Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số cơ bản của chế độ hàn đắp plasma bột hợp kim nickel đến hình dạng và kích thước mối hàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  LÊ LƯƠNG HUỲNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẾ ðỘ HÀN ðẮP PLASMA BỘT HỢP KIM NICKEL ðẾN HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. ðÀO QUANG KẾ TS. HOÀNG VĂN CHÂU HÀ NỘI - 2014 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật i LỜI CẢM ƠN ðề tài Luận văn ñược tác giả hoàn thành tại phòng thí nghiệm trọng ñiểm Công nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công Thương) dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS ðào Quang Kế và TS. Hoàng Văn Châu cùng các thầy cô trong khoa Cơ -ðiện - Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội, ñã giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này. Qua ñây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Cơ - ðiện - Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội. ðặc biệt cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Quang Kế và TS. Hoàng Văn Châu, hai thầy ñã dành nhiều công sức hướng dẫn tôi thực hiện ñề tài trong suốt thời gian qua. ðồng thời Luận văn tốt nghiệp cũng trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết cho công việc sau này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Lê Lương Huỳnh Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục bảng v Danh mục hình vi LỜI MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3 1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY BẰNG HÀN ðẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 3 1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 3 1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 6 1.3 Tổng quan về các Patent ñã công bố trên thế giới 9 1.4 Tổng quan về các tiêu chuẩn liên quan 9 1.5 Kết luận chương 1. 10 CHƯƠNG 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 ðối tương nghiên và thiết bi cứu. 11 2.2 Công nghệ hàn ñắp trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy bằng hàn Plasma với bột hợp kim Nickel. 13 2.2.1 Công nghệ và thiết bị 13 2.2.2 Vật liệu. 17 2.3 Ưu, nhược ñiểm của công nghệ hàn bột Plasma. 21 2.3.1 Ưu ñiểm. 21 2.3.2 Nhược ñiểm 21 2.4 Tầm quan trong của việc phục hồi và chế tạo chi tiết máy 21 2.5 Kết luận Chương 2. 22 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật iii CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 24 3.1 Chế ñộ hàn. 24 3.2 Thiết bị hàn Plasma bột. 25 3.3 Sự ảnh hưởng của chế ñộ hàn ñến hình dạng và kích thước mối hàn 27 3.3.1 Dòng ñiện, ñiện áp hàn và lưu lượng khí plasma. 27 3.3.2 Thành phần bột hàn: 30 3.3.3 Cỡ bột hàn: 31 3.3.4 Khoảng cách làm việc: 32 3.3.5 Lưu lượng khí bảo vệ, khí mang bột: 33 3.3.6 Nhiệt ñộ nung sơ bộ: 34 3.4 Xử lý nhiệt trước, trong và sau khi hàn 35 3.4.1 Xử lý nhiệt trước khi hàn : 37 3.4.2 Xử lý nhiệt trong quá trình hàn: 38 3.4.3 Xử lý nhiệt sau khi hàn: 38 3.4.4 Thiết bị xử lý nhiệt nung nóng bằng khí ñốt thông thường. 41 3.4.5 Quy trình chung xử lý nhiệt 43 3.5 Kết luận chương 3 45 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46 4.1 Xác ñịnh các thông số công nghệ quan trọng cần khảo sát 46 4.2 Lựa chọn dạng mô hình và xác ñịnh các giá trị biến thiên ñầu vào. 47 4.3 Tiến hành các thí nghiệm: 50 4.4 Thí nghiệm theo ma trận ñã xây dựng 51 4.5 Tính toán hệ số hồi quy và xây dựng mô hình toán học 52 4.6 Ghi nhận kết quả thí nghiệm thu ñược 53 4.6.1 Kết quả ñánh giá qua hiển thị cấu trúc tổ chức tế vi của 4 vùng kim loại 54 4.6.2 Kết quả ñánh giá hình dạng và kích thước mối hàn 56 4.7 Thảo luận kết quả thu nhận ñược 58 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật iv 4.7.1 Ảnh hưởng trực tiếp của các thông số hàn 59 4.7.2 Ảnh hưởng tương tác của các thông số hàn 61 4.8 Tối ưu hóa các thông số quy trình công nghệ hàn thông qua tính toán và thực nghiệm. 62 4.9 Kết luận chương 4 64 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 66 KẾT LUẬN 66 KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2-1 Thành phần hóa học của bột Nickel cơ bản và hợp kim 19 2-2 Thành phần bột Nickel và hợp kim của Nickel 20 2-3 Thành phần hóa học bột Nickel 167 (NI-167) 20 3-1 Các thông số công nghệ khi hàn Plasma bột 24 4-1 Các nhân tố ảnh hưởng và miền khảo sát 50 4-2 Ma trận thí nghiệm 50 4-3 Các thông số kỹ thuật 52 4-4 Các nhân tố ảnh hưởng và miền khảo sát 56 4-5 Các nhân tố ảnh hưởng và miền khảo sát 57 4-6 Các nhân tố ảnh hưởng và miền khảo sát 57 4-7 Kết quả thí nghiệm 57 4-8 Thông sô hình dáng hình học mối hàn 58 4- 9 Giá trị tối ưu của chế ñộ hàn 63 4-10 Thông số hình dạng và kích thước mối hàn 63 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1-1 Hàn bột Plasma phục hồi xupap ñộng cơ máy thủy. 6 1-2 Một số ứng dụng của công nghệ hàn plasma 6 1-3 ðầu hàn plasma. 8 1-4 Hệ thống thiết bị công nghệ hàn bột plasma 8 1-5 Thiết bị hàn Microplasma NERTAMATIC 51 9 2-1 Kết cấu hình dạng mối hàn ñắp PTA 12 2.2 Sơ ñồ hệ thống hàn Plasma bột. 13 2-3 Sơ ñồ kết cấu của ñầu hàn bột Plasma 15 2-4 Nguyên lý công nghệ hàn Plasma bột hơp kim 16 2-5 Một số hình ảnh của Nickel và bột Nickel 17 3-1 Mặt cắt chiều sâu ngấu của lớp ñắp (A1. là phần diện tích lớp ñắp không ngấu, A2. là phần diện tích lớp ñắp ngấu) 25 3-2 Hệ thống thiết bị hàn Plasma bột 26 3-3 Ảnh hưởng của dòng ñiện plasma, lưu lượng khí plasma, tỷ lệ bột hàn tới sự hòa tan của kim loại mối hàn. 28 3-4 Ảnh hưởng của lưu lượng khí lên hình dạng lớp ñắp và sự hòa tan kim. 29 3-5 Ảnh hưởng của ñiện áp và dòng ñiện ñến nhiệt ñộ hồ quang plasma. 30 3-6 Ảnh hưởng của chiều dày lớp ñắp và tỷ lệ bột hàn tới sự hòa tan. 31 3-7 Ảnh hưởng của kích thước bột hàn tới ñộ cứng và sự hòa tan 32 3-8 Ảnh hưởng của khoảng cách làm việc ñến sự hòa tan kim loại 33 3-9 So sánh tính chất lớp ñắp của hai loại bột hàn khác nhau. 34 3-10 Thiết bị xử lý nhiệt bằng khí ñốt 41 4-1 Hệ thống thiết bị hàn tự ñộng hồ quang Plasma dịch chuyển - PTA. 51 4-2 Ảnh tổ chức tế vi của 4 vùng kim loại 54 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật vii 4-3 Ảnh tổ chức tế vi của kim loại mối hàn 54 4-4 Ảnh tổ chức tế vi của kim loại cơ bản và kim loại mối hàn 55 4-5 Ảnh tổ chức tế vi của vùng ảnh hưởng nhiệt 55 4-6 Ảnh tổ chức tế vi của kim loại cơ bản 56 4-7 Mẫu hàn ñắp tự ñộng PTA với bột hợp kim Nickel 58 4-8 Ảnh hưởng trực tiếp của dòng ñiện hàn I. 59 4-19 Ảnh hưởng của tốc ñộ hàn V 60 4-10 Ảnh hưởng của lượng bột hợp kim G cấp vào ñầu hàn 61 4-11 Ảnh hưởng tương tác giữa dòng hàn I và nhiệt ñộ nung nóng trước nhiệt ñộ của chi tiết 61 4-12 Ảnh hưởng tương tác giữa tốc ñộ hàn V và lượng cấp bột hợp kim G ñến mức ñộ hòa tan của kim loại ñắp 62 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 1 LỜI MỞ ðẦU Thông qua các công trình và kết quả ñánh giá về tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước về công nghệ hàn Plasma, ta có thể thấy rằng xu hướng áp dụng công nghệ mới ñể tăng năng xuất và chất lượng trong ngành chế tạo cơ khí ngày càng phát triển. Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản là một trong những hướng tiên tiến, ñã giải quyết ñược vấn ñề công nghệ và vật liệu hàn. ðây là một vấn ñề còn hạn chế trong nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam. Một vài công trình ñã nghiên cứu trước ñây của các tác giả Việt Nam còn chưa ñi sâu vào bản chất công nghệ và chỉ mới ñược coi là các thử nghiệm ban ñầu trong ñiều kiện phòng thí nghiệm nên chưa có kết quả khả quan. Vì vậy ðề tài ñã ñặt ra mục tiêu là thực hiện việc “ Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số cơ bản của chế ñộ hàn ñắp Plasma bột hợp kim Nickel ñến hình dạng và kích thước mối hàn ”. Trong quá trình thực hiện ñề tài, tác giả ñã xây dựng ñược bộ cơ sở dữ liệu chế ñộ công nghệ hàn, xác ñịnh ñược một số thông số cơ bản ảnh hưởng ñến chế ñộ hàn ñắp Plasma bột hợp kim Nickel. ðề tài ñã hoàn thiện mục tiêu nghiên cứu cụ thể ñề ra bao gồm: 1-Các công nghệ phục hồi chi tiết máy bằng hàn ñắp trên thế giới và trong nước; 2- Công nghệ hàn ñắp trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy bằng Plasma bột hợp kim Nickel, tầm quan trọng của việc phục hồi và chế tạo chi tiết máy; 3- Kết luận, mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Xuất phát từ các mục tiêu ñó, ñề tài ñã xây dựng lên các nội dung nghiên cứu theo từng giai ñoạn cụ thể như sau: Nội dung 1: Tổng quan về công nghệ hàn plasma và các sản phẩm của ñề tài. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 2 Nội dung 2: ðối tượng, thiết bị và phương pháp nghiên cứu Nội dung 3: Nghiên cứu lý thuyết Nội dung 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và ñề nghị [...]... nh hư ng c a m t s thông s ch ñ chính t i hình d ng và kích thư c m i hàn 3.1 Ch ñ hàn M i thông s ch ñ công ngh ñ u có nh hư ng r t l n t i ch t lư ng c a l p ñ p và các thông s cơ b n ñư c li t kê trong b ng 3-1 dư i ñây: B ng 3-1 Các thông s công ngh khi hàn Plasma b t Các thông s công ngh khi hàn Plasma b t Nhóm Thông s Thông tin V t li u cơ b n Thép Cacbon B t kim lo i Nickel Thành ph n b t phun... a - Nghiên c u các tác ñ ng tương tác chính và quan tr ng c a các thông s v k t c u hình d ng hình h c m i hàn - T i ưu hóa các thông s công ngh hàn ñ p PTA b ng cách s d ng ph n m m Modde 5.0 3.3 S nh hư ng c a ch ñ hàn ñ n hình d ng và kích thư c m i hàn 3.3.1 Dòng ñi n, ñi n áp hàn và lưu lư ng khí plasma S hòa tan d n ñ n tăng hàm lư ng nguyên t h p kim (ch y u là s t) t kim lo i cơ b n vào kim. .. t, công ngh hàn plasma luôn là công ngh n i tr i, mang l i ch t lư ng và hi u qu kinh t cao, (hình 1-1) và (hình 1-2) m t s hình nh v các chi ti t ñư c hàn ph c h i và hàn m i H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn th c s Khoa h c K thu t 5 Hình 1-1: Hàn b t Plasma ph c h i xupap ñ ng cơ máy th y Hình 1-2: M t s 1.2 Tình hình nghiên c u ng d ng c a công ngh hàn plasma trong nư c ð tài Nghiên c u... trình bày các nghiên c u chuyên sâu ñánh giá s tham gia c a kim lo i cơ b n vào thành ph n c a m i hàn khi hàn plasma, nghiên c u thành ph n hóa h c kim lo i m i hàn khi hàn plasma ñ làm cơ s phân tích ñánh giá l a ch n ch ñ hàn t i ưu cho vi c nghiên c u tri n khai và ng d ng k t qu ð tài H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn th c s Khoa h c K thu t 23 CHƯƠNG 3 NGHIÊN C U LÝ THUY T Nghiên c u nh... t , vi c nghiên c u, tính toán và ch n l a các thông s k thu t và công ngh c a hàn Phasma b t h p kim Nickel ñ n hình d ng và kích thư c m i hàn trong ph c h i và ch t o chi ti t máy là m t v n ñ h t s c quan trong và c p thi t 2.5 K t lu n Chương 2 V i m c tiêu nghiên c u t ng quan v Công ngh hàn ñ p Plasma v i b t h p kim, trong Chương này ð tài ñã gi i quy t các v n ñ v b n ch t công ngh hàn cũng... t 11 Hình 2-1: K t c u hình d ng m i hàn ñ p PTA Hình d ng hình h c c a m i hàn ñ p b nh hư ng b i các giá tr thông s công ngh c a quá trình PTA trong quá trình hàn ñ p Các thông s này c n ñư c thi t l p và l a ch n ñ cho phép t ñ ng hóa quá trình và ñ m b o ch t lư ng t t cho b m t chi ti t Vì v y ñ i tư ng nghiên c u c a ñ tài này là Nghiên c u nh hư ng m t s thông s cơ b n c a ch ñ hàn ñ p Plasma. .. a ch ñ hàn ñ p Plasma b t h p kim Nickel ñ n hình d ng và kích thư c m i hàn ðư c mô t như (hình 2-1) Vi c l a ch n các thông s công ngh c a quá trình hàn PTA ph i ñư c c th hơn ñ ñ m b o r ng b m t và k t c u hình d ng hình h c c a m i hàn là ñ t ch t lư ng theo yêu c u Ngoài ra, m c tiêu chính c a nghiên c u này là ñ t i ưu hóa các thông s công ngh hàn c a quá trình hàn ñ p t ñ ng PTA ñ ñ t ñư c... ti t máy ð tài s có cơ s khoa h c ñ ti n hành các công vi c th nghi m và áp d ng vào th c t theo các quy chu n trong công ngh hàn plasma 1.5 K t lu n chương 1 Trên cơ s các tài li u t ng quan v tình hình nghiên c u trong nư c và ngoa i nư c, Patent ñã công b , các tiêu chu n và các thông tin thu ñư c như hình minh h a v thi t b hàn plasma c a các nư c trong khu v c và trên th gi i và Vi t Nam, ð tài... l n và ñư c liên k t li n kh i v i v t hàn C u trúc l p ñ p là li n kh i c a kim lo i nóng ch y cùng v i s hình thành các tinh th d ng nhánh trong su t quá trình ñông ñ c M t tính năng quan tr ng nh t c a quá trình hàn b t plasma h quang d ch chuy n là nó cho phép kh ng ch ph n kim lo i cơ b n tham gia vào kim lo i ñ p T l kim lo i cơ b n tham gia vào kim lo i ñ p ch còn 5%, so v i 20-25% khi hàn b... sung ñư c cung c p dư i d ng b t kim lo i H th ng thi t b cơ b n dùng cho PTA bao g m máy hàn plasma, thi t b c p b t và c m m hàn Thành ph n b t kim lo i (h n h p cacbit chrome, cacbit vonfram, nickel, cobalt… ) là y u t quan tr ng nh t ñem l i nh ng tính ch t ñ c bi t (thành ph n hóa h c và cơ tính) cho kim lo i m i hàn theo yêu c u s d ng c a s n ph m Phương pháp hàn plasma b t ñem l i nh ng ưu ñi . ñặt ra mục tiêu là thực hiện việc “ Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số cơ bản của chế ñộ hàn ñắp Plasma bột hợp kim Nickel ñến hình dạng và kích thước mối hàn ”. Trong quá trình thực hiện. DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  LÊ LƯƠNG HUỲNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẾ ðỘ HÀN ðẮP PLASMA BỘT HỢP KIM NICKEL ðẾN HÌNH DẠNG VÀ KÍCH. tế vi của kim loại mối hàn 54 4-4 Ảnh tổ chức tế vi của kim loại cơ bản và kim loại mối hàn 55 4-5 Ảnh tổ chức tế vi của vùng ảnh hưởng nhiệt 55 4-6 Ảnh tổ chức tế vi của kim loại cơ bản