TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI CÔNG NGHỆ hàn – hàn hồ QUANG BẰNG TAY

1.1 Khái niệm Hàn là quá trình nối cứng các phần của chi tiết máy kim loại với nhau bằng cách nung nóng chỗ cần hàn đến trạng thái nóng chảy khi hàn hồ quang, hàn nhiệt, hàn điện xỉ hoặ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

1 CÔNG NGHỆ HÀN 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Đặc điểm 4

1.3 Phân loại 4

1.4 Phạm vi ứng dụng 6

1.5 Quá trình luyện kim và tổ chức mối hàn 6

1.6 Tính hàn của kim loại và hợp kim 6

2 HÀN HỒ QUANG ĐIỆN BẰNG TAY 7

2.1 Khái niệm 7

2.2 Đặc điểm 7

2.3 Vật liệu hàn 7

2.4 Phân loại 7

2.5 Hồ quang hàn 9

2.6 Thiết bị và dụng cụ hàn hồ quang bằng tay 10

2.7 Công nghệ hàn hồ quang bằng tay 23

3 ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA HÀN HỒ QUANG BẰNG TAY 29

3.1 Ứng dụng trong công nghiệp 29

3.2 Ứng dụng trong ngành cơ khí 30

3.3 Ứng dụng trong ngành công nghệ nhiệt – lạnh 30

3.4 Ứng dụng trong các ngành nghề khác 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI MỞ ĐẦU

Hàn là một quá trình công nghệ nối cứng các phần của chi tiết máy, kim loại với

nhau Tuy công nghệ hàn ra đời chưa lâu nhưng vai trò của nó trong công nghiệp cơ khí

và những ngành nghiệp khác là hết sức to lớn Vì vậy, bài tiểu luận này nhằm tìm hiểu về

công nghệ hàn và hàn hồ quang bằng tay

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng bài tiểu luận chắc chắn không tránh khỏi các

sai sót Nhóm mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của Thầy và các bạn

Nhóm 10 – lớp DHNL4LT

Nguyễn Văn Bảo Nguyễn Thiên Bửu

1 CÔNG NGHỆ HÀN

Sơ lược lịch sử công nghệ hàn

Năm 1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rôp đã phát minh ra hồ quang điện và chỉ rõ

khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại

Năm 1882, kĩ sư Bê-na-dot đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại

Năm 1887, kĩ sư Bê-na-dot đã phát minh ra phương pháp hàn điểm nhưng mãi đến

năm 1903 thì phương pháp hàn giáp mối mới được áp dụng trong công nghiệp

Năm 1888, Sla-vi-a-nop đã áp dụng điện cực nóng chảy để hàn hồ quang điện

Năm 1906, hàn khí oxi – axetylen được ra đời

Năm 1907, kĩ sư Thụy Điển Ken-be tìm ra phương pháp bảo vệ vùng hàn khỏi tác

dụng của không khí xung quanh bằng cách đắp lên cực kim loại một lớp thuốc hàn

Sau chiến tranh thế giới lần II, các phương pháp hàn trong môi trường có khí bảo

vệ cũng được nghiên cứu và đưa vào sản xuất

Năm 1949, quá trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Liên Xô phát hiện, nghiên

cứu và đưa vào sản xuất những năm 1950

Cuối những năm 1950, hàn bằng chùm tia điện tử xuất hiện, tạo điều kiện hàn kết

cấu kim loại đòi hỏi chất lượng rất cao, đặc biệt trong ngành hàng không vũ trụ

Những năm gần đây, hàng loạt phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia điện

tử, hàn lạnh, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm,hàn Plasma… và cho đến hiện nay có hơn

130 phương pháp hàn khác nhau

Ở Việt Nam, hàn cũng có từ rất lâu (1954) nhưng vẫn không phát triển được

Nhiều công trình đồ sộ đã mọc lên (từ những năm 1957) sử dụng nhiều đến hàn như lò

cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp, tàu thủy, nồi hơi…Tuy vậy, việc

nghiên cứu, áp dụng các phương pháp hàn tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa đủ

điều kiện để phát triển

1.1 Khái niệm

Hàn là quá trình nối cứng các phần của chi tiết máy kim loại với nhau bằng cách

nung nóng chỗ cần hàn đến trạng thái nóng chảy (khi hàn hồ quang, hàn nhiệt, hàn điện

xỉ) hoặc đến trạng thái dẻo (khi hàn ma sát, hàn áp lực), sau đó kim loại đông đặc hoặc

dùng áp lực để ép chúng lại với nhau tạo thành mối hàn

Hình 1: Hàn kim loại

1.2 Đặc điểm

- Hàn có thể nối được các kim loại có thành phần và kết cấu khác nhau lại với

nhau

- Mối hàn có độ bền cao, chi tiết hàn dùng trong tải trọng tĩnh rất tốt

- Tiết kiệm kim loại, giảm được thời gian chế tạo và hạ giá thành kết cấu

- Thiết bị hàn tương đối đơn giản, dễ chế tạo

- Tuy vậy, do nung nóng nhanh và cũng nguội nhanh trong quá trình hàn nên ứng

suất bị tập trung dễ gây biến dạng, cong vênh, có khi dẫn đến phá hủy tạo thành các vết

nứt

- Nếu có bọt khí xâm nhập vào kim loại nóng chảy thì mối hàn sẽ không có chất

lượng tốt

1.3 Phân loại

Dựa vào trạng thái kim loại mối hàn và cơ chế tạo thành mối hàn, người ta chia ra

hai loại hàn là hàn nóng chảy và hàn áp lực

1.3.1 Hàn nóng chảy

Kim loại nóng chảy tạo thành vũng hàn, hòa tan giữa kim loại vật hàn tại mối hàn

và kim loại que hàn ở trạng thái nóng chảy, sau khi nguội kết tinh thành mối hàn

1.3.2 Hàn áp lực

Kim loại chỗ cần hàn được nung nóng đến trạng thái dẻo hoặc gần đến trạng thái

nóng chảy sau đó dùng lực ép các phần tử kim loại lại với nhau, chúng khuếch tán vào

nhau tạo thành mối hàn

Hình 2: Phân loại các phương pháp hàn nóng chảy

Hình 3: Phân loại các phương pháp hàn áp lực

1.4 Phạm vi ứng dụng

Hàn là một trong những phương pháp công nghệ hiện đại để tạo kết cấu máy, kết

cấu xây dựng và các kết cấu khác Sử dụng phương pháp hàn để chế tạo các bệ máy,

khung, thân máy, thân hộp giảm tốc, bánh răng, bánh đai, bánh đà, giàn, cột, dầm, nồi

hơi, bồn, bể chứa, đường ống, thân tàu, phà, cầu, giàn khoan…

1.5 Quá trình luyện kim và tổ chức mối hàn

- Quá trình luyện kim: Trong quá trình hàn nóng chảy, mép kim loại vật hàn và

kim loại phụ (que hàn) nóng chảy và tạo ra vũng hàn chung cho cả hai chi tiết hàn

Hình 4 : Quá trình luyện kim

- Vũng hàn và chuyển động của kim loại lỏng:

Phần 1 của vũng hàn xảy ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ

Phần 2 diễn ra quá trình hình thành kết tinh mối hàn

- Cơ tính cơ bản của mối hàn cao hơn cơ tính của kim loại cơ bản

- Vùng ảnh hưởng nhiệt độ có cơ tính kém hơn kim loại cơ bản và mối hàn, là

vùng hay tập trung ứng suất, dễ bị phá hỏng

- Tổ chức kim loại mối hàn:

Hình 5: Sự kết tinh của mối hàn

Trong vùng mối hàn, kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi nguội có tổ chức tương tự

tổ chức thỏi đúc, thành phần và tổ chức khác với kim loại que hàn và vật hàn

1.6 Tính hàn của kim loại và hợp kim

Khái niệm

Tính hàn của kim loại và hợp kim là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép

hình thành mối hàn bằng các công nghệ hàn thích hợp để mối hàn đạt được các tính chất

cần thiết, đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn

Hàn hồ quang điện là phương pháp dùng nhiệt lượng của hồ quang điện làm nóng

chảy kim loại chỗ cần hàn và que hàn để tạo thành mối hàn Trong quá trình hàn, hồ

quang phải được duy trì ổn định

2.2 Đặc điểm

- Hàn được hầu hết các loại thép cacbon và thép hợp kim

- Hàn được các chi tiết có kích thước khác nhau, mức độ phức tạp khác nhau ở các

vị trí khác nhau

- Có thể hàn được trong môi trường có khí bảo vệ, hàn dưới nước, hàn trong chân

không

- Trang thiết bị hàn đơn giản, dễ chế tạo

- Năng suất hàn thấp, chất lượng mối hàn không cao

2.3 Vật liệu hàn

- Thép không hợp kim hoặc hợp kim yếu, chứa dưới 0.25% Cacbon

- Thép không gỉ và thép chịu nhiệt

- Gang

- Hợp kim của Niken

- Hợp kim đồng

2.4 Phân loại

· Phân loại theo cách nối dây:

- Nối dây trực tiếp: cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai điện cực của

nguồn (Nguồn có thể là xoay chiều AC hay một chiều DC )

- Nối dây gián tiếp: que hàn nối với nguồn điện còn vật hàn không nối với nguồn

điện

- Nối hỗn hợp trực tiếp và gián tiếp: dùng nguồn điện 3 pha (tạo ra ba cột hồ

quang hàn vật dày)

Hình 6: Phân loại hàn theo cách nối dây

Hình 7: Nối dây ở phía sơ cấp

· Phân loại theo dòng điện:

- Hàn bằng dòng điện xoay chiều: thiết bị gọn nhẹ sử dụng đơn giản, vận hành dễ,

giá thành rẻ nhưng hồ quang không ổn định nên chất lượng mối hàn không cao

Hình 8: Hàn bằng dòng xoay chiều

- Hàn bằng dòng điện một chiều: tạo hồ quang ổn định nên chất lượng mối hàn

cao nhưng thiết bị đắt tiền, cồng kềnh, sử dụng phức tạp, khó bảo quản

Hình 9: Hàn bằng dòng một chiều

Tùy theo từng trường hợp mà ta có cách nối thuận hay nối nghịch

Cách đấu thuận:

- cực dương đấu với vật hàn

- cực âm đấu với que hàn

Hình 10: Cách đấu dây thuận

Cách đấu nghịch:

- cực dương nối với que hàn

- cực âm đấu với vật hàn

Que hàn chảy rất nhanh, vật hàn chảy ít, dùng hàn kim loại mỏng, kim loại màu

Hình 11: Cách đấu dây nghịch

2.5 Hồ quang hàn

Hồ quang hàn là sự phóng điện ổn định qua môi trường khí đã được ion hóa giữa

hai điện cực của nguồn điện Cực âm gọi là katod, cực dương là anod

2.5.1 Cách gây hồ quang hàn

- Phương pháp mồi hồ quang mổ thẳng

- Phương pháp mồi hồ quang ma sát

Hình12 : Cách mồi hồ quang hàn

2.5.2 Hiện tượng thổi lệch hồ quang

Khi trục của cột hồ quang tạo ra một góc với trục của que hàn làm cho nguồn nhiệt

khó tập trung vào vũng hàn do từ lực của dòng điện hàn gây ra nên chất lượng mối hàn

thấp Hiện tượng này xảy ra khi hàn hồ quang bằng dòng điện một chiều

Biện pháp khắc phục:

- Nghiêng điện cực (que hàn) về phía cột hồ quang bị thổi lệch

- Dùng tấm kim loại ferit chắn về phía hồ quang bị thổi lệch

- Thay đổi tiếp điểm đấu trên vật hàn

- Dây mat phải đặt cố định càng gần hồ quang càng tốt

- Tăng số điểm tiếp xúc để tăng dòng điện chạy qua

- Hàn bước

- Hàn bằng dòng điện xoay chiều

- Bọc cáp nối mat trên chi tiết cần hàn

Hình 13 : Hiện tượng hồ quang bị lệch

2.6 Thiết bị và dụng cụ hàn hồ quang bằng tay

2.6.1 Yêu cầu đối với dòng điện và điện áp hàn

- Dòng xoay chiều: (220V hay 380V)

* V0 = 60 ÷ 80V (lúc không tải)

* Vh = 25 ÷ 45V (lúc hàn)

- Dòng điện một chiều

* V0 = 30 ÷ 55V (lúc không tải)

* Vh = 16 ÷ 35V (lúc hàn)

- Khi xảy ra hiện tượng đoản mạch, ta có: Iđoản mạch = (1.3 ÷ 1.4) Ih

- Đường đặc tính của hồ quang (I3 > I2 > I1)

Hình 14: Đường đặc tính của hồ quang

- Dòng điện trong quá trình hàn I = 80 ÷ 800A

- Điện thế của cột hồ quang chỉ phụ thuộc vào chiều dài của cột hồ quang không

phụ thuộc vào cường độ dòng điện, nghĩa là máy hàn phải có cấu tạo sao cho điện thế

thay đổi thích ứng với chiều dài cột hồ quang

- Quan hệ Uh và Ih phải theo đường đặc tính dốc liên tục, càng dốc càng tốt

- Máy hàn phải tự động thay đổi được cường độ dòng điện hàn, để có được chế độ

hàn thích hợp (U và I lệch pha nhau)

- Điện áp U của các điện cực phụ thuộc vào các yếu tố:

+ Chiều dài hồ quang + Đường kính que hàn + Độ dày của lớp thuốc bọc + Độ ăn sâu của ngọn lửa + Dòng điện hàn

+ Kiểu dòng điện và cực tính

Hình 15: Đường đặc tính của hồ quang trong lúc hàn

Hình 16: Đường đặc tính qui ước

2.6.2 Máy hàn hồ quang

Khi chọn máy phát hàn thì cần biết:

- Loại que hàn muốn sử dụng

- Vật liệu cần ghép nối

- Kiểu dòng điện hàn cần sử dụng (một pha hay ba pha, một chiều hay xoay chiều)

- Dòng điện yêu cầu trong hồ quang

- Hệ số sử dụng

- Điện áp không tải cần sử dụng ở điện cực

- Địa điểm làm việc (công trường, phân xưởng)

· Máy hàn hồ quang dòng xoay chiều

- Máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm rời

- Máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm kết hợp động

- Máy hàn xoay chiều có lõi di động

Hình 17: Máy hàn hồ quang dòng xoay chiều

· Máy hàn hồ quang dòng một chiều

- Động cơ máy phát tạo ra dòng điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu có các điot chỉnh lưu

- Máy phát điện một chiều kiểu các cực từ lắp rời dùng để hàn, gồm bốn cực từ

Hình 18 : Máy hàn hồ quang dòng một chiều

2.6.3 Que hàn nóng chảy

Hàn hồ quang bằng tay là phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất Việt Nam

hiện nay Điện cực dùng trong hàn hồ quang bằng tay là loại điện cực nóng chảy có lớp

thuốc bọc, được gọi là que hàn Que hàn có hai phần: phần lõi phía trong và phần thuốc

bọc phía ngoài

Hình 19: Que hàn nóng chảy

a) Lõi que hàn bằng kim loại phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo kim loại mối hàn có cơ tính theo yêu cầu

- Que hàn phải đảm bảo có thành phần hóa học giống hoặc tốt hơn kim loại vật

hàn

- Có tính công nghệ tốt: dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định, có thể

hàn được các mối hàn ở các vị trí khác nhau trong không gian

- Mối hàn không bị rỗ, xỉ, nứt

- Khi hàn cho năng suất cao, giá thành rẻ

Người ta chọn que hàn theo tiêu chí:

- Vật liệu của kim loại nền

- Kiểu lớp bọc

- Đường kính lõi que

- Chiều dài que hàn

b) Lớp thuốc bọc cần có các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ nóng chảy của lớp thuốc bọc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi

kim loại để tạo ống dẫn hướng kim loại nóng chảy điền đầy mối hàn

- Tạo khí trong quá trình cháy bảo vệ mối hàn

- Thuốc hàn có tính ion hóa tốt, hợp kim hóa mối hàn, khử các tạp chất có hại, khử

oxi cho kim loại mối hàn

- Tạo xỉ nổi lên trên, che mối hàn không tác dụng với oxi, nitơ và không khí gây rỗ

mối hàn

- Làm cho mối hàn kết tinh, nguội chậm lại

Thuốc bọc que hàn có thành phần gồm: oxit sắt, oxit mangan, bột tan, cao lanh,

bột đá hoa, feromangan, xelulo, nhựa hữu cơ…

Có nhiều loại lớp thuốc bọc, chúng được nhận dạng bằng kí hiệu que hàn:

Hình 20: Ảnh hưởng của chiều dày vỏ bọc que hàn

Đường kính que hàn phụ thuộc vào chiều dày vật hàn như sau:

· Hàn giáp mối

(mm) 1

Trong đó:

a, b: là các hệ số a = 6, b = 20

Chú ý:

· Cường độ dòng điện hàn Ih khi hàn đứng nên giảm 10 ÷ 15% và khi hàn trần

nên giảm 20 ÷ 25% so với hàn sấp

· Khi chiều dày chi tiết S > 3dq thì nên tăng cường độ dòng điện khoảng 15%, còn

khi S < 1.5dq thì nên giảm 15% so với trị số tính toán

2.6.4 Tiêu chuẩn hóa que hàn

Đối với các sản phẩm hàn tiêu chuẩn EN thay thế cho các tiêu chuẩn quốc gia NF,

BS và DIN

Ví dụ:

n Que hàn thép không hợp kim SAFER NF59 hoặc SAFDRY 59

- An toàn cho con người

Hình 24: Các dụng cụ bảo hộ lao động cho người thợ hàn

2.7 Công nghệ hàn hồ quang bằng tay

- Làm sạch: Muốn có được mối hàn chất lượng cao phải chuẩn bị mép hàn cẩn

thận Làm sạch chỗ cần hàn bằng các biện pháp cơ khí như: cạo gỉ, chất mỡ, muội than,

ẩm, vết sơn, muối và các chất bẩn khác bằng cách dùng bàn chải sắt cọ sạch hoặc dùng

hóa chất

- Vát mép nhằm mục đích làm tăng diện tích bám dính cho mối hàn Tùy theo

chiều dày vật hàn mà có những cách vát mép khác nhau Kích thước phần không vát mép

có tác dụng làm cho kim loại chảy xuống phía dưới phần không hàn

Hình 28: Các phương pháp hoàn thành mối hàn

Hình 29: Các kiểu hàn hồ quang bằng tay

2.7.2 Vị trí mối hàn

- Hàn xấp: mối hàn nằm trong các mặt phẳng ứng với góc từ 0 ÷ 600

- Hàn đứng: mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 60 ÷ 1200

- Hàn trần: mối hàn nằm trong mặt phẳng phân bố từ 120 ÷1800

Hình 30: Các vị trí mối hàn trong không gian

Hình 31: Các loại mối hàn

2.7.4 Chuyển động của que hàn:

Trong quá trình hàn, que hàn phải thực hiện 3 chuyển động:

- Chuyển động que hàn dọc theo mối hàn để hàn hết chiều dài vật hàn

- Chuyển động que hàn dọc theo trục của nó để duy trì hồ quang cháy ổn định

- Chuyển động ngang của que hàn để tạo ra bề rộng mối hàn

Hình 32: Chuyển động của que hàn

Hình 35: Các khuyết tật sau quá trình hàn

3 Ứng dụng cơ bản của hàn hồ quang bằng tay

3.1 Trong công nghiệp

· Hóa dầu

· Công nghiệp hạt nhân và hàn không

· Chế tạo cơ khí, đóng tàu, đường sắt

· Giàn khoan

· Bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế

· Xưởng mộc (Thép không gia công cơ khí)

3.2 Trong ngành cơ khí

· Chế tạo nồi hơi

· Chế tạo ống dẫn nước, dẫn khí, bể, bình chứa

· Chế tạo nhà tiền chế, cốt thép trong xây dựng

· Chế tạo các loại giàn khoan, cầu thép

· Chế tạo các loại tàu thuyền, ô tô, xe lửa

· Chế tạo các loại máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ

3.3 Trong công nghệ nhiệt lạnh

· Lắp ghép các ống nước vào hệ thống cấp thoát của máy lạnh và máy điều hòa

· Lắp ghép các ống trong hệ thống phòng cháy chữa cháy

· Sửa chữa, thay thế các chi tiết như: máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi

· Lắp ghép đường ống môi chất trong hệ thống lạnh công nghiệp trung tâm

Trong ngành công nghệ nhiệt lạnh có nhiều ứng dụng của công nghệ hàn Hàn khí

được ứng dụng trong hàn bạc, hàn thau Hàn điểm, hàn đường dùng để chế tạo các tấm

trao đổi nhiệt mỏng Hàn trong môi trường khí bảo vệ dùng để hàn các tấm, các thanh và

ống kim loại, đặt biệt bằng inox Một ứng dụng rộng rãi bậc nhất là hàn hồ quang bằng

tay dùng để hàn các tấm, các thanh, bình bầu, đường ống và van vòi bằng kim loại, đặc

biệt là thép đen và thép cacbon

Ứng dụng rõ ràng nhất của hàn hồ quang bằng tay trong công nghệ nhiệt lạnh là

hàn đường ống, van vòi bằng thép trong hệ thống Water Chiller, lò hơi mạng nhiệt và hệ

thống lạnh công nghiệp, đặt biệt là bình bầu chứa môi chất

Đối với hàn hồ quang bằng tay trong công nghệ nhiệt lạnh vẫn tuân thủ các điều

kiện và kỹ thuật cơ bản nhưng phải lưu ý một số đặc điểm riêng của ngành sau:

- Đối với hàn ống, chỉ sử dụng mối hàn chữ V

- Đối với hàn bình bầu đường kính từ 1m trở lên các mối hàn hầu hết dùng mối hàn

chữ X, trừ mối hàn cuối giữa chén và thân bình Các bình bầu có kích thước nhỏ

hơn nên hạn chế tối đa các mối hàn chữ V