Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG MAG

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG/MAG” này là c

ĐÀO XUÂN TOÀN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI CHI TIẾT TRỤC

ĐÃ BỊ MÒN QUA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Ở CÁC THIẾT BỊ

CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG

Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã

bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG/MAG” này là công trình nghiên cứu của tôi và nó chưa hề được công bố, hoặc

trình bày trên bất kỳ bài báo hay tạp chí khoa học nào của các tác giả trong nước

Tác giả luận văn

Đào Xuân Toàn

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình tới TS Nguyễn Văn Hùng

đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí và Phòng Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản luận văn này

Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Nhà máy mía đường Sơn Dương – Tuyên Quang đã tạo điều kiện cho tác giả khảo sát thực tế, cung cấp tài liệu để ứng dụng vào luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học

và bạn bè đồng nghiệp

Ngày 05 tháng 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Đào Xuân Toàn

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng 1

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 2

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU MÀI MÒN 3

1.1TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC 3

1.2CƠ CHẾ PHÁ HỎNG CỦA CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN 5

1.2.1 Khái niệm về mòn 5

1.2.2 Cơ chế phá hỏng của các chi tiết chịu mài mòn 8

1.3PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT 12

1.3.1 Hàn đắp hồ quang tay (SMAW/MMA)( Theo [4] ) 14

1.3.2 Hàn đắp tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (SAW) 15

1.3.3 Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 15

1.3.5 Hàn đắp bằng Plasma (PW) 17

CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HOÁ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 20

2.1Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 20

2.1.1 Đặc điểm 20

2.1.2 Vật liệu công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 20

2.1.2.1Khí bảo vệ 20

2.1.3 Các thông số hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 23

2.1.3.1Tốc độ hàn - tốc độ đắp 23

2.1.3.2Cường độ dòng điện hàn, tốc độ cấp dây 24

2.1.3.3Điện áp hồ quang 25

2.1.3.4 Tầm với điện cực 26 2.1.4 Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng lớp hàn đắp 26

2.2.1 Cơ sở thiết kế và xử lý số liệu thí nghiệm 35

2.2.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu 37

2.3Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn đắp bằng phương pháp hàn MIG/MAG 39

2.4Hệ thống công nghệ 39

2.4.1 Máy hàn MIG/MAG 39

2.4.2 Thiết bị đo, kiểm tra chất lượng, khuyết tật trên lớp đắp 40

2.4.3 Vật liệu hàn thí nghiệm 42

2.4.4 Phương pháp hàn thí nghiệm 43

2.5Thực nghiệm hàn phục hồi 43

2.5.1 Thiết kế mẫu thí nghiê ̣m 43

2.5.2 Xác định ma trận thí nghiệm 43

2.5.3 Tiến hành thí nghiệm 45

2.5.4 Xử lý số liệu nghiên cứu 49

2.6 Phân tích kết quả thực nghiệm 53

2.6.1 Ảnh hưởng của dòng điện hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn 53

2.6.2 Ảnh hưởng của điện áp hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn 54

2.7 Kiểm tra chất lượng các mẫu hàn 55

2.7.1 Mức độ xuất hiện khuyết tật trên lớp đắp khi thay đổi chế độ hàn 55

2.7.2 Kiểm tra thành phần kim loại lớp hàn đắp và thành phần kim loại lớp nền 56

2.7.3 Tổ chức kim tương các mẫu khi thực hiện các chế độ hàn đắp………… 58

2.7.4 Độ bền kéo lớp kim loại đắp 61

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHỤC HỒI MỘT CHI TIẾT TRỤC CỤ THỂ CHỊU MÀI MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 64

3.1KHẢO SAT ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA TRỤC 64

3.1.1 Vị trí hoạt động 64

3.1.2 Các dạng hư hỏng của trục và nguyên nhân 68

3.2KHẢO SÁT THỰC TẾ 69

3.3THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TRỤC 71

3.4THIẾT KẾ LẬP QUY TRÌNH HÀN PHỤC HỒI TRỤC 73

3.4.1 Vật liệu trục 73

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

q(x,y) W/mm2 Sự phân bố dòng nhiệt trên bề mặt vật hàn

Tc oC Nhiệt độ tại đó tiến hành tính toán tốc độ nguội

tính

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Phương pháp phục hồi bằng hàn đắp 13

Bảng 2.1: Thành phần khí Argon (% khối lượng) 21

Bảng 2.2: Thành phần khí Heli (% khối lượng) theo [6] 22

Bảng 2.3: Chất lượng khí cacbonic dùng bảo vệ mối hàn (theo [6]) 22

Bảng 2.4: Chất lượng khí nitơ dùng bảo vệ mối hàn 23

Bảng 2.5: Khí, hỗn hợp khí bảo vệ dùng cho hàn MIG, MAG 23

Bảng 2.6: Dải tốc độ cấp dây 24

Bảng 2.7: Chọn điện áp hàn 25

Bảng 2.8: Ảnh hưởng của thành phần khí bảo vệ 33

Bảng 2.9: Thành phần hóa học của vật liệu chế tạo mẫu 42

Bảng 2.10: Thành phần hóa học của dây hàn 42

Bảng 2.11 Miền giới hạn chế độ hàn thực nghiệm 44

Bảng 2.12 Ma trận thí nghiệm 45

Bảng 2.13: Kết quả độ cứng và độ sâu ngấu mối hàn đắp 48

Bảng 2.14 Kết quả kiểm tra khuyết tật hàn trên lớp đắp 55

Bảng 2.15.a Mẫu cơ bản N01 (Thép C45) 56

Bảng 2.15.b Mẫu hàn đắp đúng chế độ hàn (N08) trên vật liệu thép C45 56

Bảng 2.16 Độ bền kéo một số mẫu hàn đắp 61

Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép cổ trục 73

Bảng 3.2 Thành phần hóa học dây hàn GM-70S 74

Bảng 3.4.Chế độ hàn với dây GM-70S 75

Bảng 3 5 Quy trình xử lý nhiệt sau hàn 77

Bảng 3.6: Bảng chế độ cắt khi tiện thô cổ trục 77

Bảng 3.7: Bảng chế độ cắt tiện bán tinh, tiện tinh cổ trục 77

Bảng 3.8 Dự kiến chi phí phục hồi trục ép mía nhà máy mía đường 78

Hình 1.2 Trục của các chi tiết máy bị mòn, rỗ 8

Hình 1.3 Một số hình ảnh phục hồi các bề mặt chi tiết mòn, gãy 11

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG 16

Hình 1.5 Hàn bột Plasma phục hồi xupap động cơ máy thủy 18

Hình 1.6 Một số ứng dụng của công nghệ hàn bột plasma 18

Hình 1.7 Hệ thống thiết bị công nghệ hàn bột plasma 19

Hình 1.8 Đầu hàn plasma 19

Hình 2.1: Quan hệ điện áp và cường độ dòng điện 26

Hình 2.2: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang 29

Hình 2.3: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang 30

Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm CCD 2 biến 37

Hình 2.5 Máy hàn MIG/MAG và đồ gá hàn 39

Hình 2.6 Thiết bị đo , kiểm tra chất lượng, khuyết tật trên lớp đắp 40

Hình 2.7: Hóa chất kiểm tra mối hàn (trái) và thiết bị đánh bóng mẫu ( phải) 41

Hình 2.8: Kính hiển vi quang học 41

Hình 2.9: Máy phân tích thành phần hóa PMI-MASTER PRO 42

Hình 2.10: Thiết kế mẫu thí nghiê ̣m 43

Hình 2.11 Tạo kế hoạch thí nghiệm 44

Hình 2.12 Khai báo biến thí nghiệm……… ……… 45

Hình 2.13: Gá mẫu thí nghiê ̣m 46

Hình 2.14: Quá trình hàn các mẫu thí nghiê ̣m 46

Hình 2.15: Gia công mẫu thí nghiê ̣m 47

Hình 2.16: Cắt mẫu trên máy CNC 47

Hình 2.17: Một số mẫu sau khi cắt……… 47

Hình 2.18: Đo chiều sâu ngấu 48

Hình 2.19: Kiểm tra độ cứng 48

Hình 2.23 Đồ thị đường mức 51

Hình 2.24 Đồ thị đường mức 51

Hình 2.25 Xác lập các thông số tối ưu hóa 52

Hình 2.26 Đồ thị tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu 52

Hình 2.27 Số liệu lời giải tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu 53

Hình 2.28 Đồ thị mức ảnh hưởng của dòng điện hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu 53

Hình 2.29 Hình dạng mối hàn khi tăng cường độ dòng điện 54

Hình 2.30 Đồ thị mức ảnh hưởng của điện áp hàn đến độ cứng và độ sâu ngấu54 Hình 2.31.Hình dạng mối hàn khi tăng điện áp hồ quang 54

Hình 2.32 Mối hàn không đúng chế độ hàn (a) Mối hàn đúng chế độ hàn (b) 55 Hình 2.33.a Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại nền (N01) 57

Hình 2.33.b Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại hàn đắp (N08) 57

Ảnh 2.34.Tổ chức Peclít (mẫu cơ bản N01) - 200X 58

Ảnh 2.35.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N02) - 100X; 58

Ảnh 2.36.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N03) - 100X; 58

Ảnh 2.37.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N04) - 100X; 59

Ảnh 2.38.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N05) - 100X; 59

Ảnh 2.39.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N07) - 100X; 59

Ảnh 2.40.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N08) - 100X; 60

Ảnh 2.41.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N09) - 100X; 60

Ảnh 2.42.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N10) - 100X; 60

Hình 3.1 Lưu đồ sản xuất đường từ mía cây 65

Hình 3.2 Công đoạn ép mía 66

Hình 3.3 Hình ảnh mô phỏng trục ép (cán) 67

Hình 3.4 Hình ảnh thực tế của trục ép (cán) 68

Hình 3.7 Vị trí hoạt động của trục ép 71Hình 3.8 Cấu tạo chung của trục ép tại nhà máy đường La Ngà 72Hình 3.9 Bề mặt mài mòn của trục tại nhà máy đường La Ngà 72Hình 3.10 Kiểm tra vết nứt của cổ trục trước bằng phương pháp thẩm thấu 72Hình 3.11 Mặt cắt tiết diện của trục 73Hình 3.12 Thứ tự hàn lớp lót 76Hình 3.13 Vị trí hàn 76

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đế tài

Chi tiết “Trục” là chi tiết dạng trục bậc, trục đặc Tải trọng tác dụng có thể là tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động.Trong quá trình làm việc sự tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp của trục với các chi tiết khác qua màng dầu bôi trơn, làm việc trong điều kiện chịu uốn, xoắn, va đập, ma sát, mài mòn, ngoài ra còn bị oxy hóa, ăn mòn bởi dầu bôi trơn Đặc biệt trong quá trình vận hành vì một lý do nào đó mà màng dầu bôi trơn không còn tác dụng hoặc tác dụng kém thì ma sát tại vùng tiếp xúc rất kém Do đó bề mặt làm việc của trục thường bị mòn, nứt sinh ra tải trọng động, va đập làm giảm công suất, hiệu suất cũng như tăng tiêu hao nhiên liệu khi vận hành Giảm độ tin cậy làm việc của động cơ Vì vậy chi tiết trục bị mòn phải được thay thế mới hoặc sửa chữa lại theo tiêu chuẩn Để thay thế mới các chi tiết trục này rất tốn kém về kinh tế

Do đó người ta thường phục hồi nó bằng phương pháp hàn đắp, sau đó gia công cắt gọt để phục hồi lại kích thước ban đầu Vì các chi tiết trục sau khi phục hồi bằng phương pháp hàn có tuổi thọ tương đương với các chi tiết trục mới và giá thành phục hồi rẻ hơn so với chế tạo mới, cũng như chủ động cung cấp phụ tùng thay thế kịp thời cho thiết bị phục vụ sản xuất mà không phụ thuộc nhiều vào nhập ngoại cũng như chế tạo mới

Vì vậy việc định hướng “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục

đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG/MAG” là rất cần thiết đối với ngành công nghiệp nói chung và ngành cơ

khí chế tạo nói riêng

Lịch sử nghiên cứu:

Nghiên cứu về phục hồi các chi tiết được thực hiện phổ biến trên thế giới từ những năm 1970 Các nghiên cứu đi theo những xu hướng như:

 Phục hồi về tính chất bề mặt của chi tiết bằng phương pháp phun phủ

 Phục hồi về kích thước hình học, cơ tính bề mặt của chi tiết bằng phương pháp hàn đắp

 Phục hồi các chi tiết lớn với các yêu cầu kỹ thuật cao

 Ứng dụng nâng cao chất lượng bề mặt trong sản xuất mới

 Ứng dụng polymer vào phục hồi nguội các chi tiết

Tại Việt Nam việc nghiên cứu phục hồi các chi tiết được thực hiện từ những năm 1980, hiện tại đang có rất nhiều công trình nghiên cứu về phục hồi các chi tiết với xu hướng như sau:

 Nghiên cứu các quá trình hình thành lớp đắp bằng công nghệ hàn đắp tự động dây lõi bột để đảm bảo yêu cầu về độ cứng, thành phần hoá học và cấu trúc kim loại

 Nghiên cứu công nghệ, chế độ hàn đảm bảo tính ổn định về độ cứng và hình dáng mối hàn

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục cụ thể đã bị mòn qua quá trình

sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn MIG/MAG

Ý nghĩa của đề tài

Việc nghiên cứu phục hồi các chi tiết trục bị mòn trong quá trình sử dụng để tiếp tục kéo dài tuổi thọ của chúng, đặc biệt với các chi tiết trục phức tạp và giá thành cao trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật và công nghệ phục hồi hiện đại đảm bảo khả năng làm việc tốt và tin cậy chính là ý nghĩa khoa học của đề tài này

Giải quyết được bài toán đặt ra mà tác giả đã lựa chọn nêu trong mục “Tính cấp thiết của đề tài " Cho phép nâng cao tuổi thọ của chi tiết trục và hiệu quả kinh tế trong quá trình sử dụng thiết bị, đặc biệt với những chi tiết trục có giá trị cao rất có ý nghĩa trong thực tiễn của nền sản xuất Việt nam

Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về phục hồi các chi tiết trục chịu mài mòn

Chương 2: Tối ưu hóa thông số công nghệ hàn phục hồi bằng phương pháp hàn MIG/MAG

Chương 3: Xây dựng quy trình hàn phục hồi một chi tiết trục cụ thể chịu mài mòn

bằng phương pháp hàn MIG/MAG

Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU

MÀI MÒN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC

Trục là một trong các loại chi tiết máy dùng để mang các chi tiết máy khác, truyền công suất hoặc thực hiện một lúc cả hai nhiệm vụ trên

Trục có thể phân thành nhiều loại tuỳ thuộc vào phương pháp sử dụng:

 Theo đặc điểm chịu tải trọng: Cách phân loại này dựa trên tính chất tải trọng tác dụng lên trục Theo cách phân loại này, chúng ta có thể chia trục thành hai loại: trục tâm và trục truyền

 Theo cấu tạo trục: Nếu phân loại trục theo cấu tạo, thì có thể chia trục thành: trục trơn, trục bậc, trục đặc và rỗng

Kết cấu trục hợp lý là một trong những yêu cầu đặt ra cho người thiết kế sao cho đảm bảo được độ bền, tính thẩm mỹ của thiết bị, có tính công nghệ cao để thuận tiện cho việc chế tạo và lắp ráp cũng như giá thành hợp lý nhất

Kết cấu trục được quyết định bởi tình hình phân bố lực tác dụng lên trục và trị

số của các lực này, cách bố trí và cố định các chi tiết máy trên trục, tình hình gia công

và lắp ghép …

Trục được chế tạo có hình trục tròn gồm nhiều bậc Ít khi dùng trục trơn vì loại trục này không thích hợp với ứng suất thay đổi theo dọc chiều dài trục, lắp ráp sửa chữa khó khăn, việc cố định các chi tiết máy trên trục cũng phức tạp…Tuy nhiên, trục trơn rất dễ trong chế tạo

Trục rỗng có giá thành cao do chế tạo khó khăn, nhưng có khối lượng nhỏ và khả năng truyền moment xoắn tốt

Cấu tạo trục bao gồm các phần sau:

 Chi tiết máy đỡ trục gọi là ổ trục, phần trục tiếp xúc với ổ trục được gọi là ngõng trục

 Phần trục để lắp ghép các tiết máy khác gọi là thân trục

Một điều hết sức lưu ý trong quá trình thiết kế trục là : Đường kính ngõng trục và thân trục phải lấy theo các trị số tiêu chuẩn để thuận tiện cho việc chế tạo và lắp ghép

Vật liệu dùng để chế tạo trục xác định theo những tiêu chuẩn về khả năng làm việc của trục, ít nhạy với tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện, hoá luyện được và

dễ gia công và có các đặc điểm sau:

 Phôi để chế tạo trục có đường kính nhỏ hơn 150 mm dùng phôi rèn Rất hiếm khi dùng phôi đúc

 Thép Carbon và thép hợp kim là những vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo trục, nếu không có yêu cầu cao và trục chịu ứng suất không lớn thì có thể dùng thép CT5 không nhiệt luyện

 Nếu khả năng tải của trục đòi hỏi cao hơn thì dùng thép C45, 40Cr nhiệt luyện

 Đối với các trục chịu ứng suất lớn và sử dụng trong các máy móc quan trọng có thể dùng thép 40CrNi, 40CrNi, 30CrMnTi…Trục được chế tạo từ những loại thép này thường được tôi cải thiện (tôi rồi ram ở nhiệt độ cao, tôi cao tầng (tôi

bề mặt chi tiết bằng dòng diện có tầng số cao) rồi sau đó ram ở nhiệt độ thấp

 Đối với trục có số vòng quay lớn và ổ trục là ổ trượt thì đòi hỏi ngõng trục phải

có đội rắn cao, thường được chế tạo từ thép 20, 20Cr thấm Carbon rồi tôi

 Nếu trục làm việc với vận tốc rất cao và chịu ứng suất lớn thì dùng thép 12CrNi3A,18CrMnTi thấm carbonvà tôi hay thép thấm nitơ như 38Cr2MoAlA

 Để chế tạo các trục định hình như trục khuỷu hay trục có đường kính lớn, nặng (trục cán), người ta dùng gang chịu bền cao (gang cầu) và gang biến tính Tuy sức bền của gang kém hơn thép nhưng gang lại ít nhạy với tập trung ứng suất

và khả năng giảm chấn tốt hơn thép

 Cần chú ý rằng thép hợp kim nhiệt luyện có độ bền và độ rắn cao nhưng modun đàn hồi không khác các loại thép Carbon thông thường Do đó, theo điều kiện sức bền thì kích thước trục sẽ nhỏ nhưng trục sẽ không đủ độ cứng cần thiết Hơn nữa, thép hợp kim thường đắt tiền và rất nhạy với tập trung ứng suất Do

đó, khi nào thực sự cần thiết (giảm bớt kích thước và khối lượng trục, nâng cao tính chống mòn của ngõng trục) và xét thấy độ cứng trục vẫn đảm bảo thì mới dùng đến thép hợp kim

Các dạng hỏng của trục bao gồm: gãy trục, mòn trục, không đủ độ cứng với các đặc điểm sau:

 Gãy trục: do quá tải; do mỏi gây do thường xuyên làm việc quá tải (do không đánh giá đúng đặc điểm và trị số của tải trọng); Do đánh giá không đúng sự tập trung ứng suất do kết cấu trục gây nên (góc lượn, rãnh then, lỗ khoan, rãnh vòng…); Có sự tập trung ứng suất do chất lượng chế tạo kém (có vết xước khi gia công…); Sử dụng và lắp ráp không đúng kỹ thuật hoặc lắp không đúng kiểu

 Mòn trục: Đối với ngõng trục lắp ổ trượt khi tính toán và sử dụng không đúng yêu cầu kỹ thuật thì màng dầu bôi trơn không hình thành, dẫn đến trục trực tiếp

tính xúc với ổ, dẫn đến lót trục bị mòn nhanh, ngõng trục bị nóng lên trục có thể bị dính (là hiện tượng vật liệu của lót ổ bám dính vào ngõng trục), trục bị xước và mất khả năng làm việc

 Trục không đủ độ cứng: Trục bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng gây nên phá hỏng ổ trục, các bền mặt của các chi tiết truyền động, mất độ chính xác và

độ bóng bề mặt gia công (đối với trục chính của máy gia công) Nếu trục bị biến dạng làm việc với vận tốc vòng lớn sẽ gây nên dao động

1.2 CƠ CHẾ PHÁ HỎNG CỦA CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN

1.2.1 Khái niệm về mòn

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt

Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc

có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào bị tách ra Sau đó vật liệu bị tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc hoặc tách ra thành những hạt mài rời Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật cũng là một dạng mòn

Giống như ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới mòn ở bề mặt tiếp xúc chung Rất sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung

là nguyên nhân mòn với tốc độ cao Mòn có thể chia thành các dạng sau:

Mòn do dính: Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau

Dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời Một số mảnh mòn còn được sinh ra

do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô

Mòn do cào xước: Xảy ra khi các nhấp nhô của một bề mặt cứng và ráp hoặc

các hạt cứng trượt trên một bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách Trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có độ dai

va đập cao (kim loại và hợp kim), đỉnh các nhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây

nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả trường hợp tải nhẹ nhất Trong trường hợp vật liệu dòn có độ dai va đập thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu

Mòn do mỏi: Mỏi xuất hiện dưới và trên bề mặt xảy ra tương ứng với tiếp xúc

lăn và trượt theo chu kỳ Sự đặt và nhấc tải theo chu kỳ có thể là nguyên nhân gây ra các vết nứt dưới hoặc trên bề mặt Sau một số chu kỳ giới hạn các vết nứt sẽ phát triển tới bề mặt tạo nên các mảnh mòn lớn làm cho bề mặt bị rỗ Mòn do mỏi chia thành các dạng sau:

Mỏi tiếp xúc lăn và trượt: Với các chi tiết không xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp,

các bề mặt đối tiếp vẫn chịu ứng suất lớn được truyền qua màng bôi trơn trong chuyển động lăn Các chi tiết của ổ lăn được thiết kế bôi trơn tốt thường bị hỏng vì mỏi xảy

ra dưới bề mặt Khi một vết nứt về mỏi xuất hiện dưới bề mặt, nó sẽ phát triển và tách vật liệu vùng bề mặt ra thành những mảnh mòn mỏng

Mỏi tiếp xúc vừa lăn vừa trượt: Sự kết hợp giữa lăn và trượt làm dịch chuyển

điểm có ứng suất tiếp cực đại lên gần bề mặt hơn do đó vị trí hỏng do mỏi tiến gần

bề mặt hơn Sự trượt thúc đẩy sự phá huỷ bề mặt do dính Bôi trơn thích hợp có thể hạn chế đến tối thiểu ảnh hưởng phá huỷ bề mặt do trượt trong điều kiện tiếp xúc này

Mỏi tiếp xúc trượt: Khi hai bề mặt trượt tương đối mòn xảy ra do dính và cào

xước Tuy nhiên có thể thấy rằng các đỉnh nhấp nhô có thể tiếp xúc và trượt với nhau

mà không bị dính hoặc cào xước, ứng suất tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô làm cho đỉnh các nhấp nhô ở một hoặc cả hai bề mặt bị biến dạng dẻo

Mòn do va chạm: Mòn do va chạm gồm 2 loại chính:

Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion): Mòn do va chạm của các hạt cứng là

một vấn đề quan tâm trong máy móc như sự va chạm của các hạt cát vào cánh tua bin, cánh máy bay lên thẳng, cánh quạt máy bay, chắn gió máy bay, đầu phun cát, tua bin than, tua bin thuỷ lực bơm ly tâm sử dụng bơm bùn than Tuy nhiên va chạm hạt cứng cũng có nhiều ứng dụng có lợi trong việc làm sạch các bề mặt của chi tiết máy

Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion): Percussion là va chạm có chu

kỳ của vật thể rắn thường gặp ở đầu búa in trong máy in, các ứng dụng điện cơ cao tốc và trong các nhấp nhô bề mặt nhô cao trong ổ bôi trơn khí Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trượt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp Mòn do percussion xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical

Mòn hoá học: Mòn hoá học xảy ra khi các bề mặt đối tiếp hoạt động trong

môi trường có hoạt tính hoá học Mòn hoá học xảy ra do sự tương tác hoá học hoặc điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trường Mòn hoá học xảy ra trong môi trường ăn mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo với tác dụng của dòng điện xảy ra trong quá trình điện phân

Mòn Tribochemical: Ma sát làm thay đổi động lực học của các tương tác hoá

học giữa các bề mặt trượt và với khí hoặc chất lỏng trong môi trường do tác dụng sinh nhiệt trên bề mặt tiếp xúc Ngành hoá học nghiên cứu tác dụng thay đổi các phản ứng hoá học bằng ma sát hoặc năng lượng cơ học gọi là tribochemistry, mòn bị kiểm soát bởi các phản ứng này gọi là mòn hoá học Nhiệt sinh ra do tương tác ma sát ở đỉnh các nhấp nhô làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học là cơ chế đặc trưng nhất của mòn tribochemical

Mòn fretting: Hiện tượng fretting xảy ra khi chuyển động dao động với tần

số thấp (trong khoảng vài chục nanômét đến vài chục micrômét) xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung của các bề mặt (về danh nghĩa là đứng yên) Đây là hiện tượng phổ biến bởi vì phần lớn các máy móc đều bị dao động, cả khi vận chuyển lẫn khi hoạt động

a b

Hình 1.1: Một số dạng mòn của trục cam a) Cổ trục cam bị mòn b) Vấu trục cam bị mòn, rỗ

Hình 1.2 Trục của các chi tiết máy bị mòn, rỗ

1.2.2 Cơ chế phá hỏng của các chi tiết chịu mài mòn

Mòn cơ học (còn có tên gọi mài mòn) là dạng mòn do các tác dụng cơ học Đây

là dạng hư hỏng do va chạm, mài mòn do tróc dính, do sự phá huỷ các bề mặt liên quan đến sự hao mòn vật liệu

Trong quá trình sử dụng các chi tiết máy bị hao mòn, độ hao mòn phụ thuộc vào các điều kiện như: Chất lượng chế tạo, kỹ thuật chăm sóc và điều kiện sử dụng Việc chăm sóc bảo dưỡng và sử dụng không đúng là nguyên nhân quan trọng làm cho độ hao mòn tăng nhanh

Khi làm việc các chi tiết chuyển động tương đối trên nhau, sinh ra ma sát giữa các bề mặt làm việc, làm mài mòn các chi tiết Trong điều kiện bình thường thì quy luật hao mòn diễn ra tỉ lệ thuận với thời gian sử dụng và khối lượng công việc hoàn thành Quy luật hao mòn theo 3 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Giai đoạn rà trơn máy Là giai đoạn đầu, các chi tiết hao mòn rất nhanh, vì các bề mặt làm việc có những chỗ gồ ghề của vết dao cắt gọt, tiếp xúc với

nhau, mài vào nhau, ở các điểm cao nhất ma sát cao hơn các điểm khác, thêm vào đó việc bôi trơn khó khăn hơn, do đó khe hở tăng lên rất nhanh

Giai đoạn hai: Giai đoạn làm việc bình thường Sau giai đoạn một các chỗ gồ ghề bị san bằng phẳng, áp suất phân bố đều, dầu bôi trơn vào dễ dàng hơn, tạo thành màng dầu trên toàn bộ bề mặt làm việc, độ hao mòn ổn định, tăng chậm Giai đoạn này tương đối dài, là thời gian làm việc bình thường của gầu máy, muốn kéo dài thời gian này, biện pháp duy nhất là chăm sóc, điều chỉnh kịp thời, sử dụng đúng quy trình

kĩ thuật

Giai đoạn ba: Giai đoạn nguy hiểm Ở giai đoạn này độ hao mòn các chi tiết tăng nhanh, khe hở lắp ghép có trị số lớn nhất, khe hở lớn sẽ sinh ra lực va đập, làm các chi tiết máy hao mòn nhanh, bôi trơn khó khăn, sinh ra hư hỏng như: gẫy, cháy,

rỗ bề mặt, cuối giai đoạn phải thay thế, phục hồi, để đảm bảo khe hở làm việc tốt nhất

Mòn dưới tác dụng của môi trường Mòn do dòng chất lỏng, dòng khí hoặc

hoá chất Mòn dạng này có thể do các chất trên hòa tan khuyếch tán hay thẩm thấu theo thời gian vào chi tiết máy; cũng có thể do tác dụng hoá học, do các tác dụng của

áp lực có chu kỳ hoặc không chu kỳ tiếp xúc với chi tiết Các dạng mòn trên được gọi là ăn mòn kim loại Dựa theo môi trường có chất điện ly hay không mà người ta chia ra : ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá

Dạng thứ 3 là dạng kết hợp cả cơ học và ăn mòn vật liệu dưới tác dụng của các môi trường Dạng mài mòn (mòn cơ học) thường xuất hiện trên các bề mặt khô tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau, đặc biệt các bề mặt lắp ghép quá chặt, ma sát lớn, Mòn cơ học xuất hiện khi có chuyển động của kim loại trên kim loại hay

có môi trường các chất phi kim loại chuyển động trên nó Trong thực tế người ta phân mòn cơ học ra các loại như sau:

Sự phá huỷ bề mặt do tróc dính (tróc loại 1): Do ma sát hình thành các mối liên kết cục bộ, gây biến dạng và phá hỏng mối liên kết đó (quá tải cục bộ) Xuất hiện chủ yếu ở ma sát trượt, tốc độ dịch chuyển nhỏ, thiếu bôi trơn làm áp suất cục bộ tăng quá giới hạn chảy

Sự phá huỷ bề mặt do tróc nhiệt (tróc loại 2 hay mài mòn nhiệt): Do ma sát nhiệt

độ tăng đáng kể hình thành các mối liên kết cục bộ, gây biến dạng dẻo rồi phá hỏng mối liên kết ấy (quá tải nhiệt) Dạng này xuất hiện chủ yếu do chuyển dịch tương đối lớn và áp lực riêng p tăng, cấu trúc kim loại xảy ra hiện tượng kết tinh lại, ram, tôi cục bộ Tróc loại 2 còn tuỳ thuộc vào độ bền, tính dẫn nhiệt, độ cứng của vật liệu

Sự phá huỷ do mỏi : Đây là dạng mài mòn rỗ hay pitting Do tác động của ứng suất biến đổi chu kỳ, ứng suất tăng lên và lớn hơn giới hạn đàn hồi Hiện tượng này xảy ra do mối liên kết ma sát không liên tục, nó xảy ra trong từng phần của của bề mặt tiếp xúc Phá huỷ do mỏi thường gặp ở những bề mặt có nứt tế vi, vết lỏm sâu,

độ bóng thấp hoặc không đồng đều Dạng mòn này thường xảy ra khi có ma sát lăn, trên bề mặt của ổ lăn và ổ trượt, trên bề mặt của bánh răng,

Phá huỷ bề mặt do xói mòn kim loại (Mòn do tác dụng của môi trường các dòng chảy): Là sự phá huỷ các bề mặt do lực tác dụng va đập và lập lại nhiều lần hoặc thời gian kéo dài, áp lực lớn của dòng chất lỏng, dòng khí, dòng chuyển động của bột mài,

sự phóng điện hoặc chùm tia năng lượng chúng làm cho quá trình mòn do ma sát phức tạp thêm

Phá huỷ bề mặt do hiện tượng fretting

Sự phá huỷ bề mặt do ăn mòn kim loại: Ăn mòn là sự phá huỷ kim loại do

tương tác hoá học, điện hoá hoặc sinh hoá của kim loại với môi trường Quá trình ăn mòn kèm theo sự ô xy hoá bề mặt kim loại để tạo thành hợp chất hoá học của kim loại (oxit, hydroxit, Cacbonat, )

Sự phá huỷ bề mặt do ăn mòn điện : Sự phá hỏng bề mặt do tác dụng phóng

điện khi có dòng điện đi qua : Cổ góp, chổi than, các cơ cấu đóng và ngắt điện, Thực tế ở Việt nam hiện nay có rất nhiều chi tiết máy trong các ngành sản xuất

bị hỏng cần phải phục hồi; đặc biệt ngành công nghiệp khai thác và xây dựng sử dụng một lượng lớn máy nhập khẩu từ nước ngoài, vì thế khi sử dụng có rất nhiều chi tiết máy bị hư hỏng Một ngành công nghiệp nữa mà ít được để ý là chế biến mía đường

Để phục hồi cần giải quyết hai vấn đề cơ bản là:

 Đảm bảo chất lượng lớp đắp (độ bền mòn)

 Đảm bảo độ chính xác gia công cơ khí

Đa số các trường hợp hàn phục hồi các bề mặt làm việc chịu mài mòn thường dùng công nghệ hàn đắp dưới lớp thuốc hàn kết hợp với xử lý nhiệt sau khi hàn (nhiệt luyện), điều này ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng và năng suất phục hồi

Vì vậy hướng nghiên cứu hiện nay được xác định là hoàn thiện một bước công nghệ hàn đắp hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) nhằm nâng cao độ bền mòn (độ cứng) lớp đắp Hiện nay, người ta tập trung vào giải quyết hai vấn đề cơ bản sau đây:

 Nghiên cứu các quá trình hình thành lớp đắp bằng công nghệ hàn đắp

tự động để đảm bảo yêu cầu về độ cứng, thành phần hoá học và cấu trúc kim loại

 Nghiên cứu công nghệ, chế độ hàn đảm bảo tính ổn định về độ cứng và hình dáng mối hàn

Điều kiện thứ nhất cần cung cấp dây vào mối hàn, để thực hiện mục đích này người ta dùng dây hàn chứa các nguyên tố hợp kim như: C, Cr, Mn, Ni

Hình 1.3 Một số hình ảnh phục hồi các bề mặt chi tiết mòn, gãy

Như vậy từ những phân tích trên để phục hồi trục đã bị mòn, tác giả đã chọn phương pháp hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ

LỢI ÍCH CỦA VIỆC HÀN ĐẮP PHỤC HỒI CHI TIẾT

Hàn đắp là một phương pháp công nghệ bề mặt được áp dụng rộng rãi trong phục hồi, sửa chữa các bề mặt chi tiết máy Kỹ thuật hàn tiên tiến hiện nay cùng với

sự phát triển mạnh của công nghệ vật liệu cho phép phục hồi bề mặt các chi tiết quan trọng, bị mài mòn và hư hỏng trong quá trình sử dụng, đạt chất lượng tốt và đem lại hiệu quả kinh tế cao

Trong thực tế người ta đã hàn phục hồi bề mặt các chi tiết phức tạp và có độ chính xác cao như trục khuỷu, trục cam, trục liền bánh răng, trục cán, gối đỡ, má nghiền và các chi tiết phức tạp khác làm việc trong điều kiện tải trong nặng, các loại trục ép mía, cánh khuấy chịu mài mòn, các loại xi lanh máy ép thuỷ lực, cánh tuốc bin…

Bề mặt các chi tiết máy sau phục hồi có khả năng làm việc không kém các chi tiết mới; trong nhiều trường hợp phục hồi bằng hàn đắp còn có thể làm tăng được một

số đặc tính của bề mặt chi tiết như độ cứng, khả năng chịu mài mòn… đồng thời làm tăng tuổi thọ của chi tiết máy Đặc biệt đem lại hiệu quả kinh tế là giá thành sau phục hồi chi tiết máy chỉ bằng (30 ÷ 50)% so với giá thành chi tiết mới

Hàng năm các trục này của một số nhà máy mía đường rất hay gặp các sự cố hỏng hóc như gẫy trục, nứt, bong tróc bề mặt, mòn… Khi gặp các sự cố này, các nhà máy thường phải dừng ép để khắc phục, mất rất nhiều thời gian, gián đoạn sản xuất, ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế

Từ trước tới nay tất cả các trục ép, khi có hư hỏng thường phải chở sang Trung Quốc sửa chữa, vận chuyển tốn kém, giá sửa chữa cao mất rất nhiều thời gian, nhất

là đối với các nhà máy mía đường ở miền Trung và miền Nam Các nhà máy đường của Việt Nam hiện nay hầu hết đã có tuổi thọ trên 10 năm, các chi tiết qua thời gian dài làm việc đã có chi tiết phải thay, chi tiết phải sửa chữa phục hồi (vì quý hiếm, giá thành cao) Khối lượng công việc phải sửa chữa phục hồi các chi tiết như trục ép (cán) hiện nay là rất lớn

1.3 PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT

Căn cứ vào đặc điểm kết cấu, điều kiện làm việc, tình trạng hư hỏng và công nghệ hàn phục hồi mà ta có thể phân loại các chi tiết cần phục hồi ra làm hai loại cơ bản sau:

Các chi tiết phục hồi bằng hàn đắp:

Là các chi tiết có bề mặt tiếp xúc và di chuyển tương đối trong quá trình làm việc: Dạng hư hỏng tự nhiên của các loại chi tiết cơ khí

Đối với các chi tiết dạng này, phải hàn đắp lên bề mặt bị mài mòn một lượng kim loại đắp để bù lại kích thước ban đầu và lượng dư gia công Lớp kim loại hàn đắp phải đảm bảo các yêu cầu về cơ tính cũng như các đặc tính làm việc khác của chi tiết máy

Các chi tiết phải phục hồi bằng hàn nối do bị đứt, gãy, vỡ…

Đây là các chi tiết bị hư hỏng bất thường vì va chạm, do thay đổi tải đột ngột, quá tải, phá huỷ …

Việc hàn phục hồi các chi tiết dạng này thường khá phức tạp, lớp kim loại hàn vừa phải bảo đảm về độ bền, vừa phải đảm bảo được khả năng làm việc trong những điều kiện nhất định Theo [1], các chi tiết máy được thực hiện phục hồi bằng hàn đắp được biểu thị trong bảng 1.1

Để thuận tiện cho việc chọn phương pháp phục hồi cũng như chọn vật liệu hàn

và các điều kiện công nghệ khác, dưới đây chúng ta sẽ phân loại các chi tiết hư hỏng theo nhóm Việc này tạo điều kiện cho ta có thể định hướng và lựa chọn phương pháp phục hồi hợp lý, mặt khác đảm bảo cho các chi tiết sau khi phục hồi đạt chất lượng

sử dụng cao nhất, hạn chế tới mức thấp nhất chi phí sản xuất và tạo khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn

Việc phân loại các nhóm chi tiết này được thực hiện trong bảng 1.1 Nhìn chung, chủng loại các nhóm chi tiết và nhu cầu phục hồi của các dạng chi tiết máy đã ngày càng trở nên rất phong phú và đa dạng Việc lựa chọn phương pháp hàn phục hồi phù hợp cho mỗi chi tiết cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định đến chất lượng phục hồi, nó phụ thuộc vào thành phần hoá học của kim loại cơ bản, kết cấu hình học cũng như điều kiện làm việc của chi tiết

- Các bề mặt bánh răng

- Bề mặt cam

- Ghi đường tàu hoả

- Gờ bánh tàu hỏa, bánh tàu điện, con lăn

- Hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG)

TT Dạng chi tiết Chi tiết đặc trưng Phương pháp phục hồi

- Dao cắt kim loại nóng và nguội

- Dao gấp định hình

- Hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

- Côn nạp liệu lò cao và các thiết

bị luyện kim tiếp xúc với quặng

- Miệng xu páp của các nắp quy lát

- Hàn hồ quang tay

- Hàn tự động dưới lớp thuốc hàn

- Hàn hơi

- Hàn TIG

- Hàn trong môi trường khí bảo vệ

1.3.1 Hàn đắp hồ quang tay (SMAW/MMA)( Theo [4] )

Hàn đắp hồ quang tay là phương pháp rất phổ biến, nó được áp dụng trong nhiều công việc phục hồi bởi thiết bị đơn giản, dễ vận hành, mất ít thời gian cho công tác chuẩn bị, thao tác hàn rất linh động nên có thể phù hợp với tất cả các chủng loại chi tiết đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp Tuy nhiên vì năng suất và chất lượng hàn không cao nên phương pháp hàn hồ quang tay chỉ sử dụng cho dạng phục hồi đơn chiếc

Một vấn đề đặc biệt quan trọng của quá trình hàn đắp phục hồi bằng hàn hồ quang tay là chọn que hàn đắp phải đảm bảo sao cho sau khi hàn nhận được lớp kim loại đắp đáp ứng được các yêu cầu về mặt cơ tính và các đặc tính sử dụng khác, có tính công nghệ tốt và giá thành rẻ

Trên thế giới với các nước tiên tiến có công nghệ phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga, Nhật Bản và cả các nước đang phát triển như Trung Quốc, Hàn Quốc, Singapore…thì hàn đắp bằng công nghệ hàn hồ quang tay vẫn chiếm một tỉ lệ rất lớn khoảng 50 % Ở Việt nam các công ty cơ khí như: Công ty Cơ khí Hà Nội, Công ty Cơ khí Quang Trung, Công ty Cơ khí Đông Anh việc ứng dụng hàn đắp bằng công nghệ hàn hồ quang tay cũng chiếm một tỷ lệ rất lớn khoảng trên 50%; đặc biệt tại các cơ sở tư nhân thì việc ứng dụng hàn đắp bằng công nghệ hàn hồ quang tay vào việc phục hồi các chi tiết máy chiếm khoảng trên 90%

1.3.2 Hàn đắp tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (SAW)

Phần lớn các chi tiết có thể áp dụng phương pháp này có bề mặt phẳng hoặc trụ Khi áp dụng phương pháp này năng suất hàn đắp tăng lên rõ rệt, điều kiện lao động

và chất lượng hàn đắp được cải thiện, tiêu hao điện năng và vật liệu hàn ít… So với hàn tay, hàn đắp tự động có thể hợp kim hoá kim loại mối hàn một cách dễ dàng Do

đó có thể tăng cơ tính của lớp hàn đắp, tăng khả năng chịu mài mòn va đập của chi tiết sau khi phục hồi Việc hợp kim hoá trong hàn tự động rẻ và đơn giản hơn nhiều

so với sản xuất que hàn đặc biệt Có thể hợp kim hoá mối hàn bằng ba cách: dùng dây hợp kim; dây lõi thuốc hoặc dùng thuốc hàn gốm Việc lựa chọn phương pháp nào phụ thuộc vào mức độ hợp kim hoá của mối hàn, nguyên tố hợp kim, điều kiện vật liệu, điều kiện thao tác hàn…

Hiện tại phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi đặc biệt cho các chi tiết hình trụ như trục khuỷu, trục piston máy mía, buồng công tác máy bơm, mũi khoan

đá, cần khoan dầu khí, trục lô ép mía…

Phương pháp này cũng được áp dụng để hàn các chi tiết phẳng như má kẹp, các mặt trượt ma sát lớn, hàn bằng thép không gỉ cho các bề mặt chịu ăn mòn…

1.3.3 Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG)

Ngày nay người ta sử dụng nhiều phương pháp hàn và hàn đắp trong khí bảo

vệ bằng điện cực nóng chảy và không nóng chảy, hàn một hồ quang hoặc nhiều hồ quang Trong đó phương pháp hàn đắp tự động dùng điện cực nóng chảy được sử dụng rộng rãi nhất

Hàn đắp trong khí bảo vệ cho phép cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn trong bất kì vị trí không gian nào phù hợp với bề mặt chi tiết hàn đắp kể cả hàn trần Cũng có thể cơ khí hoá cả việc hàn đắp những chi tiết nhỏ, điều đó làm tăng năng suất lao động lên 3 - 5 lần so với hàn tay Chính vì thế việc ứng dụng hàn hồ quang

trong môi trường khí bảo vệ vào công nghệ hàn đắp ở các nước trên thế giới ngày càng phát triển rộng rãi

Trong hàn đắp tự động, bán tự động bằng bằng phương pháp hàn MIG/MAG, kim loại lớp đắp được hợp kim hoá bằng các nguyên tố chứa trong lõi dây hàn ở dạng hỗn hợp cơ học Lõi dây hàn vừa có nhiệm vụ hợp kim hoá mối hàn vừa tạo ra môi trường khí bảo vệ mối hàn Trong một số trường hợp, để tăng khả năng bảo vệ mối hàn, người ta dùng khí bảo vệ kết hợp như CO2, Ar

Quá trình hàn đắp các chi tiết bằng phương pháp hàn MIG/MAG được dùng

để phục hồi các chi tiết trong máy xây dựng và khai thác như lưỡi gạt máy ủi, răng gầu múc của máy xúc, máy đào, bánh xích của máy ủi và máy xúc, ga lê tì và ga lê

đỡ của máy xúc và máy ủi, hàm nhai máy nghiền đá, cánh xoắn trục vít tải…

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG

Với ưu điểm vượt trội là cho chất lượng mối hàn tốt, công suất và hiệu suất đắp cao, có thể tự động hoá quá trình hàn do đó trên thế giới phương pháp hàn này ngày nay được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển Đặc biệt trong công nghệ hàn đắp vì có thể được ứng dụng nâng cao tính năng luyện kim của quá trình hàn và cơ tính của lớp đắp thông qua các nguyên tố hợp kim chứa trong thuốc hàn Ở Việt Nam phương pháp hàn này mới được áp dụng Cụ thể trong công nghệ hàn đắp phương pháp hàn này đã được một số công ty như Công ty HTH Trường Phát, Công ty Cơ khí Đông Anh, Công ty TNHH Welding Alloys Việt Nam ứng dụng rất thành công trong việc hàn phục hồi con lăn và tấm lót bàn nghiền cho các nhà máy sản xuất xi

măng, hàn đắp trục cam, cánh tuốc bin, trục cán thép định hình, galê máy xúc, máy

ủi bằng bánh xích… Đây là một công nghệ có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật cao nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí duy tu bảo dưỡng tại các nhà máy xi măng, cán thép, thuỷ điện

1.3.5 Hàn đắp bằng Plasma (PW)

Hàn plasma là phương pháp hàn tiên tiến có rất nhiều ưu điểm như nhiệt độ cao, tập trung nhiệt nên có thể hàn các chi tiết với lớp hàn có chiều dày mỏng khoảng 1mm Mặt khác hàn đắp bằng plasma có thể thực hiện tốt việc đắp các lớp đồng chì, đồng đỏ, đồng thau trên thép với lượng sắt trong lớp đắp không vượt quá 0,5% Người

ta cũng đã thành công trong việc đắp các chi tiết bằng thép Cácbon thấp với vật liệu chịu mài ṃòn mà lượng kim loại cơ bản tham gia vào kim loại hàn đắp là nhỏ nhất Trong lĩnh vực phục hồi chi tiết máy hàn đắp plasma là một trong những phương pháp công nghệ tiên tiến và đang phát triển mạnh mẽ Quá trình hàn plasma có 2 phương pháp chính:

i) Hàn đắp plasma với vật liệu bổ sung là bột kim loại

Ở phương pháp này vật liệu hàn dạng bột, do vậy ta có thể thay đổi điều chỉnh thành phần kim loại lớp hàn một cách dễ dàng đáp ứng được yêu cầu làm việc của chi tiết Phương pháp này đã được ứng dụng để hàn đắp có kết quả tốt đối với các chi

tiết chịu mài mòn với bột kim loại hợp kim cứng đặc biệt Lớp hàn đắp nhận được chủ yếu là nhờ kim loại bổ sung, kim loại cơ bản hầu như không tham gia vào việc hình thành mối hàn

Hình 1.5 Hàn bột Plasma phục hồi xupap động cơ máy thủy

Hình 1.6 Một số ứng dụng của công nghệ hàn bột plasma

Hình 1.7 Hệ thống thiết bị công nghệ hàn bột plasma

Hình 1.8 Đầu hàn plasma ii) Hàn đắp plasma với vật liệu bổ sung là dây kim loại

Trong trường hợp này người ta sử dụng thiết bị hàn tự động, nó làm nhiệm vụ cấp dây tự động vào vũng hàn Người ta cũng có thể cho thêm vật liệu bổ sung vào vũng hàn ngoài dây hàn, do đó làm tăng năng suất và đồng thời giải quyết được vấn

đề hợp kim hoá mối hàn

Việc hàn đắp plasma bằng dây ứng dụng có hiệu quả để hàn đắp kim loại dễ nóng chảy trên kim loại khó nóng chảy hơn, chẳng hạn hàn đắp đồng thanh, đồng thau lên thép

CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HOÁ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI

BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 2.1 Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG)

2.1.1 Đặc điểm

- Hàn MIG/MAG là phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ, mà hồ

quang điện được sinh ra giữa chi tiết hàn và điện cực bằng dây hàn nóng chảy Nó tạo ra sự nóng chảy kim loại dây hàn và kim loại vật hàn trong một lớp khí bảo vệ vùng nóng chảy

- Phương pháp hàn được gọi tắt là MIG hoặc MAG phụ thuộc vào loại khí bảo

vệ mối hàn

MIG được viết tắt từ: Metal Inert Gas

MAG được viết tắt từ: Metal Active Gas

MIG: Là phương pháp hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ là khí trơ như: argon, heli

MAG: Là phương pháp hàn hồ quang điện trong lớp khí hoạt tính bảo vệ như khí cacbonic (CO2), hoặc hỗn hợp khí cacbonic với heli hoặc (argon )

- Phương pháp hàn này thường dùng để hàn phục hồi các chi tiết dạng trục bởi các ưu điểm vượt trội sau:

+ Nguồn nhiệt tập trung và có nhiệt độ cao, tại tâm vũng hàn nhiệt độ có thể đạt tới 6.000  7.0000C

+ Hạn chế được tối đa ứng suất và biến dạng suất và biến dạng sau khi hàn

+ Mối hàn sạch đẹp, không có xỷ, ít kim loại bắn té

+ Độ bám dính tốt, chất lượng lớp kim lọai đắp cao

+ Hàn được các chi tiết trục có dường kính nhỏ với tất cả các vị trí hàn trong không gian

2.1.2 Vật liệu công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 2.1.2.1 Khí bảo vệ

- Khí argon (Ar)

Là loại khí trơ không màu, không mùi, không cháy và không nổ, sôi ở nhiệt

độ -185,50C dưới áp suất bình thường argon nặng hơn không khí, nhờ nặng hơn không khí nên argon bảo vệ rất tốt vùng kim loại nóng chảy khi hàn

Theo [4] khí argon tinh khiết có thể chia thành 3 loại A, B, C (bảng 2.1) Độ

ẩm đối với khí argon tinh khiết của cả 3 loại < 0,03% g/m3

Bảng 2.1: Thành phần khí Argon (% khối lượng)

99,96 0,005 0,04

99,90 0,005 0,01 Argon loại A dùng để hàn, luyện kim các kim loại hoạt tính và hiếm như: titan, zirconi, niobi, cùng các hợp kim của chúng

Argon loại B dùng để hàn, luyện kim các kim loại nhôm, magiê Sử dụng để hàn điện cực nóng chảy và không nóng chảy

Argon loại C dùng để hàn, luyện kim các kim loại và hợp kim loại crôm, niken, thép hợp kim và nhôm

Argon được bảo quản và vận chuyển trong các bình kín Bình chứa argon được quy định sơn đen phần dưới, sơn trắng phần trên, ở phần trên của bình in chữ “Argon sạch”

- Khí heli (He)

Heli là khí trơ, không màu, không mùi, nhẹ hơn so với không khí Do vậy việc bảo vệ kim loại vùng nóng chảy bằng khí heli khó khăn hơn so với argon, phải đòi hỏi lượng khí tiêu thụ lớn hơn Tuy nhiên heli bảo vệ rất tốt sự đốt nóng vùng hàn Heli được phân thành hai loại: Heli có độ sạch cao và heli kỹ thuật (bảng 2-2) Heli được bảo quản và vận chuyển trong các bình kín dưới áp suất 150 at Các bình chứa heli được sơn màu nâu và in chữ trắng “Heli”

- Các hỗn hợp khí trơ

Các hỗn hợp khí trơ bao gồm các khí Argon và Heli Nhờ có trọng lượng lớn hơn Heli nên hỗn hợp khí này bảo vệ vùng nóng chảy tốt hơn Heli Đặc biệt hỗn hợp chứa 70% Ar + 30% He có khả năng bảo vệ tốt nhất Khi hàn các kim loại hoạt tính, người ta sử dụng hỗn hợp chứa 70% He còn lại là Ar

Để có tỉ lệ pha trộn hỗn hợp khí theo yêu cầu, người ta thường sản xuất bằng cách trộn các khí từ trong các bình chứa riêng nhờ máy trộn đặc biệt

Bảng 2.2: Thành phần khí Heli (% khối lượng) theo [6]

- Khí Cacbonic (CO 2 )

Khí cacboniclà loại khí hoạt tính, không màu, nặng hơn không khí Dưới áp suất 760 mm Hg và ở nhiệt độ 00C khí cacbonic có trọng lượng 1,9768 g/lít, lớn hơn trọng lượng không khí 1,5 lần Cacbonic có tỉ trọng thay đổi mạnh khi nhiệt độ thay đổi Do vậy nó được tính theo trọng lượng chứ không tính theo thể tích Cacbonic được vận chuyển và bảo quản ở trạng thái lỏng Khi hóa hơi 1kg khí cacbonic trong điều kiện tiêu chuẩn (760 mmHg; 00C) tạo thành 506,8 lít khí cacbonic Một bình tiêu chuẩn với dung tích 40 lít chứa được 25 kg khí cacbonic lỏng, khí hóa hơi tạo thành 12.600 lít khí Bình chứa khí cacbonic được sơn màu đen và sơn chữ “CO2” màu vàng Chất lượng khí cacbonic dùng bảo vệ mối hàn xem (bảng 2.3)

Bảng 2.3: Chất lượng khí cacbonic dùng bảo vệ mối hàn (theo [6])

Heli (không nhỏ hơn)

Hiđro (không lớn hơn)

Oxy (không lớn hơn)

Cacbon (không lớn hơn)

Neon (không lớn hơn)

Nitơ (không lớn hơn)

Điểm sương (không cao hơn)

99,985 0,0025 0,005 0,002 0,003 0,005 -550C

99,8 0,06 0,12 0,005 0,005 0,12 -500C

Bảng 2.4: Chất lượng khí nitơ dùng bảo vệ mối hàn

Nitơ sạch

Loại I

Loại II

99,9 99,5 99,0

Hàn hợp kim nhôm không chứa mangan

Hàn plasma, đồng, niken, thép hợp kim

2.1.3 Các thông số hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG)

2.1.3.1 Tốc độ hàn - tốc độ đắp

Tốc độ đắp là lượng kim loại đắp vào mối hàn trong một đơn vị thời gian (tính bằng kg/h) Tốc độ đắp cần được cân đối với tốc độ hàn tức là cân đối với độ dịch chuyển của hồ quang Sự cân đối đó phụ thuộc vào :

Tốc độ hàn ảnh hưởng tới kích thước mối hàn và chiều sâu chảy Nếu giảm tốc

độ hàn, vũng hàn sẽ rộng và sâu hơn, hồ quang tác động chủ yếu lên vũng hàn thay

vì tác động lên kim loại cơ bản Khi tốc độ hàn tăng chiều sâu chảy giảm, chiều rộng mối hàn cũng giảm

2.1.3.2 Cường độ dòng điện hàn, tốc độ cấp dây

Sau khi xác định tốc độ tối ưu cho mối hàn, bước tiếp theo là xác định tốc độ cấp dây và cường độ dòng điện hàn phù hợp với điện cực nhất định để đạt được tốc

độ đắp đó Trên thực tế người ta không sử dụng cường độ dòng điện hàn mà sử dụng tốc độ cấp dây để đặt, duy trì và đo tốc độ đắp vì như vậy sẽ chính xác hơn so với sử dụng cường độ dòng điện hàn

Dòng điện hàn trong dải thích hợp được chọn theo đường kính dây hàn, dạng dịch chuyển kim loại và chiều dày kim loại cơ bản Dòng điện hàn quá thấp, mối hàn không ngấu, ngược lại dòng điện hàn quá cao gây bắn toé kim loại, dễ tạo rỗ khí và ảnh hưởng xấu tới hình dạng mối hàn

Với nguồn hàn có đặc tính thoải, dòng điện hàn tỷ lệ thuận với tốc dây, ứng với đường kính dây hàn cho trước Khi tăng cường độ dòng điện hàn trong dải cho phép chiều sâu chảy lớn dẫn đến kích thước mối hàn Dải tốc độ cấp dây (dòng điện hàn) tiêu biểu cho hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2

2.1.3.3 Điện áp hồ quang

Điện áp hồ quang liên quan đến chiều dài hồ quang, được thiết lập để duy trì độ

ổn định của hồ quang tại tốc độ cấp dây (cường độ dòng điện hàn) để chọn và để duy trì mức bắn toé tối thiểu

Điện áp hồ quang quyết định dạng dịch chuyển của kim loại điện cực Điện áp

hồ quang phụ thuộc vào chiều dày kim loại cơ bản, thành phần hoá học mối hàn, loại liên kết hàn, thành phần và kích thước điện cực, thành phần khí bảo vệ, tư thế hàn

Để có thể xác định được chính xác điện áp hồ quang khi hàn cụ thể, cần hàn thử

vì không có giá trị cụ thể nào thích hợp với mọi ứng dụng hàn (Giá trị trong bảng 2.6 chỉ mang tính tham khảo)

Trong dải giá trị ở chế độ hàn tiêu biểu khi tăng điện áp U chiều rộng hàn b tăng Khi giảm điện áp phần lồi mối hàn và chiều cao h tăng Khi điện áp hàn tăng cao hơn dải giá trị trên, rỗ khí, bắn toé, không ngấu mép rãnh hàn xuất hiện Có thể tham khảo điện áp hàn theo bảng 2.7 (theo [6])

Bảng 2.7: Chọn điện áp hàn

16  22 V Hàn ở mọi tư thế, với tấm tương đối mỏng, ở chế độ dịch chuyển

ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ Chiều sâu chảy tối thiểu

30  45 V

Chủ yếu cho hàn tự động, dịch chuyển tia, với tấm dày, tư thế hàn sấp, dây hàn lớn và dòng điện hàn cao để có chiều sâu chảy lớn

và tốc độ đắp lớn

24 30 V Có đặc điểm của cả hai loại trên, dùng cho hàn bán tự động và tự

động, chiều dày tấm trung bình

Thực tế, điện áp hồ quang quan hệ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, đồ thị dưới đây biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện hàn và điện áp hồ quang Đường tâm biểu thị chính xác giá trị dòng điện hàn và điện áp hồ quang Tuy nhiên, chế độ hàn nói chung được lựa chọn trong một dải giá trị của dòng điện và điện áp

Hình 2.1: Quan hệ điện áp và cường độ dòng điện

E: Điện áp hồ quang (V), I: Cường độ dòng điện hàn (A)

2.1.3.4 Tầm với điện cực

Tầm với điện cực là khoảng cách từ đầu dây hàn đến đầu ống kẹp điện cực Tầm với đến cực đặc biệt quan trọng khi dây hàn thuộc loại vật liệu có tính dẫn điện thấp và điện trở riêng lớn

Nói chung, đường kính dây hàn và loại khí bảo vệ ảnh hưởng đến giá trị của tầm với điện cực Tầm với điện cực quá lớn khiến điều kiện bảo vệ vũng hàn xấu đi, đặc biệt khi nghiêng súng hàn Khi dây hàn có đường kính nhỏ, tầm với điện cực quá lớn cũng làm giảm tính ổn định của dây hàn Ngoài ra tầm với điện cực tăng sẽ làm tăng mức độ bắn toé khi hàn

Ngược lại, tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm ống tiếp xúc (ống kẹp điện cực)

bị quá tải về nhiệt và làm các giọt kim loại bắn toé dính vào miệng chụp khí của súng hàn

2.1.4 Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng lớp hàn đắp

Độ an toàn và tin cậy của các trục chi tiết là những yêu cầu cần thiết hàng đầu cho tất cả các loại trục, mặt khác hàn là một trong những phương pháp hồi phục cơ bản cho hầu hết các loại trục chi tiết, do vậy mối hàn phải đáp ứng được các yêu cầu

về mặt chất lượng, nhằm thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật được hình thành trên cơ sở điều kiện làm việc của các trục chi tiết

Để đảm bảo khống chế được chất lượng mối hàn ta cần phải quan tâm đến quá trình nóng chảy và đông đặc của kim loại, tốc độ nguội của mối hàn, thành phần cơ

tính của vật liệu hàn và vật liệu cơ bản cũng như sự thay đổi của chất lượng vật liệu,

sự phân bố của trường nhiệt, sự xuất hiện và phân bố của trường ứng suất dư, sự biến dạng của kết cấu và khả năng xuất hiện khuyết tật Sự xuất hiện của các yếu tố trên không chỉ rất phức tạp về mặt kỹ thuật mà đôi khi còn khó phát hiện và nhận biết (ví

dụ khuyết tật bên trong không thể phát hiện nếu không có phương pháp kiểm tra hiện đại), trong khi trường ứng suất dư và sự thay đổi cấu trúc kim loại tại vùng ảnh hưởng nhiệt là rất khó xác định bằng các phương pháp thông thường

Để có thể đạt được mối hàn có chất lượng tốt ta không chỉ quản lý các hoạt động hàn trực tiếp mà còn cả các công việc liên quan khác như kiểm tra thành phần và tính hàn của vật liệu cơ bản, chọn vật liệu hàn, máy hàn, nguồn điện và chuẩn bị mối nối, gia công và tổ hợp kết cấu, gia công nhiệt trước, trong và sau khi hàn, dũi mặt lưng mối hàn, mài phẳng, kiểm tra lượng dư, khuyết tật và hình dáng Những yếu tố trên yêu cầu những thủ tục và phương pháp quản lý chất lượng phức tạp và rất khác với các phương pháp gia công cơ khí khác Do vậy việc nghiên cứu và đưa ra các phương pháp quản lý các yếu tố ảnh hưởng chính tới chất lượng mối hàn là việc làm cần thiết

và rất quan trọng trong lĩnh vực hàn

Tuỳ thuộc vào từng loại vật liệu hàn, dạng trục chi tiết cần hàn đắp, từng yêu cầu cụ thể mà quá trình hàn đắp có thể đưa ra được các dạng kết quả khác nhau Song với mọi trường hợp, chất lượng của lớp đắp đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố

Mà các yếu tố sau đây ảnh hưởng lớn, mang tính chất quyết định, đó là:

 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn

Trong hàn MIG và MAG nguồn điện được sử dụng là điện một chiều cung cấp bởi các loại máy phát điện, biến áp chỉnh lưu kiểu điện áp không đổi Khi hàn MAG

để đắp hồi phục trục chi tiết thường dùng loại dây hàn nhỏ (<1,6 mm) do đó cần dòng điện nhỏ Đặc điểm của hồ quang có ảnh hưởng mạnh đến quá trình hàn

Khi hàn với điện cực không đổi (đường kính dây không đổi) Việc thay đổi cường độ dòng điện sẽ làm thay đổi nhiệt lượng toả ra ở hồ quang Trong trường hợp

điện áp không đổi, nếu dòng điện hàn cao thì mối hàn sẽ rộng, độ ngấu và chiều cao phần đắp sẽ tăng

Khi tăng cường độ dòng điện làm tăng nhiệt độ toả ra ở hồ quang khiến cho sự nóng chảy kim loại điện cực nhanh hơn, nhiều hơn Năng lượng hồ quang lớn sẽ có nguy cơ gây nên bắn toé kim loại nhiều

Khi tăng cường độ dòng điện quá mức, kim loại đắp nóng chảy nhanh, vận tốc hàn tăng gây ra sự thiếu hụt khí bảo vệ tạo điều kiện cho các khí có hại ngoài môi trường xâm nhập vào bể hàn gây ra các khuyết tật

Khi giảm cường độ dòng điện sẽ làm cho nhiệt lượng toả ra ở hồ quang nhỏ, sự nung nóng kim loại điện cực chậm hơn và truyền vào bể hàn ít hơn, hồ quang cháy không ổn định xuất hiện liên tục hiện tượng chập mạch, gây bắn toé kim loại nhiều, mối hàn có bề rộng hẹp, chiều sâu ngấu nhỏ do bể hàn được gia nhiệt kém Mối hàn

bị đóng cục, cơ tính giảm, sự thừa khí bảo vệ do tốc độ hàn nhỏ tạo lên luồng xoáy

để các khí có hại xâm nhập vào bể hàn gây các khuyết tật cho lớp đắp, đồng thời lúc này bể hàn có sự khử ôxy kém nên chất lượng kim loại lớp đắp là xấu

Do đó, trong quá trình đắp phải chọn và duy trì được cường độ dòng điện hàn hợp lý Cường độ dòng điện hàn có quan hệ mật thiết với đường kính điện cực

Ảnh hưởng của điện áp hàn

Điện áp hàn là yếu tố rất quan trọng đối với quá trình hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ sử dụng điện cực nóng chảy (MIG, MAG) Vì điện áp hàn có tính chất quyết định đến hình dạng và kiểu hồ quang hàn, xác định kiểu chuyển tiếp kim loại điện cực vào bể hàn do tác động đến tốc độ truyền kim loại lỏng qua hồ quang Điện

áp hàn được sử dụng phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cơ bản, kích cỡ và thành phần điện cực (dây hàn), thành phần khí bảo vệ và vị trí hàn.v.v

Điện áp hồ quang cần điều chỉnh và duy trì cho phù hợp với cường độ dòng điện hàn Điện áp hồ quang được tính theo cường độ dòng điện hàn trong hai trường hợp cụ thể như sau:

Trường hợp thứ nhất: Dòng điện hàn nhỏ hơn 250Ampe (chuyển dịch ngắn

Như vậy, điện áp hàn nằm trong một dải rất rộng; thay đổi điện áp hàn sẽ làm quá trình hàn biến đổi:

Khi tăng điện áp hàn làm tăng chiều dài hồ quang hàn, tăng lượng kim loại do bắn toé, bay hơi và ôxy hoá làm mối hàn chứa chiều lỗ khí giảm chất lượng lớp đắp Trong trường hợp cường độ dòng điện hàn thay đổi, nếu điện áp hồ quang quá cao thì chiều rộng mối hàn sẽ trở nên quá rộng Tuy nhiên độ ngấu và chiều cao mối hàn

sẽ giảm

Khi giảm điện áp hàn, đặc biệt là giảm điện áp hồ quang quá thấp đầu dây hàn

sẽ cắm vào bể hàn gây nên sự bắn toé, độ ngấu và chiều cao mối hàn sẽ tăng, chiều rộng mối hàn giảm

Khi dòng điện hàn không đổi, hình dạng mối hàn thay đổi theo điện áp hồ quang hàn được thể hiện rất rõ qua các hình (2.2) và (2.3)

Hình 2.2: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang

(dòng điện hàn thấp – chuyển dịnh mạch ngắn)