Giáo trình hàn kim loại và hợp kim màu (nghề hàn cao đẳng)

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mơ đun: Hàn kim loại hợp kim màu NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN, ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tổng Cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, với nhu cầu công nghiệp hố đại hố dạy nghề có bước tiến nhằm thay đổi chất lượng dạy học, để thực nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội Cùng với phát triển khoa học công nghệ giới, lĩnh vực khí chế tạo nói chung ngành Hàn Việt Nam nói riêng có bước phát triển đáng kể Chương trình khung quốc gia nghề hàn xây dựng sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề kết cấu theo môđun Để tạo điều kiện thuận lợi cho sở dạy nghề trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo môđun đào tạo nghề cấp thiết Mô đun 31: Hàn kim loại màu hợp kim màu mô đun đào tạo nghề biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết thực hành Trong q trình thực hiện, nhóm biên soạn tham khảo nhiều tài liệu cơng nghệ hàn ngồi nước, kết hợp với kinh nghiệm thực tế sản xuất Mặc dù có nhiều cố gắng, khơng tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận đóng góp ý kiến độc giả để giáo trình hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Chủ biên: Lưu Văn Núi MỤC LỤC STT 10 Nội dung Trang Lời giới thiệu Mục lục Chương trình mơ đun hàn kim loại màu hợp kim màu Bài 01: Hàn nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn MIG 31 Bài 02: Hàn nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn TIG 67 Bài 03: Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn khí 75 Bài 04: Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn hồ quang tay 81 Bài 05: Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn TIG Danh mục chữ viết tắt, ký hiệu ý nghĩa 89 90 Tài liệu tham khảo TÊN MÔ ĐUN: HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU Mã mơ đun: MĐ 31 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Là mơn đun bố trí cho người học sau học xong môn học chung theo quy định Bộ LĐTB-XH học xong mơn học chun mơn nghề - Tính chất mơ đun: Là mô đun chuyên môn nghề, nhằm luyện tập kỹ hàn kim loại màu hợp kim màu phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp - Ý nghĩa, vai trị mơ đun: Là mơđun có vai trị quan trọng chương trình đào tạo nghề Hàn, người học trang bị kiến thức, kỹ hàn kim loại màu hợp kim màu cơng nghệ hàn MIG; TIG; Hàn khí Mục tiêu mơ đun: - Trình bày tính chất lý nhiệt đặc điểm hàn kim loại màu hợp kim màu; - Nêu thành phần, tính chất hóa học tác dụng khí hàn, thuốc hàn; - Chuẩn bị phơi hàn kích thước vẽ, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Tính chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất vật liệu kiểu liên kết hàn; - Sử dụng loại thiết bị, dụng cụ dùng hàn kim loại màu hợp kim màu; - Hàn mối hàn kim loại màu hợp kim màu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Tuân thủ công tác an toàn lao động vệ sinh phân xưởng Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Số TT Tên mô đun Hàn nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn MIG Hàn nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn TIG Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn khí Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn hồ quang tay Hàn đồng hợp kim đồng phương pháp hàn TIG Kiểm tra mô đun Cộng Tổng số Thời gian Lý Thực thuyết hành Kiểm tra* 16 14 24 19 40 36 16 14 20 15 98 120 16 BÀI 01: HÀN NHÔM HỢP KIM NHÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG Mã bài: MĐ 31.1 Giới thiệu: Hàn Nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn MIG phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường bảo vệ khí trơ Dây hàn cấp tự động vào vùng hàn tốc độ cháy hồ quang Mục tiêu: - Trình bày tính chất lý nhiệt nhôm hợp kim nhôm; - Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn MIG; - Chuẩn bị vật hàn, mép hàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Chọn khí bảo vệ phù hợp vật liệu hàn; - Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật liệu, kiểu liên kết hàn; - Hàn mối hàn giáp mối, mối hàn gấp mép, mối hàn giáp mối vật liệu nhôm hợp kim nhôm phương pháp hàn MIG đảm yêu cầu kỹ thuật; - Kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn, thực tốt cơng tác an tồn lao động vệ sinh phân xưởng Nội dung: Đặc điểm hàn nhơm hợp kim nhơm Mục tiêu: - Trình bày đặc điểm, tính chất nhơm hợp kim nhơm hàn MIG; - Giải thích ảnh hưởng nhôm hợp kim nhôm xảy q trình hàn Nhơm ứng dụng rộng rãi tất ngành công nghiệp Trong ngành chế tạo ôtô (xe xe tải nhỏ) Nhôm đóng góp phần sản phẩm nhơm đặc biệt ý nghĩa năm gần Nhơm đặc trưng tính chất sau: Nó nhẹ, khối lượng riêng nhôm khoảng phần ba thép hay đồng Với độ bền tương đối cao, độ dẻo tốt, chống ăn mịn khơng khí, nước, dầu… mà khơng có bảo vệ bề mặt Trong phương pháp khác sản xuất đặc biệt nén cuộn đa dạng Tính dẫn điện, dẫn nhiệt nhôm cao gấp bốn lần thép Nhơm khơng có từ tính Hệ số gãn nở nhiệt gấp hai lần thép Nhôm nguyên chất: khoảng nhiệt độ tới hạn, tinh thể nhơm rắn liên kết chắn sau đông đặc có xu hướng rỗ bọt Thể tích: khoảng nhiệt độ tới hạn, xu hướng nứt nóng khối lượng cứng không liên kết Đủ thể tích: khơng có khoảng nhiệt độ tới hạn, khơng có xu hướng nứt tinh thể nhơm cứng bơi thể tích nguy tạo co rỗ biên giới hạn Nhơm có lực mạnh với Ơxy 16000c Nó có khả hòa tan nitơ cao chất lỏng, chúng giảm bớt thất thường đơng đặc Ơxyt Nhơm có nhiệt độ nóng chảy (20500C) cao so với nhơm nguyên chất (6000C) Do mối hàn bị lẫn xỉ dạng ơxyt Tính dẫn nhiệt Nhơm hợp kim Nhôm cao Điều tạo nên tốc độ nguội lớn hàn, đòi hỏi phải sử dụng nguồn nhiệt hàn có cơng suất cao, nung nóng sơ nguồn nhiệt hàn bổ xung Khi hàn Nhôm hợp kim Nhơm xảy tượng phá hủy liên kết hàn (như tượng sụt mối hàn hàn Nhôm tác dụng trọng lực) Quy trình hàn có ảnh hưởng vật liệu sau: Thơng qua nóng chảy vật liệu phụ gia hợp kim trội nguyên tố hợp kim bị cháy Thông qua hàn, nhiệt đưa đến tùy theo vật liệu mức độ lượng có nghĩa khoảng cách vùng nóng chảy tới loại nung hịa tan, tái kết tinh, thay đổi cấu trúc hồi phục Từ liên kết độ bền tương ứng vật liệu Từ quan điểm vật liệu học, đưa yêu cầu sau chế tạo liên kết hàn Vật liệu phải thích hợp hàn, có nghĩa khơng phép có xu hướng tạo nứt Ngồi chúng phải đạt độ bền cần thiết, đạt khả biến đổi hình dạng cần thiết đưa khả chống mòn gỉ đầy đủ thống thể màu tương ứng điện phân anốt vật liệu cho phép xuất rỗ bọt bọc phủ phạm vi giới hạn tùy yêu cầu Vật liệu khí bảo vệ hàn MIG nhơm Mục tiêu: - Trình bày đặc điểm, tính chất ứng dụng loại khí bảo vệ hàn MIG; - Giải thích tiêu chuẩn, ký hiệu loại dây hàn, loại khí bảo vệ hàn MIG; - Sử dụng loại dây hàn, khí bảo vệ an tồn 2.1 Dây hàn Ký hiệu dây hàn nhôm: Tiêu chuẩn AWS A5.10 – 1980 quy định ký hiệu vật liệu kim loại cho hàn nhơm bao gồm nhóm chữ chữ số, (Bảng 1.1) Các chữ ER cho biết nhóm dây hàn dùng cho hàn khí, hàn plasma, hàn mơi trường khí bảo vệ (cả điện cực nóng chảy điện cực khơng nóng chảy) Bảng 1.1 Phân loại dây hàn nhôm, hợp kim nhôm thành phần hóa học chúng Ký hiệu ER 1100 ER 2319 ER 4043 ER 4047 ER 4145 ER 5183 ER 5356 ER 5554 ER 5654 Thành phần () ≥ 99,0 Al 6,3 Cu; (V+Zr) có kiểm sốt; Al lại 5,3 Si; Al lại 12 Si; Al lại 10 Si; Cu; Al lại 0,8 Mn; 4,9 Mg; Al lại 0,1 Mn; Mg; Al lại 0,8 Mn; 5,1 Mg; Al lại 3,5 Mn; Mn khơng đáng kể; Al cịn lại Chọn vật liệu hàn nhôm thành công cho liên kết hàn Chọn vật liệu hàn nhơm khơng thích hợp gây nứt kim loại mối hàn Do kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt có tính dẻo, độ bền thấp nhiệt độ tăng (Hiện tượng gây sụt mối hàn) Để giảm xu hướng nứt tinh thể vùng ảnh hưởng nhiệt, nên dùng vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp kim loại bản, tức có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao Nếu nhơm chứa 0,6 % Si kim loại mối hàn dễ bị nứt hàn dây hàn có thành phần hố học Khi nên dùng dây hàn chứa 5% Si (có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, dẻo kim loại 2.2 Khí bảo vệ – khí trơ Khí Argon khí điều chế từ khí phương pháp hố lỏng khơng khí tinh chế độ tinh khiết 99,99% Khí chứa chai khí với áp suất cao dạng lỏng với nhiệt độ – 185,50c Khí bảo vệ Argon, Heli dùng hàn MIG tác dụng bảo vệ vùng hàn, bảo vệ điện cực làm nhiệm vụ làm mát điện cực vùng hàn Khí Argon, Heli khí trơ (khơng tác dụng hố học với ngun tố khác), khí Argon khơng màu, khơng độc nặng khoảng 1,5 lần so với khơng khí (tỷ trọng 1,783 g/l) Argon khơng hồ tan kim loại trạng thái lỏng hay rắn Heli có tỷ trọng: 0,178 g/l có nghĩa tỷ trọng khí Argon nặng gấp 10 lần so với Heli Trong thực tế khí argon sử dụng rộng rãi khí Heli Argon có lý sau: Nó tạo hồ quang cháy êm hơn, tạo điện áp hồ quang thấp với dịng hàn dùng khí khác Có tác dụng làm bề mặt vật liệu hàn Nhôm, Magiê, bảo vệ vùng hàn tốt với lưu lượng thấp nặng khí Heli Dễ gây hồ quang (do điện áp hồ quang thấp hàn với khí khác) Khí Heli loại khí phong phú thứ hai sau khí Argon so với khí trơ cịn lại với dịng hàn, khí Heli tạo điện áp hồ quang gấp 1,7 lần so với khí Argon, đồng thời nguồn nhiệt hồ quang khí Heli cũng lớn gấp 1,7 lần hàn khí Argon Trong cơng nghiệp khí Argon điều chế từ khơng khí cách hạ nhiệt độ khơng khí, biến thành thể lỏng cho bay tách Argon khỏi hỗn hợp (dựa vào nhiệt độ sơi chất thành phần khơng khí N2, O2, Ar khác nhau) Bảng 1.2 Tiêu chuẩn EN 439 Nhóm số theo EN 439 I1 I2 I3 R1 Khí hỗn hợp khí Argon 100% Helium 100% Argon/Helium (He tới 95%) Argon/Hydro (H2 tới 10%) Tác động hóa học Trơ Trơ Trơ Khử Bảng 1.3 Chọn khí bảo vệ thích hợp phụ thuộc vào vật liệu Vật liệu Nhôm Nhôm hợp kim nhôm Đồng hợp kim đồng Niken hợp kim niken Khí bảo vệ Argon 100% Ar 75% + He 25% Ar 50% + He 50% Ar 25% + He 75% Khí bảo vệ chân Argon 100% Bảng 1.4 Các loại khí dùng bảo vệ hàn MIG Al Nguyên tố Ar Heli N O2 Khối lượng nguyên tử 40 14 16 Tỷ trọng Độ g/l điện 1.78 0.178 1.251 1.42 dẫn Nhiệt độ hoá lỏng (0c) 16.1 134.4 21.6 22.5 - 185.5 - 268.9 - 196 - 183 Trong công nghiệp sản xuất ba loại khí Argon với độ tinh khiết khác Bảng 1.5 Các loại khí Ar Loại Ar O2 N2 Hơi ẩm A 99.99 0.003 0.01 0.03 B 99.96 0.005 0.04 0.03 C 0.005 0.005 0.1 0.03 Loại A: dùng để hàn kim loại có hoạt tính hố học mạnh như: Titan, Zircon, Niobi hợp kim chúng Loại B: dùng để hàn kim loại nhôm, ma nhê hợp kim chúng Loại C: dùng để hàn thép không gỉ, thép đặc biệt Chú ý: * Argon Heli khí trơ, chúng khơng tác dụng hố học với ngun tố khác * Khí argon khơng màu, khơng độc nặng khoảng 1,5 lần so với khơng khí (Tỷ trọng Ar 1,669 kg/m3, tỷ trọng khơng khí 1,21 kg/m3) * Heli có tỷ trọng 0,167 kg/m3, có nghĩa tỷ trọng khí Argon nặng gấp 10 lần so với Heli * Cả Ar He khơng hồ tan kim loại trạng thái lỏng hay rắn Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ Mục tiêu: - Mô tả thiết bị, dụng cụ hàn MIG; - Phân loại thiết bị, dụng cụ hàn MIG; - Đảm bảo chủng loại, an toàn lao động 3.1 Thiết bị hàn Máy hàn MIG; Bộ cấp dây hàn MIG; Chai khí Ar; Đồng hồ khí Ar; Máy mài; Máy cắt 3.2 Dụng cụ hàn Búa nguội; Kìm kẹp phơi; Kìm cắt dây hàn; Mặt nạ hàn MIG; Găng tay da; Tạp dề da; Bàn chải thép không gỉ; Kính bảo hộ Chuẩn bị phơi hàn Mục tiêu: - Nhận biết loại hình dáng, kích thước phơi hàn theo vẽ; - Tính tốn, đo, cắt phơi hàn kích thước đảm bảo u cầu kỹ thuật; - Tuân thủ quy định an tồn lao động cắt phơi 4.1 Cắt phơi 4.1.1 Phơi hàn giáp mối 200 12 100 Hình 1.1 Chuẩn bị phôi hàn giáp mối 4.1.2 Phôi hàn góc + Mối hàn góc Sự chuẩn bị kích thước mối hàn góc khơng vát mép 200 x100 200x100 Hình 1.2 Chuẩn bị phơi hàn góc + Mối hàn chữ T Sự chuẩn bị kích thước mối hàn chữ T không vát cạnh 250 50 100 Hình 1.3 Chuẩn bị phơi hàn góc chữ T 4.2 Làm gá đính phơi Trước hàn nhơm cần làm lớp dầu mỡ có bề mặt chi tiết Tẩy Aceton dung môi khác khoảng rộng từ 100 ÷ 150 mm từ mép chi tiết Sau lớp oxyt nhơm tẩy khoảng rộng từ 25 ÷ 30 mm phương pháp học (giấy ráp, bàn chải thép khơng gỉ có đường kính sợi