NGHIÊN cứu PHỤC hồi XUPAP máy THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ hàn PLASMA bột hợp KIM COBAN NGHIÊN cứu PHỤC hồi XUPAP máy THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ hàn PLASMA bột hợp KIM COBAN NGHIÊN cứu PHỤC hồi XUPAP máy THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ hàn PLASMA bột hợp KIM COBAN NGHIÊN cứu PHỤC hồi XUPAP máy THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ hàn PLASMA bột hợp KIM COBAN NGHIÊN cứu PHỤC hồi XUPAP máy THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ hàn PLASMA bột hợp KIM COBAN
Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU PHỤC HỒI XUPAP MÁY THỦY BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT HỢP KIM COBAN RESEARCHTORECOVERY OF EXHAUST VALVE BY PLASMA TRANSFERRED ARC WELDING TECHNOLOGY USINGCOBALT ALLOYPOWDER PGS.TS Bùi Văn Hạnh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hanh.buivan@hust.edu.vn TÓM TẮT Xupap phận quan trọng cấu phối khí động đốt Trong trình làm việc xupap chịu ăn mòn, mài mòn chịu nhiệt độ cao Do qua thời gian làm việc định xupap bị mòn Khi công suất động bị giảm làm tổn hao nhiên liệu nhiều trình vận hành Giải pháp hàn đắp phục hồi cho phép giảm chi phí nhiều so với thay hoàn toàn Giải pháp ứng dụng nhiều nước tiên tiến giới Bài báo trình bày kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn palsma bột hợp kim coban để phục hồi xupap máy thủy nhằm nâng cao tuổi thọ giảm chi phí vận hành Từ khóa: xupap, hàn plasma bột, hợp kim coban ABSTRACT Exhaust valve is one of the important parts of the the combustion engine During work corrosion and abrasion of valve occurs at high temperatures Therefore after a certain period of time exhaust valve will worn Then the engine power will be reduced as more fuel loss during operation Repairing recovery solution allows to reduce costs rather than replaced completely This solution has been implemented in advanced countries in the world This paper presents the results of research to application of palsma welding technology using cobalt alloy powder to restore exhaust valve in order to improve life and reduce operating costs Keywords: valve, powder plasma welding, cobalt alloys ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Đi.1 VẤN ĐỀr pla c1 VẤN Xupap cấu phối khí động đốt kỳ sử dụng cấu phối khí cam - xupap cấu phối khí trục cam – đội – xupap làm việc điều kiện khắc nghiệt: nhiệt độ cao, môi trường làm việc xảy phản ứng hóa học môi chất, phản ứng cháy, phản ứng ô xy hóa,… Thông thường, áp suất làm việc khoảng 15Mpa; nhiệt độ cao khoảng 750 – 8100C van xả khoảng 340 – 4000C bề mặt tiếp xúc quy lat xupap Nhiệt độ cao van xả tập trung chủ yếu đỉnh van phía bề mặt tiếp xúc với buồng đốt 1.2 Các dạng hỏng xupap Do xupap xả làm việc điều kiện khắc nghiệt nên thường xuyên bị mòn hỏng Các dạng hỏng thường gặp sau: - Mòn mặt côn (mặt tiếp xúc trực tiếp với quylat) (hình 1): Dạng hỏng chủ yếu chu kỳ va đập liên tục hai chi tiết với áp lực lớn Đồng thời bề mặt quylat thường chế tạo thép hợp kim gang đúc có độ cứng cao so với mặt côn nấm xupap Sau khoảng thời gian làm việc, tác dụng tải trọng biến đổi có chu kỳ xupap 463 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV bị mỏi Khi đạt đến giới hạn mỏi bị phá hủy gây hư hỏng cần phải sửa chữa thay Đây dạng hư hỏng phổ biến nhất, đặc biệt với loại xupap không kiểm soát chặt chẽ quy trình nhiệt luyện sau chế tạo Với loại hỏng này, thông thường nước tiên tiến thực hàn đắp phục hồi Đối với số nước Việt Nam, chưa có điều kiện để thực hàn đắp phục hồi thay xupap gửi qua nước để phục hồi Khi xảy tượng mòn mặt côn làm giảm khả sinh công “tụt hơi” làm giảm khả làm việc máy thủy Ngoài trình mòn làm thay đổi thời gian đóng mở xupap làm ảnh hưởng đến khoảng thời gian cháy giãn nở sinh công Hình Xupap mòn mặt côn Hình Rỗ bề mặt tiếp xúc với buồng đốt - Rỗ bề mặt tiếp xúc với buồng đốt: Nguyên nhân dạng hư hỏng buồng đốt có nhiệt độ cao cháy nổ, dung môi chất khí cháy sinh loại khí điều kiện nhiệt độ cao tác dụng với mặt đáy nấm xupap xảy phản ứng hóa học ăn mòn bề mặt làm xuất vết rỗ (các phản ứng cháy, oxy hóa) Tuy nhiên dạng hỏng thường diễn chậm, kiểm soát dự đoán - Mẻ phần đỉnh nấm xupap: Đây tượng hỏng hóc nguy hiểm, xảy tượng dẫn đến phá hủy chi tiết máy liên quan làm hỏng động Đối với trường hợp thông thường phải thay xupap Dạng hỏng xupap có chế phá hủy mỏi chi tiết máy Quá trình va đập liên tục với mặt quylat làm xuất vết nứt tế vi, vết nứt phát triển tăng dần kích thước tới giới hạn định phá hủy kết cấu Hình 3: Xupap bị mẻ phần đỉnh nấm Hình 4: Xupap bị cháy thủng - Mòn cổ trục phần tiếp xúc với đỉnh nấm xupap: nguyên nhân tượng chủ yếu trình làm việc xupap liên tục đóng mở phần thân tiếp xúc với bạc trượt (bạc dẫn hướng) Quá trình tiếp xúc lâu ma sát nhiệt độ cao dẫn tới tượng mòn cổ trục Đây dạng hỏng diễn chậm dự báo trước Thông thường dạng hỏng khắc phục công nghệ hàn đắp - Cháy thủng phần đỉnh valve (đỉnh nấm) Đây dạng hư hỏng có nguyên nhân trình làm việc lâu dài điều kiện khắc nghiệt bị rỗ (xảy phản ứng hóa học, phản ứng ăn mòn điện hóa điều kiện nhiệt độ cao), lâu ngày vết rỗ tăng số lượng kích thước, phải kể tới xung lực áp suất khoảng thời gian ngắn cường độ mạnh (nói cách khác có gia tốc lớn) liên tục đập vào bề mặt đỉnh nấm làm xuất vết nứt tế vi điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ có xuất môi chất làm vết nứt lớn dần lên gây tượng cháy 464 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV thủng Tới giai đoạn định bị cháy thủng mặt đỉnh nấm Đây số dạng hỏng dự đoán biết trước thời gian thay XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI XUPAP MÁY THỦY 2.1 Phân tích, lựa chọn phương pháp hàn đắp phục hồi Để phục hồi xupap bị mòn sử dụng biện pháp công nghệ hàn đắp phun phủ bề mặt [1] Công nghệ phun phủ tạo liên kết học với độ bền bám dính thấp nên sử dụng cho chi tiết máy quan trọng đặc biệt cho xupap – chi tiết làm việc điều kiện nhiệt độ cao, liên tục xảy phản ứng hóa học, cần độ bền, độ cứng độ dai va đập kim loại lớp đắp cao, khả chịu mài mòn tốt Công nghệ hàn đắp laser bột công nghệ đại Tuy nhiên giá thành thiết bị cao nên sử dụng để hàn đắp phục hồi xupap nước ta cho hiệu không cao Công nghệ hàn dắp plasma bột công nghệ hàn tiên tiến, với ưu điểm công nghệ hàn plasma, đồng thời kết hợp với bột hàn chọn tùy thuộc vào mục đích sử dụng cho kết tốt Đây xu hướng giới nhằm thay công nghệ hàn đắp, phục hồi chi tiết máy công nghệ hàn truyền thống Với tỷ lệ tham gia kim loại vào lớp đắp từ – 7% cho khả tạo lớp đắp có tính chất quan trọng tương đương với tính chất bột đắp sau lớp đắp Qua phân tích trên, tác giả chọn phương pháp hàn plasma bột để phục hồi xupap máy thủy 2.2 Nguyên lý phương pháp hàn plasma bột (PTA) Nguyên lý hoạt động hệ thống máy hàn plasma bột (hình 6): tạo tần số cao (bộ mồi hồ quang cao tần) sử dụng để gây hồ quang mồi, sau hồ quang mồi giúp hình thành hồ quang hàn trình hàn bắt đầu Sau trình khởi động máy ổn định tiến hành điều chỉnh, cài đặt chế độ hàn, thông số cấp bột, cấp khí, Nhờ động cấp bột quay làm quay cánh quạt văng bột kết hợp với áp lực dòng khí bột vào vũng hàn để nóng chảy kết tinh tạo thành lớp đắp Đồng thời có dòng khí khác có tác dụng bảo vệ trình hàn [2] Hình Sơ đồ nguyên lý hàn plasma bột (PTA) 465 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.3 Ưu nhược điểm phương pháp hàn plasma bột (PTA) Ưu điểm: - Thành phần hàm lượng nguyên tố hợp kim dạng bột nên điều chỉnh thành phần phù hợp để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt - Khi hàn PTA, mức độ tham gia kim loại vào mối hàn thường thấp nằm khoảng 3÷7% so với phương pháp hàn khác từ 30÷35%, liên kết kim loại bề mặt với lớp kim loại cao nâng cao chất lượng lớp đắp - Đặc điểm trình hàn PTA hồ quang có nhiệt độ cao, đạt tới 20000÷30000oC, hồ quang ổn định, tốc độ hàn cao, biến dạng nhiệt thấp, tốc độ kết tinh nhanh, thời gian hàn ngắn Vũng hàn bảo vệ khí trơ nên tránh oxy hóa giảm thiểu khuyết tật mối hàn - Năng lượng đường thấp, hạn chế bắn tóe kim loại, biến dạng hàn nhỏ, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, xỉ, hạn chế mát nguyên tố hợp kim, chất lượng tính mối hàn cao - Hồ quang plasma tạo nguồn nhiệt cao, ổn định tập trung Có thể thực nhiều lớp hàn tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất hợp kim bột yêu cầu kỹ thuật sản phẩm - Tiết kiệm thời gian chế tạo, giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm Nhược điểm: - Giá thành đầu tư thiết bị lớn quy trình vận hành, bảo dưỡng sửa chữa phức tạp - Giá thành bột hàn cao - Chỉ hàn tư hàn sấp 2.4 Phân tích thành phần hóa học xupap Mỗi điều kiện làm việc khác xupap sử dụng loại xupap có kim loại khác Để hàn phục hồi xupap ta cần phải xác định thành phần xupap sở để xây dựng chế độ hàn, chế độ xử lý nhiệt lựa chọn vật liệu hàn Sử dụng thiết bị phân tích quang phổ để phân tích thành phần hóa học kim loại xupap (hình 6) Hình Vết phân tích xupap Hình Thiết bị phân tích thành phần hóa học kim loại PMI-MASTER PRO Kết phân tích cho biết thành phần hóa học vật liệu thân xupap bảng Nguyên tố Hàm lượng (%) Bảng Thành phần hóa học thân xupap Fe C Si Mn P S 86 0,483 1,93 0,245 466 0,0146 [...]... phần bột hàn đến cơ tính lớp đắp - Xây dựng quy trình công nghệ phục hồi xupap máy thủy, bao gồm gia công cơ trước khi hàn, gá lắp phôi, nung nóng sơ bộ, tiến hành hàn, xử lý nhiệt và gia công cơ sau khi hàn Quy trình này có thể áp dụng vào thực tế để phục hồi xupap và có thể tham khảo cho các chi tiết máy khác Ứng dụng công nghệ hàn plasma bột (PTA)để hàn đắp phục hồi xupap máy thủy là phù hợp với... và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV 4 KẾT LUẬN Tác giả đã giải quyết được các vấn đề sau: - Tìm hiểu về điều kiện làm việc, các dạng hỏng của xupap và nhu cầu phục hồi trên thực tế - Trình bày một cách tổng quan về quá trình hàn plasma bột (PTA), so sánh quá trình hàn này với quá trình hàn khác có thể sử dụng - Đưa ra nguyên tắc chọn bột hàn, ảnh hưởng của các nguyên tố trong thành phần bột. .. năng suất và chất lượng mối hàn cao Mặt khác đây là công nghệ tiên tiến có nhiều triển vọng ứng dụng trong việc phục hồi và chế tạo mới các chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Lê Thông (2010), Công nghệ hàn điện nóng chảy tập 1 & 2, NXB KHKT, Hà Nội [2] Bui Van Hanh (2005), Hard surfacing of wear and impact resistant layers with plasma powder weld, No58-Journal... Hanh (2005), Hard surfacing of wear and impact resistant layers with plasma powder weld, No58-Journal of Science and Technology, Hanoi [3] Nguyễn Thúc Hà (2012), Bài giảng xử lý nhiệt trước và sau khi hàn – NXB Bách Khoa, Hà Nội [4] ASM Handbook Volum 9 (2004), Metallography and Microstructures, The Materials Information Company THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PGS.TS Bùi Văn Hạnh - Trường Đại học Bách khoa Hà ... tốt Công nghệ hàn đắp laser bột công nghệ đại Tuy nhiên giá thành thiết bị cao nên sử dụng để hàn đắp phục hồi xupap nước ta cho hiệu không cao Công nghệ hàn dắp plasma bột công nghệ hàn tiên... tế để phục hồi xupap tham khảo cho chi tiết máy khác Ứng dụng công nghệ hàn plasma bột (PTA)để hàn đắp phục hồi xupap máy thủy phù hợp với yêu cầu thực tế, đảm bảo suất chất lượng mối hàn cao... ưu điểm công nghệ hàn plasma, đồng thời kết hợp với bột hàn chọn tùy thuộc vào mục đích sử dụng cho kết tốt Đây xu hướng giới nhằm thay công nghệ hàn đắp, phục hồi chi tiết máy công nghệ hàn truyền