Bài giảng cong nghe kim loai

Mở đầu Công nghệ kim loại môn học sở chuyên ngành khí nói chung khí GTVT Môn học nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức công nghệ tạo phôi, gia công phôi, biết chọn phương pháp tạo phôi cho phù hợp với chi tiết đựơc chế tạo Bài giảng giới thệu khái niệm trình sản xuất khí phù hợp với thời lượng cho phép Nó bao gồm phương pháp công nghệ chế tạo:đúc, rèn dập, hàn số công nghệ tạo lớp phủ bề mặt Kết cấu giảng gồm ba chương : Chương I - Công nghệ chế tạo phôi từ kim loại lỏng Chương II -Công nghệ chế tạo phôi biến dạng dẻo ( gia công áp lực) Chương III Công nghệ chế tạo phôi hàn, cắt Bài giảng nhằm giúp cho sinh viên hệ Cao Đẳng chuyên ngành công nghệ kỹ thuật khí nắm vững kiến thức nói Chương I – Công nghệ chế tạo phôi từ vật liệu nóng chảy( đúc) Khái niệm chung 1.1- Phạm vi áp dụng công nghệ nguyên công công nghệ đúc - Định nghĩa: Phương pháp chế tạo sản phẩm cách rót vật liệu nóng chảy vào khuôn có hình dáng kích thước định (gọi khuôn đúc) Sau dỡ bỏ khuôn thu vật đúc có hình dạng kích thước không gian lòng khuôn - Vật liệu đúc : bao gồm loại vật liệu nấu nóng chảy như: kim loại, gốm ( cát, đá bazanvv), polyme - Khuôn đúc : chế tạo từ cát ,đất sét, thép, sáp, từ vật liệu chịu nhiệt độ nóng chảy vật liệu đúc dễ chết tạo theo hình dáng kích thước vật phẩm - Công nghệ đúc: phân loại theo phương pháp rót công nghệ ( đúc áp lực,đúc ly tâm, đúc chân không, v.v.); phân loại theo khuôn đúc ( đúc khuôn cát, đúc khuôn kim loại); theo vật liệu đúc ( đúc gang ,đúc thép ,đúchợp kim đồn ,đúc hợp kim nhôm v.v) Ưu điểm công nghệ đúc : + Đúc từ nhiều loại vật liệu( kim loại,gốm, polyme), với khối lượng vật đúc khác từ vài gam đến vài trăm + Vật đúc có kích thước hình dạng phức tạp mà nhiều công nghệ khác không thực + Có độ xác hình dáng kích thước cao + Tạo tính chất lý tính khác vật đúc nhờ điều khiển trình làm nguội hợp kim hoá + Dễ tự động hoá trình sản xuất, tạo xuất cao + Có hiệu kinh tế Nhược điểm công nghệ: + Khó đúc vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao + Tiêu hao vật liệu lớn cho khuôn đúc + Dễ có khuyết tật trình đúc gây thiên tích, rỗ khí Tỷ lệ phế phẩm cao so với nhiều công nghệ khác Những nguyên công công nghệ đúc: - Căn vào thiết kế chi tiết sản phẩm, vật liệu yêu cầu kỹ thuật chọn phương án công nghệ đúc - Thiết kế khuôn đúc.Thiết kế mẫu - Chế tạo khuôn đúc, mẫu lõi - Lập qui trình đúc - Chuẩn bị nấu vật liệu nóng chảy , hợp kim hoá chuẩn bị khuôn phễu rót ( làm sạch,sấy nóng.v.v) - Rót vật liệu nóng chaỷ vào khuôn - Làm nguội, dỡ khuôn - Kiểm tra, đưa gia công công đoạn sau - Chọn phương án đúc quan trọng Nó định toàn trình công nghệ sau Trong giảng chủ yếu nói vật liệu kim loại,còn loại vật liệu khác mang tính giơí thiệu 1.2- Tính đúc hợp kim yếu tố ảnh hưởng đén trình đúc Tính đúc vật liệu rõ ràng phụ thuộc vào đặc tính vật liệu Để hiểu cần biết rõ giản đồ trạng thái vật liệu đó, hay giản đồ trạng thái nguyên tố Tính đúc hợp kim gồm: a- Tính chảy loãng Tính chảy loãng hiểu như mức độ chảy lỏng hay sệt vật liệu nóng chảy, thể khả điền đầy khuôn vật liệu Tính chảy loãng xác định mẫu thực nghiệm, mẫu hình xoáy chôn ốc hình thang diện tích mặt căt o,56cm khuôn cát Khi rót kim loại lỏng vào tính chảy lõng cang cao vòng xoáy điền đầy dài Tính chảy loãng phụ thuộc nhiều vào tính chất hoá lý vật liệu nhiệt độ thời điểm rót vật liệu lỏng Thực chất phụ thuộc vào: - Thành phần hoá học cấu tạo hợp kim Kim loại nguyên chất hợp kim tinhcó độ chảy loãng cao hợp kim có cấu tạo dung dịch rắn hợp chất hoá học - Độ nung cao độ chảy loãng cao,nhưng đến giới hạn nhiệt độ định, nên chọn nhiệt độ cho thích hợp - Ảnh hưởng tạp chất Càng niều tạp chất phi kim loại độ chảy loãng giảm - Ảnh hưởng trạng thái khuôn Hình thức rót kim loại lỏng b- Tính co ngót Hiện tượng giảm thể tích trình kết tinh làm nguội vật đúc Co xảy ba giai đoạn - Co trạng thái lỏng - Co giai đoạn kết tinh Giai đoạn dễ tạo lõm co rỗ co - Co trạng thái rắn c- Tính thiên tích Là không đồng thành phần hoá học vùng, hay hạt kim loại vật đúc d- Tính hoà tan khí Khả hoà tan khí trình nấu rót vật liệu nóng chảy Các yếu tố ảnh hưởng đến trình đúc gồm: - Vật liệu điều kiện nấu chảy - Ảnh hưởng khoảng nhiệt độ kết tinh - Ảnh hưởng tốc độ nguội - Ảnh hưởng phương thức biến tính 2- Công nghệ đúc Các phương pháp đúc phân loại theo: - Theo khuôn đúc có: đúc khuôn cát , khuôn kim loại - Theo vật liệu đúc có: đúc gang, thép, hợp kim, kim loại mầu - Theo phương pháp rót vật liệu nóng chảy có: đúc áp lực, đúc ly tâm vv Tuy nhiên công nghệ đúc dù áp dụng công nghệ chế tạo khuôn đúc yếu tố quan trọng trình công nghệ Do giảng đề cập đến trình chế tạo khuôn đúc 2.1- Cấu tạo khuôn đúc nguyên tắc để chế chúng Quá trình sản xuất đúc thể qua sơ đồ sau: Bản vẽ chi tiết Chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn Chế tạo khuôn Bản vẽ vật đúc Chuẩn bị hỗn hợp làm lõi vẽ mẫu hộp lõi Làm lõi Chế tạo mẫu hộp lõi sấy khuôn sấy lõi Nấu kim loại Lắp khuôn rót kim loại vào khuôn Dỡ khuôn Phá lõi Làm vật đúc Kiểm nghiệm Nhiệt luyện Kiểm tra toàn bộ, đóng gói - Trước tiên phải có vẽ chi tiết - Sau vẽ chi tiết vẽ vẽ vật đúc gồm mẫu hộp lõi - Căn vào vẽ vật đúc phận mộc mẫu chế tạo mẫu hộp lõi Mẫu dùng để tạo lòng khuôn, hộp lõi dùng làm lõi Để thuận tiện mẫu lõi làm thành hai nửa đượcghép với chốt định vị - Để dẫn kim loại vào khuôn cần phải có hệ thỗng rót gồm: phễu rót, ống rót, rãnh lọc xỉ,rãnh dẫn - Sau sấy khuôn lõi khô lắp ráp khuôn lõi vào với nhau.trong khuôn có đường dẫn từ lòng khuôn ra( gọi đậu hơi), đồng thời đường bổ xung kim loại lỏng cho vật đúc đông đặc (gọi đậu ngót).Với chi tiết phức tạp thiết kế đường dẫn kim loại lỏng dẫn khí thoát phức tạp đòi hỏi phải có kinh nghiệm - Lắp hai nửa khuôn vào chốt chốt định vị Thường làm thêm lỗ thoát khí cho khuộn - Sau kim loại lỏng đông đặc khuôn, dỡ khuôn,phá lõi khỏi vật đúc, đập phá đậu đậu ngót (nếu có) phận hệ thống rót.Làm sạch, kiểm tra chất lượng vật đúc, nhiệt luyện cần thiết.Đóng gói xuất xưởng 2.1.1- Chế tạo mẫu hộp lõi a- Khái niệm Bộ mẫu bao gồm: mẫu, mẫu ,mẫu hệ thống rót, đậu ngot,đậu + Mẫu dùng để chế tạo lòng khuôn,có hình dạng giống hình dạng bên vật đúc Gối mẫu tạo nên chỗ tựa gối lõi nhằm giữ vững lõi khuôn + Tấm mẫu dùng để gắn mẫu làm khuôn + Mẫu hệ thống rót ,đậu ngót, đậu hơi, để tạo phận hệ thống rót + Hộp lõi dùng để chế tạo lõi Hộp lõi giống hình dạng bên lõi hình dạng bên vật đúc b- Nguyên lý thiết kế mẫu hộp lõi Trước tiên muốn chế tạo vật đúc phải vào vẽ chi tiết để thiết lập vẽ vật đúc Từ vẽ vẽ mẫu hộp lõi Khi thiết kế mẫu lõi mẫu cần xét đến yếu tố như: tính chất kim loại, phương pháp chế tạo khuôn, gia công khí vật đúc, phân bổ vật đúc khuôn - Bản vẽ vật đúc khác với vẽ chi tiết phải thể được: mặt phân khuôn, kích thước vật đúc( có lượng dư gia công khí ,dung sai đúc), lõi gối lõi,độ dốc đúc ,góc đúc - Mặt phân khuôn mặt tiếp xúc khuôn khuôn dưới, xác định vị trí vật đúc khuôn, gạch mầu xanh.Mũi tên chữ T ký hiệu phần đúc thuộc khuôn trên, D phần khuôn Chọn mặt phân khuôn theo nguyên tắc sau: + Mặt phân khuôn phải đảm bảo dễ làm khuôn dễ rút mẫu khỏi khuôn + Mặt phân khuôn phải đơn giản số mặt phải nhất.Tốt mặt phẳng ,tránh mặt cong hay bậc + Mặt phân kuôn phải bảo đảm chất lượng vật đúc tốt Bề mặt quan trọng cần tính cao nên để phía ( phía để rỗ khí,lõm co) - Độ co ngót kim loại đúc Khi kết tinh làm nguội vật đúc bị co lại Để bảo đảm kích thước vật đúc lòng khuônphải có kích thước lớn vật đúc đúngđộ co ngót kim loại Kim loại khác có độ co khâc : gang xám-1%; thép- 2%; gang trắng- 1,5%; hợp kim đồng, nhôm- 1,5%.Để thuận tiện người ta làm thước mẫu tính độ co cho loại vật liệu - Lượng dư gia công khí – lượng kim loại cần cắt bỏ gia công,ốn phụ thuộc vào yếu tố sau: + Độ bóng cao lượng dư lớn + Bề mặt lớn lượng dư lớn + Bề mặt phía nơi có lõm khí.vv cần lượng dư lớn Thường lượng dư lấy vào khoảng 2-20mm - Độ dốc đúc Đẻ dễ tháo dỡ vật đúc thông thường vách đứng khuôn có độ dốc 00 30/ – 40/ vài trường hợp góc dốc lên đến 2-40 - Ở góc thiết kế góc lượn 1/3- 1/5 chiều dày thành vật đúc toạ nên góc - Bản vẽ mẫu Căn vào vẽ vật đúc lập vẽ mẫu với kích thước vẽ vật đúc trừ gối mẫu dung sai chế tạo mẫu Lõi mẫu thiết kế hộp nguyên hay lắp ghép từ nhiều phần c- Vật liệu làm mẫu lõi mẫu Vật liệu làm mẫu lõi cho sản xuất nhỏ đơn thường làm gỗ, nhiều thạch cao, xi măng, sản xuất hàng loạt nhôm, hợp kim hay nhựa tổng hợp Mẫu lõi gỗ làm đơn chiếc, gia công máy tay, mẫu phức tạp lắp ghép từ nhiều phần đơn giản lại.Lưu ý mẫy gỗ cần sấy khô sơn bề mặt cho bảo đảm độ bóng 2.1.2- Công nghệ chế tạo khuôn cát Hỗn hợp làm khuôn cát gồm cát, đất sét, chất kết dính, nước, phụ gia a- Yêu cầu với hỗn hợp làm khuôn lõi - Tính dẻo : Chính khả biến dạng hỗn hợp tác dụng ngoại lực giữ nguyên hình dạng không tính thống bỏ ngoại lực Tính chất để khuôn nhận xác mẫu Độ dẻo tăng tăng tỷ lệ nước 3-5% - Độ thấm khí :Khả cho khí qua nhờ mật độ lỗ trống Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, có nhiều khí thải ra, độ thấm khí không đủ khí lọt vào kim loại lỏng tạo rỗ khí Trong hỗn hợp làm khuôn tỷ lệ đất sét ít, hạt cát to làm tăng độ thấm khí Độ thấm khí đo thiết bị xác định thời gian để 2000m3 không khí thẩm thấu qua mẫu chuẩn làm vật liệu khuôn - Độ bền:Khả hỗn hợp chịu ngoại lực mà không bị phá hoại.Khi tăng đất sét độ bền tăng lên.Thường dùng hỗn hợp có độ chịu nén 0,3-1kG/cm 2( 2,9- 9,8 Mh/ m2) làm tăng độ bến cách dùng chất kết dính nước thuỷ tinh, xi măng,vv - Tính bền nhiệt: Khả không chảy,không dính bám liên kết với kim loại nóng chảy Để làm tăng khả người ta thêm vào hỗn hợp bột chịu lửa,hay mazut ( đúc đồng0khi cháy tạo lớp khí trung tính bao bọc vật đúc không gây dính bám - Độ chịu lún: khả hỗn hợp không giảm thể tích chịu lực tác dụng bến ngoài, nghĩa khuôn không bị co ngót kim loại đông cứng độ chịu lún dễ gây vết nứt cho vật đúc Cát sông hạt to thường có độ chịu lún tốt - Độ ẩm: lương nước chứa hỗn hợp Thường không 6-8% ,với loại kim loại nóng chảy độ ẩm khác từ 4-6% b- Hỗn hợp làm khuôn Vật liệu làm khuôn gồm có : cát, đất sét chất kết dính, phụ gia - cát : Thành phần chủ yếu SiO2 tạp chất Phân loại theo cát núi ,sông, theo cỡ hạt Cát sông cạnh tròn tính lún tốt độ bền kém, cát núi ,sắc cạnh, độ bền cao, thông khí - Đất sét cao lanh Al2O3 có nhiều loại phụ thuộc vào thành phần tạp chất CaCO3, Fe2O3 Chia theo độ kết dính, chia theo độ bền nhiệt - Chất kết dính: thoả mãn yêu cầu phân bố hỗn hợp , khô nhanh, không sinh nhiều khí, tăng độ bền dẻo cho khuôn,và lõi,dễ phá khuô, rẻ tiền Như dầu lanh, dầu trẩu đường, nhựa thông hắc ín, nước thuỷ tinh - Chất phụ:đưa vào để khuôn có số tính chất đặc biệt.Có chất cho vào hỗn hợp bột than mùn cưa v.v, chất sơn khuôn Để tiết kiệm, nhiều trường hợp vật liệu làm khuôn chia làm vật liệu cho khuôn mặt (phần tiếp xúc với kim loại lỏng) làm với chất lượng cao hơn, phía sau khuôn với vật liệu Nếu sản xuất hàng loạt dùng loại hỗn hợp thống 2.1.3- Sấy lắp ráp khuôn a- Sấy khuôn Sấy kuôn lõi nguyên công nhằm nâng cao độ bền,tính thông khí giảm khả tạo khí chúng rót kim loại lỏng vào lòng khuôn Có cách trao đổi nhiệt : tiếp xúc, đối lưu, xạ tưong ứng với ba phương pháp sấy - Sấy bề mặt: dùng để sấy khuôn trung bình, sấy xong nên lắp ráp rót kim loại để lấu ẩm khuyết tán từ làm ẩm bề mặt khuôn Chiều sâu sấy lớn 80mm Thường đốt củi, khí ga, tia hồng ngoại, lò sấy - Sấy toàn : dùng lò buồng có dây chuyền di chuyển khuôn liên tục cho khô Nhiệt độ thời gian sấy: 10 Vật liệu hàn Nhôm hợp kim nhôm Ni hợp kim Ni Đồng Thép không gỉ Thép bon thấp thép bon có hàm Khí bảo vệ Khí argôn Khí argôn Argôn gêly Argôn 5% ôxy Khí cacbonic CO2 hay argôn 20% CO2 lượng Mn cao Thép có 1-2% Cr Thép có > 2% Cr Hay argôn 5% ôxy argôn 20% CO2 argôn 5% ôxy Thiết bị hàn gồm đầu hàn mỏ hàn, nguồn điện hàn thường chiều Đầu hàn cấp dây hàn liên tục mỏ hàn , mỏ hàn có phần dẫn dây hàn kí bảo vệ Khí bảo vệ cấp theo trục dây hàn theo góc vào mỏ hàn Hình sơ đồ hàn khí bảo vệ b- Hàn khí bảo vệ điện cực không nóng chảy Là hàn khí bảo vệ dùng điện cực vonfram W không nóng chảy.Hồ quang tạo để làm nóng chảy vật liệu vật hàn, trình chuyển vật liệu nóng chảy từ cực hàn sang vật hàn.Tuy nhiên vài trường hợp dùng thêm dây bổ trợ bên để hồ quang làm nóng chảy điền đầy vào chỗ thiếu vật hàn Phương pháp có lơi hàn kết cấu dạng Hàn tư Lượng khí bảo vệ 4-6 l/ph Chế độ hàn khí bảo vệ cho kết cấu khác cần kỹ sư chuyên ngành chọn lựa Lưu ý khí bảo vệ phải có độ cao, không lẫn nước khí tạp chất khác 3- Hàn khí Hàn khí phương pháp hàn sử dụng nhiệt lượng toả đốt cháy hỗn hợp khí nhiên liệu với ôxy để nung chảy kim loại Hàn khí có ưu điểm :đơn giản, động, thiết bị đơn giản, nhiệt dễ điều chỉnh , àn vật mỏng, hàn kim loại mầu, hàn gang, hàn sửa chữa 37 Nhược điểm : nhiệt lượng mật độ tập trung không cao nên dễ gây biến dạng ứng xuất dư sau hàn 3.1- Khí hàn thiết bị hàn khí * Khí hàn khí ga, hợp chất cacbua hyđrô phổ biến axetylen Trong ài giảng đề cập đến hàn khí ôxy- axetylen - Ôxy điều kiện bình thường chất khí không mầu không mùi vị có khối lượng riêng 1,33kg/m3 Các loại khí nhiên liệu cháy mãnh liệt ôxy lửa có nhiệt độ cao,nhiệt lượng lớn, đạt tơi tỷ lệ định gây nổ Hiện chê stạo ôxy cách hoá lỏng không khí sau đựoc làm Ôxy hoá lỏng nhiệt độ -182,960 C Ôxy dùng để hàn cắt có độ cao 98,5% chúa bình thép 40 lít áp xuất 150at khoảng mét khối khí ôxy - Axetylen cácbuahyđrô không no C2H2 không mầu mùi khó chịu, hít lâu dễ bị ngộ độc Dưới tác dụng nhiệt độ cao áp xuất lớn dễ gây nổ Axetylen có xúc tác dễ nổ nhiệt độ 490 độ với ôxyt nhôm, 200 độ với ôxyt sắt v.v.Nên dụng cụ chứa không chế tạo từ hợp kim chứa >70% Cu Axetylen sản xuất nhà máy chứa bình thép 40 lit áp xuất 1,6at bảo đảm độ cho khí Ngọn lửa khí hàn xảy theo phản ứng sau: trước tiêndưới tác dụng nhiệt độ nung axetylen phân rã : C2H2 + O2 = H2 + 2C+ Q Theo mầu sắc hình dáng phản ứng xảy vùng 1- vùng nhân lửa nhiệt độ 1500 C phát sáng mạnh phần tử cácbon thể rắn Tiếp sau giai đoạn hai : H2 + 2C + O2 = 2CO + H2 + Q Đây phản ứng quan trọng tạo nhiệt lượng lớn nhiệt độ lửa tới 3150 C Nếu cháy xảy ôxy cung cấp từ bình chứa tạo thành nước phản ứng có dạng sau : 2CO + H2 + 3/2 O2 = 2CO +H2O +Q 38 h 3.4 Phân bố nhiệt lửa Tỷ lệ O2 : C2H2 = 1,1-1,2 cần thiết cấp cho cháy Khi tỷ lệ lớn lửa mầu xanh có tiếng kêu sử dụng , tỷ lê nhỏ ngon lửa thừa axetylen dễ gây hiên tượng thấm cacbon dùng để hàn gang hay hàn đắp có độ cứng cao *Thiết bị hàn chủ yếu gồm: - Bình tạo khí axetylen Hiên dùng công nghiệp thay vào bình chứa cấp sẵn từ nhà máy - Bình ôxy cấp sẵn từ nhà máy - Dây dẫn khí, đồng hồ đo.Van giảm áp cho bình khí - Đầu hàn khí có nhiều bép Tất thiết bị tuân theo tiêu chuẩn chế tạo nghiêm ngặt nhà nước phẩi đợc kiểm định thường xuyện 3.2- Công nghệ hàn khí Công nghệ hàn khí phụ thuộc nhiều vào tay nghề công nhân điều khiển ngon lửa hàn phụ thuộc vào : - Kiểu mối hàn phương pháp chuẩn bị mối ghép Kiêu mối hàn khí mối ghép nối, ghép măt đầu ghép góc, ghép nối có uốn mép không dùng kim loại điền vùng ghép rộng 30-50 mm phải làm trước hàn - Chế độ hàn kỹ thuật hàn Cách sử dụng nhiệt lương lửa, cách cung cấp nhiệt cho mối hàn tuỳ thuộc vào vị trí, chiều dầy sản phẩm 3.3- Cắt kim loại khí Thực chất trình cắt kim loại ôxy dựa khả cháy kim loôạỉhtng ôxy có độ tinh khiết kỹ thuật sản phẩm bị đẩy bắng áp lực khí ôxy 39 Ví dụ cắt thép có phản ứng cháy : 3Fe + O2 = Fe3O4 +Q KHí để đốt cháyhoàn toàn 1g sắt cần 0,38 g hay 0,27 l ôxy.Thực tê lượng ôxy tón nhiều Nhiệt lượng sinh trình phản ứng lớn gấp 6-8 lần nhiệt ngon lửa cung cấp Quá trình cắt kim loại ôxy mô tả sau: Hốn hợp khí nhiên liệu ôxy di đốt thành lửa nung nóng kim loại đến nhiệt độ cháy( nhiệt đô ôxy hoá), ôxy cắt di qua mỏ cắt theo rãnh tẩma làm ôxy hoá mãnh liệt bề mặt kim loại tạo nhiệt lượng lớn.Nhiêt toả tiếp tục nung nónglớp kim loại tạo điều kiện cho phản ứng ôxy hoá phát triẻn sâu vào đến hết chiều day kim loại tạo lỗ thủng.Kim loại lỏng xỉ bị đẩy Di chyển mỏ cắt với tốc độ qui định hướng tạo rãnh cắt có kích thước hình học cần thiết h 3.5 Sơ đồ cắt kim loại khí Vật liệu cắt phải có yêu cầu sau; - Nhiệt độ ôxy hoá kim loại ôxy thấp nhiệt độ nóng chảy vật liệu Ví dụ sắt ôxy hoá 1300- 13500C nóng chảy 15000C ‘ 40 - Nhiệt độ nóng chảy ôxýt kim loại tạo thành phải nhỏ nhiệt dộ ôxy háo kim loại sắt đáp ứng yêu cầu Vì không không thổi ôxyt kim loại khỏi rãnh cắt làm cản trở ôxy hoá - Độ dẫn nhiệt không lớn để bảo đảm mật độ nhiệt tấp trung cho vùng cắt - Các ôxyt kim lôaitj thàn phải có độ chảy loãng coa dễ chảy rãnh cắt - Ôxy phải có độ 98,5% Căt khí có xuất cao dễ tự động hoá, cắt nhiều hình phức tạp.cho nphép cắt dày đến 2000mm Mỏ cắt thiết bị quan trọng thường dùng mỏ hàn khí có van dùng cho cắt thay đầu bép cắt có lỗ ôxy xung quang rãnh hay lỗ cho hỗn hợp khí cháy 4- Hàn hợp kim 4.1 Hàn thép, gang * Tính hàn vật liệu Đấy khả vật liệu tạo mối hàn có tính chất cần thiết áp dụng điều kiện công nghệ định Còn với kim loại mầu phải thông qua hàn thử nghiệm, với thép cabon tính hàn đánh giá theo hàm lượng cabon tương đương Ctđ = C + Mn/20 + Ni /15 + (Cr+ Mo+V)/10 ,% Trong Ni,Mn, Cr v.v C hàm lượng trung bình nguyên tố hợp kim có thép Nhóm thép có tính hàn tốt Ctđ ≤ 0,25% thép nung nóng ,mói hàn nhiệt luyện, không bị nứt Nhóm có tính hàn bình thường có C tđ khoảng 0,25-0,35% Để mối hàn có chất lượng cần tuân thủ nghiêm ngặt chế độ công nghệ hàn Khi cần thiết phải nung 100-150 C Nhóm thép có tính hàn hạn chế có C tđ từ 0,35- 0,45% ,mối hàn dễ bị nứt sau hàn, phải nhiệt luyên mối hàn Để hàn tốt cần nung nóng 250-4000C giảm tốc độ làm nguội 41 Nhóm thép có tính hàn xấu có C tđ > 0,45% nhóm khó hàncó hiên tượng nứt mối hàn Khi phải hàn cần tuân thủ chế độ hàn chế độ nung trước hàn nhiệt luyện mối hàn sau * Thép cac bon thép hợp kim thấp phân loại theo TCVN Khi hàn mối hàn kim loại bị đốt nóng sau làm nguội không khí nên hàn cần xem xét giản đồ Fe- C giản đồ tốc độ nguội( giản đồ chữ C) thép để đoán trước thành phần cấu trúc mối hàn.Tố độ nguội phụ thuộc vào chiều dảy kim loại ,chiều dày mối hàn, hình dàng kết cấu Với thép bon thấp dùng loại que thông dụng,nhất que có lớp bọc rutin Lõi que hàn vật liệu có hàm lương cac bon thấp Nếu hàn khí que phụ có hàm lượng bon 0,08% Với thép bon trung bình vào giản đồ Fe-C để chọn nhiệt đô nung trước hàn, ủ sau hàn Que hàn chọn loại có vỏ fluocanxi chứa hyđrô để mối hàn có tính dẻo cao, loại hút ẩm nên trước hàn phải sấy khô sử dụng que hàn theo sổ tay hàn chọn Hàn loại thép khí áp dụng hạn chế thường dùng sửa chữa dây hàn cb 08A, Cb- 10G vv *Hàn gang Gang hợp kim Fe vàvới hàm lượng C > 2,14% Các bon nảm dạng grafit hay cầu, cụm Tổ chức gang theo giản đồ Fe-C Khi hàn gang có nhứng ảnh hưởng sau: - Kim lọai mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệtbị nguội nhanh hàn xảy hiên tượng biến tính gang trắng ( fa xêmmtit xuất nhiều khu vực có khốilượng hình dáng định) - Nung nóng cục gây ứng xuất dư vùng biến tính gang trắng có khối lượng riêng cao 7,4- 7,7 g/cm3 gang xám có khốilượng riêng 6,9-7,3 g/cm gây nứt cục - Khi hàn bể hàn xảy trình thoat khí mạnh gây rỗ khí mối hàn 42 - Độ chảy lỏng gang cao làm khó khăn cho trình hình thành mối hàn ganng lỏng chảy qua khe hở mối ghép - Sự có mặt Si số nguyên tố hợp kim thúc đẩy trình ôxy hoá hình thành lớp ôxýt có nhiệt độ nóng chảy cao dẫn tới khả hàn không ngấu Do hàn gang mối hàn làm nguội với tốc độ chậm giữ tổ chức gang xám Từ có hai phương pháp hàn gang : * Hàn nóng gang phương pháp nung nóng đồng thời kim loại vùng mối ghép đến nhiệt độ 600-6500C ,tốc độ nung 120-1500C/h nung lò hay khí đốt.hàn khí tỷ lệ khí 1,1-1,2 xy ôxy axêtylen, vật liệu hàn gang Có thể dùng thêm trợ dung Khi hàn hồ quang cần làm làm mép , khuôn để gang lỏng khỏi chảy khỏi mép ghép Que hàn dung lõi từ gang lớp bọc phải có chất ổn định hồ quang chất gràit hoá Cường độ dòng dòng Ih = (60-100) dqh dqh - đường kính que hàn * Hàn nguội gang phương pháp hàn vật hàn không nung nóng trước nên cần áp dụng số công nghệ : - Hàn nguội que hà bon thấp Bắt đầu que có đường kính nhỏ 3mm hàn xung quanh làm nóng khu vực hàn sau hàn tiếp Nên dùng thêm trợ dung - Hàn que hàn kim loại mầu, lõi hợp kim dồng niken Lõi không tạo hợp chât với bon chung ngăn cản hoà tan cácbon sắt thúc đẩy trnhf gàit hoá, chúng khử ứng xuất dư chống biến tính gang trắng - Hàn que hàn đồng- sắt lõi đồng bọc vỏ có bột sắt - Hàn que hàn đồng – niken loại que sử dụng tốt giá thành cao Lõi làm từ hợp kim 40-60% Ni 60-40% Cu vỏ fluocanxi 4.2- Hàn nhôm ,đồng a- Hàn nhôm hợp kim nhôm * Đặc điểm nhôm hợp kim nhôm Các hợp kim nhôm có độ dẻo cao độ bền cao nhẹ, chông ăn mòn tốt Để chế tạo kết cấu dùng nhôm biến dạng không hoá bền hệ Al- Mg, Al- Mn, hệ hoa bền nhiệt luyệnếit dùng công nghệ hàn dura Khi hàn có khó khăn sau: 43 - Sự hình thành tồn lớp ôxyt nhôm có nhiệt độ nóng chảy cao (T =2050 C ) độ xếp chặt lớn khó nung chảy nên hàn cần làm học, hay hoá học,bắn phá catốt - Nhôm có hệ số dãn nở nhiệt cao dễ bị cong vênh hàn - Nhôm có tính hoà tan khí mạnh dễ gây rỗ khí - Nhôm có hệ số dẫn nhiệt cao hàn phải sử dụng nguồn có công xuất lớn * Phương pháp hàn hợp kim nhôm; - Hàn môi trưòng khí trơ argon dùng điên cực W, dây hàn nhôm kỹ thuât sở vật liệu gốc - Hàn nhôm hợp kim nhôm theo lớp thuốc trợ dung sở muối halogen Do trợ dung có tính dẫn điện nên chiều dày lớp trợ dung phải khống chế 10-16mm - hàn hồ quang tay với que hàn nhôm, dùng dòng chiều cực tính nghịch Vỏ bọc que hàn muuôí florua, clorua kali natri - Hàn khí cho chi tiết nhỏ, phải dùng trợ dung để phá huỷ lớp ôxýt mép hàn phải làm b- Hàn đồng hợp kim đồng * Đặc điểm đồng hợp kim đồng Trong công nghiệp chủ yếu dùng hợp kim đồng latông (Cu-Zn) loại brông thiếc,brông nhôm, brông crôm,brông silic Khi hàn hợp kim đồng có đặc điểm sau: - Nhiệt độ nóng chảy cao, dẫn nhiệt tốt khó nung nóng cục Nên hàn cần nguồn nhiệt có mật độ cao, công xuất lớn Khi làm nguôi hạt có xu hướng phát triển nên sau lớp hàn cần gõ cho hạt không phát triển nhiệt độ 5508000 C - Ở nhiệt độ cao đồng ôxy hóa mạnh, làm tăng khả xâm nhập tạp chất vào kim loại mối hàn Nên hàn cần có chất khử Mn, Si, P - Sự tồn tạp chấtgây nứt mối hàn * Một số phương pháp hàn hợp kim đồng 44 - hàn hồ quang tay sử dụng que hàn đồng có lõi tương đương với vật liệu ,lớp bọc từ huỳnh thạch, fespat, bột đồng- silíc, ferô- măng gan - Hàn khí, ngon lửa phải có tính trung tính tuyệt đối.Khi hàn giữ khỏng cách 36mm từ nhân ngon lửa đến vật hàn 4.3- Hàn hợp kim * Hàn thép hợp kim thấp hàn bình thường que hàn thông dụng Nếu hàn khí dùng que hàn Cb-08 cb-10G2 * Hàn thép hợp kim thấp bền nhiệt 15CrNi,12Cr1Mo để chế tạo tuốc bin làm việc nhiệt độ > 5000C có nguyên tố hợp kim giản đồ chữ C thay dổi với tốc độ làm nguội thấp tạo tổ chức mactenxit ròn cứng dễ gây nứt Do hàn loại thép cần nung nóng trước hàn Nhiệt đô nung sơ tính theo công thức Tn = 350.√ Ctđ – 0,25 ; Ctđ – hàm lượng cacbon tương đương Nhiệt độ nung nóng sơ phải bảo đảm sau hàn tốc độ làm nguội không gây chuyển biến mactenxit để mối hàn có tính cần thiết Dùng que hàn austenit không cần nung nóng trước cần tuân thủ qui trình chặt chẽ Hàn loại thép khí đẽ bị ôxy hoá nên lửa phải tuyệt đối trung tính, dây hàn dùng loại Cb-08, Cb- 18Cr Mo , dây có hàm lương tương đương * Hàn thép hợp kim cao.Thép loại có hàm lượng hợp kim cao Cr >16%, Ni >7% loại thép có cấu trúc austenit, tính cao tính bền nhiệt, chống ăn mòn tốt để chế tạo thiết bị hoá chất Khi hàn loại thép lưu ý : - Hiện tượng nứt nóng dạng chân chim kết tinh.Do kết tinh hạt thô theo hướng tạo - Hiện tượng ăn mòn biên giới hạt, nguyên nhân loại cacbit tiết từ austenit nhiệt độ >5000 C làm nghèo Cr dẫn đến biên giới hạt dễ bị ăn mòn Để loại trừ cần đưa Ti vào mối hàn 45 Hàn loại thép sử dụng que hàn austenit- ferit có lớp bọc theo yêu cầu, nguồn điện chiều cực tính nghịch Hàn khí loại thép dùng cho chi tiết có chiều dày nhỏ 3mm với công xuất tiêu thụ 75l/h cho 1mm chiều dày Thường phải dùng thêm trợ dung, thành phần có thchj cao28%, 30% P, 10% fero- Mn, 6% ferô- Si,6% fero- Ti 20% TiO Dây hàn dùng loại Cb-Cr18Ni9, hay 1Cr18 Ni11 Sau hàn loại thép cần nhiệt luyện cách nung đến 1050-1100 C sau làm nguội nước Các chế độ hàn phải tra cứu từ cẩm nang chuyên ngành 5- Một số phương pháp hàn đặc biệt 5.1- Hàn tiếp xúc, hàn điểm, hàn vẩy * Hàn tiếp xúc Là phương pháp hàn áp lực sử dụng nhiệt lượng toả dòng điệnđi qua bề mặt tiếp xúc cso điện trở lớn đốt nóng phần kim loại vùng ghép nối đến trạng thái nóng chảy dẻo ,rồi dùng lực ép tạo mối hàn Phương pháp cần sử dụng dòng điện cường độ lớn Nhiệt lượng tính theo công thức Q= 0,24IUt Thời gian it nhiệt giảm, thông thường trình hàn xảy vài phần trăm giây đến vài giây Ưu điểm : xuất cao, chât lượng mối hàn liên kết bảo đảm, dễ giới hoá tự động hoá Ứng dụng sản xuất xe hơi, toa xe, cốt thép v.v.Có ba phương pháp hàn tiếp xúcchính : hàn điểm, hàn đường hàn giáp nối * Hàn điểm phương pháp hàn điện tiếp xúc phạm vi điểm, chỗ tiếp xúc nung nóng đến nóng chảy nhờ dòng điểm tiếp xúc cao, sau ép lai với nhâuthnhf điểm hàn Điểm hàn có tổ cức kim loại đúcvà có dạng êlíp 46 h.3.6 sơ đồ nguyên lý hàn điểm Vật hàn kép chặt hai điện cựcnhờ lực ép P hai điện cực nối với cuôn thứ cấp nguồn hàn.Quá trình hàn gồm: - dùng điện cực ép hai vật hàn với nhau; đóng mạch điện thời gian định, ngắt mạch ; bỏ lực ép Các máy chó phép hàn điểmcác vật hàn dày 0,5- 10mm, phổ biến 1-6mm Mật độ dòng từ 80- đến 360A/mm2 Chế độ hàn xác định sở kiểu mối hàn, chiều dày chi tiết, thông qua đường kính điện cực, cường độ dòng ,thời gian - Đường kính điện cực dc = (1,5-2) s +3 - Cường độ dòng I h = A.Fc s- chiều dày thép A- mật độ dòng; Fc – Diện tích bề mặt tiếp xúc điện cực - Thời gian hàn th = (0,1-0,25).s - Lực ép lên điểm hàn P= (1100- 2200) S Khi hàn nhiều điểm khoảng cách điểm hàn để bớt phân dòng l = (2-3)dc nguồn hàn cố định cuôn thứ cấp dây dẫn dạng ống làm nguội nước Hiên có rât nhiều loại máy hàn điểm rôbôt hàn điểm Hàn đườn lăn hàn nối tự đọc thêm * Hàn vẩy trình liên kết chi tiết kim lôẳi trạng thái rắn cách sử dụng kim loại lỏng điền thêm ( vẩy hàn) để điền đầy mối hàn Vảy hàn hợp kim có thành phần khác với kim loại gốc có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.Hàn vẩy gồm trính sau : - Hoà tan kim loại gốc vào kim loại vẩy hàn nóng chảy - Khuyếch tán hợp kim vẩy hàn vào kim loại gốc, ranh giới hình thành hợp chất kim loại Để tạo mối hàn tốt mối ghép phải làm khe hở không < 0,2mm Ưu điểm phương pháp hàn vẩy : Không làm thay dổi cấu trúc tính chất kim loại 47 Liên kết đẹp, xác ,không có ứng xuất dư, mối hàn kín Ứng dụng hàn thép bon, kim loại mầu Có hai loại hàn vẩy mềm hàn vẩy cứng - Hàn vẩy mềm sử dụng kim loại vẩy có nhiệt độ nóng chảy < 400 C hàn thiếc ,chì - Hàn vẩy cứng sử dụng kim loại có nhiệt độ nóng chảy > 500 C hàn vẩy đồng, vẩy bạc 5.2- Khuyết tật mối hàn phương pháp kiểm tra Quá trình hàn đẻ lại nhiều khuyết tật, phân khuyết tật thành khuyết tật bên nhìn thấy đựợc mắt thường hay phóng đại không 10 lần khuyết tật bên không nhìn thấy đựợc • Các khuyết tật bên ngoài: - Cong vênh ứng xuất dư.Do không qui trình công nghệ hàn, biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt - Kích thước không phù hợp.Thao tác kém, không chế độ - Chảy loang chế độ hàn không tốt dòng lớn - Lõm hàn dòng hàn lớn • Khuyết tậtbên : - Hàn không ngấu, - Rỗ khí, ngâm xỉ nhiều nguyên nhân - Nứt tế vi Các phương pháp kiểm tra - Kiểm tra tính mối hàn , thử kéo xem lực kiên kết, thử uốn xem độ ròn mối hàn, thử mỏi trường hợp cần thiết xem ảnh hưởng mối hàn đến độ chịu mỏi chi tiết Thử chống ăn mòn - Kiểm tra thước, dưỡng, mắt thường đo kích thước cong vênh - Kiểm tra độ kín khít mối hàn nươc, khí - Kiểm tra kim tưóng cấu trúc mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt 48 - Kiểm tra không phá hoại lỗ khí lỗ xỉ phương pháp siêu âm, rơn ghen, đồng vị phóng xạ, - Kiểm tra vết nứt bề mặt phương pháp từ Tuỳ kết cấu mối hàn theo tiêu chuẩn cho phép giới hạn khuyết tật chấp nhận nên tuỳ yêu cầu két cấu có yeu cầu khác chất lượng mối hàn Với kết cấu quan trọng, có kuyết tật phép có mặt kết cấu hàn Do cần phải xây dựng chế độ hàn nghiêm ngặt, qui trình hàn hợp lý chọn vật liệu thiết bị, cần phải thử nghiệm đánh giá trước sản xuất hàng loạt Hiện trình tự động hoá phát triển, nhiều trình hàn tự động hoá hoàn toàn nên chất lượng mối hàn đảm bảo chất lượng xuất cao 5.3- Một số phương pháp hàn phun phủ kim loại để phục hồi chi tiết máy * Hàn phục hồi Áp dụng phương pháp hàn để phục hồi bề mặt chi tiết bị mài mòn Ví dụ như: - Phục hồi bề mặt làm việc cổ trục Người ta dùng phương pháp hàn hồ quang tự động lớp thuốc trợ dung ,daay hàn kim loại có độ cứng cao chịu mòn tốt Hay bây giò phổ biến dùng dây lói thuốc trợ dung để hàn phục hồi Ưu điểm tiiết kiêm vật liệu có chi tiết dùng, nhưnh nhược điểm dễ cong vệnh, giảm độ bền mỏi - Phục hồi chi tiết bị khuyết tật bị sứt,bị lỗ khí đúc, nứt v.v Với dạng dùng phương pháp hàn khí hay hàn vẩy để xử lý * Phun kim loại công nghệ tạo luồng hạt gần nóng chảy phun với vận tốc cao vào bề mặt chi tiết làm tạo thành lớp phủ Nguồn nhiệt làm nóng chảy kim loại : hồ quang, khí ôxy axetylen, plazma Vật liệu phun dạng dây, bột, từ kim loại ,gốm Tồn phun dây hồ quang , dây axetyle, bột plazma, bột ôxy axetylen - Ưu điểm tạo lớp phủ lên bề mặt chi tiết có nhiều tính chất đặc thù khác với kim loại thường, không gây biến dạng ảnh hưởng nhiệt cho chi tiết, tạo lớp phủ lên chi tiết có hình dạng phức tạp kích thước lớn 49 - Nhựợc điểm có mật độ lỗ xốp định, dính bám với - Ứng dụng phục hồi cổ trúc trúc cán vv - Phun lớp bảo vệ từ hay nhôm cho kết cấu lơn dầm cầu thép, cửa cống thuỷ lợi, thuỷ điện - Tạo lớp phủ từ gốm cho chi tiết làm việc nhiệt độ cao Ứng dụng làm bước chế tạo lớp bán sản phẩm vật liệu cômpzit dạng nhiều lớp MỤC LỤC TT Nội dung Mở đầu Chương Công nghệ chế tạo phôi từ kim loại lỏng Chương Khái niệm chung Công nghệ đúc Đúc hợp kim Trang thiết bị cho công nghệ đúc Công nghệ gia công phôi biến dạng dẻo ( gia Trang 2 11 50 công áp lực) Chương Khái niệm chung Cán, kéo, ép kim loại hợp kim Rèn, dập kim loại hợp kim Bản chất liên kết hàn Phân loại phương pháp 11 13 16 19 19 Hàn hồ quang 20 Hàn khí 26 Hàn hợp kim 28 Một số phương pháp hàn đặc biệt khác 31 Công nghệ tạo phôi hàn 51 ... tạp.Hợp kim đồng có tính co lớn nên làm đậu ngót lớn nơi tập trung kim loại Khi rót kim loại lỏng cần thấp nhanh 3.4- Đúc nhôm Nhôm chia làm hai loại hợp kim nhôm đúc hợp kim nhôm biến dạng Hợp kim. .. Thép hợp kim Đại đa số cácc chi tiết đúc thép sử dụng thép hợp kim, nên bon có nguyên tố hợp kim nh hưởng đến tính đúc kim loại lỏng Dưới nêu số loại thép điển hình Còn với loại thép hợp kim cần... vật, bột đồng v.v 2.3- Ép kim loại hợp kim Ép phương pháp gia công kim loại áp lực chế tạo chi tiết dạng dài tiết diện không đổi, có đế đế cách ép phôi kim loại buồng kín kim loại chảy qua lỗ khuôn