CHƯƠNG 6 hàn hồ QUANG TAY và hàn điện TIẾP xúc

CHƯƠNG 6: HÀN HỒ QUANG TAY VÀ HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC 6.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 6.1.1 Thực chất, đặc điểm phân loại 6.1.1.1 Định nghĩa: Hàn trình nối cứng phần tử kim loại với cách nung nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn chảy hay dẻo.Sau kim loại đơng đặc(hàn nóng chảy) dùng áp lực để ép chúng dính lại với (hàn áp lực) 6.1.1.2 Đặc điểm: - Tiết kiệm kim loại - Giảm thời gian giá thành chế tạo kết cấu - Hàn nối kim loại có tính chất khác - Thiết bị hàn tương đối đơn giản dễ chế tạo - Chi tiết hàn dùng tải trọng tĩnh - Do nung nhanh nguội nhanh nên hay tập trung ứng suất trình hàn có bọt khí mối hàn khơng chất lượng - Kết cấu mối hàn có độ bền cao - Giảm tiếng động sản xuất 6.1.1.3.Phân loại: Dựa vào trạng thái hàn có hai nhóm: a Hàn nóng chảy: Kim loại nóng chảy,hịa tan kim loại vật hàn mối hàn kim loại que hàn trạng thái nóng chảy sau nguội kết tinh thành mối hàn - Phương pháp hàn hồ quang: + Hàn hồ quang tay + Hàn hồ quang tự động bán tự động  Dùng thuốc bảo vệ mối hàn  Dùng khí bảo vệ CO2,Ar,He… - Phương pháp hàn khí:Hàn Axetylen+O2 - Phương pháp hàn Plasma:Nguồn nhiệt cao, chất lượng mối hàn cao - Phương pháp hàn điện xỉ b.Hàn áp lực: Trạng thái hàn kim loại dẻo gần với kim loại chảy phải dùng lực làm phần tử kim loại khuếch tán vào tạo thành mối hàn - Hàn điện tiếp xúc: Bề mặt mối nối tiếp xúc với cường độ dòng điện lớn chạy vào vật hàn,sau dùng lực ép lại + Hàn điện tiếp xúc giáp mối + Hàn điện tiếp xúc điểm + Hàn điện tiếp xúc đường + Hàn điện tiếp xúc đường giáp mối - Hàn nguội,hàn rèn … Ngồi cịn có hàn vảy: Khi hàn cần đốt nóng mối hàn đến nhiệt độ định sau cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nối vật hàn lại với 6.1.2 Quá trình luyện kim tổ chức kim loại mối hàn 6.1.2.1 Quá trình luyện kim: Trong q trình hàn nóng chảy, mép kim loại hàn kim loại phụ bị nóng chảy tạo bể kim loại lỏng,vũng hàn chung cho hai chi tiết - Phần I vũng hàn diễn trình nấu chảy kim loại kim loại phụ - Phần II diễn trình kết tinh-hình thành mối hàn - Cơ tính mối hàn cao tính kim loại - Vùng ảnh hưởng nhiệt có tính kim loại mối hàn,là vùng hay tập trung ứng suất dễ bị phá hỏng 57 II I Hình 6-1: Bể hàn chuyển động kim loại lỏng 6.1.2.2.Tổ chức kim loại mối hàn: Vùng mối hàn phaà n phi kim loại Viề n chả y vù ng kim loại chả y khô ng hoà n n vù ng kim loại kế t tinh cóđộ hạt nhỏ vù ng kim loại kế t tinh cóđộ hạt lớ n Hình 6-2: Sự kết tinh kim loại mối hàn - Trong vùng kim loại nóng chảy hồn tồn nguội lạnh có tổ chức tương tự tổ chức thỏi đúc,thành phần tổ chức khác với kim loại que hàn vật hàn Vùng ảnh hưởng nhiệt: Vùng 1:Vùng kim loại chảy khơng hồn tồn Vùng 2:Vùng nhiệt Vùng 3:Vùng thường hoá Vùng 4:Vùng kết tinh lại khơng hồn tồn Vùng 5:Vùng kết tinh lại hồn tồn Vùng 6:Vùng dịn xanh 58 kim loại ng chả y vù ng chả y khô ng hoà n n 1500 1400 Nhiệ t độ 1300 vù ng quánhiệ t 1200 1100 1000 4vùng thường hoá900 vù ng kế t tinh lạikhô ng hoà n n 800 700 vù ng kế t tinh lạ i 600 500 vù ng400 dò n 300 xanh200 100 %Cacbon Hình 6-3: Ảnh hưởng nhiệt hàn 6.1.3 Tính hàn kim loại hợp kim 6.1.3.1 Khái niệm: - Tính hàn kim loại hợp kim: khả kim loại hợp kim cho phép hình thành mối hàn cơng nghệ hàn thơng thường thích hợp để mối hàn đạt tính chất cần thiết,đảm bảo độ tin cậy liên kết hàn 6.1.3.2 Phân loại: - Căn vào tính hàn,các loại vật liệu kết cấu hàn phân thành nhóm: + Nhóm 1: Vật liệu có tính hàn tốt + Nhóm 2: Vật liệu có tính hàn trung bình + Nhóm 3: Vật liệu có tính hàn + Nhóm 4: Vật liệu khơng có tính hàn 6.2 HÀN HỒ QUANG TAY 6.2.1 Khái niệm: Là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt hàn hồ quang điện chạy hai điện cực Sự cháy trì ổn định hồ quang trình hàn điều khiển tay người thợ * Đặc điểm: - Hàn mối hàn vị trí khác - Hàn chi tiết to,nhỏ,đơn giản, phức tạp khác - Hàn mơi trường khí bảo vệ,hàn nước,hàn chân không… - Thiết bị hàn trang bị gá lắp hàn đơn giản,dễ chế tạo - Năng suất hàn thấp,chất lượng mối hàn không cao, phụ thuộc vào trình độ cơng nhân * Phân loại: 59 a.Phân loại theo điện cực: - Điện cực nóng chảy: + Kim loại mối hàn que hàn nóng chảy phần kim loại vật hàn.Que hàn đồng thời vừa trì hồ quang,vừa bổ sung kim loại cho mối hàn b.Phân loại theo cách nối dây: - Nối dây trực tiếp: Cả que hàn vật hàn nối trực tiếp với hai cực nguồn(nguồn AC DC) Hình 6-4: Hình 6-5 Hình 6-4 H Hình 6-6 - Nối dây gián tiếp :Que hàn nối với nguồn điện cịn vật hàn khơng nối với nguồn điện(Hình 6-5) - Nối hỗn hợp trực tiếp gián tiếp:dùng nguồn điện ba pha(tạo cột hồ quang,hàn vật dày.)(Hình 6-6) c Phân loại theo dịng điện: - Dòng điện xoay chiều:thiết bị gọn nhẹ,sử dụng đơn giản,vận hành dễ,giá thành rẻ hồ quang không ổn định nên chất lượng mối hàn không cao,nối điện tùy ý - Hàn dòng điện chiều: tạo hồ quang dễ ổn định nên chất lượng mối hàn cao thiết bị đắt tiền,cồng kềnh,sử dụng phức tạp,khó bảo quản + Tùy theo trường hợp hàn mà ta nối điện thuận hay nghịch * Cách đấu dây với dòng điện chiều: 3 2 4 Hình 6-7: Cách đấu thuận Hình 6-8: Cách đấu nghịch - Đấu thuận (Cực tính thẳng): 60 + Cực dương nối với vật hàn + Cực âm nối với que hàn Hàn vật dày, kim loại khó chảy Điện cực khơng nóng chảy 1.Máy phát điện; 2.Que hàn; 3.Kim hàn; 4.Vật hàn - Đấu nghịch (Cực tính ngược): + Cực dương nối với que hàn + Cực âm nối với vật hàn Que hàn chảy nhanh,vật hàn chảy ít, dùng hàn kim loại màu,vật hàn mỏng 6.2.2 Hồ quang hàn 6.2.2.1 Khái niệm hồ quang hàn: - Là phóng điện ổn định qua mơi trường khí ion hóa Dịng điện truyền qua khí nằm hai cực: cực âm gọi katod,cực dương gọi anod - Tạo hồ quang ánh sáng mạnh, nhiệt cao để làm nóng chảy kim loại 6.2.2.2 Cách gây hồ quanq cháy hồ quang - Gây hồ quang phương pháp: + Phương pháp mồi hồ quang mổ thẳng.(Hình 6-9) + Phương pháp mồi hồ quang ma sát.(Hình 6-10) 2- 2- (Hình 6-9) (Hình 6-10) - Thực gây hồ quang, ổn định hồ quang hàn: Duy trì chiều dài hồ quang khoảng 24mm 6.2.2.3 Hiện tượng thổi lệch hồ quang - Khi trục tuyến cột hồ quang tạo góc với trục que hàn làm cho nguồn nhiệt khó tập trung vào vũng hàn nên chất lượng mối hàn Hiện tượng xảy hàn hồ quang dịng chiều Hồquang bình thườ ng Hồquang bịthổ i lệ ch + Biện pháp khắc phục:  Nghiêng điện cực(que hàn)về phía cột hồ quang bị thổi lệch 61  Dùng kim loại Ferit chắn phía hồ quang bị thổi lệch  Thay đổi tiếp điểm đấu vật hàn.(Hình 6-11) 6.2.3 Phân loại hồ quang hàn - Hồ quang ngắn - Hồ quang trung bình - Hồ quang dài 6.2.4 Thiết bị hàn hồ quang 1.Yêu cầu nguồn điện hàn máy hàn - Dòng xoay chiều:(220v 380v) V0 = 60 ÷ 80v (lúc không tải.) Vh = 25 ÷ 45v (lúc hàn.) - Dịng chiều: V0 = 30 ÷ 55v Vh = 16 ÷ 35v - Khi hàn hay xảy tượng đoản mạch nên I đoản mạch =(1.3 ÷ 1.4)Ih Yêu cầu nguồn điện hàn máy hàn - Đường đặc tính hồ quang(l3 >l2>l1) (Hình 6-12) U Đoạn đặ c tính ng III I II I 8.10 8.10 - Đường đặc tính ngồi máy hàn.(Hình 6-13) U(V) U(V) 60 60 50 50 40 40 30 30 a 20 10 a 20 10 50 100 150 200 250 300 I(A) 62 50 100 150 200 250 300 I(A) * Máy hàn xoay chiều: - Với dòng xoay chiều có: + Máy hàn xoay chiều có tự cảm rời + Máy hàn xoay chiều có tự cảm kết hợp + Máy hàn xoay chiều có lõi di động * Máy hàn chiều: - Động – Máy phát tạo dòng chiều - Bộ phận chỉnh lưu dịng điện có ốt để chỉnh lưu: + Dòng xoay chiều pha + Dòng xoay chiều ba pha - Máy phát điện chiều kiểu cực từ lắp rời dùng để hàn gồm bốn cực từ,trên cực điện có lắp ba tổ chổi điện than cung cấp điện cho hồ quang 6.2.5 Vật liệu hàn hồ quang tay Điện cực khơng nóng chảy - Gây hồ quang trì hồ quangcháy ổn định - Vật liệu que hàn:C,graphit,T L =500 ÷ 700 mm dq =1 ÷ mm Đầu vát góc:60 ÷ 700 t0 chảy thuốc bọc > t0 chảy lõi Điện cực nóng chảy - Yêu cầu que hàn: + Phải đảm bảo tính cho mối hàn + Đảm bảo thành phần hóa học kim loại + Dễ gây hồ quang trì hồ quang cháy ổn định + Có tính cơng nghệ tốt + Hàn vị trí khơng gian + Mối hàn khơng bị rỗ khí, xỉ, nứt - Thuốc hàn: có tính ion hóa khí tốt,khơng tác dụng O2,N2 khơng khí gây rỗ,xỉ mối hàn + Nổi xỉ,che phủ làm cho mối hàn kết tinh,nguội chậm lại + Hợp kim hóa cho kim loại mối hàn + Khử O2 ơxít kim loại… - Lõi que hàn: + Thành phần lõi que hàn phù hợp với kim loại vật hàn 6.2.6 Công nghệ hàn hồ quang tay 6.2.6.1.Vị trí hàn - Các dạng mối hàn vị trí khơng gian khác nhau: Hàn (hàn sấp), hàn đứng, hàn ngang, hàn trần + Hàn sấp: mối hàn nằm mặt phẳng ứng với góc từ ÷ 600 + Hàn đứng: mối hàn nằm mặt phẳng phân bố từ 600 ÷ 1200 + Hàn trần: mối hàn nằm mặt phẳng phân bố từ 1200 ÷ 1800 6.2.6.2.Các loại mối hàn - Hàn giáp mối: S< mm:không cần vát mép S >4 mm:phải vát mép làm tăng độ sâu ngấu kim loại que hàn nóng chảy - Hàn chồng: (chồng mí) - Mối hàn gấp mép(bẻ mí) - Mối hàn góc 63 - Mối hàn chữ T - Mối hàn có đệm(ít dùng) - Mối hàn mặt đầu - Mối hàn viền mép - Mối hàn chốt 6.2.6.3.Chuẩn bị mép hàn - Khi S >4 mm cần vát mép để làm tăng độ bền cho mối hàn - Khe hở làm tăng khả ngấu phía mối hàn - Kích thước phần khơng vát mép có tác dụng làm cho kim loại chảy xuống phía phần chưa hàn  Các dạng vát mép: - Vát mép chữ V - Vát mép chữ X 6.2.6.4.Chế độ hàn - Đường kính que hàn phụ thuộc vào chiều dày vật hàn - Hàn giáp mối: Dq =( S/2)+1  Trong đó: Dq:đường kính que hàn.(m) S:chiều dày vật hàn.(m) - Hàn góc, mối hàn chữ T: Dq =( K/2)+2  Trong đó: K:cạnh mối hàn + Cường độ dịng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn vị trí hàn khơng gian - Hàn sấp,que hàn thép: Ih = (β + α.dq)dq  Trong đó: β, α: hệ số β =20 ; α =6 + Hàn đứng:Ih giảm 10 ÷ 15% so với hàn sấp + Hàn ngữa:Ih giảm 20 ÷ 25% so với hàn sấp 6.2.6.5.Kỹ thuật hàn hồ quang tay * Chuyển động que hàn + Dịch chuyển que hàn dọc theo hướng hàn để hàn hết chiều dài vật hàn(đường hàn) + Dịch chuyển que hàn dọc theo trục que hàn để trì hồ quang cháy ổn định + Dao động ngang que hàn để tạo bề rộng mối hàn * Kỹ thuật hàn vị trí hàn khác + Với hàn đứng nên hàn từ lên,que hàn nghiêng với trục thẳng đứng từ 60 ÷ 800 + Với hàn ngang:nên vát mép cạnh cịn cạnh khơng vát mép 6.3 ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ KHUYẾT TẬT VẬT HÀN 6.3.1 Biến dạng ứng suất hàn - Biến dạng ứng suất hàn xuất tồn kết cấu hàn thân trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả làm việc chất lượng sản phẩm Biến dạng ứng suất hàn xuất tồn kết cấu hàn thân trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả làm việc chất lượng sản phẩm - Ngun nhân: + Nung nóng khơng kim loại vật hàn + Độ ngót đúc kim loại nóng chảy mối hàn 64 + Các biến đổi cấu vùng gần mối hàn 6.3.2 Xác định biến dạng hàn Xác định biến dạng co dọc hàn giáp mối: - Ứng suất dư (do nung nóng nguội khơng đều) hàn cân vùng ảnh hưởng nhiệt đạt tới giới hạn chảy - Tấm hàn nung nóng khơng bị ảnh hưởng bên ngồi - Biến dạng phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng 2.Độ võng liên kết hàn giáp mối: - Ứng suất dư (do nung nóng nguội khơng đều) hàn cân vùng ảnh hưởng nhiệt đạt tới giới hạn chảy - Tấm hàn nung nóng khơng bị ảnh hưởng bên ngồi - Biến dạng phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng 3.Xác định ứng suất biến dạng co dọc mối hàn chữ T : Kết cấu chữ T gồm hai hàn với hai mối hàn góc.Nếu kết cấu hàn khơng bị kẹp chặt tác dụng M kết cấu bị uốn ứng suất uốn là: σ = M/W Trong : M: momen uốn nội lực,tác dụng lên kết cấu M = P2.Y2 –2P1.Y1 Y1,Y2 :khoảng cách từ điểm đặt lực phản kháng 2P1và P2 đến trọng tâm vùng ứng suất tác dụng 6.3.3 Khuyết tật mối hàn Nứt: - Là khuyết tật nghiêm trọng mối hàn - Căn vào vị trí sinh nứt, chia làm hai loại nứt:nứt nứt ngồi.Vết nứt sinh khu vực chịu ảnh hưởng nhiệt đầu mối hàn Hình: 6-14: 1.Nứt ngồi; 2.Nứt trong; Nứt khu vực chịu ảnh hưởng sức nóng Lỗ hơi: Vì có nhiều thể hịa kim loại mỏng chảy, thể khơng trước lúc vùng nóng chảy nguội, tạo thành lỗ Hình 6-15: 1.Lỗ tập trung; 2.Lỗ bề mặt; Lỗ đơn 65 3 Lẫn xỉ hàn - Lẫn xỉ hàn lẫn tạp chất kẹp mối hàn, tạp chất tồn mối hàn, nằm mặt mối hàn - Lẫn xỉ hàn thường sinh mối hàn vng góc đầu nối có khe hở nhỏ Hàn chưa thấu - Hàn chưa thấu khuyết tật nghiêm trọng mối hàn dẫn đến nứt, làm hỏng cấu kiện - Hàn chưa thấu có khả sinh góc mối hàn mép đầu nối Khuyết cạnh: Ở chỗ giao kim loại vật hàn với mối hàn có hình rãnh dọc, rãnh gọi khuyết cạnh - Nguyên nhân: + Dòng điện hàn lớn, hồ quang dài + Góc độ que hàn cách đưa que hàn khơng xác Đóng cục: Trên mép hàn có kim loại thừa khơng trộn với kim loại vật hàn gọi đóng cục 6.3.4 Các phương pháp kiểm tra mối hàn 1.Kiểm tra phá hỏng: Là kiểm tra tính, xác định cường độ cực đại đầu nối mối hàn, tính dẻo tính dai cao hay thấp Kiểm tra không phá hỏng: Kiểm tra mặt ngồi dầu lửa, áp lực nước, khí nén, tia X, tia γ … 6.4 HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC 6.4.1 Thực chất, đặc điểm phân loại phương pháp hàn điện tiếp xúc Thực chất: - Cho dịng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn bị nung nóng kim loại vật hàn đến trạng thái hàn (chảy lỏng dẻo) nhờ tác dụng lực học, vật hàn dính lại với - Theo định luật Jun – Lenxơ cho dịng điện qua vật dẫn sinh nhiệt lượng Q: Q = 0,24RI2t - Nhiệt lượng lớn sinh bề mặt tiếp xúc nung nóng chúng đến trạng thái hàn, sau dùng lực ép để tạo điều kiện cho việc khuếch tán nguyên tử, làm cho vật hàn nối với Đặc điểm: - Hàn điện tiếp xúc có đặc điểm sau: + Chất lượng sản phẩm cao + Có thể hàn kết cấu phức tạp, mối hàn vị trí khơng gian khác nhau, hàn chi tiết có tiết diện nhỏ + Dễ dàng khí hóa tự động hóa q trình cơng nghệ + Năng suất, chất lượng hàn cao + Tiết kiệm nguyên vật liệu lượng Vì hàn điện tiếp xúc sử dụng rộng rãi ngành chế tạo máy, giao thông, công nghiệp tiêu dùng… 3.Phân loại: 66 HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC Theo dạng mối hàn Dòng xung Dòng xoay chiều Dòng chiều Hàn đường giáp mối Theo loại dòng điện Hàn điện cực gia Hàn giáp mối Hàn đường Hàn điểm Theo dạng mối hàn Một điểm hàn - Hàn điểm có: Hai điểm hàn Nóng chảy Gián đoạn Điện trở Liên tục - Hàn giáp mối có: 6.4.2 Công nghệ hàn điện tiếp xúc 1.Thực chất: Hàn điện tiếp xúc giáp mối dạng hàn áp lực mà mối hàn thực toàn bề mặt tiếp xúc chi tiết hàn * Nguyên lý làm việc: - Dòng điện hàn từ biến hàn qua chi tiết hàn kẹp chặt điện cực ép sát với Bề mặt tiếp xúc nung nóng liên tục đến trạng thái chảy, sau tác dụng lực ép học P thực ép hình thành mối hàn 67 Px Px Pe Pe l1 l2 U Sô đồnguyê n lýhà n giá p mố i Hình 6-16: 1.Chi tiết hàn; 2.Cực máy tiếp xúc; 3.Biến hàn pha; 4.Công tắc 2.Máy hàn điện tiếp xúc giáp mối: - Theo công suất máy hàn có: + Máy có cơng suất nhỏ (1,5 ÷ 8)KVA: Dùng để hàn nối loại dây thép đường kính (0,2÷ 6)mm + Máy có cơng suất lớn 160 KVA: Có thể hàn thép có tiết diện 4000mm2 với lực ép P=160000KN 3.Công nghệ hàn tiếp xúc giáp mối: a.Yêu cầu - Để đạt chất lượng mối hàn tốt, q trình cơng nghệ hàn phải đạt u cầu sau: + Hàn chảy gián đoạn hàn chảy liên tục + Làm bề mặt tiếp xúc không bị oxy hóa + Chi tiết hàn gá lắp, kẹp chặt phải đồng tâm + Nung nóng bề mặt tiếp xúc chi tiết hàn + Chế độ hàn: tìm Ih(cường độ dịng điện hàn), tính áp lực P, thời gian chi tiết tiếp xúc với nhau, diện tích bề mặt tiếp xúc b.Chuẩn bị chi tiết trước hàn: - Phôi liệu phải làm gỉ - Các phơi liệu có tiết diện tiếp xúc khác phải gia cơng để kích thước chúng gần làm tốt 68 Hình 6-17: Chuẩn bị phơi hàn c Kỹ thuật hàn: - Hàn điện trở: + Hàn tiếp xúc giáp mối thực phương pháp hàn điện trở thích ứng với chi tiết có tiết diện ngang nhỏ đến 100mm2 thực theo chu trình sau: I,P I P Hình 6-18: Chu trình hà n tiế p xú c giá p mố i điệ n trở 69 τ ... Nghiêng điện cực(que hàn) về phía cột hồ quang bị thổi lệch 61  Dùng kim loại Ferit chắn phía hồ quang bị thổi lệch  Thay đổi tiếp điểm đấu vật hàn. (Hình 6- 11) 6. 2.3 Phân loại hồ quang hàn - Hồ quang. .. loại vật hàn 6. 2 .6 Công nghệ hàn hồ quang tay 6. 2 .6. 1.Vị trí hàn - Các dạng mối hàn vị trí khơng gian khác nhau: Hàn (hàn sấp), hàn đứng, hàn ngang, hàn trần + Hàn sấp: mối hàn nằm mặt phẳng... Phương pháp mồi hồ quang ma sát.(Hình 6- 10) 2- 2- (Hình 6- 9) (Hình 6- 10) - Thực gây hồ quang, ổn định hồ quang hàn: Duy trì chiều dài hồ quang khoảng 24mm 6. 2.2.3 Hiện tượng thổi lệch hồ quang - Khi