CHƯƠNG XII: CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐẶC BIỆT XII.1. HÀN BẰNG SÓNG SIÊU ÂM Siêu âm là những sóng âm có tần số rất cao ν 18÷20KHz. Tai người không nghe được sóng siêu âm(chỉ có 1 số loài nhận biết được như dơi…). XII.1.1. Nguyên lí hàn điểm bằng sóng siêu âm : a. Sơ đồ nguyên lý: Trên hình XII.1 trình bày sơ đồ nguyên lý máy hàn dùng sóng siêu âm. Bộ phận cơ bản tạo nguồn siêu âm là lõi kim loại có khả năng bị thay đổi thể tích(co giãn) khi có từ trường biến thiên tác dụng. Vật liệu lõi kim loại thường là Niken tinh khiết hoặc Fe – Co. Nguồn điện có tần số cao (18÷20KHz) được đưa vào trong cuộn dây tạo từ trường biến thiên nhằm tạo dao động sóng siêu âm và truyền nó sang 3 và truyền sang vật hàn 6 thông qua điện cực hàn 5. Nhờ dao động với tần số cao của sóng siêu âm nên giữa hai vật hàn 6 bị cọ xát liên tục, các lớp oxyt, chất bẩn bị phá huỷ, dưới tác dụng của lực ép 8 bề mặt chi tiết sẽ liên kết chặt với nhau dễ dàng tạo thành mối hàn dạng điểm. b.Chế độ hàn đặc trưng : -Tần số dao động: 18 ÷ 20 KHz -Biên độ dao động: 15 ÷ 20μm khi có tải; 20 ÷ 40 μm khi không tải -Áp lực hàn: 10 ÷ 250 Kg -Thời gian hàn: 1s XII.1.2. Đặc điểm và ứng dụng của hàm siêu âm : a. Đặc điểm : -1- 7 2 Hình XII.1: Cấu tạo nguyên lý máy hàn bằng siêu âm 1. Thùng chứa nước làm nguội 5. Điện cực hàn 2. Bộ phận tạo dao động sóng siêu âm 6. Chi tiết hàn 3. Bộ phận truyền dao động sóng siêu âm 7. Mối hàn điểm 4. Điểm tựa 8. Cơ cấu ép hàn U tần số cao G 1 4 5 6 3 8 - Hàn được các chi tiết nhỏ và rất mỏng: S ≤ 1mm - Không cần làm sạch bề mặt vật hàn (kể cả những chi tiết đã được sơn phủ hoặc có màng oxyt) chất lượng tốt - Không cần nung nóng đến nhiệt độ cao, do đó hạn chế được sự oxy hoá kim loại, thuận tiện hàn các kim loại có hoạt tính hoá học cao: Cu = 600 0 C; Al = 200 ÷ 300 0 C - Lực ép không cần lớn nên kim loại ít bị biến dạng nên phù hợp để hàn vật mỏng và nhỏ - Có thể hàn được tất cả các loại vật liệu cùng loại hoặc khác loại - Máy phát tần số không đòi hỏi công suất lớn. Ví dụ khi hàn nhôm với S = 1mm thì công suất P chỉ cần 5 ÷ 10 W -Nhược điểm: chiều dày vật hàn bị hạn chế, giá máy phát tần số cao, tác dụng tần số cao đến con người. b.Ứng dụng: Hàn siêu âm dùng hàn các chi tiết mỏng dạng điểm hoặc đườngg, sử dụng để hàn các vật liệu dẻo (đồng, nhôm), các kim loại khó nóng chảy (các bít hợp kim của W, Mo, Ti…) ngoài ra còn hàn các kim loại khác nhau (Cu + thép, Al + Cu…) XII.2. HÀN BẰNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ XII.2.1. Sơ đồ nguyên lí hàn bằng chùm tia điện tử : Trên hình XII.2 giới thiệu sơ đồ nguyên lý máy hàn bằng tia điện tử Điện tử phát ra từ Katot 2 bị hút mạnh bởi Anot 3 và tiếp tục đi về vật hàn. Để nhóm chùm tia điện tử lại người ta sử dụng lăng kính từ 4 và được điều chỉnh hướng đi bằng cách sử dụng bộ phận điều chỉnh chùm tia điện tử 5. Để đảm bảo chất lượng mối hàn, hàn bằng tia điện tử được thực hiện trong môi trường chân không 9 Thực chất của quá trình là dùng súng điện tử bắn chùm tia điện tử vào vật hàn, với vận tốc chuyển động cưc lớn, động năng của chùm tia điện tử bán phá điểm hàn biến thành năng lượng nhiệt làm nóng chảy vật hàn. Vận tốc chuyển động của điện tử phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa 2 điểm của điện trường v = 600 U km/s nếu U = 10 000 V ta có v= 60 000 km/s XII.2.2. Đặc điểm hàn bằng tia điện tử : - Chùm tia điện tử khá tập trung nên nguồn nhiệt rất tập trung, cho phép hàn các kim loại khó chảy. - Hàn được các chi tiết dày có mối hàn sâu và hẹp, kích thước các mối hàn có thể đạt được rất nhỏ. - Thuận tiện hàn ở các vị trí khó khăn nhờ điều khiển được hướng đi chùm tia điện tử. - Thiết bị hàn phức tạp đắt tiền do cần phải bảo vệ hệ thống cao áp và tạo môi trường chân không. -2- 3 9 1 2 8 4 5 6 7 Hình XII.2: Cấu tạo nguyên lý hàn bằng tia điện tử 1-Ka tốt nung T o cao; 2- Katốt phát xạ điện tử; 3- Anốt tăng tốc điện tử; 4-Thấu kính từ hội tụ chùm tia điện tử; 5-Bộ phận điều chỉnh chùm tia điện tử; 6-Chùm tia điện tử; 7- Vật hàn hoặc cắt, 8- Nguồn điện cao thế; 9- Buồng chân không XII.3. HÀN BẰNG TIA LASER XII.3.1. Sơ đồ nguyên lí làm việc hàn bằng tia Laser : LASER là tên viết tắt các chữ cái đầu trong tiếng tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ( khuyếch đại ánh sáng bằng kích thích sự phát bức xạ cảm ứng) Trên hình XII.3 giới thiệu sơ đồ cấu tạo nguyên lý máy phát Laser rắn. Nhờ hệ thống tạo điện áp xung có 1 điện dung lớn, khi đảo mạch đảo mạch K làm việc, đèn xenon 8 làm việc làm cho khí phát sáng. Thanh Rubi hồng 7 ( hợp chất Al 2 O 3 chứa 0,05% ÷ 0,5%Cr ) hấp thụ ánh sáng và chuyển mức năng lượng, khi trở về mức năng lượng thấp sẽ bức xạ cảm ứng và xảy ra đồng loạt, nhờ gương phản xạ 10 , ánh tập trung về một phía, tạo chùm tia ánh sáng mật độ cao và đơn sắc. Chùm ánh sáng đó được gọi là chùm ánh sáng khuếch đại bằng bức xạ cảm ứng gọi tắt là chùm LASER -3- Chùm Laser được hội tụ tại điểm 3 nhờ thấu kính quang học 5 tập trung đi đến vật hàn 2 làm nóng chảy vật hàn. XII.3.2. Đặc điểm hàn bằng tia lazer : - Hàn được trong bất kì môi trường nào nếu ánh sáng qua được (hàn trong không khí, trong môi trường khí bảo vệ, hàn môi trường chân không) - Mật độ ánh sáng rất cao, mật độ nhiệt tập trung cao do đó hàn được mối hàn rất nhỏ, có thể dùng gia công lỗ nhỏ có đường kính đến 5μm - Công suất máy phát lượng tử nhỏ (0,015 ÷ 2 KW) - Có thể hàn từ xa, hàn các vị trí khó khăn nhờ điều chỉnh được hướng đi chùm ánh sáng - Thời gian hàn nhanh, kim loại hàn ít bị ảnh hưởng biến dạng, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ nên chất lượng mối hàn cao. - Có thể hàn các loại vật liệu khác nhau như: Al + Cu ; Au + Si ; … - Chùm LaSer có độ bức xạ mạnh nên khi hàn cần có dụng cụ bảo vệ mắt. - Giá thành đắt nhất là loại máy có công suất lớn dùng trong hàn và cắt kim loại. -4- Hình XII.3: Cấu tạo nguyên lý mát phát LASER dùng trong hàn I- Bộ tạo dao động; II- Máy phát lượng tử 1- Giá đỡ vật hàn; 2- Vật hàn; 3- Điểm hàn; 4- Chùm ánh sang Laser hội tụ; 5- Thấu kính quang học; 6- Chùm ánh sáng Laser; 7-Thanh Rubi; 8-Đèn Xênon; 9- Chùm ánh sáng phản xạ; 10- Gương phản xạ 9 6 5 4 2 1 III 3 8 7 10 K . CHƯƠNG XII: CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐẶC BIỆT XII.1. HÀN BẰNG SÓNG SIÊU ÂM Siêu âm là những sóng âm có tần số rất cao ν 18÷20KHz km/s XII.2.2. Đặc điểm hàn bằng tia điện tử : - Chùm tia điện tử khá tập trung nên nguồn nhiệt rất tập trung, cho phép hàn các kim loại khó chảy. - Hàn được các chi tiết dày có mối hàn sâu và hẹp,. chiều dày vật hàn bị hạn chế, giá máy phát tần số cao, tác dụng tần số cao đến con người. b.Ứng dụng: Hàn siêu âm dùng hàn các chi tiết mỏng dạng điểm hoặc đườngg, sử dụng để hàn các vật liệu