åièu kiẹn trận nận dÍ cºt nhÃt. Šọi vời thẫp hởp kim,thẫp cÔc bon cao,thẫp cràm, gang, nhàm, Åỏng, trũờc khi cºt cÀn phÂi nung nĩng hoằc dỡng thuọc ÅÍ cºt Åũởc dÍ dĂng. Nhiẹt Åồ chÔy cớa mồt sọ chÃt: Fe 1155 oC Thẫp 0.90 %C 1320 oC Thẫp Ct3 1350 oC Thẫp 0.25 %C 1210 oC BÂng 4-5 Nhiẹt Åồ nĩng chÂy cớa mồt sọ chÃt Kim loƠi Tnc Oxid Kim loai Tnc Al 658 Al2O3 2050 V 1750 V2O3 1970 V2O4 1637 V2O5 658 W 3370 WO2 1277 WO3 1473 Fe 1533 FeO 1370 Fe3O4 1527 Fe2O3 1565 Co 1490 CoO 1810 Si 1414 SiO2 1710 Mn 1250 MnO 1785 Mn3O4 1560 Cu 1080 Cu2O 1230 CuO 1336 74
Mo 2622 MoO3 795 Ni 1452 NiO 1990 Cr 1550 Cr2O3 990 Ti 1727 TiO2 775 Mg 680 MgO 2800 4 - Thiẽt bệ cºt kim loƠi bêng khế: Thiẽt bệ cºt kim loƠi bêng khế cợng giọng nhũ hĂn khế, chể thay mÚ hĂn bêng mÚ cºt mĂ thài. Sổ Åỏ cÃu tƠo mÚ cºt cĩ thÍ mà tÂ trên hình 4-14 Yậu cÀu Åọi vời mÚ cºt ŠÂm bÂo cºt Åũởc tÃt cÂ cÔc hũờng; PhÂi cĩ tỳ lẹ thếch hởp giừa kếch thũờc lõ hõn hởp nung nĩng vĂ dỉng à xy cºt; MÚ cºt phÂi cĩ khoÂng cÔch thếch hởp Åẽn tay cÀm ÅÍ ÅÂm bÂo an toĂn khi lĂm viẹc Cĩ thÍ Åièu chểnh Åũởc dỉng à xy cºt vĂ càng suÃt ngòn lừa ; 5 - Càng nghẹ cºt kim loƠi bêng khế QuÔ trềnh cºt kim loƠi bêng khế vĂ chÃt lũởng cºt phủ thuồc vĂo cÔc yẽu tọ sau Å¿y: Kh¿u chuÁn bệ bè mằt vÄt cºt; Šồ tinh khiẽt cớa à xy; Càng suÃt ngòn lừa ( lũởng khế à xy tiậu hao cho quÔ trềnh cºt); Kẽt cÃu mÚ cºt; Nhiẹt Åồ nung nĩng sổ bồ; KhoÂng cÔch tú mÚ cºt Åẽn bè mằt vÄt cºt; a. ChuÁn bệ bè mằt vÄt cºt LĂm sƠch chÃt bÁn,dÀu mố, gể, oxid, bêngcÔch dỡng ngòn lừa nung nĩng ÅÍ lĂm sƠch. Nẽu thẫp ÅÊ tài thề phÂi nhiẹt luyẹn trũờc khi cºt( ram : nung Åẽn 600 oC sau Åĩ lĂm nguồi ÅÍ giÂm ửng suÃt bận trong) nẽu khàng nhiẹt luyẹn thề ửng suÃt khi tài cồng vời ửng suÃt khi cºt sẩ lĂm cho KL bệ nửt. Šọi vời thẫp cÔc bon thÃp thề khàng cÀn nung nĩng sổ bồ Šọi vời thẫp hởp kim hoằc cÔc bon cao cÀn nung nĩng sổ bồ vời nhiẹt Åồ Åũởc tếnh theo càng thửc : T nnsb = 500. CtÅ ( 1 + k.S ) - 0.45 (oC) Trong Åĩ : T nnsb - nhiẹt Åồ nung nóng sổ bồ CtÅ - lũởng cÔc bon tũổng Åũổng; S - Chièu dĂy vÄt cºt mm; k - hẹ sọ tếnh Åẽn Ânh hũống chièu dĂy cớa vÄt cºt; k = 0.0002 C tÅ <= 0.45 -khàng cÀn nung nĩng 75
C tÅ > 0.45 cÀn nung nĩng CtÅ = %C + 0.155(%Cr +%Mo) + 0.11(%Mn +%V) + 0.11%Si +0.45(%Ni +%Cu) b- Lũởng khế tiậu hao cĩ thÍ tham khÂo theo bÂng sau Bảng 4 - 6 S mm 3-5 5-25 25-50 50-100 100-200 200-300 Q m3 /h 3 6 10 15 26 40 Lũởng khế tiậu hao phủ thuồc chièu dĂy cºt, trƠng thÔi bè mằt vÄt cºt, Åồ tinh khiẽt cớa dỉng à xy. c- KhoÂng cÔch tú mÚ cºt Åẽn vÄt cºt h L h Hình 4 - 21 Sơ đồ biểu diển khoảng cách từ đầu mỏ cắt đến vật cắt (h) Khi cºt vÄt cĩ chiè dĂy bẫ : h = (L + 3) mm; ( tƠi vỡng nĂy cĩ nhiẹt Åồ cao max) L - chièu dĂi nh¿n ngòn lừa; Khi cºt thẫp dĂy ÅÍ trÔnh sứ quÔ nhiẹt vĂ sứ bºn toẫ cớa kim loƠi lÚng vĂo ÅÀu mÚ cºt ; khoÂng cÔch h cÀn phÂi lờn hổn h = L + ( 5 6 ) mm ( h = 5 + 0.05 S mm) d - Tọc Åồ cºt : - Cĩ Ânh hũống nhièu Åẽn chÃt lũởng mọi cºt; - Tọc Åồ cºt phÂi tũổng ửng vời chièu dĂy vÄt cºt (tọc Åồ à xy hoÔ kim loƠi theo tọc Åồ chÔy cớa kim loƠi). - Khi cºt bêng tay khĩ xÔc Åệnh vÄn tọc cºt về tọc Åồ khàng õn Åệnh; - khi cºt bêng mÔy vÄn tọc cºt Vc Åũởc tếnh theo càng thửc : Vc = 16.6/ t mm/s Vc = 1000/ t mm/phùt t = 1.25 + 0.025 S Thỗi gian cºt mồt mẫt vÄt cºt tếnh bêng phùt, S- chièu dĂy vÄt cºt tếnh bêng mm) 6 Kỷ thuÄt cºt kim loƠi bêng khế a - Nung nĩng & lĂm sƠch vÄt cºt bêng ngòn lũa hĂn. 76
b - Chòn gĩc nghiậng mÚ cºt khi bºt ÅÀu quÔ trềnh Khi cºt vÄt dĂy ta phÂi cºt dÀn cho Åẽn khi cºt thớng Khi cºt vÄt theo Åũỗng trỉn trận tÃm thẫp cÀn Åồt hoằc khoan ló trũờc ÅÍ tao nận rÂnh cºt . Khi cºt vÄt cĩ tiẽt diẹn trỉn thề phÂi thay Åõi hũờng cºt nhũ hềnh vẩ 4-20 2 1 H-4-22 Kỹ thuật cắt vật tròn 7 - Hiẹn tũởng trÍ cớa quÔ trềnh cºt . Khi cºt kim loƠi bêng khế do sứ truyèn nhiẹt khàng Åỏng Åèu nận tƠo thĂnh rÊnh cºt khàng Åèu tú mằt trận Åẽn mằt phếa dũời cớa tÃm kim loƠi . Šồ sai lẹch theo hũờng cºt Åĩ gòi lĂ sứ trÍ cớa quÔ trềnh cºt. Hình 4-21 Sự trể khi cắt bằng khí 6 - Mồt sọ chù ỹ khi cºt kim loƠi bêng khế Khi cºt kim loƠi cĩ S = 30 mm gĩc nghiậng khoÂng 5 10 Åồ 77