Ứng dụng công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại để nâng cao chất lượng mối hàn

Ứng dụng công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại để nâng cao chất lượng mối hàn

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp i ------------------------------------ lê việt trung ứng dụng công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại để nâng cao chất lợng mối hàn luận văn thạc sĩ kỹ thuật chyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp m số: 60.52.14 ngời hớng dẫn khoa học: TS. Hoàng Văn Châu hà nội - 2007 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này hoàn toàn trung thực và cha có sử dụng để bảo vệ một đề tài học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đề đ chỉ rõ nguồn gốc Ngời thực hiện Lê việt trung Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 2 Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn trực tiếp đến ts . Hoàng v ăn c hâu. p hòng thí nghiệm t rọng điểm c ông nghệ h àn và x ử lý bề mặt ( t rởng phòng hàn) đ trực tiếp hớng dẫn tôi thực hiện và hoàn thành luận vbăn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ và các thầy phòng đào tạo, các cán bộ phòng thí nghiệm h àn và x ử lý bề mặt v iện nghiên cứu Cơ Khí đ tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin cảm tới các thầy cô khoa SĐH, các thầy cô giáo khoa Cơ Điện Trờng ĐH Nông Nghiệp đ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình theo học tại t rờng. Hà nội, ngày 15 tháng 05 năm 2007 Ngời thực hiện Lê Việt Trung Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 3 Mục lục Lời cảm ơn. .i Lời cam đoan ii Mở đầu. iii Chơng 1: Nghiên cứu TổNG QUAN.1 1.1. Hàn kim loại .4 1.1.1. Bản chất quá trình hàn 4 1.1.2. Đặc điểm quá trình hàn .4 1.1.3. Phân loại các phơng pháp hàn .9 1.2. Công nghệ hàn hồ quang 10 1.2.1. Hồ quang và các tính chất của nó 11 1.2.2. ảnh hởng của các thành phần hoá học trong thép đến tính hàn 11 1.3. Giới thiệu các phơng pháp hàn có liên quan và lĩnh vực sử dụng .13 1.4. Tình hình phát triển việc sử dụng dây hàn bột.14 1.5. Đặc điểm của phơng pháp hàn dây lõi bột.17. 1.6. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng dây hàn bột18 1.6.1. Về thời gian .19 1.6.2. Về giá thành 19 Kết luận chơng 1 .19 Chơng 2: Vật liệu, thiết bị và phơng pháp nghiên cứu 22 2.1. Vật liệu hàn 22 2.2. Vật liệu thử nghiệm.23 2.3. Thiết bị.26 2.4. Phơng pháp nghiên cứu 27 2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết.27 2.4.2. Phơng pháp tiến hành nghiên cứu thực nghiệm .27 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 4 2.4.3. Phơng pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi vùng mối hàn 33 Kết luận chơng 2 .34 Chơng 3: NGHIÊN CứU Lý THUYếT .35 3.1. Đặc điểm về dây hàn lõi bột kim loại 35 3.1.1. Khái niệm chung .35 3.1.2. Dây hàn lõi bột kim loại tự bảo vệ 37 3.1.3. Dây hàn các trờng hợp riêng biệt39 3.1.4. Dây hàn lõi bột kim loại để hàn trong khí CO 2 .41 3.2. Công nghệ hàn dây lõi bột kim loại .43 3.2.1. Đặc tính luyện kim của quá trình hàn dây lõi bột kim loại .43 3.2.2. Các nguyên tắc chung về công nghệ hàn dây lõi bột kim loại 47 3.2.3. Công nghệ hàn dây hàn lõi bột kim loại tự bảo vệ .49 3.2.4. Công nghệ hàn dây bột trong khí CO 2 55 3.2.5. Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của hàn dây lõi bột kim loại.60 Kết luận chơng 361 Chơng 4 Nghiên cứu thực nghiệm 61 4.1. Kết qu thí nghim hn dây lõi hàn lõi bột kim loại61 4.2. Kt qu khảo sát cu trúc t vi mối hàn 67 4.3. Thảo luận khoa học 72 Kết luận chơng 4 .73 Kết luận và đề nghị .74 1. Kết luận 75 2. Đề nghị .76 Tài liệu tham khảo 77 P hụ lục: Các phiếu báo kết quả thí nghiệm và thực nghiệm .79 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 5 Danh mục các hình vẽ Trang 1.1.Sơ đồ phân bố dòng nhiệt ở vũng hàn .5 1.2. Sơ đồ cấu tạo vùng ảnh hởng nhiệt của thép các bon thấp khi hàn nóng chảy .8 1.3. Sơ đồ phân loại các phơng pháp hàn 10 1.4. Hàn hồ quang tự động dới trợ dung 14 1.5. Sơ đồ hàn hồ quang trong môi trờng khí bảo vệ15 1.6. Hàn tự động và bán tự động dùng dây hàn lõi bột kim loại 15 1.7. Kết cấu các dạng dây hàn bột17 1.8. Biểu đồ so sánh giá thành 1kg kim loại đắp .20 2.1. Máy hàn dây hàn bột tự bảo vệ LINCOLN CV 500-126 3.1. Sự phụ thuộc của chất tạp trong mối hàn đối với SiO 2 (a) và CaF 2 (b) trong ruột dây .47 3.2. ả nh hởng của cờng độ hàn (a), điện áp hồ quang (b) và tốc độ hàn (c) đối với hình dáng và kích thớc mối hàn dây rutin- hữu cơ50 3.3. ả nh hởng của cờng độ hàn (a), điện áp hồ quang (b) và tốc độ hàn (c) đối với hình dáng và kích thớc mối hàn dây cacbon-fluo.53 3.4. Vị trí dây hàn với góc nghiêng về phía sau (1) và phía trớc (2)56 4.1. Hình ảnh mối hàn cha gõ xỉ 62 4.2. Tổ chức thô đại mẫu N17 (x 20).68 4.3. Tổ chức thô đại mẫu N07 (x 20).68 4.4. Tổ chức thô đại mẫu N26 (x 20).69 4.5. Tổ chức thô đại mẫu N28 (x 20).69 4.6. Tổ chức kim loại mẫu thép nền (x 200) .69 4.7. Tổ chức kim loại mẫu N17 (x 200) .70 4.8. Tổ chức kim loại mẫu N07 (x 200) .70 4.9. Tổ chức kim loại mẫu N26 (x 200) 71 4.10. Tổ chức kim loại mẫu N28 (x 200) .71 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 6 Danh mục các bảng biểu Trang 1.1. Trị số hệ số tập trung nhiệt và công suất riêng lớn nhất của nguồn nhiệt hàn 6 1.2. Chế độ hàn dây lõi bột kim loại 19 1.3. Giá thành khi thực hiện bằng những loại dây hàn bột khác nhau20 1.4. Giá thành 1kg kim loại đắp khi thực hiện bằng những loại que hàn khác nhau20 2.1. Thnh phn hoá học dây DW100 .22 2.2. Thnh phn hoá học thép tấm CT323 2.3. Ma trận tơng đơng theo QHTN N = 2 3 để tính chiều sâu ngấu () và độ cao của mối hàn () .32 3.1. Đờng kính dây hàn bột và dung sai, mm37 3.2. Các đặc tính chung của dây hàn lõi bột kim loại tự bảo vệ 39 3.3. Tính chất cơ học của mối hàn với dây lõi bột kim loại tự bảo vệ 40 3.4. Dây hàn trong các trờng hợp đặc biệt .41 3.5. Đặc tính chung của dây hàn bột dùng cho hàn trong khí CO 2 43 3.6. Tính chất cơ học của các mối hàn trong khí CO 2 với dây hàn bột 43 3.7. Hiệu quả của canxi hoá dây.47 3.8. Chế độ hàn với dây rutin-hữu cơ PP-1DSK đờng kính 2,2 mm.52 3.9. Nguyên nhân gây khuyết tật và các biện pháp khắc phục53 3.10. Chế độ hàn với dây PP-AN3 đờng kính 3mm 55 3.11. Nguyên nhân gây khuyết tật và các biện pháp khắc phục 56 3.12. Chế độ hàn trong khí CO 2 với dây bột PP AN10 57 3.13. Chế độ hàn trong khí CO 2 với dây bột PP AN457 3.14. Chế độ hàn trong khí CO 2 với dây bột PP AN958 4.1. Bng ch ủ công ngh hn dây DW100, đin áp hn 18 22V63 4.2. Vi dây hn loi DW100 đờng kính dây 1,6mm trên nền thép CT3 khi thay đổi dòng điện. .64 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 7 4.3. Vi dây hn loi DW100 đờng kính dây 1,6mm trên nền thép CT3 khi thay đổi điện áp. .65 4.4. Vi dây hn loi DW100 đờng kính dây 1,6mm trên nền thép CT3 khi thay đổi vận tốc hàn67 Đồ thị 4.1.ảnh hởng của cờng độ hàn đối với hình dáng và kích thớcmối hàn .65 Đồ thị 4.2. ả nh hởng điện áp hồ quang đối với hình dáng và kích thớc mối hàn .66 Đồ thị 4.3. ả nh hởng của tốc độ hàn (c) đối với hình dáng và kích thớc mối hàn 67 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 8 Mở đầu Trong những năm gần đây thực hiện chính sách đổi mới của Đảng, nền kinh tế nớc ta đ có những bớc tăng trởng khá nhanh. Trong đó, ngàng công nghiệp đóng vai trò chủ đạo góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp là lĩnh vực hàn. Hàn là công nghệ cơ bản đợc ứng dụng rộng rải trong nhiều lĩnh vực khác nhau nh: Chế tạo chi tiết máy, đóng tàu thuỷ, chế tạo đầu máy toa xe, ôtô, công nghệ chế tạo máy bay, tên lửa, công nghệ kết cấu kim loại và nhiều lĩnh vực công nghệ khác. Quá trình hàn có thể đợc thực hiện cả ở trên mặt đất, dới nớc và trong vũ trụ. Hiện nay trên thế giới đ có hơn 70 công nghệ hàn khác nhau đ đợc khai thác và ứng dụng trong thực tế sản xuất công nghiệp. Các công nghệ hàn mới ngày đợc nghiên cứu phát triển và ứng dụng rộng ri. Trong đó có công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại có vai trò quan trọng trong hầu hết ngành công nghiệp đặc biệt là ngành cơ khí chế tạo máy. Vấn đề dây hàn bột là một phần của lĩnh vực vật liệu hàn nóng chảy nằm trong trào lu chung Nâng cao năng suất và hiệu quả của hàn nóng chảy mà cả thế giới đều quan tâm nghiên cứu và sử dụng từ những năm đầu của thập kỷ 70 cho đến nay, nhất là các nớc thành viên của hiệp hội những ngời làm nghề hàn quốc tế. Theo số liệu đ báo trớc đây hơn 20 năm thì tỷ trọng dây hàn bột dùng trong công nghiệp có nhỏ hơn các phơng pháp hàn tự động và bán tự động dới lớp thuốc trợ dung, hàn tự động và bán tự động trong môi trờng bảo vệ bằng khí CO 2 . Về khuynh hớng thì dây hàn bột với những u việt riêng của nó đang có chiều hớng cạnh tranh với những phơng pháp trên và trong tơng lai chắc chắn sẽ phát triển nhanh hơn phơng pháp hàn trong môi Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut --------------------------------- 9 trờng khí bảo vệ CO 2 hoặc dới thuốc trợ dung. Dây hàn bột là loại vật liệu vạn năng, tuỳ trong điều kiện chế tạo có thể dùng để hàn các loại thép cabon, các loại thép có thành phần hợp kim khác nhau, cũng nh kim loại màu và các hợp kim của nó. Phơng pháp hàn tự động và bán tự động với dây hàn bột đợc sử dụng rộng ri trong nhiều lĩnh vực ở các nớc công nghiệp phát triển đặc biệt rất phổ biến ở các nớc thuộc khu vực 2 trớc đây. Nó không chỉ dùng để chế tạo mới các chi tiết hoặc kết cấu mà còn dùng trong phục hồi lại kích thớc ban đầu các chi tiết hay kết cấu hoặc tạo lên trên nền thép thông thờng một lớp kim loại có đặc tính riêng, tạo điều kiện nâng cao chất lợng sản phẩm và tiết kiệm nguyên vật liệu quý hiếm, giảm giá thành sản phẩm. ở Việt Nam hiện nay, công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại mới đợc biết đến. Ta sử dụng hàng năm một khối lợng vật liệu không lớn lắm nhng rất đa dạng, nhiều chủng loại thì với các u việt của dây hàn bột sẽ rất thích hợp và cho phép nền công nghệ hàn non trẻ của Việt Nam tiếp cận với kỹ thuật công nghệ tiến của thế giới. Vì vậy việc nghiên cứu và triển khai quy trình công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại là có tính khoa học và thực tiễn. Đóng góp vào sự phát triển nền kinh tế trong điều kiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc; sự phát triễn của nền công nghiệp cơ khí chế tạo máy ở Việt Nam rất cần có những giải pháp công nghệ tiên tiến thúc đẩy sự phát triển và cạnh tranh cả về chất lợng và giá thành sản phẩm so với hàng nhập ngoại nhất là khi Việt Nam vừa ra nhập WTO. Để tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn trên vào ngành công nghiệp nói chung đợc sự đồng ý của Khoa Sau Đại học, Bộ môn Công nghệ Cơ khí , Khoa Cơ - Điện, Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Hàn và Xử lý Bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí, chúng tôi đợc phép thực hiện đề tài: . ng dụng công nghệ hàn bằng dây lõi bột kim loại để nâng cao chất lợng mối hn Mục đích của đề tài: - Lựa chọn phơng pháp hàn, thiết bị hàn và vật liệu hàn; . luyện kim của quá trình hàn dây lõi bột kim loại. ..................43 3.2.2. Các nguyên tắc chung về công nghệ hàn dây lõi bột kim loại. .47 3.2.3. Công nghệ