Giáo trình vật liệu hàn (nghề công nghệ hàn trình độ cao đẳng)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU HÀN NGÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cơng nghệ Quy Nhơn Bình Định, năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình lưu hành nội 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 cơng nghiệp sản xuất khí ngày nay, xu hướng phát triển để đạt chất lượng sản phẩm cao, xuất lao động cao, giá thành cạnh tranh, sản xuất theo hướng ứng dụng thành tự khoa học kỹ thuật: sử dụng vật liệu hợp lý, tự động hố q trình sản xuất mức độ cao, công nghệ tiên tiến… Nhằm đáp ứng nhu cầu người học việc nghiên cứu lý thuyết vật liệu chuyên ngành Hàn, đầu tư nghiên cứu, sưu tầm biên soạn giáo trình Vật Liệu Hàn để cung cấp cho người học kiến thức từ tổng quát tính hàn tổng quát đến cụ thể loại vật liệu để từ sở cho nghiên cứu học tâp ứng dụng thực tế sản xuất Giáo trình Vật Liệu Hàn cung cấp đầy đủ kiến thức vật liệu chuyên ngành hàn sở nghiên cứu để người học tiếp tục nghiên cứu môn học khác Giáo trình bao gồm chương: Khái niệm chung thép tính hàn thép Đặc điểm cơng nghệ tính hàn kim loại màu, hợp kim màu Đặc điểm tính hàn gang Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện Vật liệu dùng hàn điện nóng chảy Vật liệu dùng hàn cắt Vật liệu dùng hàn vẩy Vật liệu phi kim loại Trong trình biên soạn giáo trình khơng tránh thiếu sót, mong đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp em sinh viên để chúng tơi hiệu chỉnh hồn thiện Mọi đóng góp xin gởi địa Email: thanhsangcdnqn@gmail.com Xin chân thành cảm ơn! BIÊN SOẠN Nguyễn Thanh Sang MỤC LỤC Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP VÀ TÍNH HÀN CỦA THÉP 1.1 Lý thuyết hợp kim 1.1.1 Khái niệm, đặc điểm ứng dụng 1.1.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim 1.1.3 Các dạng cấu tạo hợp kim 12 1.1.4 Giản đồ pha dung dịch rắn xen kẽ 13 1.2 Thép Cacbon 15 1.2.1 Khái niệm, đặc điểm ứng dụng thép Cacbon 15 1.2.2 Thành phần ảnh hưởng nguyên tố đến tính chất 16 1.2.3 Tiêu chuẩn ký hiệu phân loại mác thép 17 1.2.5 Tính hàn thép Cacbon 20 1.3 Thép hợp kim 33 1.3.1 Khái niệm, đặc điểm ứng dụng thép hợp kim 33 1.3.2 Tác dụng nguyên tố hợp kim đến tính chất thép hợp kim 34 1.3.3 Tiêu chuẩn ký hiệu mác thép hợp kim 38 1.3.4 Tính hàn thép hợp kim 40 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CƠNG NGHỆ VÀ TÍNH HÀN CỦA KIM LOẠI MÀU, HỢP KIM MÀU 49 2.1 Nhôm hợp kim nhôm 49 2.1.1 Đặc điểm tính chất ứng dụng 49 2.1.2 Phân loại 51 2.1.3 Ký hiệu 51 2.1.4 Tính hàn nhôm hợp kim nhôm 53 2.2 Đồng hợp kim đồng 54 2.2.1 Đặc điểm tính chất ứng dụng 54 2.2.2 Phân loại 55 2.2.3 Ký hiệu 55 2.2.4 Tính hàn đồng hợp kim đồng 55 2.3 Hợp kim manhê .57 2.3.1 Đặc điểm tính chất kim loại 57 2.3.2 Tính hàn hợp kim manhê 58 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH HÀN CỦA GANG 59 3.1 Khái niệm, đặc điểm, ứng dụng gang .59 3.1.1 Khái niệm 59 3.1.2 Đặc điểm ứng dụng 59 3.2 Thành phần, tổ chức kim loại tính chất gang .59 3.2.1 Thành phần gang 59 3.2.2 Tổ chức tế vi 59 3.2.3 Tính chất 60 3.3 Phân loại 60 3.4 Tính hàn gang 61 3.4.1 Tính hàn 61 3.4.1 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ hàn gang 62 3.4.3 Vật liệu dùng để hàn gang 62 CHƯƠNG 4: NHIỆT LUYỆN VÀ HOÁ NHIỆT LUYỆN 64 4.1 Nhiệt luyện 64 4.1.1 Khái niệm nhiệt luyện 64 4.1.2 Các loại nhiệt luyện 65 4.1.3 Tác dụng nhiệt luyện ngành khí 72 4.1.4 Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép 73 4.1.5 Các dạng hỏng xảy nhiệt luyện thép 78 4.2 Hóa nhiệt luyện 79 4.2.1 Định nghĩa 79 4.2.2 Mục đích 79 4.2.3 Phân loại 79 4.2.4 Thấm cacbon 80 4.2.5 Thấm Cacbon - Nitơ 82 CHƯƠNG 5: VẬT LIỆU DÙNG TRONG HÀN ĐIỆN NÓNG CHẢY 83 5.1 Que hàn hồ quang tay 83 5.1.1 Cấu tạo, yêu cầu phân loại que hàn 83 5.1.2 Thành phần thuốc bọc que hàn 85 5.1.3 Ký hiệu que hàn 85 Bảng 5.4 Cơ tính kim loại mối hàn theo TCVN 3223 - 89 86 Các tiêu tính 86 Nhiệt độ làm việc lớn 87 Crơm hàm lượng tính theo phần nghìn 87 Que hàn thép hợp kim chịu nhiệt 87 “E” Que hàn 93 hồ quang tay 93 5.1.4 Chọn que hàn hồ quang tay 99 5.2 Thuốc hàn 99 5.2.1 Đặc tính cơng nghệ thuốc hàn 99 5.2.2 Phân loại ký hiệu 100 5.2.3 Thuốc hàn hàn lớp thuốc 103 5.3 Vật liệu hàn mơi trường khí bảo vệ 104 5.3.1 Khí bảo vệ để hàn hồ quang 104 5.3.2 Dây hàn đặc để hàn khí bảo vệ 107 Bảng 5.24 : Kích thước, khối lượng cuộn dây hàn 107 H- 08MnSiA 108 H-10MnSi 108 Ha - Amn 108 Ha - AMg3 108 Electrode: điện cực 108 5.3.3 Điện cực khơng nóng chảy hàn khí bảo vệ 109 5.4 Dây hàn lõi thuốc 112 5.4.1 Cấu tạo 112 5.4.2 Thành phần lõi thuốc 114 5.4.3 Phân loại, ký hiệu ứng dụng 114 5.5 Các loại vật liệu hàn khác 117 5.5.1 Vật liệu dùng để hàn nhôm hợp kim nhôm 117 5.5.2 Vật liệu dùng để hàn đồng hợp kim đồng 119 CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU DÙNG TRONG HÀN CẮT HƠI 123 6.1 Vật liệu dùng hàn 123 6.1.1 Khí cháy 123 - Khối lượng riêng axêtylen là: 1,09 Kg/m 123 6.1.2 Khí oxy 127 6.1.3 Dây hàn phụ 128 6.1.4 Thuốc dùng hàn 129 6.2 Vật liệu cắt 129 6.2.1 Ôxy 129 6.2.2 Thuốc dùng cắt 130 CHƯƠNG 7: VẬT LIỆU DÙNG TRONG HÀN VẨY 133 7.1 Khái niệm hàn vẩy 133 7.2 Các loại vẩy hàn 133 7.2.1 Vẩy hàn mềm 133 7.2.2 Vẩy hàn cứng 134 7.3 Thuốc hàn 134 7.3.1 Nhiệm vụ 134 7.3.2 Yêu cầu thuốc hàn vẩy 134 7.3.3 Thuốc hàn dùng hàn vẩy 134 CHƯƠNG 8: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 136 8.1 Polyme, cao su, chất dẻo .136 8.1.1 Polyme 136 8.1.2 Cao su 137 8.1.3 Chất dẻo 138 8.2 Dầu mỡ bôi trơn 138 8.2.1 Dầu 138 8.2.2 Mỡ: 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Vật liệu hàn Mã mơn học: MH10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơn học bố trí trước mơ đun chun ngành - Tính chất: Là mơn học lý thuyết sở cung cấp kiến thức cấu trúc kim loại; thành phần, tính chất phạm vi ứng dụng thép cacbon, thép hợp kim, đồng - hợp kim đồng, nhôm - hợp kim nhôm, gang loại vật liệu dùng ngành Hàn - Ý nghĩa vai trị mơn học: Sau học xong người học có kiến thức tính hàn loại vật liệu từ sở để ứng dụng vào thực tế sản xuất Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Nhận biết ký hiệu loại vật liệu: Thép cacbon, thép hợp kim, gang, kim loại hợp kim màu + Hiểu tính chất thành phần hố học thép cacbon, thép hợp kim, gang, kim loại hợp kim màu + Hiểu tính hàn thép cacbon, thép hợp kim, gang, kim loại - hợp kim màu hạn chế vật liệu kết cấu hàn công nghệ chế tạo máy + Chỉ tiêu lựa chọn công nghệ chế độ nhiệt cho thép - Về kỹ năng: + Lựa chọn phương pháp khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho loại vật liệu khác + Chọn vật liệu cho kết cấu biết yêu cầu sử dụng chúng thực tế + Lựa chọn vật liệu hàn cho vật liệu - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có ý thức tự giác, tìm hiểu tự học với tinh thần trách nhiệm cao, sẵn sàng hợp tác, giúp đỡ lẫn + Tham gia học tập làm đầy đủ Nội dung môn học Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP VÀ TÍNH HÀN CỦA THÉP Mã bài: MH10-01 Giới thiệu: Trước thời kì Phục Hưng người ta chế tạo thép với nhiều phương pháp hiệu quả, đến kỉ 17 sau tìm phương pháp có hiệu việc sử dụng thép trở nên phổ biến Với việc phát minh quy trình Bessemer vào kỉ 19, thép trở thành loại hàng hoá sản xuất hàng loạt tốn Trong trình sản xuất tinh luyện tốt phương pháp thổi ơxy, giá thành sản xuất thấp đồng thời tăng chất lượng kim loại Ngày thép vật liệu phổ biến giới thành phần xây dựng, đồ dùng, cơng nghiệp khí Thơng thường thép phân thành nhiều loại tùy theo thành phần hóa học, mục đích sử dụng cấp bậc tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng Mục tiêu: - Trình bày vẽ giản đồ trạng thái Fe-C - Trình bày tác dụng nguyên tố hợp kim đến tính chất thép - Trình bày ký hiệu tính hàn thép cacbon thép hợp kim - Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập Nội dung 1.1 Lý thuyết hợp kim 1.1.1 Khái niệm, đặc điểm ứng dụng Hợp kim vật thể nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim…) Nguyên tố chủ yếu hợp kim nguyên tố kim loại Hợp kim tạo nên nguyên tố kim loại với nhau, nguyên tố kim loại với phi kim loại Ví dụ: + Thép cacbon hợp kim nguyên tố kim loại phi kim loại (Fe+C) + Latông hợp kim hai nguyên tố kim loại (Cu+Zn) Thành phần nguyên tố hợp kim biểu thị theo phần trăm khối lượng nguyên tố Tổng thành phần hợp kim 100% đơi cịn dùng tỷ lệ phần trăm nguyên tử Hình 1.1 Hỗn hợp học (a) dung dịch xen kẽ (b) Hợp kim sử dụng nhiều ngành khí có đặc tính ưu việt hẳn so với kim loại nguyên chất giá thành thấp so với kim loại ngun chất Hợp kim có tính cơng nghệ cao so với kim loại nguyên chất thể ở: + Tính dẻo: Khi sử dụng hợp kim cho tính dẻo cao, khả biến dạng dẻo tốt, dễ dàng cho việc gia công áp lực + Tính đúc: Khi sử dụng hợp kim thu điều kiện nóng chảy thấp kim loại ngun chất, tính chảy loảng cao nên điền đầy lịng khn phức tạp + Tính cắt gọt tốt Chính thực tế sử dụng hợp kim * Các định nghĩa hợp kim : - Pha (F): cấu phần đồng hợp kim tổ chức trạng thái (khi trạng thái rắn phải có kiểu mạng thơng số mạng), ngăn cách bề mặt phân pha đủ lớn - Hệ: tập hợp pha trạng thái cân (các pha tồn ổn định điều kiện bên xác định) - Hệ cân bằng: hệ coi hệ cân q trình xảy hệ có tính thuận nghịch - Quá trình thuận nghịch: trình mà có thay đổi yếu tố bên ngồi bên làm hệ biến đổi theo hướng Khi yếu tố bên ngồi thay đổi theo chiều ngược lại qua giai đoạn hướng biến đổi trước - Cấu tử (nguyên) (N): cấu phần độc lập hệ (có thể đơn chất hợp chất) có thành phần hóa học ổn định mà có nhiệm vụ cấu tạo nên tất pha hệ - Bậc tự hệ (T): số yếu tố bên (P, T0) bên (thành phần) thay đổi mà hệ không bị thay đổi trạng thái 1.1.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim - Dung dịch rắn - Các pha trung gian - Hỗn hợp học 1.1.2.1 Dung dịch rắn a Khái niệm Dung dịch rắn dạng cấu trúc hợp kim tạo hai nguyên, nguyên bảo tồn kiểu mạng gọi dung mơi, ngun thứ hai hịa tan vào kiểu mạng gọi chất tan Thực tế, có dung dịch rắn có nhiều chất tan b Phân loại dung dịch rắn Dựa vào kiểu hịa tan chất tan mạng dung mơi, nghĩa kiểu xếp nguyên tử chất tan mạng tinh thể dung mơi dung dịch rắn phân thành: dung dịch rắn thay thế, dung dịch rắn xen kẽ dung dịch rắn có trật tự * Dung dịch rắn thay - Khái niệm: Dung dịch rắn thay dung dịch rắn nguyên tử chất tan chiếm chỗ nguyên tử dung mơi vị trí nút mạng Hình 1.2 Dung dịch rắn thay - Đặc điểm: Dung dịch rắn thay giữ nguyên kiểu mạng dung môi tạo sai lệch điểm mạng tinh thể nên tạo ứng suất dư mạng dấu ứng suất dư phụ thuộc vào đường kính nguyên tử chất tan - Điều kiện tạo dung dịch rắn thay thế: Điều kiện kích thước: Trong đó: ∆𝑑 𝑑 100%≤15% với: Δd = dA - dB; 𝑑 = 𝑑𝐴+𝑑𝐵 dA: đường kính ngun tử dung mơi dB: đường kính nguyên tử chất tan Nếu sai khác đường kính ngun tử nhỏ dễ tạo dung dịch rắn thay - Các loại dung dịch rắn thay thế: Dung dịch rắn thay có dạng hịa tan vơ hạn hịa tan có hạn Dung dịch rắn thay hịa tan có hạn: tồn giới hạn hòa tan chất tan dung môi Tỉ lệ dung môi xA: xA + xB = Tỉ lệ chất tan xB: xB < Dung dịch rắn thay hịa tan vơ hạn: xB = - Điều kiện tạo thành hịa tan vơ hạn: + Dung mơi chất tan phải có kiểu mạng Từ nguyên lý "thay thế" thấy rằng: hai ngun A B hịa tan vơ hạn vào chúng phải có kiểu mạng giống Điều kiện giống kiểu mạng điều kiện cần Khả tạo thành dung dịch rắn vô hạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Nhiều nguyên tố có kiểu mạng giống chưa tạo nên dung dịch rắn vô hạn Dựa vào bảng hệ thống tuần hồn ta thấy thơng thường ngun tố chu kỳ có kiểu mạng giống + ∆𝑑 𝑑 100% < 15% Sự tương quan đường kính nguyên tử đường kính nguyên tử nguyên thành phần A B khơng giống nên hịa tan vào chúng tạo sai lệch điểm xung quanh nguyên tử hoà tan xuất trường sai lệch đàn hồi Sự sai khác đường kính nguyên tử nguyên A B lớn, nồng độ hòa tan cao mức độ sai lệch mạng nhiều đến mức mạng trở nên khơng ổn định Khi đó, sai khác đường kính ngun tử chất tan (dB) đường kính nguyên tử dung mơi (dA) khơng vượt q 15% Điều giải thích đại đa axetylen chưa nạp tính khối lượng thân bình khơng, khối xốp axeton Khi lấy axetylen khỏi bình đồng thời với 30 – 40g axeton cho m3 axetylen Khi lấy axetylen khỏi bình, cần phải lưu vào cho bình áp suất cịn lại khơng nhỏ 0,05 – 0,1 MPa Sử dụng bình axetylen thay cho máy sinh khí axetylen có loạt ưu điểm: Thiết bị hàn trở thành đơn giản, gọn gàng điều kiện làm việc tốt hơn, nâng cao suất làm việc người thợ hàn khí Ngồi axetylen hịa tan chứa tạp chất lạ axetylen điều chế từ máy Nguyên nhân gây nổ bình axetylen va đập mạnh đốt nóng (quá 40 C) 6.1.1.2 Hyđrơ: (H2) a Tính chất: - Nhiệt độ nóng chảy là: -2590C - Nhiệt độ sôi là: -2530C - Trong tự nhiên H2 tồn dạng hợp chất - Trong công nghiệp H2 tồn dạng phân tử Khí H2 khơng mầu, khơng mùi - Khối lượng riêng điều kiện tiêu chuẩn (200C; 760 mmHg) 0,084Kg/m3 - Hyđrơ cháy ơxy cho ta lửa có nhiệt độ từ 2000 ÷ 21000C (31500C – C2H2) nhiệt lượng trung bình 2400KaClo/m3 (12600 Kaclo – C2H2) - Hyđrô kết hợp với ôxy tạo thành hỗn hợp nổ nhậy Phạm vi gây nổ H2 với ơxy 91 ÷ 95% Ơxy - Là loại khí dẫn nhiệt tốt nên người ta dùng làm lạnh máy lạnh lớn b Điều chế sử dụng Hyđrô: Người ta điều chế H2 nhiều cách - Trong phịng thí nghiệm thường dùng phản ứng ơxy hóa: Zn + HCl = ZnCl2 + H2 ↑ - Trong công nghiệp ta chế ôxy cách điện phân nước - Hyđrơ đóng vào bình thép có dung tích 40 dm3 - Chai chứa khí hyđrơ sơn màu xanh thẫm Áp suất bình 150at, phần chai có dán mác nhà máy đề “Hyđrơ” - Hyđrơ thường có loại: Loại có ≥ 99,5% H2 Loại có 98 ÷ 99,4% H2 - Trong cơng nghệ hàn cắt sử dụng để hàn kim loại mỏng ≤ mm Dùng để nung nóng kim loại cắt đặc biệt cơng nghệ cắt nước độ sâu lớn (10m) hỗn hợp khí cháy C2H2 với áp suất > 1,5 at gây nổ - Hyđrơ áp dụng làm khí bảo vệ hàn trừ hàn đồng, hàn với dòng điện xoay chiều hyđrô phân tử tạo thành hyđrô nguyên tử thu nhiệt làm lạnh điện cực Wonfram Sau hồ quang nguyên tử lại kết hợp tạo thành H2 phân tử đồng thời tỏa nhiệt vũng hàn nhiệt độ tăng nhiều (khoảng 40000C) 6.1.1.3 Các loại khí thay thế: Trong hàn cắt người ta sử dụng số khí cháy như: propan C3H8, 127 mêtan CH4, xăng Bảng 6.3 Một số loại khí cháy thường sử dụng C2H2 Nhiệt độ K/L Năng lửa Riêng suất tỏa cháy với Kg/m nhiệt Ôxy (20 C) KCl/m3 (0C) 3130 1,09 12600 H2 2000÷2100 Loại Khí Mức H/Số tiêu thay thụ O2/1m3 P2S X Phạm vi ứng điều dụng chế 1÷1,3 Từ CaC2 Điện phân H2O Chưng cất dầu 0,084 2400 5,2 0,3÷0, C3H8 2100 Prơpa n 1,92 21200 0,6 3,5 CH4 Mêta n Xăng 2000 0,7÷ 0,9 8000 1,8 1,5÷1, Hàn cắt tất kim loại Hàn thép s≤2 mm Hàn Cu trừ Al Dùng hàn vẩy Thép s = 4÷6 mm Gang, k/loại mầu Khí tự Như nhiên 2500÷2600 0,7÷0,7 Kg/dm3 10000 KCl/Kg 1,4 1,1÷1, 4m3 /Kg Chưng Cắt thép, Hàn cất dầu K/l dễ chảy, tơi bề mặt 6.1.2 Khí oxy 6.1.2.1 Tính chất : - Ký hiệu O2 - Khối lượng riêng:1,31 Kg/m3 - Ơxy hóa lỏng nhiệt độ - 1830C Ơxy lỏng có màu xanh nhạt - Ơxy hịa tan nước, nhiệt độ 50C ơxy hịa tan 36ml/dm3 nước - Ơxy đơn chất hoạt động mạnh (đặc biệt nhiệt độ cao) Nó dễ dàng tham gia phản ứng hóa học với nhiều chất 3Fe + 2O2 = Fe3O4 4P + 5O2 = 2P2O5 - Phản ứng tỏa nhiệt: phản ứng hóa học ơxy với kim loại, với phi kim loại với hỗn hợp nhiều chất: nhiệt độ bình thường khơng có tượng cần nâng nhiệt độ để khơi mào cho phản ứng lúc đầu phản ứng cháy xảy đồng thời tỏa nhiệt độ Phản ứng gọi phản ứng tỏa nhiệt Người ta lợi dụng nhiệt lượng để dùng hàn cắt kim loại 6.1.2.2 Phân loại: Dựa vào độ tinh khiết ôxy kỹ thuật người ta chia ôxy làm loại: 128 Loại chất lượng cao: hàm lượng ôxy ≥ 99,5% Loại I: hàm lượng ôxy ≥ 99,2% Loại II: hàm lượng ôxy ≥ 98,5% Người ta điều chế ôxy nhiều cách: * Trong phịng thí nghiệm: người ta nung nóng hợp chất dễ bị phân hủy ơxy như: kali pemanganat KMnO4 (thuốc tím); kaliclorat KClO3 2KClO3 = 2KCl + 3O2 ↑ * Trong công nghiệp: - Sản xuất ơxy từ nước: người ta điện phân nước (có pha thêm xút) bình điện phân Bằng phương pháp người ta thu hai chất khí riêng biệt ôxy hyđrô - Sản xuất ôxy từ khơng khí: người ta hóa lỏng khơng khí nhiệt độ thấp áp suất cao sau nâng dần nhiệt độ cho khơng khí lỏng bay hơi: ta thu khí nitơ nhiệt độ -1960C sau ơxy nhiệt độ -1830C 6.1.2.3 Ứng dụng Ôxy kỹ thuật: Trong kỹ thuật hàn cắt, người ta lợi dụng phản ứng tỏa nhiệt ôxy phản ứng với khí cháy hỗn hợp nhiều chất Phản ứng tỏa nhiệt lượng lớn ta sử dụng nhiệt lượng cho hàn cắt kim loại Độ ôxy ảnh hưởng lớn tới chất lượng tốc độ cắt Nếu độ ơxy giảm 1% thì tốc độ cắt giảm 20% đồng thời lượng ôxy tiêu hao tăng lên nhiều Thông thường người ta khơng sử dụng ơxy có hàm lượng 95% mà người ta dùng ôxy loại để cắt Đối với hàn: giảm độ ơxy xuống 97 ÷ 98% chất lượng hàn giảm đồng thời mức độ tiêu tốn ôxy tăng 1,5 lần 6.1.2.4 Bảo quản sử dụng ơxy: Ơxy nén vào bình thép có dung tích 40 dm3 với áp xuất 150 Kg/cm2 Bình chứa ơxy sơn màu xanh Ơxy nén áp suất cao gặp dầu mỡ chất dễ cháy dễ gây hỏa hoạn Vì trình làm việc không để dầu, mỡ, than, bông, vải tiếp xúc với ôxy nén 6.1.3 Dây hàn phụ Dây hàn phụ sử dụng tương tự dây hàn đặc dùng mơi trường khí bảo vệ nêu mục 5.3.2 chương trước Chú ý dây hàn phụ chế tạo thành dây thẳng (rod) có chiều dài 1m đóng gói theo khối lượng Một vài dạng mối nối thực khơng cần kim loại phụ thêm vào Khi lựa chọn dây hàn dây hàn nóng chảy hồ trộn với kim loại nóng chảy nên độ bền mối hàn phụ thuộc phần lớn vào dây hàn Cần lựa chọn dây hàn cho độ bền mối hàn lớn hay kim loại Thông thường ta chọn dây hàn có đặc tính giống kim loại Nếu dây hàn có đặc tính thấp kim loại nghĩa có chứa tinh khiết tạo mối hàn yếu giòn Dây hàn tốt nóng chảy êm dịu, dễ dàng liên kết với kim loại không gây tượng bắn t Một dây hàn khơng thích hợp gây bắn t hao phí, nóng chảy khơng theo quy luật, bề mặt mối hàn không phẳng rỗ xỉ, rỗ khí 129 Nếu dây hàn q lớn nhiệt bể hàn khơng đủ để nóng chảy Nếu dây hàn nhỏ hấp thu nhiệt dây hàn không đủ lớn kết hàn bị cháy thủng nhiệt 6.1.4 Thuốc dùng hàn 6.1.4.1 Thuốc hàn dùng hàn đồng, hợp kim đồng gang Hàn the (Bôratnatri Na2B4O7.10H2O) Trong hàn đồng thau, hàn gang vẩy đồng dùng thuốc hàn the Đôi người ta dùng Ôxit Bo BO4 số loại thuốc dùng kết hợp (50% Bơratnatri + 50% Ơxit Bo) Khi hàn đồng đỏ (khi thành phần khơng có nhơm) người ta dùng thuốc Loại thuốc thường dạng bột, bảo quản phải để nơi khô tránh hút ẩm Khi hàn đồng đỏ (khi thành phần có nhơm) người ta dùng thuốc hàn nhơm để bảo vệ 6.1.4.2 Thuốc hàn nhơm Người ta dùng muối nhóm Halơzen với nhóm kim loại kiềm như: LiCl, NaCl, KCl, LiF, NaF, KF Được sử dụng theo hỗn hợp muối theo thành phần giới thiệu phần nhơm tính hàn Ngồi ta cịn sử dụng số loại sau: + KCl 50% NaCl 28% LiCl 14% NaF 8% + KCl 50% NaCl 30% NaFAlF3 20% (Criolit) Hoặc KCl 45% NaCl 20% BaCl2 20% NaF 15% 6.2 Vật liệu cắt 6.2.1 Ôxy 6.2.1.1 Cắt kim loại oxy Quá trình cắt oxi q trình nung nóng kim loại chỗ cắt đến nhiệt độ oxy hố mạnh lửa khí cháy sau dùng dịng oxy ngun chất thổi vào chỗ kim loại nung nóng để chuyển chúng hồn tồn thành oxit kim loại đồng thời toả nhiệt Nhiệt + nhiệt lửa khí cháy làm nóng chảy oxit tạo thành nung nóng phần kim loại vùng đến nhiệt ơxy hố mạnh Nhờ áp lực dịng khí ơxy cắt thổi oxit kim loại nóng chảy tạo thành rãnh cắt 6.2.1.2 Độ tinh khiết oxy Oxy sử dụng để cắt cần có độ tinh khiết trung bình cao Độ tinh khiết giảm giảm hiệu trình cắt Nếu độ tinh khiết giảm 1% khí oxy 99,5% làm tăng lượng tiêu hao 130 oxy lên 15% Nếu độ tinh khiết giảm 1% đối vối khí oxy 98,5 % làm tăng lượng oxy tiêu hao lên 25% Chất lượng vết cắt đi, số lượng xỉ nhiều xỉ bám Oxy có độ tinh khiết 95% tiến hành cắt hoạt động cắt trở thành hoạt động làm nóng chảy thổi kim loại lỏng tạo thành rãnh cắt với hình dáng rãnh cắt khơng đạt chất lượng (khơng chấp nhận được) 6.2.1.3 Cường độ nung nóng sơ Với chức lửa nung nóng sơ cắt + Nâng nhiệt độ cho thép lên nhiệt độ cháy (oxy hoá) + Thêm nhiệt lượng vào vật cắt để trì phản ứng oxi hố + Cung cấp lớp khí bảo vệ cho phản ứng cắt + Lột bỏ khỏi bề mặt thép chất : rỉ sét, sơn chất khác làm dừng chậm tiến độ cắt Cường độ nung nóng sơ mạnh làm tăng nhiệt độ thép nhanh tới nhiệt độ oxi hố mạnh trì hoạt động cắt tốc độ cao Tuy nhiên chất lượng vết cắt tốt Mà trường hợp cường độ nung nóng sơ thấp đáng kể so với cường độ nung nóng cần thiết có nung nóng nhanh lại cho chất lượng cắt cao Vì cắt máy cắt (cắt tự động) lớn người ta điều khiển lửa nung nóng sơ theo hai chế độ: bắt đầu nung nóng sơ sử dụng lửa cường độ cao, sau giảm lửa với cường độ thấp để tiết kiệm nhiên liệu tạo bề mặt rãnh cắt đẹp 6.2.1.4 Áp lực dịng ơxy cắt Áp lực dịng oxy cắt có ý nghĩa lớn cơng nghệ cắt Khi áp lực dòng oxy cắt nhỏ tia ơxy khơng đủ uy lực để thổi xỉ lỏng ngồi tạo rãnh cắt q trình cắt thực hết chiều dày vật cắt Nếu áp lực dòng oxy cắt lớn quá, lượng tiêu hao khí ơxy tăng Vết cắt nhận khơng nhám Áp lực dịng oxi cắt chọn theo hướng dẫn sử dụng mỏ cắt nhà sản xuất mỏ cắt xác định 6.2.1.5 Lưu lượng dòng khí ơxy Tác dụng tương tự áp lực dịng oxy cắt lưu lượng dịng ơxy nhỏ q lượng ơxy sẵn có vùng xa rãnh cắt giảm làm tốc phản ứng oxy hố giảm khơng kết hợp với áp lực dòng oxy cắt làm cho uy lực tia ôxy cắt không cao phía xa miệng mỏ cắt dẫn đến cắt vật dày khó khăn Khi lưu lượng dịng oxi lớn tiêu tốn lượng oxy lớn, bề rộng rãnh cắt lớn Chọn theo hướng dẫn sử dụng mỏ cắt nhà sản xuất qui định 6.2.2 Thuốc dùng cắt 6.2.2.1 Thực chất q trình cắt khí: a Q trình cắt diễn theo trình tự sau: nung nóng kim loại chỗ cắt lửa khí cháy với ôxy đến nhiệt độ kim loại bị ôxy hóa mạnh sau cho dịng ơxy thổi vào chỗ nung nóng để ơxy hóa hồn tồn kim loại bị nung nóng tạo thành xỉ 131 lỏng có tính linh động cao thổi ơxít lỏng khỏi rãnh tạo thành rãnh cắt, tóm tắt phản ứng sau: 2Fe + O2 = 2FeO + Q1 (64,3 KCl/gmol) 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q2 (266,9 KCl/gmol) 4Fe+ 3O2 = 2Fe2O3 + Q3 (198,4 Kcl/gmol) Như trình cắt diễn biến sau nung kim loại chỗ cắt đến nhiệt độ ơxy hóa mạnh (nung nóng sơ bộ) cho dịng ơxy ngun chất (98,5- 99,5%) thổi qua ơxy ơxy hóa kim loại tạo thành ơxít dễ chảy Phản ứng ơxy hóa kim loại tỏa lượng nhiệt lớn (Q1+ Q2+ Q3) tốt cho việc đốt nóng kim loại xung quanh vết cắt Tóm lại: để cắt lửa khí cháy với ơxy, kim loại phải thỏa mãn số điều kiện sau: - Nhiệt độ cháy kim loại phải < nhiệt độ nóng chảy - Nhiệt độ nóng chảy ơxít kim loại tạo thành phải < nhiệt độ nóng chảy kim loại Nếu điều kiện khơng thoả mãn oxit kim loại sinh bề mặt phản ứng cháy với oxy khơng nóng chảy khơng bị thổi đi, làm cản trở ơxy hố lớp kim loại Ví dụ: Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy 20500C nhiệt độ nóng chảy nhôm 6600C, cắt nhôm lửa khí cháy với oxy - Phản ứng kim loại với ơxy phải tỏa lượng nhiệt lớn để trì trình cắt liên tục Khi cắt thép gần 70% lượng nhiệt sinh phản ứng cháy kim loại với ôxy cung cấp, có 30% lửa nung nóng - Ơxít kim loại có tính chảy lỗng cao để dễ dàng thoát hỏi rãnh cắt - Độ dẫn nhiệt kim loại phải khơng cao Bởi cao nhiệt bị truyền nhanh khỏi chỗ cắt làm cho q trình cắt khơng ổn định bị ngắt lúc 6.2.2.2 Thuốc dùng cắt Trong thực tế kim loại thỏa mãn điều kiện Ví dụ cắt thép Crơm tạo thành ôxit Crôm có nhiệt độ nóng chảy tới 2270oC, Crơm nóng chảy nhiệt độ 1903oC Ơxit khó nóng chảy cản trở q trình tiếp xúc ôxy kim loại cắt làm tăng nhiệt vùng lân cận Tia ơxy cắt làm nguội chỗ cắt kết trình cắt ngừng lại Để cắt kim loại hợp kim ôxy giải hạn chế người ta dùng thuốc phụ trợ Thực chất trình cắt ơxy thuốc chỗ cắt với tia ơxy, lửa nung nóng sơ thực cháy thuốc dạng bột Thuốc cắt đưa vào vùng cắt thực hai chức nhiệt ma sát Chức nhiệt: thuốc cháy với ôxy tỏa lượng nhiệt lớn Chức ma sát: phần tử nhỏ thuốc chuyển động với vận tốc lớn cọ sát với bề mặt vết cắt phá vỡ lớp màng ôxit không chảy 6.2.2.3 Các loại thuốc: L1: Bột sắt 100% L2: Bột sắt 70 ÷ 80% 132 CaP 20 ÷ 30% L3: Bột sắt 65 ÷ 70% Sắt phôt pho: 30 ÷ 35% L4: Bột sắt: 70 ÷ 75% Bột nhơm: 5% Silic cát: 20 ÷ 25% Các loại dùng cắt thép cacbon cao thép hợp kim Khi cắt kim loại màu dùng phương pháp cắt điện CÂU HỎI ÔN TẬP Trình bày vật liệu dùng hàn Trình bày vật liệu dùng cắt 133 CHƯƠNG 7: VẬT LIỆU DÙNG TRONG HÀN VẨY Mã bài: MH 10-07 Giới thiệu: Hàn vẩy thông thường phương pháp hàn dị chất nghĩa độ nóng chảy kim loại đắp phải nhỏ kim loại hàn kim loại đắp khơng tính chất với vật hàn Từ xa xưa khoa học chưa phát triển người ta sử dụng lị rèn chính, khơng thể làm chủ đường hàn với kim loại mỏng hàn lị Do người xưa dùng thau hàn hay cịn gọi hợp kim đông với kẽm, sau đúc thành thỏi người ta giũa lấy mạt để hàn với hàn the Do để mạt thau ánh sáng mặt trời có hình lấp lánh vẩy cá từ từ hàn vẩy thau Mục tiêu: - Trình bày đặc điểm vật liệu dùng hàn vẩy - Giải thích tiêu chuẩn ký hiệu loại vật liệu - Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập Nội dung: 7.1 Khái niệm hàn vẩy Hàn vẩy phương pháp công nghệ hàn để nối chi tiết kim loại hợp kim trạng thái rắn nhờ kim loại hợp kim trung gian gọi vẩy hàn Khi hàn vẩy kim loại (hợp kim) trung gian nung nóng đến trạng thái chảy, cịn kim loại vật hàn cần nung nóng đến nhiệt độ định, mà nhiệt độ kim loại vật hàn vẩy hàn khuếch tán vào Hàn vẩy sử dụng rộng rãi ngành kỹ thuật điện, điện tử lĩnh vực khác; hàn dung cụ cắt kim loai, dụng cụ nhiệt Đặc trưng hàn vẩy là; - Do khơng gây thay đổi phần hóa học kim loại vật hàn vùng ảnh hưởng nhiệt không tồn vật hàn không bị biến dạng - Có thể hàn kết cấu phức tạp mà phương pháp hàn khác không thực - Có khả hàn loại vật liệu khác - Năng suất cao không cần thợ bậc cao - Hiệu kinh tế cao 7.2 Các loại vẩy hàn 7.2.1 Vẩy hàn mềm - Là vẩy hàn có nhiệt độ nóng chảy ≤ 450oC - Thiếc, hợp kim thiếc chì, chì, Pismut, Cadini có nhiệt độ nóng chảy thấp: + Ví dụ: hợp kim gồm: Loại 15,5% Sn 32,5% Pb Có nhiệt độ nóng chảy 96oC 52% Pi Loại 13,3% Sn 26,7% Pb Có nhiệt độ nóng chảy 60oC 10% Cad 134 Loại thường để hàn kẽm mỏng, làm dụng cụ bảo hiểm nhiệt + Hợp kim thiếc chì: Có loại: dùng để hàn mỏng có hàm lượng cacbon thấp, đồng đỏ Thiếc hàn có loại: 25; 30; 33; 40; 60; 90, thiếc 30 có 30% Sn 70% Pb loại biến dạng để hàn dụng cụ điện Thiếc 90 chứa chì dùng để hàn dụng cụ chứa thức ăn, tránh độc + Bạc: dùng hàn mối hàn không chịu lực lớn ống dẫn máy lạnh 7.2.2 Vẩy hàn cứng - Có nhiệt độ nóng chảy 7001100oC có độ cứng tính cao dùng để hàn chi tiết làm việc nhiệt độ tương đối cao, tải trọng lớn Người ta thường dùng kim loại hợp kim đồng thau, bạc, niken, nhôm - Đồng thau: loại đồng 42, 45, 51, 54 để hàn chi tiết đồng thau đồng đỏ Con số ký hiệu phần trăm đồng hợp kim lại kẽm Ví dụ: đồng thau 42: có 42% Cu + 58% Zn nhiệt độ nóng chảy 820 o C - Vẩy hàn hợp kim bạc gọi tắt vẩy bạc: thành phần bạc đồng kẽm, dùng để hàn tất kim loại đen, màu trừ kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhơm, magiê, kẽm loại vẩy có độ bền cao, độ dẻo dai tốt, tính chống gỉ cao làm việc tốt chịu uốn, rung, va đập Ví dụ: vẩy bạc 72: 72% Au, 28% Cu, nhiệt độ nóng chảy 779 oC, khả dẫn điện tốt Dùng hàn đồng, đồng thau, bạc - Vảy hàn bền nóng: Là hợp kim chứa 5075% Cu; 2040% Zn ; 38% Ni; 25% Mn, 160°C + Nhiệt độ đông đặc 8.2.1.2 Công dụng: - Dùng bôi trơn chi tiết, bề mặt làm việc chịu ma sát (rãnh trượt, Ổ lăn, ổ trượt, hợp tốc độ) - Dùng xy lanh thủy lực, máy ép 8.2.1.3 Nguyên tắc chọn dầu mỡ bôi trơn: dựa vào tính chất sau - Độ Nhớt động học(độ nhờn): Đặc trưng cho độ loãng dầu,nhiệt độ cao độ loãng lớn - Độ nhớt thủy lực:khả giãn nở chịu nén - Nhiệt độ bắt lửa: Là nhiệt độ mà nhiệt độ dầu gặp lửa bốc cháy Trong khí Tbl>160°C - Nhiệt độ đông đặc 8.2.1.4 Các loại dầu thường dùng: - Công dụng chủ yếu dầu mỡ dùng để bôi trơn bề mặt chịu ma sát - Dầu công nghiệp: 20, 30, 45, 50 có độ nhớt từ 17-59 centistoc dùng cho bề mặt có vận tốc trượt lớn - Dầu ôtô máy kéo AK15, AK20 dùng bôi trơn hộp số - Dầu thủy lực 24,38, 52 dùng cho máy ép thủy lực ccơ cấu nâng chuyển thủy lực 8.2.2 Mỡ: - Chế tạo từ dầu bôi trơn cách cho thêm chất phụ gia làm đông đặc dầu bôi trơn - Nguyên liệu: Gồm loại dầu gốc hyđrôcacbon,dầu silicon,mỡ động vật, dầu thực, chất phụ gia xà phịng có chứa Na, Ca stearin, xerezin, khoáng chất polyme, betonit, silicagen, bột màu hữu - Mỡ chống masat dùng để bôi trơn chi tiết máy làm việc với tốc độ thấp,điều kiện bơi trơn khó khăn - Mỡ chống gỉ: bơi trơn bề mặt chi tiết để chống gỉ - Mỡ làm kín: Làm kín van, vịng đệm CÂU HỎI ÔN TẬP Trình bày cách phân loại cách tổng hợp Polyme Trình bày định nghĩa, tính chất cơng dụng cao su Trình bày định nghĩa ứng dụng chất dẻo Trình bày dầu mỡ bôi trơn 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngơ Lê Thơng- Cơng nghệ hàn nóng chảy (Tập Ứng dụng) -2015– NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Trần Thế San - Nguyễn Ngọc Phương- Vật liệu khí đại- 2017 – NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Nguyễn Thị Tuyết Nhung- Vật liệu hàn - 2015- ĐH SPKT Nam Định [4] Bùi Văn Hạnh- Tính hàn vật liệu - 2015 – ĐH BK Hà Nội [5] Kobelco Handbook - 2015 [6] AWS D1.1- 2015- Structural Welding Code-Steel [7] ASME BPVC.II.A-2015- SECTION II Material 141