GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÀN

Kinh Tế - Quản Lý - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kỹ thuật BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG KỸ THUẬT c ơ GIỚI c ơ KHÍ XÂY DỰNG VIỆ T XÔ s ố 1 GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÀN■ ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NÔI - 2011 LỜI N Ó I Đ Ầ U Giáo trìn h "Công nghệ - kỹ th u ậ t hàn" được tổ chức biên soạn n h ằ m thông n hất nội dung dạy và học trong chương trin h đào tạo công n h ả n kỹ th u ậ t của các trường clay nghé trong ngành xây dự n g trên cơ sở k ế thừa n h ữ ng nội d a n g của các tài liệu có Uốn quan đả được xu ấ t bản và lưu h à n h trên toàn quốc, với d u n g lượng 120 tiết bao gôm 17 chương: Chương 1 - Đ ại cương cơ bản về h à n k im loại Chương 2 - M ối h à n và s ự h ìn h th à n h m ối h à n Chương 3 - H ổ q u a n g h à n Chương 4 - Công nghệ và kỹ th u ậ t h à n hồ qua n g tay Chương 5 - Công nghệ và kỹ th u ậ t h à n k h í Chương 6 - Ư ng su ấ t và biến d ạ n g h à n Chương 7 - H à n vẩy Chương 8 - Cắt k im loại Chương 9 - Kỹ th u ậ t an toàn kh i hàn và cắt k im loại Ch ương 10 - K h u yết tậ t của m ối h à n và phư ơ ng p h á p kiêm tra Chương 11 - Công nghệ h à n k im loại và hợp k im C hương 12 - H à n tự động và bán tự động Chương 13 - H àn điện tiếp xúc Chương 14 - Kỹ th u ậ t h à n m ột sô''''kết cấu và chi tiết m áy Chương 15 - H àn đắp Chương 16 - H à n cốt thép Chương 17 - Biểu diễn và ký hiệu quy ước các mối ghép bằng hàn (TC V N 3746-83) Giáo trin h tập tru n g vào n h ữ n g kiến thức cơ bản cần thiết về h à n hồ q u a n g ta y, h à n khí. N h ữ n g yêu cầu đặc th ù của n g h ề h à n trong ngà n h xây d ự ng n h ư h à n dưới lớp thuốc, h à n trong m ôi trường bảo vệ, h à n đ ắ p , h à n cốt thép, h à n m ột s ố kết cấu xảy dự ng và chi tiết m áy cho công n h â n h à n là n h n g h ề bậc 3 7 . Đ ồng thời nó củng đ á p ứng được yêu cầu học n ă n g cao cho n g h ề h à n , là m tài liệu th a m khảo đ ề g iả n g dạy cho giáo viên, bồi dưỡng công n h ả n , cán bộ kỹ th u ậ t và q u ả n lý chuyên m ôn ngành hàn. N h ó m giáo viên được p h â n công biên soạn gồm K S N g h iêm Đ in h T h ắ n g và các giáo viên N g u yễ n M ạ n h T ù n g , N guyễn Văn Bẩy. Trong quá trin h tô chức biên soạn Trường đã n h ậ n được sự q u a n tâ m g iú p đ d của Bộ X â y dự ng, các trường trong ngà n h đã đóng góp nhiều ỷ kiến bô ích cho cuốn sách. Tuy nhiên không th ế tránh khỏi n h ữ ng th iếu sót, rất m ong n h ậ n được s ự đóng góp của các đồng nghiệp, bạn dọc đ ể cuốn sách ngày càng được hoàn thiện hơn. X in ch â n th à n h cảm ơn. Trường Kỹ thuật cơ giới cơ khí Xây dựng Việt x ỏ sỏ 1 3 Chương 1 Đ Ạ I C Ư Ơ N G C ơ BẢN V Ể H À N K IM LO ẠI 1.1. LỊCH SU PHẤT TRIÊN CUA NGÀNH HÀN 1.1.1. Lịch sử phát triển cua ngành hàn trên thê giới - Thời kì đồ đổng, đổ sắt loài người đã biết hàn kim loại. - Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp tìm ra hiện tượnghồ quang điện. - Năm 1882 kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại. - Năm 1886 Tômsơn đã tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903. - Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm. - Nãm 888 Slavianốp đã sử dụng cực điện kim loại để hàn. - Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thuỵ Điển đã sử dụng cực điện có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại. - Cuối những năm 1930 - đầu những năm 1940 viện sỹ E.O.Patôn (Liên Xô cũ) tìm ra phương pháp hàn dưới thuốc, phương pháp hàn tự động, bán tự động. - Cuối năm 1940, tìm ra phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệđó làcác khí (Hêli, Ácgông ờ Mỹ và khí cácboníc ở Liên Xô). - Năm 1949 B.O.Patôn (Kiép Liên Xô''''1 Tim ra phương pháp hàn điện xỉ. Những năm tiếp theo hàng loạt các phương pháp hàn mới được ra đời như: Hàn bang lia điện tử, hàn siêu âm, hàn ma sát... và hiện nay trên thế giới có 120 phương pháp hàn khác nhau. Nói chung các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện và phát triển hơn. Nó được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và dặc biệt là ngành hàng không - Vũ trụ. Có thể nói: hàn là phương pháp gia công kim loại tièn tiến và hiện đại. 1.1.2. Lịch sử phát triển của ngành hàn ở Việt Nam - Từ xa xưa, ông cha ta đã biết sử dụng hàn để làm ra các dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cái thiện điều kiện lao động. - Sau cách mạng tháng 81945 và đặc biệt sau khi hoà bình 1954 . Dưới sự lãnh đạo cua Đảng ngành hàn được quan tâm và thực sự phát triển, nhất là trong thời kỳ đổi mới. Hiện nay với đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghe 1 1 2 ày càng đông đảo với sự hợp tác khoa học với các nước trên thế giới. Chúng ta tin chắc rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất. 1.2. BẢN CHẤT, ĐẶC ĐlỂM v à ú n g DỤNG CỦA HÀN KIM LOAI 1.2.1. Bản chất Hàn là quá trình công nghê nôi hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn nhiệt đế nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng, hoặc dẻo) sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chứng dính lại với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn. 1.2.2. Đặc điểm a) Liên kết hàn: là liên kết cứng không tháo rời ra được. b) Tiết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc So với liên kết bulông, đinh tán. hàn tiết kiệm từ 10 - 20 khối lượng kim loại So với đúc, hàn tiết kiệm đến 50 khôi lượng kim loại. c) Hùn cho phép c h ế lạo dược cúc kết cấu phức tap (siêu trọng, siêu trườn?) từ những vật liệu cùng loại, khác loại, co tính chất khác nhau dể phù hợp với các điều kiện, môi trường làm việc khác nhau. cl) Hàn tạo ra các liên kết cố dọ bển và độ kín cao đáp ứng với yêu cầu làm việc của các kết cấu quan trọng như: Vó tàu, nồi hoi, thiết bị chịu áp lực... e) Hàn có tính linh độtiỉỊ và có năng suất cao so với các công nghệ gia công khác, do vậy dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất. f) M ức độ đầu tư cho quá trìnli S(iii xuất thấp. Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật liêu chịu tác động của nguồn nhiệt có côna suất lớn, tập trung và thời gian hàn ngắn. Vì vậy liên kết hàn thường có nhược điếm sau: - Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đối (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực của kết câu. Đặc biệt khi làm việc dưới tác động cúa tai trọng đông, tải trọng biến đổi theo chu kỳ. - Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạna thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thám mỹ và khả năng làm việc của kết cấu. 1.2.3. ứ n g dụng Mặc dù có những nhược điếm nên nhưnsỉ với tính kinh tế kỹ thuật cao. Công nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát tricn hoàn thiện và được ứniĩ dụng rộng rãi trong háu hết các lĩnh vực công nghiệp của nén kinh tế quốc dân. 6 1.3. PHÂN LOẠI CÁC PHUƠNG PHÁP HÀN C5 nhiều cách phân loại phương pháp hàn. Tuy nhiên thông dụng nhất có hai cách phân oại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối him ớ thời điếm hàn. 1.3.1. Phàn loại theo dạng nãng lượng sử dụng C5 các nhóm phương pháp hàn sau: ư Cúc phương pháp hàn điện: bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hổ quang, hàn điện tiếp xúc, han T .c, MIC, M ac:...). b Các pliươníỊ pháp hàn cơ học: bao gốm các phương pháp dùng cơ nãng để làm biến cạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu, ân...). c Các phươtMỊ pháp hàn hoá học: bao gồm các phương pháp sử dụng nâng lượng do các phản ứng hoá học tạo ra đê nung nóng kim loại như (hàn khí, hàn hoá nhiệt...) í Các phương pháp hùn kết hợp: bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các dạn g lăng lượng nêu trên (hàn điện cư, hàn điện tiếp xúc). H ình 1-1. Phán loại các phương pháp hàn theo trạng tliái hàn 1.3.2. Phân loại theo trạng thái kim loai môi hàn ở thời điểm hàn Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực. 1.4. PHÂN LOẠI CÁC LIÊN KẾT HÀN 1.4.1. Khái niệm Để tạo thành liên kết hàn các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian. Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như: tiếp xúc điểm, đường, mặt). Sau khi hàn ra đuợc một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn. Trong thực tế các loại liên kết đó được phàn loại như sau: 1.4.2. Phân loại Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 1.2): a) Liên kết hàn giáp mối b) Liên kết hàn góc c) Liên kết hàn chữ T d) Liên kết hàn chồng Hình 1-2: Một sổ liên kết hàn thường qập Càu hỏi ôn tập vù kiếm tra chương l 1. Nêu bán chất, đặc điểm, phạm vi ứng dụniỉ cua hàn kim loại và hợp kim ? 2. Phân loại các phương pháp hàn ? 3. Phân loại liên kết hàn, cho ví dự ? 8 Chương 2 M Ô Ì H À N V À S ự H ÌN H T H À N H M ố i HÀN 2.1. MỐI HÀN Là hỗn hợp giữa kim loại điện cực (que hàn) và kim loại cơ bán (vật hìn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành một khối kliỏng thể tháo rời ra được. Trên mặt cắt Hí ang của một liên kết hàn giáp môi bao gồm 3 vùng (hình 2-1): VÙIIÍ mối hàn. V ù n ’ ảnh hưởng nhiệt. V ùnỉ kim loại cơ bản. 2.2. CHUYỂN DỊCH KIM LOẠI LỎNG TỪQƯE HÀN VÀO VŨNG HÀN Khi hàn hồ quang bằng bất cứ phương pháp hàn nào và ở bất kỳ vị trí hàn nào trong không gian kim loại lỏng cũng chuyển từ que hàn vào vũng hàn dưới dạng các giọt nhỏ riêng biệt có kích thước khác nhau chảy từ que hàn vào vũng hàn. điều này được giải thích bởi các nhân tố sau: a) Trọng lực của các giọt kim loại lỏng Những giọt kim loại hình thành ớ mặt đầu que hàn và dịch chuyến theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới (do lực hút của trái đất) lực này chỉ có khả năng làm dịch chuyển giot kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và có tác dụng ngược lại khi hàn trần. Còn khi hàn đủng thì chỉ một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới. b) Do sức căn ạ bề mặt Giọt kim loại được sinh ra do tác dụng của lực phân tử luôn luôn có khuynh hướns tao cho bc mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng bế mặt tạo thành những giọi kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt này mất đi khi chúng rơi vào bê hàn và bị sức căng của bề mặt bể hàn kéo vào thành dạng chung. Nó tao điéu kiện khi hàn trần k in loại lỏng không bị rơi và hình thành được mối hàn Hình 2-1: Các vùng quy ước trẽn mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mối. 1- vùng mối hàn; 2- vùng ảnh hưởng nhiệt; 3- vùng kim loại cơ bản. c) Do cường độ điện trườn í> Dòng điện đi qua que hàn sinh ra một lực điện trường ép lên que hàn và có tác dụng làm -giảm tiết diện ngang đến không lực này cắt kim loại lỏns ở đầu que hàn thành giọt do sức căng bề mặt và cường độ điện trường tiết diện ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác ở đây điện trở cao sinh nhiệt lớn kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi tạo áp lực đẩy giọt kim loại lỏng vào vũng hàn. Lực điện trường làm chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn đối với tất cả mọi vị trí hàn (hình 2-2). d) Áp lực trong Kim loại lỏng ớ đầu que hàn b quá nhiệt nhanh, các phản ứng hoá học sinh ra ớ đó các khí như C 0 2. Thể tích tăng rất nhanh gây áp lực mạnh đẩy gioi kim loại lỏng tách khỏi que hàn và rơi vào vũng hàn. 2.3. SỤ TẠO THÀNH VŨNG HÀN 2.3.1. Sự tạo thành vũng hàn Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hoà trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn). Trong quá trình hàn vũng hàn chuyển dịch cùng nguồn nhiệt theo tốc độ hàn, kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyón động đó gây ra do áp suất của dòng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng nhiệt khi hàn (vùng A). Đồng thời do những yếu tố khác (lực điện trường trong hồ quang), kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt về hưórig ngược với chieu chuyển động của nó và tạo nên phần lõm trong bể hàn (vùng B). 2.3.2. Cấu tạo vũng hàn (hình 2-3) Người ta quy ước chia vùriR hàn thành hai vùng: a) Vùnẹ A: Phần đầu mối hàn thực hiện quá trình làm nóng chảy kim loại vật hàn. b) Vìtnq B: Phần đuôi mối hàn thực hiện quá trình kết tinh tạo thành mối hùn. Hình 2-2 : Túc dụiiỊỉ Iién của điện trường lên que hàn khi nâng cluíy 10 Hình 2-3: Sơ đồ vũng hùn. A, B: phần đầu và phẩn đuôi của vũng hàn h, b, a: chiều sâu, chiều rộng và chiều dài cùa vũng hàn; s: chiều dầy của chi tiết hàn 2.4. TỔ CHỨC KIM LOẠI M ố i HÀN Sau khi hàn xong kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn. Môi hàn có thành phần và tổ chức kim loại khác với que hàn và vật hàn, thường tốt hơn vung kim loại vật hàn quanh mối hàn. Do ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (phần kim loại lân cận mối hàn). Kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc vùng sát kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ, vùng tiếp theo kim loại kết tinh theo hướng thẳng góc với mật tản nhiệt nên có dạng nhánh cây kéo dài, vùng trunií tâm mối hàn do nguội chậm nên hạt lớn có tạp chất (phi kim loại) (hình 2-4). Phần phi kim loại H ình 2-4: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn 11 2.5. VÙNG ẢNH HUỎNG NHIÊT (hình 2-5) 2.5.1. Khái niệm Sau khi kim loại ớ vùng hàn nRUỘi kết tinh thành mối hàn, vùng kim loại quanh môi hàn do ánh hướng nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hướng nhiệt. Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt là tất nhiên trong quá trình hàn nóng chảy, chiều rộng của nó phụ thuộc vào phương pháp và chế độ hàn, thành phần và chiều dàv của kim loại vật hàn gồm các phẩn sau: 2.5.2. Cấu tạo vùng ảnh hướng nhiệt a ) VùnÍỊ viền chảy ( ỉ) Là vùng kim loại nóng chảy không hoàn toàn nằm giữa kim loại mối hàn nóng cháy và kim loại vật hàn không nóng chảy. Vùng này có kích thước bé. Hạt kim loại nhỏ mịn và có ảnh hướng tốt đến mối hàn. h ) Vùn ÍỊ quá nhiệt (2) Có nhiệt độ từ 1100°c đến gần nóng chảy kim loại chịu sự biến đổi về hình thù hạt astenit phát triển mạnh, vùng này hạt kim loại to có độ dai và tính déo kém là vùng yếu nhất của mòi hàn. c) Vùng thường htìá (3) Là vùng kim loại bị nung nóng từ 900°c - 1100°c có tổ chức hạt Peclit, 1''''erit nhó vì thế nó có cơ tính tương đối cao. d) Vùng kết tinh lại không hoàn toàn (4) Là vùng nhiệt độ từ 7 2 0 °c - 900°c tổ chức là hạt Ferit thô và hạt astenit nhỏ vì thế cơ tính cúa vùng này giảm do độ hạt khống đồng đều. e) Vùng kết tinh lại (vùng hoá già 5) Vùng này kim oại bị ...

L Ờ I N Ó I Đ Ầ U

Giáo trìn h "Công nghệ - k ỹ th u ậ t h à n" được tổ chức biên soạn n h ằ m thông n h ấ t nội dung d ạ y và học trong chương trin h đào tạo công n h ả n kỹ th u ậ t của các trường clay nghé trong n g ành xây d ự n g trên cơ sở k ế thừ a n h ữ n g nội d a n g của các tài liệu có Uốn quan đ ả được x u ấ t bản và lưu h à n h trên toàn quốc, với d u n g lượng 120 tiết bao g ô m 17 chương:

C hương 1 - Đ ại cương cơ bả n về h à n k im loại C hương 2 - M ối h à n và s ự h ìn h th à n h m ối h à n

Chương 9 - K ỹ th u ậ t a n toàn k h i h à n và cắt k im loại

Ch ương 10 - K h u yế t tậ t của m ối h à n và p h ư ơ n g p h á p k iêm tra C hương 11 - Công nghệ h à n k im loại và hợp k im

C hương 12 - H à n tự độn g và bán tự động C hương 13 - H à n đ iện tiếp xúc

Chương 14 - K ỹ th u ậ t h à n m ộ t sô'kết cấu và chi tiết m á y Chương 15 - H à n đắp

Chương 16 - H à n cốt thép

Chương 17 - Biểu diễn và k ý hiệu quy ước các m ối ghép bằng h àn (T C V N 3746-83)Giáo trin h tập tru n g vào n h ữ n g kiến thứ c cơ bản cần th iết về h à n hồ q u a n g ta y , h à n khí N h ữ n g yêu cầu đặc th ù của n g h ề h à n trong n g à n h xâ y d ự n g n h ư h à n dưới lớp thuốc, h à n trong m ôi trư ờng bảo vệ, h à n đ ắ p , h à n cốt th ép , h à n m ộ t s ố k ế t cấu xả y d ự n g và ch i tiết m á y cho công n h â n h à n là n h n g h ề bậc 3 /7 Đ ồng thời nó củng đ á p ứng được y ê u cầu học n ă n g cao cho n g h ề h à n , là m tài liệu th a m khả o đ ề g iả n g d ạ y cho g iá o viên , bồi dưỡ ng công n h ả n , cán bộ kỹ th u ậ t và q u ả n lý ch u yên m ôn n g à n h hàn.

N h ó m giáo viên được p h â n công biên soạn g ồ m K S N g h iê m Đ in h T h ắ n g và các giá o viên N g u y ễ n M ạ n h T ù n g , N g u yễn V ăn Bẩy T rong quá trin h tô chức biên soạn Trường đ ã n h ậ n được s ự q u a n tâ m g iú p đ d của Bộ X â y d ự n g , các trư ờng trong n g à n h đã đ ó n g góp n h iề u ỷ kiến bô ích cho cuốn sách T u y n h iên kh ôn g t h ế trá n h kh ỏ i n h ữ n g th iế u sót, rấ t m o n g n h ậ n được s ự đ óng góp của các đồng n g h iệp , bạn dọc đ ể cuốn sách ngày càng được h oàn th iện hơn.

X in ch â n th à n h cả m ơn.

Trường Kỹ thuật cơ giới cơ khí Xây dựng Việt x ỏ sỏ 1

3

Chương 1

Đ Ạ I C Ư Ơ N G C ơ B Ả N V Ể H À N K IM L O Ạ I

1.1 LỊCH SU PHẤT TRIÊN CUA NGÀNH HÀN

1.1.1 Lịch sử phát triển cua ngành hàn trên thê giới

- Thời kì đồ đổng, đổ sắt loài người đã biết hàn kim loại.

- Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp tìm ra hiện tượng hồ quang điện - Năm 1882 kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại - Năm 1886 Tômsơn đã tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903.

- Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm - Nãm ] 888 Slavianốp đã sử dụng cực điện kim loại để hàn.

- Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thuỵ Điển đã sử dụng cực điện có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại.

- Cuối những năm 1930 - đầu những năm 1940 viện sỹ E.O.Patôn (Liên Xô cũ) tìm ra phương pháp hàn dưới thuốc, phương pháp hàn tự động, bán tự động.

- Cuối năm 1940, tìm ra phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ đó là các khí

(Hêli, Ácgông ờ Mỹ và khí cácboníc ở Liên Xô).

- Năm 1949 B.O.Patôn (Kiép Liên Xô'1 Tim ra phương pháp hàn điện xỉ.

* Những năm tiếp theo hàng loạt các phương pháp hàn mới được ra đời như: Hàn bang lia điện tử, hàn siêu âm, hàn ma sát và hiện nay trên thế giới có 120 phương pháp hàn khác nhau.

* Nói chung các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện và phát triển hơn Nó được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và dặc biệt là ngành hàng không - Vũ trụ Có thể nói: hàn là phương pháp gia công kim loại tièn tiến và hiện đại.

1.1.2 Lịch sử phát triển của ngành hàn ở Việt Nam

- Từ xa xưa, ông cha ta đã biết sử dụng hàn để làm ra các dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cái thiện điều kiện lao động.

- Sau cách mạng tháng 8/1945 và đặc biệt sau khi hoà bình 1954 Dưới sự lãnh đạo cua Đảng ngành hàn được quan tâm và thực sự phát triển, nhất là trong thời kỳ đổi mới.

Hiện nay với đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghe 1 1 2ày càng đông đảo với sự hợp tác khoa học với các nước trên thế giới Chúng ta tin chắc rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.

1.2 BẢN CHẤT, ĐẶC ĐlỂM v àú n g DỤNG CỦA HÀN KIM LOAI

1.2.1 Bản chất

Hàn là quá trình công nghê nôi hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn nhiệt đế nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng, hoặc dẻo) sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chứng dính lại với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn.

1.2.2 Đặc điểm

a) Liên kết hàn: là liên kết cứng không tháo rời ra được.b) T iết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc

* So với liên kết bulông, đinh tán hàn tiết kiệm từ 10 - 20% khối lượng kim loại

* So với đúc, hàn tiết kiệm đến 50% khôi lượng kim loại.

c) Hùn cho phép c h ế lạo dược cúc kết cấu phức tap (siêu trọng, siêu trườn?) từ

những vật liệu cùng loại, khác loại, co tính chất khác nhau dể phù hợp với các điều kiện, môi trường làm việc khác nhau.

cl) Hàn tạo ra các liên kết cố dọ bển và độ kín cao đáp ứng với yêu cầu làm việc của

các kết cấu quan trọng như: Vó tàu, nồi hoi, thiết bị chịu áp lực

e) H àn có tính linh độtiỉỊ và có năng suất cao so với các công nghệ gia công khác,

do vậy dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất.

f) M ức độ đầu tư cho quá trìnli S(iii xuất thấp Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật

liêu chịu tác động của nguồn nhiệt có côna suất lớn, tập trung và thời gian hàn ngắn Vì vậy liên kết hàn thường có nhược điếm sau:

- Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đối (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực của kết câu Đặc biệt khi làm việc dưới tác động cúa tai trọng đông, tải trọng biến đổi theo chu kỳ.

- Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạna thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thám mỹ và khả năng làm việc của kết cấu.

1.2.3 ứ n g dụng

* Mặc dù có những nhược điếm nên nhưnsỉ với tính kinh tế kỹ thuật cao Công nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát tricn hoàn thiện và được ứniĩ dụng rộng rãi trong háu hết các lĩnh vực công nghiệp của nén kinh tế quốc dân.

1.3 PHÂN LOẠI CÁC PHUƠNG PHÁP HÀN

C5 nhiều cách phân loại phương pháp hàn Tuy nhiên thông dụng nhất có hai cách phân oại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối him ớ thời điếm hàn.

1.3.1 Phàn loại theo dạng nãng lượng sử dụng

C5 các nhóm phương pháp hàn sau:

ư Cúc phương pháp hàn điện: bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến

thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hổ quang, hàn điện tiếp xúc, han T c, MIC, M ac: ).

b C ác pliươníỊ pháp hàn cơ học: bao gốm các phương pháp dùng cơ nãng để làm

biến cạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu, ân ).

c Các phươtMỊ pháp hàn hoá học: bao gồm các phương pháp sử dụng nâng lượng do

các phản ứng hoá học tạo ra đê nung nóng kim loại như (hàn khí, hàn hoá nhiệt )

í/ Các phương pháp hùn kết hợp: bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các

dạn g lăng lượng nêu trên (hàn điện cư, hàn điện tiếp xúc).

H ình 1-1 Phán loại các phương pháp hàn theo trạng tliái hàn

1.3.2 Phân loại theo trạng thái kim loai môi hàn ở thời điểm hàn

Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực.

1.4 PHÂN LOẠI CÁC LIÊN KẾT HÀN

1.4.1 Khái niệm

Để tạo thành liên kết hàn các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như: tiếp xúc điểm, đường, mặt) Sau khi hàn ra đuợc một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn Trong thực tế các loại liên kết đó được phàn loại như sau:

1.4.2 Phân loại

Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 1.2): a) Liên kết hàn giáp mối

b) Liên kết hàn góc c) Liên kết hàn chữ T d) Liên kết hàn chồng

Hình 1-2: Một sổ liên kết hàn thường qập

* Càu hỏi ôn tập vù kiếm tra chương l

1 Nêu bán chất, đặc điểm, phạm vi ứng dụniỉ cua hàn kim loại và hợp kim ? 2 Phân loại các phương pháp hàn ?

3 Phân loại liên kết hàn, cho ví dự ?

Chương 2

M Ô Ì H À N V À S ự H ÌN H T H À N H M ố i H À N

2.1 MỐI HÀN

Là hỗn hợp giữa kim loại điện cực (que hàn) và kim loại cơ bán (vật hìn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành một khối kliỏng thể tháo rời ra được Trên mặt cắt Hí ang của một liên kết hàn giáp môi bao gồm 3 vùng (hình 2-1):

* VÙIIÍ mối hàn.

* V ù n ’ ảnh hưởng nhiệt * V ùnỉ kim loại cơ bản.

2.2 CHUYỂN DỊCH KIM LOẠI LỎNG TỪQƯE HÀN VÀO VŨNG HÀN

Khi hàn hồ quang bằng bất cứ phương pháp hàn nào và ở bất kỳ vị trí hàn nào trong không gian kim loại lỏng cũng chuyển từ que hàn vào vũng hàn dưới dạng các giọt nhỏ riêng biệt có kích thước khác nhau chảy từ que hàn vào vũng hàn điều này được giải thích bởi các nhân tố sau:

a) Trọng lực của các giọt kim loại lỏng

Những giọt kim loại hình thành ớ mặt đầu que hàn và dịch chuyến theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới (do lực hút của trái đất) lực này chỉ có khả năng làm dịch chuyển giot kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và có tác dụng ngược lại khi hàn trần Còn khi hàn đủng thì chỉ một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới.

b) Do sức căn ạ b ề mặt

Giọt kim loại được sinh ra do tác dụng của lực phân tử luôn luôn có khuynh hướns tao cho bc mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất Vì vậy sức căng bế mặt tạo thành những giọi kim loại lỏng có dạng hình cầu Những giọt này mất đi khi chúng rơi vào bê hàn và bị sức căng của bề mặt bể hàn kéo vào thành dạng chung Nó tao điéu kiện khi hàn trần k in loại lỏng không bị rơi và hình thành được mối hàn

Hình 2-1: Các vùng quy ước trẽn mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mối.

1- vùng mối hàn; 2- vùng ảnh hưởng nhiệt; 3- vùng kim loại cơ bản.

c) D o cường độ điện trườn í>

Dòng điện đi qua que hàn sinh ra một lực điện trường ép lên que hàn và có tác dụng làm -giảm tiết diện ngang đến không lực này cắt kim loại lỏns ở đầu que hàn thành giọt do sức căng bề mặt và cường độ điện trường tiết diện ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác ở đây điện trở cao sinh nhiệt lớn kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi tạo áp lực đẩy giọt kim loại lỏng vào vũng hàn Lực điện trường làm chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn đối với tất cả mọi vị trí hàn (hình 2-2).

d) Á p lực trong

Kim loại lỏng ớ đầu que hàn b| quá nhiệt nhanh, các phản ứng hoá học sinh ra ớ đó các khí như C 0 2 Thể tích tăng rất nhanh gây áp lực m ạnh đẩy gioi kim loại lỏng tách khỏi que hàn và rơi vào vũng hàn.

2.3 SỤ TẠO THÀNH VŨNG HÀN

2.3.1 Sự tạo thành vũng hàn

Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hoà trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn).

Trong quá trình hàn vũng hàn chuyển dịch cùng nguồn nhiệt theo tốc độ hàn, kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng Sự chuyón động đó gây ra do áp suất của dòng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng nhiệt khi hàn (vùng A) Đồng thời do những yếu tố khác (lực điện trường trong hồ quang), kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt về hưórig ngược với chieu chuyển động của nó và tạo nên phần lõm trong bể hàn (vùng B).

2.3.2 Cấu tạo vũng hàn (hình 2-3)

Người ta quy ước chia vùriR hàn thành hai vùng:

a) V ùnẹ A: Phần đầu mối hàn thực hiện quá trình làm nóng chảy kim loại vật hàn.b) Vìtnq B: Phần đuôi mối hàn thực hiện quá trình kết tinh tạo thành mối hùn.

Hình 2-2 : Túc dụiiỊỉ Iién của điện trường lên que hàn khi nâng cluíy

Hình 2-3: Sơ đồ vũng hùn A, B: phần đầu và phẩn đuôi của vũng hàn

h, b, a: chiều sâu, chiều rộng và chiều dài cùa vũng hàn; s: chiều dầy của chi tiết hàn

2.4 TỔ CHỨC KIM LOẠI M ố i HÀN

Sau khi hàn xong kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn Môi hàn có thành phần và tổ chức kim loại khác với que hàn và vật hàn, thường tốt hơn vung kim loại vật hàn quanh mối hàn Do ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (phần kim loại lân cận mối hàn).

Kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc vùng sát kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ, vùng tiếp theo kim loại kết tinh theo hướng thẳng góc với mật tản nhiệt nên có dạng nhánh cây kéo dài, vùng trunií tâm mối hàn do nguội chậm nên hạt lớn có tạp chất (phi kim loại) (hình 2-4).

Phần phi kim loại

H ình 2-4: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn

11