Nghiên cứu công nghệ phục hồi bề mặt chi tiết galê của xích máy ủi bằng hàn đắp

Để đáp ứng nhu cầu bức thiết này, luận văn “ Nghiên cứu công nghệ phục hồi bề mặt chi tiết galê của xích máy ủi bằng hàn đắp” tập trung giải quyết vấn đề tính toán các yếu tố công nghệ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI BỀ MẶT CHI TIẾT GALÊ

CỦA XÍCH MÁY ỦI BẰNG HÀN ĐẮP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC: CÔNG NGHỆ HÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC: CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS HOÀNG TÙNG

Hà Nội – Năm 2011

GIẢI THÍCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU TRONG LUẬN VĂN

CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

LỜI CAM ĐOAN Tôi là Trần Quyết Thắng, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2009, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Hoàng Tùng đã đi đến cuối

chặng đường để kết thúc khoá học.Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu công nghệ phục hồi bề mặt chi tiết galê của xích máy ủi bằng hàn đắp”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Tùng và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê, ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, công thức đã được trích dẫn trong tài liệu tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đưa ra Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2011

Tác giả

Trần Quyết Thắng

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình thực hiện công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đi đôi với việc hội nhập tiếp thu các tiến bộ khoa học cũng như đầu tư các trang thiết bị hiện đại từ các nước tiên tiến, thì việc sáng tạo phát huy nội lực trong nghiên cứu khoa học và sản xuất cũng là một động lực rất quan trọng Chúng ta phải áp dụng triệt để những thành tựu nghiên cứu của tiến bộ khoa học kỹ thuật để tự tạo ra các sản phẩm đạt được chất lượng yêu cầu tương đương nhập ngoại, song giá thành lại phù hợp với khả năng của các cơ sở sản xuất trong nước

Xét riêng trong lĩnh vực công nghệ hàn ta thấy, ngoài việc phát huy áp dụng các công nghệ hàn tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm thì việc ứng dụng công nghệ hàn vào việc phục hồi và nâng cao chất lượng các chi tiết máy cũng là một vấn đề đang rất được quan tâm và đã được thực hiện một cách

có hiệu quả

Trong quá trình hàn phục hồi, ngoài mục đích khôi phục lại kích thước hình học

và các tính năng làm việc của chi tiết, thì việc nâng cao chất lượng và tuổi thọ làm việc của chi tiết cũng là một mục tiêu quan trọng Trong nhiều trường hợp, chi tiết sau khi phục hồi có chất lượng bề mặt tốt hơn chi tiết mới Tuy nhiên để đạt được các mục tiêu trên, thì trong quá trình hàn phục hồi cần nghiên cứu một cách kỹ càng và có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng và quyết định đến chất lượng phục hồi như việc lựa chọn phương pháp hàn, vật liệu hàn, trường nhiệt độ, trường ứng suất dư cũng như các chế độ gia công nhiệt

Nhìn lại tình hình ứng dụng công nghệ hàn phục hồi trong nước ta thấy rằng, kể

từ đầu những năm 90 các cơ sở sản xuất đã bắt đầu đầu tư và sử dụng rất nhiều phương pháp hàn tiên tiến Tuy vậy, việc ứng dụng công nghệ hàn vào quá trình hàn phục hồi

dựa vào các bảng tra cứu và kinh nghiệm, chưa đi sâu nghiên cứu những đặc thù riêng

và đưa ra các chế độ công nghệ phù hợp nhất cho từng chi tiết Do vậy, chất lượng phục hồi chưa cao và không đồng đều, trong nhiều trường hợp quá trình hàn phục hồi không thể thực hiện được hoặc tuổi thọ chi tiết sau phục hồi rất thấp nếu các chi tiết phục hồi yêu cầu một chế độ hàn đặc biệt cũng như các tính năng rất khắt khe của lớp kim loại đắp Để nâng cao chất lượng và mở rộng phạm vi áp dụng của các phương pháp hàn phục hồi, thì nhiệm vụ cấp thiết là phải đầu tư nghiên cứu một cách nghiêm túc và chi tiết các yếu tố công nghệ và ảnh hưởng của chúng đối với chất lượng phục hồi

Để đáp ứng nhu cầu bức thiết này, luận văn “ Nghiên cứu công nghệ phục hồi

bề mặt chi tiết galê của xích máy ủi bằng hàn đắp” tập trung giải quyết vấn đề tính

toán các yếu tố công nghệ chế độ hàn để đưa ra quy trình công nghệ hàn tự động phục hồi một dạng chi tiết đặc trưng là Galê của xích máy ủi Đây là một trong những chi tiết chịu mài mòn rất lớn của máy ủi, chúng thường làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt Do vậy chi tiết này được chế tạo từ các loại thép hợp kim có cường độ cao hoặc gang đúc, có các tính năng đặc biệt, nên quá trình hàn phục hồi rất phức tạp và khó khăn, yêu cầu một quy trình hàn phục hồi rất phức tạp và khó khăn, yêu cầu một quy trình công nghệ phù hợp, đặc biệt phải quản lý công nghệ một cách chính xác

Việc tính toán thành công quy trình công nghệ hàn này sẽ có một ý nghĩa rất lớn không chỉ về mặt kinh tế mà còn có giá trị đặc biệt về mặt khoa học và công nghệ Nó

sẽ góp phần mở ra một hướng mới cho công nghệ hàn phục hồi các chi tiết hư hỏng với sản phẩm sau phục hồi có chất lượng cao, có khả năng thay thế nhập ngoại

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP

1.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn đắp trên thế giới và trong nước

Hàn là công nghệ được áp dụng rộng rãi trong công nghệ phục hồi, sửa chữa các 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 được 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 các chi tiết phức tạp và có độ chính xác cao như trục khuỷ, 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 cần khoan, các cánh khuấy chịu mài mòn, các loại xi lanh máy ép thuỷ lực, cánh tuốc bin…

Các chi tiết máy sau khi 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 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 - giá thành sau khi phục hồi chi tiết máy chỉ bằng (30 ÷ 50) % so với giá thành chi tiết mới

1.1.1 Phân loại chi tiết phục hồi bằng phương pháp hàn

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,

Việc hàn phục hồi các chi tiết dạng này thường khá phục 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 Thống kê các chi tiết máy được thự hiện phục hồi bằng hàn đắp biểu thi 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 san 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

BẢNG 1.1 CÁC DẠNG CHI TIẾT PHỤC HỒI BẰNG

- 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

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

- Côn nạp liệu lò cao và các thiết

bị luyện kim tiếp xúc với quặng

- Miệng xu páp của các nắp quy lát

- Các chi tiết bị hư hỏng do xâm thực

- Các cánh và trục tuốc bin khí, tuốc bin nước

- Các thiết bị nghiền sơn

- Bơm tuyển than

- Hàn hơi

- Hàn TIG

trường khí bảo vệ

1.1.2 Hiện trạng công nghệ phục hồi Galê tại Việt Nam

Để phân tích, đánh giá trình độ công nghệ phục hồi Galê có cơ sở khoa học, tác giả căn cứ vào thực tế khảo sát một số cơ sở phục hồi Galê trên địa bàn Hà Nội và một

số tỉnh lân cận Trên thực tế trên địa bàn có rất nhiều nhà máy và công ty cổ phần có phục hồi Galê Ngoài ra còn rất nhiều công ty, cơ sở tư nhân trên địa bàn có phục hồi Galê

+ Máy hàn hồ quang tay

+ Máy tiện và nhiệt luyện bề mặt

- Vật liệu hàn:

+ Que hàn đắp hợp kim

b Công ty Cơ khí Đông Anh

Công ty Cơ khí Đông Anh vừa làm công việc phục hồi Galê vừa sản xuất mới Chi tiết Galê bằng thép hợp kim caokết hợp nhiệt luyện au khi gia công

1.1.3 Các phương pháp hàn phục hồi

a Hàn đắp hồ quang tay

Phương pháp 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 rát 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 que hàn đắp phải bảo đảm 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, Singapo…thì hàn đắp bằng công nghệ hàn hồ quang tay vẫn chiếm một tỷ lệ rất lớn khoảng 50 % Ở trong nước 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%

b Hàn đắp tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

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 hàm, các mặt trượt ma sát lớn, hàn bằng thép không rỉ cho các bề mặt chịu ăn mòn…

Để thự hiện hàn đắp tự động các chủng loại máy hàn đang được sử dụng trên thế giới và ở nước ta được sản xuất ở nhiều hãng như SUBARC 1001 (SAF), DC1000-LT7 (LINCOLN), SW250 (DAIHEN)… Nhìn chung đây là các loại máy ở thế hệ hiện đại nhất và đang được sử dụng thành thạo và rất hiệu quả

Mặt khác vật liệu hàn là một vấn đề lớn đối với lĩnh vực hàn tự động nhưng hiện

thế giới có đại lý bán hàng tại nước ta nhưu: ESAB, HUYNDAI, COBELCO, SAF, LINCOLN… với nhiều chủng loại vật liệu hàn phục vụ cho tất cả các công nghệ hàn tự động: Dây hàn, thuốc hàn dùng cho hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ, dây hàn dùng hàn thép cường độ cao, thép không gỉ

c Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

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 Chúng ta 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: Các nước Tây Âu từ chỗ chỉ chiếm khoảng 40% vào năm 1976 ngày nay đã nên tới 80%; Nước Mỹ từ chỗ chỉ chiếm khoảng 25% vào năm 1976 thì ngày nay đã nên tới (60 – 70) %; Tại Nhật chỉ chiếm khoảng 20% vào năm 1976 đến nay đã nên tới trên 60% Còn ở Việt Nam công nghệ hàn đắp trong môi trường khí bảo

vệ ngày nay chiếm tới trên 50% trong các phương pháp hàn

Quá trình hàn đắp các chi tiết bằng dây lõi thuốc 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 tỳ và ga lê đỡ của máy xúc và máy

ủi, hàm nhai máy nghiền đá, cánh xoắn trục vít tải…

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 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 ngày nay cũng được ứng dụng rất rộng rãi 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 việc 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, nhà máy cán thép, nhà máy thuỷ điện Có thể nói hàn dây lõi thuốc là một sự kết hợp tuyệt vời các ưu điểm của hai phương pháp hàn GMAW và SMAW

Sơ đồ nguyên lý hàn dây lõi thuốc

e Hàn điện xỉ

Hàn điện xỉ thường được áp dụng cho các chi tiết có chiều dày lớn với năng suất rất cao và chất lượng mỗi hàn tốt Trong công nghiệp phương pháp hàn điện xỉ được sử dụng để nối các loại thép cácbon, thep hợp kim, nhôm và các kim loại có chiều dày lớn Trong lĩnh vực phục hồi hàn điện xỉ được áp dụng có hiệu quả để hàn đắp mặt phẳng, mặt trụ và mặt côn với chiều dày của lớp đắp không nhỏ hơn 10mm với nguyên tắc hàn từ dưới lên theo phương thẳng đứng hoặc xiên góc không lớn hơn 300

Trong phương pháp hàn điện xỉ mức tiêu thụ thuốc hàn do bay hơi và tạo lớp xỉ lỏng chiếm không quá 5% khối lượng kim loại đắp, so với hàn dưới lớp thuốc khối lượng đó giảm 25-30 lần Tiêu thụ điện năng cũng giảm do giảm được năng lượng làm nóng chảy thuốc hàn

Bể hàn với chiều sâu lớn và tồn tại lâu tạo điều kiện cho khí và tạp chất phi kim thoát ra dễ dàng giảm được việ chình thành các khuyết tật như rỗ khí hoặc nứt Việc nung nóng và làm nguội chậm vùng ảnh hưởng nhiệt loại trù được hiện tượng tôi nhưng kích thước hạt và chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt lớn hơn nhiều so với các phương pháp khác

g Hàn đắp bằng Plasma

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 rất mỏng khoảng 0,1mm Mặt khác việc 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 mòn 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

Hàn Plasma có 2 phương pháp chính:

+ Hàn đắp Plasma với vật liệu bổ xung 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 hán đắp nhận được chủ yếu

là nhờ kim loại bổ xung, kim loại cơ bản hầu như không tham gia vào việc hình thành mối hàn

+ Hàn đắp Plasma với vật liệu bổ xung 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 bể hàn Người ta cũng có thể cho thêm vật liệu bổ xung 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

1.2 Những tồn tại và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Như chúng ta đã biết, Việt Nam là nước nông nghiệp vì vậy khi chuyển sang nền sản xuất công nghiệp trong suốt nhiều năm vừa qua do công nghiệp còn thấp nên đại đa số các máy móc công nghiệp được nhập khẩu từ nhiều nước Sau nhiều năm sử dụng các chi tiết máy cơ bản đã bị hỏng (do mòn, nứt, gẫy, vỡ…) do đó các máy móc

khó khăn trong quá trình sản xuất, mặt khác nếu nhập lại các chi tiết máy này thì giá thành rất cao mà thời gian lại lâu Vì vậy với điều kiện thực tế ở Việt Nam thì hướng phục hồi các chi tiết đó bằng công nghệ hàn là thích hợp nhất Thực tế có rất nhiều chi tiết máy trong các ngành sản xuất bị hỏng cần phải phục hồi Trong số đó thì 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 cần được phục hồi Chiếm một tỷ lệ rất lớn các chi tiết đó là các Galê của máy ủi, máy xúc đào cần phải giải quyết phục hồi nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế sản xuất công nghiệp

- Để phục hồi Galê cần giải quyết 2 vấn đề cơ bản:

a Đảm bảo chất lượng lớp đắp (Độ bền mòn)

b Đảm bảo các tính chất cơ bản của Galê (Độ bền mỏi, ứng suất và biến dạng) Các tác giả đã có nhiều thành tựu trong việc nghiên cứu tìm tòi các biện pháp mới nhằm giải quyết vấn đề thứ nhất Nhờ vậy các biện pháp mới không ngừng xuất hiện Tuy nhiên các biện pháp đơn giản, dễ dàng áp dụng trong sản xuất nhờ tính thông dụng của thiết bị và vật liệu lại chưa được nghiên cứu đầy đủ Ví dụ về tồn tại này là sự nghiên cứu chưa đầy đủ các biện pháp nâng cao độ bền mòn của Galê , kết qủa độ bền mòn của Galê phục hồi chưa cao

Về các tính chất cơ học của Galê các tác giả nghiên cứu khá nhiều, đặc biệt độ bền mỏi và kết qủa khá thống nhất Sự giảm độ bền mỏi do hàn của Galê đã được nghiên cứu xử lý bằng nhiều biện pháp hiệu quả Tuy nhiên ứng suất và biến dạng hầu như chưa được đề cập đến một cách thoả đáng Có thể có nhiều quan điểm khác nhau về lĩnh vực này Nghiên cứu các kết quả thu được của các tác giả chúng ta có thể rút ra hai

lý do tại sao ứng suất và biến dạng hàn không hoặc được đặt ra nghiên cứu rất ít

a Các biện pháp công nghệ cải tiến đã làm mất hoặc giảm đáng kể ứng suất dư

b Thực tế sử dụng Galê phục hồi cho thấy ứng suất hàn hầu như không làm giảm tuổi thọ của Galê và sự co dọc của Galê do hàn nằm trong giới hạn cho phép

Mặt khác đại 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 xuất phục hồi

Vì vậy xét các tồn tại về khoa học hướng nghiên cứu cơ bản được xác định là hoàn thiện một bước công nghệ hàn đắp hồ quang tự động bằng dây hàn lõi bột trong môi trường khí bảo vệ nhằm nâng cao độ bền mòn (độ cứng) lớp đắp trên Galê thép các bon

và thép hợp kim thấp Theo hướng này phạm vi nghiên cứu đặt ra sẽ là nghiên cứu công nghệ hàn đắp tự động bằng dây lõi bột với chọn chế độ nhiệt thích hợp đảm bảo hình thành mối hàn đắp đạt độ cứng, thành phần hoá học và cấu trúc kim loại phù hợp với yêu cầu làm việc của Galê mà không cần xử lý nhiệt sau khi hàn đắp nhằm phục hồi các Galê bị mòn đồng thời tạo hướng chế tạo mới Galêtừ công nghệ hàn đắp trên nền thép các bon và thép hợp kim thấp

1.3 Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu ứng dụng sáng tạo và có cơ sở khoa học những thành tựu khoa học đã có để giải quyết hai vấn đề cơ bản sau đây:

a 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;

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

Mục đích nghiên cứu: Hoàn thiện một bước công nghệ hàn đắp hồ quang tự động dây lõi bột nhằm nâng cao độ bền mòn của lớp đắp trên Galê thép các bon và thép hợp kim thấp

- Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm để nghiên cứu quá trình hình thành lớp đắp, nâng cao độ cứng lớp đắp, cải thiện thành phần hoá học và cấu trúc kim loại mối hàn đắp; xác định chế độ nhiệt để đảm bảo yêu cầu về độ cứng và hình dáng lớp đắp trên Galê

a Dây hàn bột chứa các nguyên tố hợp kim có tính tôi

b Có tốc độ nguội cần thiết khi làm nguội kim loại mối hàn

Điều kiện thứ nhất thực hiện nhờ cung cấp dây lõi bột vào mối hàn Để thực hiện mục đích này ta dùng các dây lõi bột chứa các nguyên tố C và Cr

Để thực hiện điều kiện thứ 2 có nhiều phương án:

- Nhiệt luyện

- Điều chỉnh chế độ nhiệt nhằm đạt tốc độ nguội cần thiết của mối hàn

Phương án thứ nhất không thể thực hiện vì đây là hướng của đề tài đồng thời để giảm bớt công nghệ trong sản xuất

Phương án thứ hai la giải pháp đúng đắn đồng thời là hướng của đề tài là sử dụng các nguyên tố biến tính đồng thời với việc ứng dụng các biện pháp và công nghệ hàn ngay trong quá trình hàn để tăng hàm lượng các nguyên tố hợp kim và cải thiện cấu trúc kim loại lớp đắp

CHƯƠNG 2 SỰ PHÁ HỎNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT MÁY

2.1 Bản chất các dạng phá hỏng bề mặt chi tiết máy khi làm việc

Khi vận hành máy móc các chi tiết máy thường xảy ra các hư hỏng bề mặt (từng phần hay toàn bộ bề mặt chi tiết) Thông thường hư hỏng xảy ra trên các bề mặt làm việc, bề mặt tiếp xúc Chúng ta sẽ tìm hiểu bản chất vấn đề này, một vấn đề gặp khá nhiều trong thực tế

2.1.1 Nguyên nhân hư hỏng được phân ra:

Hư hỏng do chế tạo, hư hỏng do vận hành và hư hỏng do chất lượng vật liệu,

Hư hỏng do vận hành là nguyên nhân chủ yếu gây nên các hư hỏng máy Hư hỏng do vận hành được chia ra làm 3 nhóm chính :

• Hư hỏng do mòn ( mòn đều, mòn không đều sinh ra ô van và độ côn, các vết xước nhỏ và các vết xây xát Dạng hư hỏng này có liên quan với ma sát.)

• Hư hỏng cơ học ( nứt, thủng, xước thành rãnh, tróc, gẫy, biến dạng do tác dụng cơ học gây nên cong, vênh, xoắn,

• Hư hỏng hoá nhiệt : ăn mòn, bị rỗ, bị biến dạng do nhiệt độ,

Sau đây ta tìm hiểu sâu hơn về dạng hư hỏng do mòn

2.1.2 Quy luật hao mòn

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 một: 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 mòn nhanh làm 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 bề mặt 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

2.1.3 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

Ví dụ các cặp bề mặt tiếp xúc sử dụng chất bôi trơn rắn và chất dẻo cho ma sát tương đối thấp nhưng mòn lại tương đối cao, trái lại ceramics cho ma sát trung bình nhưng mòn lại rất thấp Thường hệ số ma sát trượt của đa số cặp vật liệu thay đổi trong phạm

vi từ 0,1 đến 1, nhưng tốc độ mòn có thể thay đổi trong phạm vi rất lớn Điều này được giải thích là do mòn liên quan đến nhiều hiện tượng đa dạng kết hợp với nhau theo kiểu không thể dự đoán trước được và thay đổi trong phạm vi rộng Mòn có thể có hại hoặc có ích Khi viết bằng bút chì, mài, đánh bóng, và cạo là các ví dụ về mòn có lợi Mòn là điều không mong muốn trong các bộ phận và chi tiết như ổ, phớt, bánh răng và cam Chi tiết có thể phải thay thế khi bị mòn một lượng rất nhỏ hoặc nếu như bề mặt bị quá ráp Trong các hệ được thiết kế tốt về ma sát, mòn và bôi trơn, quá trình mòn xảy

ra rất chậm nhưng ổn định và liên tục Tuy sự sinh ra và tuần hoàn của các hạt mài trên các bề mặt tiếp xúc chung có kích thước lớn hơn khe hở tiếp xúc có thể tạo nên tác dụng nghiêm trọng hơn là lượng mòn thực tế

Thời gian

b - 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 hoà 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

c - 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 (quả 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 rổ 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

Quá trình fretting được đặc trưng

• Bởi sự có mặt của các chuyển vị nhỏ (bắt đầu có trị số lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử;

• Bởi đặc tính động của tải trọng;

• Bởi sự ô xy hoá trong không khí tạo ra các sản phẩm bị ăn mòn;

• Một số nhà khoa học còn cho rằng quá trình fretting còn do tróc gây nên thể hiện rõ nhất ở những chỗ tiếp xúc

• Là hiện tượng phá huỷ bề mặt do tróc, gỉ do sự ôxy hoá động, xảy ra do tổng hợp của nhiều yếu tố: ma sát, áp lực, độ dịch chuyển bề mặt tiếp xúc nhỏ, đặc biệt là ở điều kiện vận tốc (v) lớn, áp lực cao (p), nhiệt độ (t0) cao Muốn giảm hiện tượng này ta cần giảm vận tốc (v), áp lực (p), nhiệt độ (To)

+ Sự phá huỷ bề mặt do ăn mòn kim loại:

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,

2.2 Tổng quan về tình trạng hỏng hóc và nhu cầu phục hồi chi tiết Galê

Trong phần này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu về chủng loại, đặc tính kĩ thuật, điều kiện làm việc cũng như những hỏng hóc thường gặp của chi tiết Galê trong các thiết bị khai thác, xây dựng, giao thông…

2.2.1 Tổng quan về chi tiết Galê:

Galê tồn tại ở Việt Nam có các dạng: Galê đỡ và Galê tỳ

Máy ủi KOMATSU – D31A – 173

Galê đỡ

Galê tỳ

Ga lê đỡ Ga lê tỳ

a Ga lê tỳ

Làm nhiệm vụ truyền trọng lượng của máy kéo qua dải xích tới đất, đảm bảo hướng chuyển động của máy kéo Ga lê tỳ là chi tiết chịu tải trọng nặng nhất và làm việc trong điều kiện khó khăn, chịu tất cả các va đập khi máy làm việc Galê tỳ có thể chế tạo thành hai nửa rồi hàn lại với nhau, hoặc có thể chế tạo liền Ga lê tỳ được quay trên trục bằng bạc lót và bôi trơn bằng dầu truyền động Cũng có loại được lắp với trục bằng ổ lăn Trên moay ơ bánh tỳ xích có vòng làm kín để dầu không chảy ra ngoài Để

áp áp suất phân bố đều người ta bố trí nhiều galê tỳ trên mặt tựa của dải xích Số lượng Galê cho một máy phụ thuộc vào tải trọng của máy, tải trọng của máy càng lớn thì số

ga lê càng nhiều

b Ga lê đỡ

Galê đỡ có nhiệm vụ làm giảm độ võng nhánh trên của dải xích, giữ cho giải xích không bị trượt và lắc ngang Galê đỡ được quay tự do trên hai ổ bi đặt trên trục Trục cùng giá đỡ được bắt vào khung máy bằng bu lông Bánh đỡ xích được bôi trơn bằng dầu Hai đầu có vòng đệm làm kín và nắp chắn dầu

Ngày nay, để đáp ứng yêu cầu của những công việc và điều kiện làm việc khác nhau, các nhà sản xuất máy xây dựng, khai thác đã chế tạo ra nhiều loại Galê khác nhau, mỗi loại chỉ phù hợp với những máy nhất định

Qua thống kê thực tế hiện nay ở Việt Nam phần lớn là tồn tại các các dạng Galê sau:

TT

Tên máy

dùng Galê

Nước sản xuất

Hình dáng bên ngoài

Galê

Vật liệu Galê

Đặc tính

cơ học bề mặt Galê

Ghi chú

1 Máy ủi

Nhật Bản, Hàn Quốc…

45–50

Cr hoặc

50 Mn

50 – 55 HRC

Nhật Bản, Hàn Quốc…

45–50

Cr Hoặc

50 Mn

50 – 55 HRC

khoan

Nhật Bản, Hàn Quốc…

50 Mn 50 – 55

HRC

4 Máy cẩu

Nhật Bản, Hàn Quốc…

50 Mn 50 – 55

HRC

Theo số liệu thống kê chính thức của Tổng cục hải quan trong các loại máy xây dựng nhập khẩu vào Việt Nam thì máy ủi và máy xúc đào chiếm tỷ lệ lớn nhất, khoảng trên 80 % trong tổng số các loại máy xây dựng nhập khẩu vào Việt Nam Do đó Galê dùng cho các máy ủi và máy xúc đào cũng chiếm một tỷ lệ rất lớn Người ta có thể chế tạo các loại Galê này bằng cách đúc liền hoặc đúc hai nửa sau đó hàn lại với nhau Tuy nhiên vì ngày nay các máy ủi và máy xúc đào hoạt động với tốc độ di chuyển và tải

trọng ngày càng cao, địa hình phức tạp, môi trường làm việc khắc nghiệt Galê là một

trong những chi tiết chịu tải và chịu mài mòn rất lớn, làm việc trong môi trường nhiều

hạt mài, chịu áp lực riêng lớn, chịu mài mòn chủ yếu do mài mòn cơ học, có hạt mài,

với tốc độ mòn rất lớn khoảng từ 5÷400µm/h nên việc chế tạo đòi hỏi phải tuân thủ

theo một tiêu chuẩn rất nghiêm ngặt như: Đúc từ thép chất lượng cao, thép hợp kim,

hoặc dập khối 2 nửa sau đó được hàn nối lại với nhau bằng các công nghệ hàn đặc biệt

như hàn ma sát, hàn tự động dưới lớp thuốc và được nhiệt luyện đặc biệt bằng phương

pháp cảm ứng và vi phân để đạt được độ cứng định trước nhằm kéo dài tuổi thọ và độ

bền của Galê Do vậy giá thành của Galê khi thay mới là rất cao do chi phí vận chuyển

và sản xuất, hơn nữa việc thay thế cũng rất phức tạp vì chi tiết mới thay thế thường

được nhập khẩu từ nơi sản xuất ra máy, sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới tiến độ thi công

của các công trình

Gần đây, có một phương pháp khác để chế tạo Galê cho máy ủi, máy xúc đào đó là đúc

biên dạng chi tiết bằng thép cacbon kết cấu sau đó đắp một lớp hợp kim độ bền cao lên

bề mặt làm việc Đây là một phương pháp rất hiệu quả cả về mặt kinh tế lẫn công nghệ

Vừa tiết kiệm được kim loại quý, vừa đơn giản được trong quá trình chế tạo, hơn nữa

khi hỏng hóc Galê thì công việc sửa chữa cũng rất đơn giản vì khi cần sửa chữa thì ta

chỉ phải bóc hết lớp hợp kim đi và tiến hành sửa chữa trên thép cacbon kết cấu mà

không sợ bị nứt vỡ trong quá trình phục hồi cũng như làm việc (Theo thống kê thực tế

các loại Galê được chế tạo từ các loại thép hợp kim kết cấu chiếm đến 80%, các loại

Galê chế tạo từ các thép hợp kim cao và đặc biệt chỉ chiếm 20%) Để giải quyết vấn đề

này thì việc nghiên cứu công nghệ phục hồi bề mặt chi tiết galê của xích máy ủi

bằng hàn đắp của đề tài là công việc có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật cao nhằm tiết kiệm

thời gian và chi phí duy tu bảo dưỡng cho các loại máy ủi, máy xúc đào đồng thời cũng

là hướng xây dựng công nghệ chế tạo mới chi tiết Galê ở Việt Nam

2.3 CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI GALÊ BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP

Trong quá trình vận hành nhu cầu đặt ra là phải có chi tiết thay thế để sửa chữa Khi làm việc sau một thời gian dài thì một số chi tiết bị hư hỏng do mòn mỏi không sử dụng được nữa vì vậy phải thay thế Các chi tiết thay thế thường được nhập từ nơi sản xuất ra máy nên rất phức tạp và giá thành thường rất cao do chi phí sản xuất và vận chuyển Trong khi đó thị trường cạnh tranh rất khốc liệt đòi hỏi các đơn vị phải hạ giá thành Do đó để có thể sản xuất được hoàn toàn các sản phẩm thay thế trong nước là một vấn đề rất cần thiết được nhiều nhà máy quan tâm Một trong những bộ phận cần thay thế thường xuyên trong quá trình vận hành của máy ủi và máy xúc đào là Galê Hiện nay trong nước đã có nhiều người quan tâm đến để phục hồi Galê nhưng chưa thu được kết quả khả quan Chất lượng Galê sau khi phục hồi trong nước chưa đạt yêu cầu như:

- Vật liệu đắp có tính chất cơ học so với vật liệu cơ bản nên nhanh bị mòn, dẫn đến mất nhiều thời gian thay thế nên giảm công suất máy

- Kích thước không đạt yêu cầu

Trong quá trình sửa chữa máy, chúng ta gặp những chi tiết máy có khuyết tật mà trị số còn nằm trong giới hạn cho phép Đối với những chi tiết này, một vấn đề đặt ra là phải phục hồi, sửa chữa để sử dụng lại

Tuy vậy, trong thực tế không phải tất cả các chi tiết thuộc đối tượng trên đều được sửa chữa, phục hồi Do vậy trước khi quyết định công nghệ phục hồi một chi tiết máy nào

đó chúng ta phải xem xét đến tính hợp lý phục hồi đối với chi tiết đó, tức là phải so sánh xem chi tiết có nên phục hồi hay không, hay là nên thay chi tiết mới, hoặc nếu phục hồi thì phục hồi bằng phương pháp nào là hiệu quả nhất

Kinh nghiệm của các nhà máy sửa chữa trong nước cũng như nước ngoài đều cho rằng những chi tiết có khối lượng kim loại lớn và những chi tiết được chế tạo từ các loại thép hợp kim với số lượng chi tiết rất lớn nếu được phục hồi sửa chữa thì giá thành

thấp hơn rất nhiều so với thay chi tiết mới, đồng thời sẽ tiết kiệm được một khối lượng

lớn kim loại

Công nghệ hiện thời về sửa chữa máy đã tạo ra một cơ hội để lựa chọn các

phương pháp khác nhau cho việc phục hồi chi tiết máy, bởi vì các chi tiết có cùng một

khuyết tật nhưng có thể phục hồi bằng các phương pháp khác nhau Những yếu tố về

kinh tế, về công nghệ và về tổ chức đều có ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp

phục hồi chi tiết máy

Do tính đa dạng của các chi tiết máy cấu thành máy xây dựng, nên chúng ta

không thể đề xuất một cách cụ thể cho việc phục hồi từng chi tiết riêng biệt Việc lựa

chọn một phương pháp hợp lý cho việc sửa chữa chi tiết được tiến hành theo 2 bước

Trước hết, nên dự kiến tất cả các phương pháp phục hồi có thể áp dụng để khắc phục

hoàn toàn các khuyết tật của chi tiết, sau đó mới chọn một phương pháp hiệu quả nhất

Việc chọn phương pháp phục hồi hợp lý được tiến hành theo các chỉ tiêu khác nhau

C

−

=

- Trong đó:

+ Cm giá mua chi tiết mới

+ C SC - Giá thành sửa chữa chi tiết cũ theo phương pháp được chọn

Giá thành sửa chữa chi tiết bao gồm: CSC = CL + CVL+ CK

Trong đó: CL- Tiền lương trả cho công nhân;

CVL - Tiền mua vật liệu;

CK - Các chi phí khác như khấu hao máy móc, năng lượng, vật tư nhiên liệu v.v…

Trong quá trình sửa chữa chi tiết, việc đánh giá công nghệ phục hồi còn được dựa

theo chỉ tiêu kỹ thuật, thông thường người ta đánh giá theo hệ số tuổi thọ (Kt ):

sc

t

t K t

=

tsc - Tuổi thọ của chi tiết được phục hồi bằng phương pháp đã chọn;

t m - Tuổi thọ của chi tiết mới

Phương pháp phục hồi hợp lý nhất là phương pháp có hệ số tuổi thọ lớn và chỉ tiêu kinh tế lớn Những yêu cầu đặt ra đối với các phương pháp phục hồi:

1- Bảo đảm phục hồi chi tiết đạt chế độ lắp ráp yêu cầu

2- Có khả năng gia công cơ khí

3- Bảo toàn được cơ tính ban đầu của chi tiết

4- Bảo đảm được độ chống mòn ban đầu hoặc tăng thêm được độ chống mòn của chi tiết

Tất cả các phương pháp phục hồi được phân ra theo các nhóm sau đây:

- Phương pháp phục hồi tạo ra sự thay đổi kích thước ban đầu của chi tiết

- Phương pháp phục hồi không làm thay đổi kích thước ban đầu của chi tiết

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH HÀN PHỤC HỒI BỀ MẶT TRỤ GALÊ

3.1 Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng của liên kết hàn

Độ an toàn và tin cậy của các kết cấu là những yêu cầu cần thiết hàng đầu cho tất cả các công trình, bên cạnh đó hàn đắp là một phương pháp phủ cơ bản nhất cho hầu hết các bề mặt hình trụ mòn hoặc các bề mặt tạo phôi để sản phẩm mới Vì vậy mối hàn đắp phải đáp ứng được các yêu cầu về mặt chất luợng, nhằm thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật được hình thành trên cơ sở điều kiện làm việc thực tế của bề mặt chi tiết

Để bảo đảm được chất lượng mối hàn đắp, ta cần phải quan tâm đến quá trình nóng chảy và đông đặc của kim loại, tốc độ nguội của mối hàn, thành phần và tính chất của vật liệu hàn, 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 rất khó phát hiện và nhận biết Ví dụ như các khuyết tật bên trong sẽ không thể phát hiện nếu không có các 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 phương pháp thông thường

Để mối hàn có thể đạt được chất lượng tốt ta không chỉ quản lý tốt các hoạt động hàn trực tiếp mà còn cả công việc có liên quan khác như kiểm tra thành phần và tính hàn của vật liệu cơ bản, vật liệu hàn, máy hàn, nguồn điện, kiểm tra lượng dư đắp, khuyết tật và hình dáng bề mặt lớp đắp

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 hàn nối kết cấu và 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 cần thiết và rất quan trọng trong lĩnh vực hàn đắp

Qua sự phân tích ở trên và theo tiêu chuẩn ISO ta có thể đưa ra sơ đồ các yếu tố

cơ bản cần quản lý trong qúa trình hàn được thể hiện ở Hình 1.1

Đặc biệt khi nghiên cứu quá trình hàn đắp các bề mặt trụ tròn ta thấy rằng ngoài việc phải xác định các yếu tố công nghệ chính như vật liệu, chế độ hàn, thiết bị hàn… thì việc xác định trường nhiệt để quyết định nhiệt độ gia nhiệt trước, nhiệt độ giữa các lớp hàn hoặc xác định trường ứng suất dư để chống biến dạng cho chi tiết và đưa ra

biện pháp xử lý nhiệt sau khi hàn là những bước nghiên cứu rất phức tạp nhưng cũng rất quan trọng và cần thiết, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng và tuổi thọ của mối hàn Như ta đã nghiên cứu ở

phần trên các bề mặt trụ tròn là những bề mặt có tầm quan trọng đặc biệt trong thiết bị máy móc, đồng thời chế độ làm việc cũng rất khắc nghiệt do tỷ lệ thành phần các nguyên tố hợp kim của kim loại cơ bản cũng rất cao và khá đặc biệt Do vậy để qúa trình hàn phục hồi có thể đạt được hiệu qủa cao chúng ta cần nghiên cứu kỹ các yếu tố ảnh hưởng như sau:

- Thành phần hoá học và trường nhiệt trong quá trình hàn phục hồi, từ đó quyết định lựa chọn nhiệt độ nung nóng trước khi hàn, nhiệt độ giữa hai lớp hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn

- Sự phân bố của trường nhiệt trong quá trình hàn phục hồi, từ đó quyết định lựa chọn nhiệt độ nung nóng trước khi hàn, nhiệt độ giữa hai lớp hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn

- Quá trình hình thành và sự phân bố của trường ứng suất tức thời trong khi hàn

và trường ứng suất dư khi hoàn tất quá trình hàn, đưa ra sự phân bố chu trình hàn hợp

lý nhằm giảm tối thiểu biến dạng của chi tiết và ứng suất dư đồng thời đưa ra biện pháp gia công nhiệt hợp lý

- Nhiệt độ nung nóng trước, công nghệ xử lý nhiệt sau khi hàn nhằm khử ứng suất dư và ổn định lại tổ chức kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

3.2 Tính hàn của vật liệu hàn và phương pháp lựa chọn vật liệu hàn

Tính hàn của vật liệu là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng các công nghệ hàn thông thường dưới một điều kiện hàn nhất định mà vẫn đạt được các đặc tính cần thiết bảo đảm chất lượng và độ tin cậy của liên kết hàn đồng thời phải thoả mãn điều kiện làm việc

Hầu hết các loại thép đều có thể hàn được, tuy nhiên không phải loại thép nào cũng có thể hàn đạt cùng một chất lượng yêu cầu trong cùng một điều kiện hàn với độ

dễ như nhau Một loại thép được coi là có tính hàn tốt nếu quá trình hàn được thực hiện không quá khó hoặc không cần những thủ tục hỗ trợ đặc biệt và đắt tiền, đồng thời mối hàn phải đảm bảo các đặc tính ngang bằng với kim loại cơ bản Tính hàn của mỗi loại thép thay đổi tuỳ thuộc vào chủng loại, cơ tính và thành phần hoá học của chúng

3.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính hàn của thép

a Ảnh hưởng của các bon

- Carbon là nguyên tố hợp kim chính của hầu hết các lọai thép Tăng hàm lượng carbon sẽ làm tăng tính biến cứng của vật liệu khi bị tác động nhiệt Khi xét đến tính hàn chúng ta xét đến khả năng giảm thiểu các nguy cơ xuất hiện các vết nứt

do biến cứng ở vùng ảnh hưởng nhiệt

b Ảnh hưởng của kết cấu và bề dầy mối ghép

- Bề dày tương đương (CJT) là chỉ số tính đến sự gia tăng bề dày do kết cấu mối ghép Chúng ta biết rằng bề dày thép sẽ ảnh hưởng đến quá trình phân tán nhiệt hàn , có nghĩa là ảnh hưởng đến tốc độ nguội Nói cách khác ảnh hưởng đến tính hàn của kết cấu

- Công thức tính CJS như sau: T CJS = + + +t1 t2 t3 t4

c Ảnh hưởng của năng lượng hàn

- Các thông số hàn cũng gây ra các tác động đến chất lượng hàn, nghĩa là chúng

có các ảnh hưởng nhất định đến tính hàn của thép và kết cấu

- Công thức tính năng lượng hàn như sau: . 60

1000

I E Q V

= Trong đó:

Q: Năng lượng hàn cho một đơn vị chiều dài (KJ/mm)

cố ý đưa vào thép gọi là nguyên tố hợp kim

Ngày nay rất nhiều loại thép hợp kim thông dụng đã được sử dụng vào các ngành công nghiệp như xây dựng, giao thông, cơ khí… chúng không chỉ đáp ứng được các đặc tính đặc biệt phù hợp với điều kiện làm việc mà còn góp phần đáng kể vào việc giảm trọng lượng kết cấu, tăng độ tin cậy và tuổi thọ của kết cấu hàn đồng thời hạ giá thành sản phẩm

Thép hợp kim là những loại thép mà ngoài các bon ra còn có các nguyên tố hợp kim khác như Mangan, Silic, Niken, Crôm, Molipđen, Titan, Nhôm… với lượng đủ lớn quyết định đến các đặc tính quan trọng của thép Thép hợp kim cũng có thể được chia

thành 3 loại: thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình và thép hợp kim cao căn cứ vào chủng loại và tổng lượng hợp kim của chúng

Đối với thép hợp kim tính hàn của vật liệu tỉ lệ nghịch với khả năng tạo biến cứng và độ cững lớn nhất có thể đạt được của chúng Ví dụ, một loại thép có khả năng tạo biến cứng và độ cứng cao thì có tính hàn xấu và có xu hướng xuất hiện hiện tượng nứt khi hàn

Độ cứng lớn nhất có thể đạt được tối đối với mỗi loại thép và tính hàn của chúng có liên quan chặt chẽ với hàm lượng các nguyên tố hợp kim mà cụ thế là hàm lượng các bon tương đương Giá trị này được tính toán dựa vào hàm lượng các bon và các nguyên tố hợp kim theo công thức sau:

Trong đó: Ctđth : là hàm lượng các bon tương đương tới hạn

Trong khi đó, độ cứng lớn nhất của mỗi loại thép chỉ có thể đạt được khi chúng được làm nguội từ nhiệt độ tạo austenite (750-9500C) với tốc độ nguội lớn đủ để tạo cấu trúc mactensite Khi thêm các nguyên tố hợp kim như Mangan, crôm và molipđen

sẽ làm giảm quá trình hình thành cấu trúc mactensit trong khi làm nguội qua nhiệt độ biến đổi pha Hiện tượng này sẽ ngăn chặn việc hình thành cấu trúc peclite mềm hơn mactensite rất nhiều, đồng thời tạo điều kiện để quá trình chuyến pha từ austenite sang mactensite xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn (500-2000) Loại thép nào có tốc độ chuyển pha thấp nhất sẽ có khả năng biến cứng cao nhất và ngược lại Loại vật liệu có khả năng biến cứng cao có thể đạt được độ cứng lớn nhất khi làm nguội ngoài không khí trừ khi chúng có độ dày quá lớn Loại thép có khả năng biến cứng thấp bắt buộc phải tôi thì mới đạt được độ cứng lớn nhất

Hiện tại có rất nhiều loại thép hợp kim thấp khác nhau được sản xuất và đưa vào chế tạo các chi tiết máy, tính hàn của chúng phụ thuộc vào thành phần hoá học của chúng Một số hợp kim được dùng trong công nghiệp làm lạnh, chúng có độ dai rất tốt khi nhiệt độ làm việc dưới 00C

Thép hợp kim thấp cũng được dùng cho các thiết bị là kết cấu hàn làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao như nồi hơi, tháp hoá dầu, chế biến hoá chất… Những loại thép này được đưa vào thành phần các nguyên tố hợp kim như Cr và Mo khiến chúng trở nên rất bền vững, có cơ tính tốt và ổn định ở nhiệt độ cao lên tới 6500C

Một số loại thép có khả năng chống ăn mòn ngoài khí quyển bằng cách đưa vào thành phần một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như Cu, P, Cr… Khi tiến hành áp dụng phương pháp hàn đối với loại thép này chúng ta phải chú ý chọn vật liệu hàn sao cho kim loại của mối hàn cũng có khả năng chịu được ăn mòn của môi trường Đồng thời tính hàn của thép này thường là xấu, dễ xuất hiện hiện tượng nứt nóng do vậy phải lựa chọn và áp dụng một chế độ hàn hợp lý

3.5 Vật liệu cơ bản và tính hàn của vật liệu Galê

3.5.1 Vật liệu Galê của máy ủi, máy xúc đào

- Dựa vào quá trình phân tích ở Chương 2 ta lựa chọn việc phục hồi Galê được

chế tạo bằng vật liệu nền là :thép hợp kim kết cấu đúc và rèn 45Cr (TCVN 1766 – 75)

Và vật liệu được đắp lên bề mặt Galê để nâng cao cơ tính là vật liệu hợp kim cao chống mòn tốt

a Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản (%):

b Tính chất cơ học của thép 45Cr

Theo tiêu chuẩn GOH 4543 – 57 ta có:

- Thép 45Cr tôi ở nhiệt độ 8400C, làm nguội trong môi trường nước; ủ ở nhệt

Độ giãn dài (∂)

Độ dai va đập (a k )

Máy kiểm định vật liệu cơ bản

Tiến hành kiểm định thành phần hoá học của vật liệu cơ bản

3.5.2 Các chú ý khi hàn chủng loại vật liệu Galê

a Tính toán các thông số nhạy cảm nứt nóng :

- Đối với thép các bon và thép hợp kim thấp để đánh giá nứt nóng thiên tích ở vùng ảnh hưởng nhiệt ta dùng công thức sau :

0, 22 0, 23 0,007 0,01

→ Thép dễ bị nứt nóng Vì vậy khi hàn cần phải chú ý :

+ Chế tạo phôi có chất lượng cao, ít tạp chất

+ Chọn hệ số hình dạng bên ngoài mối hàn thích hợp, sao cho kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn càng ít càng tốt

+ Dùng các biện pháp giảm thiểu ứng suất tác động lên liên kết trong quá trình kết tinh

+Dùng điện cực hàn có chứa nhiều Mn, ít C (Mn có tác dụng khử S – tác nhân chính gây nứt nóng)

+ Làm sạch kĩ lưỡng bề mặt trước khi hàn

b Tính toán các thông số nhạy cảm nứt nguội :

- Ta đánh giá theo tiêu chuẩn độ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt :

m

HV = + C+ Si+ Mn+ Ni+ Cr

= 90 + 1050.0,39 + 47.0,22+75.0,8+30.0,23+31.1 = 607,74 > 350

→ Thép dễ bị nứt nguội.Vì vậy khi hàn cần phải chú ý hạn chế tối đa các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề nứt nguội Dựa vào 4 yếu tố hình thành nứt nguội, ta có thể đề ra các biện pháp như sau :

- Kiểm soát nồng độ Hydro :

+ Giảm tốc độ nguội thông qua sử dụng năng lượng đường nâng cao

+ Sử dụng chế độ đắp nhiều lớp đảm bảo cho vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp trước được nhiệt hàn của lớp sau nhiệt luyện (ram)

+ Tăng nhiệt độ nung nóng sơ bộ / nhiệt độ giữa các đường hàn nhằm giảm tốc

độ nguội trong vùng nhiệt độ phân hủy austenit

- Kiểm soát độ cứng vững : Sử dụng các biện pháp để giảm thiểu độ cứng vững của kết cấu hàn…

- Kiểm soát nhiệt độ :

+ Nung nóng sơ bộ và nung nóng bổ sung

c Tính toán thông số nhạy cảm với nứt tầng :

Theo tài liệu [5] ta có :

+H IIW: Lượng Hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp, đo theo pp

sử dụng thủy ngân của Viện hàn quốc tế

+ Vì cần duy trì nồng độ Hydro khuyếch tán ở mức thấp hoặc rất thấp nên ta chọn H IIW=5

→ H D = 0,78.5 - 1,4 = 2,5

2,50,5141 6.0,007

60

L

→ Thép không bị nứt tầng

d Các chú ý khi hàn chủng loại vật liệu đã chọn :

- Theo trang 122 [5], thép cacbon trung bình (0,3 – 0,5)% C có khả năng chống mài mòn tốt, độ bền và độ cứng cao Đây là các loại thép được sử dụng làm các tấm chống mài mòn, lò xo, chi tiết đường ray, máy nông nghiệp, máy thi công cơ giới và thiết bị Chúng cũng được dùng cho chế tạo các chi tiết máy