MÔN HỌC VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI - PHẦN II. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KIM LOẠI docx

Mục đích: - Biết được khái niệm, đặc điểm và cách phân loại hàn kim loại - Nắm vững các phương pháp hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động, hàn tiếp xúc, hàn khí và cách cắt bằng ngọn l

- Phương pháp đánh giá: Kiểm tra tư cách

- Cõu hỏi ụn tập:

1.Phân biệt phương pháp ủ thép và thường hĩa thép?

2 Mục đích của phương pháp tơi thép và ram thép ?

3 Nêu mục đích của cơng nghệ thấm cácbon, thấm nitơ ?

6 Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình Vật liệu và Cơng nghệ cơ khí -PGS.TSHồng Tùng- NXB Giáo Dục

- Vật liệu học - Lê Cơng Dưỡng - NXB Khoa học- Kỹ thuật

- Cơng nghệ kim loại - Trần Hữu Tường, Đinh Cơng Mễ, - NXB Đại học

và Trung học chuyên nghiệp

- Kim loại học và nhiệt luyện - Nghiêm Hùng - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp

PHẦN II CƠNG NGHỆ GIA CƠNG KIM LOẠI

CHƯƠNG 7: GIA CƠNG BẰNG ÁP LỰC

1 Mục đích:

- Hiểu được khái niệm cơ bản về gia cơng áp lực trong kỹ thuật chế tạo phơi

- Phân biệt được các dạng cơ bản của gia cơng bằng áp lực như : cán, kéo, ép, rèn và dập

-Nêu cao ý thức cận thận và sáng tạo trong học tập

2 Nội dung chính:

Trình bày về khái niệm cơ bản về gia cơng bằng áp lực và các dạng nguyên cơng cơ bản của chế tạo phơi bằng gia cơng áp lực

3 Các hình thức học tập:

- Hóc lyự thuyeỏt trẽn lớp

4 Nội dung chi tiết :

1.Khái niệm chung về gia cơng bằng áp lực

Gia cơng kim loại bằng áp lực là phương pháp gia cơng dựa vào khả năng biến dạng dẻo của kim loại, dùng ngoại lực của thiết bị làm cho kim loại biến dạng theo hình dạng, kích thước yêu cầu, kim loại vẫn giữ được tính nguyên vẹn khơng bị phá huỷ

Gia cơng áp lực là phương pháp gia cơng khơng phoi, cĩ thể dùng cho tất cả

gia công áp lực , cơ tính của kim loại được cảI thiện rõ rệt, vì vậy các chi tiết quan trọng thường được chế tạo từ kim loại đẫ qua gia công áp lực

2 Các dạng cơ bản của gia công bằng áp lực :

- Cán kim loại: Là cho phôi đi giữa những trục quay theo những hướng khác nhau làm cho phôi bị biến dạng dẻo Kết quả là chiều dày của phôi bị giảm, chiều dài tăng lên rất nhiều, hình dạng mặt cắt của phôi cũng thay đổi

- Kéo kim loại : Là sự kéo dàI phôI qua lỗ khuôn có mặt cắt nhỏ hơn mặt cắt của phôi, kéo dưới tác dụng của lực kéo, sản phẩm có hình dáng và kích thước nhỏ hơn tiết diện của phôi Keó có đặc điểm là bề mặt sản phẩm có độ nhẵn bóng, độ chính xác cao, dùng để chế tạo các sợi, thỏi hoặc ống có chiều dàI không hạn chế

- Ép kim loại: Là quá trình ép kim loại trong khuôn kín qua lỗ khuôn ép để nhận được hình dáng và kích thước chi tiết cần chế tạo

- Rèn tự do: Là phương pháp làm biến dạng kim loại dưới tác dụng lực đập của búa hoặc lực ép của máy

- Dập thể tích: Là phương pháp rèn mà kim loại biến dạng trong lòng khuôn có hình dáng và kích thước nhất định trong khuôn

- Dập tấm: Là phương pháp chế tạo chi tiết từ phôi liệu ở dạng tấm Sự biến dạng của kim loại tấm trong khuôn dập có hình dáng kích thước xác định

5 Đánh giá :

- Phương pháp đánh giá: Kiểm tra tư cách

- Cõu hỏi ụn tập:

1 Bản chất, đặc điểm và phương pháp gia công áp lực ?

2 Bản chất của công nghệ cán, kéo, rèn, dập và công dụng của chúng ?

6 Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình Vật liệu và Công nghệ cơ khí -PGS.TSHoàng Tùng- NXB Giáo Dục

- Vật liệu học - Lê Công Dưỡng - NXB Khoa học- Kỹ thuật

- Công nghệ kim loại - Trần Hữu Tường, Đinh Công Mễ, - NXB Đại học

và Trung học chuyên nghiệp

- Kim loại học và nhiệt luyện - Nghiêm Hùng - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp

CHƯƠNG 8 : HÀN KIM LOẠI

1 Mục đích:

- Biết được khái niệm, đặc điểm và cách phân loại hàn kim loại

- Nắm vững các phương pháp hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động, hàn tiếp xúc, hàn khí và cách cắt bằng ngọn lửa khí

- Rèn luyện tính chăm chỉ và sáng tạo

2 Nội dung chính:

Trình bày về khái niệm cơ bản về hàn kim loại, cũng như đặc điểm và bản chất của các loại hàn: hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động, hàn tiếp xúc, hàn khí và cách cắt bằng ngọn lửa khí

3 Các hình thức học tập:

- Hóc lyự thuyeỏt trẽn lớp

4 Nội dung chi tiết :

BÀI 1:KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HÀN

1 Khái niệm:

Hàn là phương pháp ghép nối các phần tử kim loại thành một khối thống nhất khơng thể tháo rời được (nếu khơng phá huỷ chúng) bằng cách nung nĩng chỗ nối đến nhiệt độ chảy (hàn nung chảy) hoặc đến trạng thái dẻo rồi dùng lực ép chúng lại với nhau (hàn áp lực)

2 Đặc điểm

- Có thể chế tạo được những liên kết phức tạp từ những chi tiết đơn giản

- Có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau Ví dụ: hàn kim loại đen với kim loại màu, hàn các vật liệu chất dẻo

- Tiết kiệm được kim loại (so với tán, ghép bulông tiết kiệm 1025% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm 50%)

- Giảm thời gian chế tạo

- Độ bền, độ kín mối hàn cao

- Năng suất cao

Nhược

- Dễ có khuyết tật (cong vênh, nứt, rỗ khí )

- Cơ tính của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt xung quanh mối hàn kém hơn

so với các vùng khác

- Khả năng chịu tải, đặc biệt là tải trọng động của mối hàn kém

3 Phân loại các phương pháp hàn

* Căn cứ vào trạng thái kim loại mối hàn khi tiến hành nung nóng: chia thành

2 nhóm

- Hàn nóng chảy: là chỗ hàn được nung nóng đến trạng thái chảy Ví dụ: hàn

hồ quang điện, hàn khí

- Hàn áp lực: là chỗ hàn được nung nóng đến trạng thái dẻo rồi dùng lực ép để hình thành mối nối.Ví dụ: Hàn tiếp xúc, hàn rèn

* Căn cứ vào dạng năng lượng cung cấp cho quá trình hàn ta có các dạng sau:

- Hàn điện: Là phương pháp sử dụng điện năng biến thành nhiệt cung cấp cho quá trình nung nóng.Ví dụ: hàn hồ quang, hàn tiếp xúc

- Hàn hoá học: là phương pháp sử dụng hoá năng (các phản ứng hoá học) biến thành nhiệt cung cấp cho quá trình hàn.Ví dụ: hàn khí, hàn nhiệt nhôm

- Hàn cơ học: là sử dụng cơ năng biến thành nhiệt để làm dẻo chỗ hàn Ví dụ: Hàn ma sát, hàn nguội, hàn nổ

Ngoài ra còn có một số dạng hàn đặc biệt như hàn điện xi, hàn bằng tia lửa điện, hàn siêu âm, hàn cảm ứng, hàn Laze

BÀI 2: HÀN HỒ QUANG TAY

1 Khái niệm

Hàn điện hồ quang là sử dụng năng lượng nhiệt do hồ quang cháy giữa các điện cực để làm nóng chảy chỗ hàn

Hồ quang là hiện tượng phóng điện trong môi trường khí đã bị ion hoá giữa hai điện cực Hồ quang tạo ra nguồn nhiệt lớn (đạt 60000 C) và ánh sáng với các tia hồng ngoại, tử ngoại có hại đến sinh lý con người (mắt, da )

Hàn điện hồ quang là dùng nhiệt lượng đó để nung cho vật hàn nóng chảy

2.Các phương pháp hàn điện hồ quang tay: có 2 phương pháp

- Hàn bằng điện cực không chảy : điện cực thường dùng là điện cực than graphít, Vonfram, hàn được tiến hành bằng dòng điện 1 chiều

- Hàn bằng điện cực chảy

3 Nguồn điện hàn điện hồ quang

Hàn điện hồ quang có thể dùng nguồn xoay chiều hoặc 1 chiều

- Nguồn xoay chiều: thiết bị rẻ, nhỏ, nhẹ, cơ động hơn, vận hành đơn giản hơn, hiệu suất cao, tiêu hao điện năng ít hơn Song có nhược điểm là hồ quang cháy không ổn định và chất lượng mối hàn kém

- Nguồn một chiều: cho mối hàn có chất lượng cao hơn song thiết bị phức tạp, giá thành cao Chỉ dùng khi hàn mối hàn quan trọng

- Nguồn điện hàn phải thoả mãn yêu cầu sau:

+ Điện thế không phải U0 phải đủ lớn để gây hồ quang những không gây nguy hiểm khi sử dụng

Với dòng xoay chiều : U0 = 55 80V

Với dòng 1 chiều: U0 = 30 55V

Với giá trị trên, khi có tải (khi hồ quang cháy) điện thế hạ xuống tương ứng 2040V với dòng xoay chiều và 1525V với dòng 1 chiều

+ Quan hệ U, I phải là hàm số nghịch Khi I tăng thì U giảm và khi đoản mạch thì Tmax trong giới hạn cho phép, không gây cháy máy

+ Cường độ dòng ngắn mạch phải nhỏ nhằm nâng cao tuổi thọ của máy

In/m = (1,31,4) Ih Trong đóc : Ih là cường độ dòng điện hàn

+ Điện thế nguồn hàn phải thay đổi nhanh phù hợp với sự thay đổi điện trở hồ quang nhằm ổn định sự cháy của hồ quang

+ Cường độ dòng điện hàn có thể thay đổi vô cấp hoặc phân cấp để phù hợp với yêu cầu hàn các chi tiết có chiều dày tuỳ ý và các kim loại khác nhau

+ Nguồn xoay chiều U và I phải lệch pha nhau để tránh cả hai giá trị bằng không trong cùng 1 thời điểm để ổn định hồ quang

+ Thiết bị bảo đảm gọn nhẹ, cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẻ

4 Điện cực hàn: Chia làm 2 loại

- Điện cực không chảy: gồm điện cực than, điện cực graphít khi hàn với dòng điện 1 chiều và điện cực vonfram khi hàn với 1 dòng chiều hay xoay chiều trong môi trường khí bảo vệ argon

- Điện cực nóng chảy (que hàn): tuỳ theo công dụng và thành phần hoá học của kim loại được hàn mà dùng loại que hàn tương ứng như: que hàn thép, gang, đồng, nhômv.v

Que hàn được chia ra 2 loại: que hàn không thuốc (que hàn trần) và que hàn

có thuốc bọc

+ Lớp thuốc bọc mỏng: có tác dụng làm tăng tính ổn định của hồ quang Thành phần thuốc bọc thường có đá vôi, Fenfat, bột tan (chiếm 8085% khối lượng) và thuỷ tinh lỏng (1520% khối lượng) Lớp thuốc bọc loại này thường dùng hàn các kết cấu không quan trọng vì mối hàn bằng que hàn này có cơ tính kém

+ Lớp thuốc bọc loại dày (dn 1,55 dq): có tính ổn định hồ quang vào tạo xung quanh hồ quang một lớp khí và xi bảo vệ kim loại khỏi bị tác dụng của oxy

và nitơ của môi trường Thành phần của lớp bọc này gồm các chất ion hoá(phấn), chất tạo xỉ (cao lanh), chất tạo khí (tinh bột), chất khử oxy (nhôm, feromangan ) các chất hợp kim và chất dính kết

5 Máy hàn điện hồ quang : Gồm 2 loại

- Máy hàn điện 1 chiều: là loại máy phát điện 1 chiều nhưng có bộ phận ngăn ngừa cường độ ngắn mạch quá lớn

- Máy hàn điện xoay chiều : là máy biến áp giảm điện áp của lưới điện (110V, 220V, 380V) xuống 6075V và một bộ tự cảm để điều chỉnh cường độ dòng điện hàn

6 Công nghệ hàn điện hồ quang tay

Muốn có mối hàn tốt cần phải chọn đúng chế độ hàn : đường kính điện cực ( que hàn ), dòng điện hàn, năng suất hàn

a.Chuẩn bị mối hàn: gồm

- Làm sạch mối hàn và tuỳ thuộc vào độ dày của vật hàn để vát mép

+Các loại mối hàn và cách vát mép được thể hiện trên hình 9.3

+ Theo vị trí mối hàn trong không gian ( hình 9.2 ) gồm: Hàn sấp, hàn đứng, hàn trần

Xét trong mặt phẳng ngang các mối hàn phân bố từ 0 - 600gọi là vị trí hàn sấp,

từ 60-120 gọi là vị trí hàn đứng và ngang, từ 120-180 gọi là vị trí hàn trần (ngửa)

- Bước cuối cùng của công tác chuẩn bị là kê, gá đảm bảo kích thước tránh cong, vênh, lệch tâm

b Chế độ hàn hồ quang tay:

Gồm xác định một số thông số quan trọng như:

- Đường kính que hàn: phụ tuộc vào chiều dày vật hàn (S)

Hàn giáp mối: 2 1(mm)

S

d q  

Trong đó: S – chiều dày vật hàn( mm )

Hàn góc hay chữ T: 2 2(mm)

K

d q  

Trong đó: K- cạnh mối hàn góc hay chữ T

- Cường độ hàn: phụ thuộc vào đường kính que hàn, kim loại vật hàn và vị trí mối hàn trong không gian Có thể xác định theo công thức thực nghiệm

Ih = (20+6dq)dq (A) Trong đó: dq- đường kính que hàn (mm)

Khi vật hàn có chiều dày S < 1,5dq, phải giảm cường độ khoảng 1015% so với giá trị tính toán trên Khi S > 3dq phải tăng khoảng 1015% Mối hàn đứng giảm 1015%, hàn trần giảm 1520%

Cũng có thể chọn Ih theo bảng nhà sản xuất in trên bao gói

c.Tiến hành hàn :

Khi hàn người thợ gây tia hồ quang bằng cách cho đầu điện cực chạm vào vật hàn rồi nhấc ra ngay, tia hồ quang được tạo thành cùng với khoảng hở, tiếp đó giữ cho chiều dài hồ quang không đổi và kim loại sẽ dần dần lấp đầy mối hàn Khi vật hàn dày dưới 6mm thì chỉ hàn một lớp, nếu kim loại dày trên 6mm thì phải hàn nhiều lớp chồng lên nhau Chiều dài mối hàn ngắn ( l<500mm), có thể hàn liên tục từ đầu đến cuối Những mối hàn có chiều dài trung bình ( l = 500-1000mm ), nên hàn từ giữa ra hai đầu Những mối hàn có chiều dài lớn ( l

>1000mm ), nên dùng phương pháp hàn phân đoạn, tức là chia chiều dài mối hàn thành từng đoạn ngắn

( 150 - 250mm ) để hàn nhằm tránh ứng suất tập trung do đó giảm được biến dạng sau khi hàn

Trong quá trình hàn, que hàn thường có 3 chuyển động: Chuyển động theo hướng trục que hàn, chuyển động dọc theo mối hàn và chuyển động ngang giữa

2 mép hàn

+ Chuyển động theo hướng trục que hàn: Nhằm giữ khoảng cách giữa que hàn

và bề mặt vật hàn không đổi để duy trì hồ quang cháy ổn định

+ Chuyển động dọc theo mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn Chuyển động này có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn, vì nếu tốc độ chuyển động lớn quá mép hàn có thể chưa kịp chảy, dễ gây hiện tượng hàn không ngấu Ngược lại, nếu nhỏ quá lượng kim loại chảy quá nhiều, làm giảm năng suất hàn, lãng phí kim loại, ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước của mối hàn

+ Chuyển động dao động ngang: để đảm bảm chiều rộng của mối hàn

Phối hợp các chuyển động trên ta có các kiểu chuyển động cơ bản của que hàn Kiểu hàn1, 2, 3: dùng phổ biến nhất, kiểu 4 dùng khi cần nung nóng nhiều phần giữa mối hàn, kiểu 5 và 6 dùng khi cần nung nóng nhiều phần mép hàn

BÀI 4: HÀN KHÍ

1 Khái niệm:

Hàn khí là sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng toả nhiệt của các khí cháy trong oxy để làm nóng chảy chỗ hàn

2 Các loại khí dùng trong hàn khí

Khí dùng trong hàn khí có 2 loại: khí oxy và các loại khí cháy

- Khí oxy: dùng để duy trì cho sự cháy Được chứa trong bình thép 40 lít, P =

150 at

- Các loại khí cháy như axêtylen (C2H2), hydrô (H2), khí than đá, hơi của xăng và benzen Trong thực tế chủ yếu dùng axêtylen vì khi cháy khí này toả nhiệt lượng có ích cao nhất (11470 cal/m3)

Khí axêtylen nhẹ hơn oxy và hydrô, bốc cháy ở nhiệt độ 4200C và dễ nổ khi

áp suất P > 1,75at hoặc tiếp xúc lâu với đồng và bạc Khi nồng độ axêtylen trong không khí từ 2,8 65% có thể gây nổ Để tránh hiện tượng nổ, thùng chứa đất đèn phải hết sức kín, nên để ở nơi thoáng gió, khô ráo kê cao trên mặt dất, nhất thiết không được đặt ở nơi ẩm ướt và kín gió vì khí axêtylen C2H2 được tạo thành bằng cách cho đất đèn (cácbuacanxi CaC2) tác dụng với nước theo phản ứng sau:

CaC2 + 2H20  C2H2 + ca(OH)2 + Q

3.Công nghệ hàn khí

Chất lượng của mối hàn khí phụ thuộc vào cách chọn công suất của mỏ hàn, chất lượng que hàn, cách điều chỉnh ngọn lửa hàn, cách chọn phương pháp hàn và độ nghiêng của mỏ hàn

a.Điều chỉnh ngọn lửa hàn

Cấu tạo ngọn lửa hàn gồm ba vùng riêng biệt Kích thước, hình dạng, màu sắc mỗi vùng phụ thuộc vào tỉ lệ thể tích giữa oxy và axêtylen (hình 9.5)

Hệ số  = thể tích O2/ thể tích C2H2

- Nếu  = 1,1 1,3 ta thu được ngọn lửa bình thường (Hình 9.5a), nhân ngọn lửa (vùng 1) màu sáng trắng có nhiệt độ bằng 10000C Vùng hoàn nguyên (2) có màu sáng xanh, có nhiệt độ cao nhất (32000C) dùng để hàn rất tốt, nên gọi là vùng công tác Vùng cháy hoàn toàn có màu nâu sẫm (3), nhiệt độ vùng này thấp do mất mát một phần vào việc bốc hơi nước Vùng này không dùng để hàn Ngọn lửa này dùng nhiều để hàn các loại thép

- Nếu  > 1,3 thì ta nhận được ngọn lửa oxy hoá (thừa oxy Hình 9.5b), có nhiệt độ cao hơn so với ngọn lửa bình thường nhưng không để hàn thép vì mối hàn dòn và dễ bị rỗ khí

Ngọn lủa này chủ yếu dùng để hàn đồng thau, nung nóng và cắt hớt bề mặt kim loại

- Nếu  < 1,1 ta thu được ngọn lửa các bon hoá (thừa cácbon Hình 9.5c) có nhiệt độ thấp hơn ngọn lửa bình thường, ít dùng để hàn thép, chủ yếu dùng để hàn gang, hàn đắp thép cao tốc, hàn HK cứng

b.Phương pháp hàn khí

Theo chiều dịch chuyển của mỏ hàn ta có hàn phải và hàn trái ( Hình 9.6 )

- Hàn trái: Mỏ hàn dịch chuyển từ phải sang trái ( que hàn đi trước, mỏ hàn đi sau )

- Hàn phải: Mỏ hàn dịch chuyển từ trái sang phải (mỏ hàn đi trước, que hàn đi sau ) Trong sản xuất, hàn phải dùng để hàn tấm dày hơn, vật liệu khó nóng chảy hơn Ngược lại hàn trái dùng để hàn tấm mỏng hơn( <3mm) và những kim loại không phải là sắt như nhôm, kẽm

c Chuẩn bị chi tiết hàn

Trước khi hàn, tuỳ theo chiều dày của chi tiết và yêu cầu kỹ thuật tiến hành vát mép ( tương tự như hàn hồ quang tay) Làm sạch mép các chi tiết hàn

về cả hai phía bằng ngọn lửa hàn trước, sau đó dùng bàn chảI sắt, axít hoặc phương pháp phun cát để làm sạch tiếp Sau đó tiến hành gá lắp, hàn đính dể giữ

vị trí tương đối giữa các chi tiết trong quá trình hàn

d.Chế độ hàn khí

Các thông số cơ bản của chế độ hàn khí là: Tốc độ hàn, góc nghiêng của mỏ hàn, công suất ngọn lửa và đường kính que hàn

- Góc nghiêng của mỏ hàn so với bề mặt chi tiết hàn phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày của kim loại Chiều dày kim loại càng tăng thì đòi hỏi độ tập trung nhiệt càng lớn, do đó đòi hỏi góc nghiêng càng lớn

- Công suất ngọn lửa hàn (A) : Đó là lượng tiêu hao khí ôxy hoặc khí cháy trong một đơn vị thời gian

A = k.S ( lít/ giờ ) Trong đó : S - Chiều dày vật hàn (mm )

K - Hệ số phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt của kim loại và phương pháp hàn

Ví dụ : Thép k = 100 -120; Đồng k = 150 - 200; Nhôm k = 120 - 150

- Đường kính que hàn ( d ): là vật liệu bổ sung kim loại cho mối hàn Thông thường vật liệu que hàn giống với vật liệu hàn Được chọn theo công thức thực nghiệm sau

Khi hàn phải : d = S/2 (mm) ; Khi hàn trái : d = S/2 + 1 (mm)

5 Đánh giá :

- Phương pháp đánh giá: Kiểm tra tư cách

- Cõu hỏi ụn tập:

1 Định nghĩa hàn kim loại Nêu đặc điểm và phân loại hàn theo bản chất của nó ?

2 phân loại hàn hồ quang tay và hàn hồ quang tự động ?

3, Bản chất hàn điện tiếp xúc, đặc điểm và các phương pháp hàn điện tiếp xúc ?

4 Các loại ngọn lửa hàn khí và công dung của chúng ?

6 Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình Vật liệu và Công nghệ cơ khí -PGS.TSHoàng Tùng- NXB Giáo Dục

- Vật liệu học - Lê Công Dưỡng - NXB Khoa học- Kỹ thuật

- Công nghệ kim loại - Trần Hữu Tường, Đinh Công Mễ, - NXB Đại học

và Trung học chuyên nghiệp

- Kim loại học và nhiệt luyện - Nghiêm Hùng - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp