Đề cương bài giảng công nghệ hàn 2003

Đề cương bài giảng công nghệ hàn 2003

Chương 1HÀN ĐIỆN XỈ ( electroslag welding )1.1.Nguyên lý và đặc điểm1.1.1.Nguyên lý hàn điện xỉ Hàn điện xỉ là quá trình hàn nóng chảy trong đó nhiệt lượng sinh ra do dòng điện chạy qua thuốc hàn bị nóng chảy ( gọi là bể xỉ hàn nóng chảy ) trong rãnh hàn nằm giữa hai bề mặt hàn. Rãnh hàn được điền đầy bằng kim loại mối hàn từ dưới nên trên do kim loại nóng chảy được đưa vào thông qua điện cực nóng chảy ( điện cực dạng dây hàn, dạng tấm hoặc dạng tấm dây )- Sơ đồ hàn điện xỉ.1.Chi tiết cần hàn có chiều dày lớn đặt thẳng đứng cách nhau 1 khoảng cách 2.Tấm chắn ( má trượt) bằng Cu được H2O làm mát. tấm trượt di động từ dưới nên đồng bộ với vận tốc hàn3. Ống dẫn H2O làm mát4. Mối Hàn5. Bể kim loại lỏng Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý hàn điện xỉ6. Bể xỉ nóng chảy do nhiệt hồ quang làm nóng chảy thuốc hàn tạo ra.7. Điện cực tạo hồ quang với lớp kim loại lỏng ( do thuốc hàn, điện cực và một phần kim loại cơ bản nóng chảy )- Khi bể xỉ đủ lớn tiếp xúc với điện cực hồ quang tắt nhưng dòng điện vẫn chạy qua bể xỉ đó. Do điện trở lớn của bể xỉ nhiệt lượng sinh ra đủ nung chảy thuốc hàn,điện cực, kim loại cơ bản tạo thành vũng hàn 1.1.2. Đặc điểm của hàn điện xỉ- Hàn được chi tiết rất dày từ vài chục đến vài nghìn mm- Năng suất hàn cao ( cao hơn hàn dưới lớp thuốc 4 5 lần)1 - Tiết kiệm nhiều thuốc hàn, mức tiêu thụ thuốc hàn ( 0,2 0,3 kg/m). Ít hơn hàn dưới lớp thuốc 20 30 lần- Mức độ tập trung nhiệt nhỏ, do sự tập trung nhiệt để nung kim loại cơ bản nhỏ ( khoảng 10 20% mối hàn) do đó -lượng tạp chất vào mối hàn từ kim loại cơ bản nhỏ- Chất lượng mối hàn cao do+Bể xỉ bảo vệ mối hàn khỏi không khí bên ngoài xâm nhập Hình 1-2. Túi dẫn kim loại mồi để khởi động quá trình hàn+Kim loại mối hàn kết tinh từ dưới nên trên nên bọt khí tạp chất vào xỉ- Có thể sử dụng một hoặc nhiều điện cực ( dây, tấm , dây tấm kết hợp )- Sau khi hàn phải nhiệt luyện để được cơ tính mong muốn+ Sử dụng : - Hàn các kết cấu có S lớn ( bình áp lực tuabin, xilanh, bệ máy).- Hàn đắp phục hồi bề mặt các trục cỡ lớn.1.2. Điều kiện ổn định của quá trình hàn điện xỉ.+ Hàn điện xỉ bao gồm 2 giai đoạn1. Hình thành bể xỉ2. Quá trình hàn.+ Giai đoạn hình thành bể xỉ- Bể xỉ được tạo ra bằng hồ quang giữa điện cực và mép hàn- Giai đoạn này phải tạo ra được bể xỉ với mức tiêu thụ tối thiểu dây hàn - Trong giai đoạn hình thành bể xỉ, khi có vũng hàn xuất hiện và phát triển, mép hàn còn chưa được nung đủ, người ta thường tạo ra túi dẫn kim loại mồi để tránh khuyết tật mối hàn (không ngấu mép )2 - Thông số giai đoạn đầu tiên khác với thông số giai đoạn 2 tức là khi có hồ quang thì Ih nhỏ hơn và Uh lớn hơn nhiều so với khi hàn điện xỉ ổn định.+ Sự ổn định của quá trình hàn điện xỉ Chịu ảnh hưởng 2 loại yếu tố: 1. Các điều kiện về sự liên tục của các quá trình điện và nhiệt trong bể xỉ. 2. Sự nóng chảy của điện cực (dây hàn )- Quá trình hàn điện xỉ được coi là ổn định nếu trong thời gian dài nó liên tục được cấp Ih và Uh ở các giá trị xác định.- Hình vẽ sơ đồ ổn định của quá trình Hàn điện xỉ(2) Đường đặc tính ( V – A ) cắt đường (1) đặc tính cứng của nguồn điện tại A. - Tại A ứng với chế độ hàn U1 và I1 (2) Đường dốc đặc trưng sự chuyển đổi nhanh độ dẫn điện theo nhiệt độ bể xỉ. (1) Đặc tính nguồn cứng ( có thể tăng, thoải, dốc ) - Chọn đặc tính nguồn phụ thuộc các yếu tố: +Đường kính hoặc tiết diện điện cực +Công suất hàn +Nhu cầu điều chỉnh nhiệt độ bể xỉ.- Đầu hàn điện xỉ có bộ cấp điện cực hàn với Vd = const- Với đặc tính như đường (3) thì trị số Ih hầu như không đổi trong khoảng điện áp rộng của bể xỉ. Hình 1-3. Sự ổn định của quá trình hàn- Điểm A xác định chế độ hàn điện xỉ ổn định: Điện áp U, dòng I khi điện áp bể xỉ giảm tức là giảm khoảng cách đầu điện cực đến vùng hàn ( Bể kim loại nóng chảy ) khi đó Ihtăng lên giá trị I, tốc độ Vc điện cực tăng và điện áp U1 được phục hồi. Khi U ⇒ I ⇒ Vc điện áp U1 lại được phục hồi.- Lưu ý không được xuất hiện hồ quang giữa đầu điện cực và bề mặt tự do của bể xỉ hoặc giữa đầu điện cực và vũng hàn vì có thể gây khuyết tật mối hàn . Vì vậy để ngăn ngừa hồ quang xuất hiện cần tạo ra bể xỉ đủ sâu, thuốc hàn có đặc tính ổn định hồ quang kém và điện áp không tải thấp.+ Biểu diễn các điều kiện đó cho chế độ nhiệt như sau:Pc= Pp3 - Pc : Công xuất tiêu thụ của bể xỉ khi có dòng điện chạy qua (W)- Pp : Lượng nhiệt (W) tiêu thụ vào việc nung chảy và nung nóng 1 phần kim loại cơ bản, điện cực, má kẹp đồng.- Đẳng thức cho biết sự cân bằng giữa lượng nhiệt sinh ra và lượng nhiệt tiêu thụ trong vùng hàn.- Nếu Pc> Pp Bể xỉ bị nung quá nhiệt có thể sôi làm quá trình hàn gián đoạn - Nếu Pc< Pp  Bể xỉ nguội và mất tính dẫn điện làm ngừng quá trình hàn+ Hình vẽ thể hiện sự cơ bản: 4 Hình 1-4: Sự cân bằng nhiệt trong bể xỉ- Lượng nhiệt Pp thoát khỏi bể xỉ qua bề mặt bể xỉ phụ thuộc kích thước bể xỉ, thể tích bể xỉ. Khi tăng thể tích bể xỉ → công suất hàn điện xỉ tăng - Nhiệt độ tối đa bể xỉ ứng với đường cong PCmax ; To tối thiểu ứng với đường cong PCmin ( hình vẽ )- Xỉ hàn duy trì tính dẫn điện cao đảm bảo quá trình hàn ổn định trong 1 khoảng nhiệt độ lớn (cao hơn nhiệt độ nóng chảy và thấp hơn của xỉ ) Hình 1-5: Quan hệ giữ công suất và thể tích bể xỉ- Với một thể tích V1 bể xỉ tồn tại khoảng công suất cho phép P1P2 khá lớn 5 - Điều kiện cân bằng nhiệt trong bể xỉ: - : Nhiệt độ bể xỉ [oC ]; điều kiện cân bằng này cho biết khi tăng nhiệt độ bể xỉ thì sự tăng công suất tiêu thụ Pp ( tổn thất nhiệt từ bể xỉ ) phải cao hơn sự gia tăng công suât nhiệt phát sinh Pc ( lượng nhiệt tiêu hao tạo bể xỉ) và ngược lại.1.3. Sự hình thành mối hàn điện xỉ.1.3.1. Đặc trưng phân bố nhiệt trong hàn điện xỉ.- Nhiệt hàn trong bể xỉ là nguồn nhiệt chủ yếu cho hình thành mối hàn các nguồn nhiệt khác coi như không đáng kể.- Hầu hết công suất điện của nguồn điện hàn chuyển thành nhiệt nung phần xỉ gần kề đầu điện cực tới trạng thái quá nhiệt - Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn điện xỉ. Hình 1-6. Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn điện xỉ (tấm dày 90mm)1. Lượng nhiệt dùng nung nóng điện cực (23,6%) tổng lượng nhiệt phát sinh.2. Lượng nhiệt do kim loai cơ bản hấp thụ (8,2%)6 3. Lượng nhiệt bức xạ vào các mép vật hàn (1,3 %)4. Lượng nhiệt thoát ra từ bể xỉ (2,6 %)5. Tổn thất do bức xạ vào môi trường (1,2 %)6. Lượng nhiệt dùng vào nung chảy một phần kim loại cơ bản tạo mối hàn (58,2 %)7. Lượng nhiệt thoát ra từ vũng hàn vào má trượt bằng Cu (5,2 %)8. Tổng nhiệt lượng thoát ra từ các mép vật hàn vào má trượt (7,8 %)9. Lượng nhiệt dùng nung quá nhiệt kim loại vùng hàn (10,5 %)+ So với hàn hồ quang, hàn xỉ điện mức độ tập trung nguồn nhiệt không cao do đó tốc độ nung và nguội vật hàn thấp.1.3.2. Hình dạng và kích thước mối hàn điện xỉ:- Thông số cơ bản chế độ hàn điện xỉ có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng mối hàn thông qua hình dạng và kích thước mối hàn.- Hàn điện xỉ chiều sâu ngấu không còn ý nghĩa mà chiều rông mối hàn (b) là thông số quyết định chủ yếu đến hình dạng và kích thước mối hàn.- Chiều rộng mối hàn thay đổi ảnh hưởng đến: + Điều kiện kết tinh bể kim loại lỏng + Lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn, thành phần hóa học mối hàn- Các thông số cơ bản của chế độ hàn điện xỉ: Vh; Ih ; Uh ; khoảng các giữa các điện cực- Thông số bổ xung của quá trình hàn: +Chiều sâu bể xỉ+Thành phần thuốc hàn+Khe hở hàn+ Tấm với điện cực+Tốc độ điện cực Vd+Tốc độ dao động ngang điện cực+Tấm với khô điện cực (dây hàn)- Ảnh hưởng của một số thông số đến chiều rộng (b) mối hàn:7 Hình 1-7. Sự phụ thuộc của kích thước và hình dạng mối hàn vào thông số hàn+ Chiều sâu bể xỉ hx: (25 70) mm Ih+ Tốc độ dao động ngang điện cực: 25 40 m/h+Tấm với khô Lvk: 60 80 mm- Khi Ih ⇒ Vc ⇒ hvh ; khi Ih lớn ⇒ b vì hvh ⇒ bể xỉ nhận được ít nhiệt hơn.- Vd (100÷500 m/h) điện cực được nhúng sâu vào bể xỉ ⇒U, hvh, b giảm (hình c,e)- Ψmh= khi Ih → Ψmh 1.4. Chế độ hàn điện xỉ - Chế độ hàn xỉ điện có thể chọn theo bảng hoặc tính toán theo công thức thực nghiệm- Tính toán chọn chế độ hàn trong trường hợp sử dụng điện cực dây ( thông dụng nhất)- Chọn chế độ hàn thích hợp đảm bảo chất lượng và hình dạng mối hàn xuất phát từ hai điều kiện.1. Chế độ hàn phải đảm bảo ngấu, chiều rộng chảy mép hàn nằm trong khoảng 6÷10 mm về mỗi phía.2. Hàn theo chế độ, vật liệu đã chọn trong kim loại mối hàn không xuất hiện nứt kết tinh.8 a) Khe hở hàn : Chọn theo chiều dày chi tiết cần hàn S (mm)S <30 <100 <150 150÷500 >50016±2 22±2 25±3 30±3 35±3b) Đường kính dây hàn d và số dây hàn nd- Thiết bị hàn điện xỉ thông dụng thường sử dụng điện cực có đường kính 3mm (1 số trường hợp 5mm)- Tùy theo chiều dầy tấm cần hàn có thể sử dụng 1 hay nhiều dây hànSố dây hàn ndChiều dầy chi tiết S (mm)Không dao động ngang Có dao động ngang1 40÷60 60÷1502 60÷100 100÷3003 100÷150 150÷450- Khi S > 450 mm, nd = ; ld Khoảng các giữa các dây hàn ld = 30÷50 mm Khi không dao đông ngang ; ld = 50÷180 mm khi có dao động ngang.C) Cường độ dòng điện hàn I (A)I = A+ B(S/nd), S chiều dầy chi tiết; nd: Sô dây hàn , A = 220÷280 ; B = 3,2 ÷ 4,0nd =1 ⇒ I = A +B.S- Ngoài ra cường độ dòng hàn phụ thuộc tốc độ cấp dây hàn theo quan hệ tuyến tính: I = (1,6÷2,2).Vdd) Điện áp hàn U(V):Uh=12+0,5e) Tốc độ dao động ngang của dây hàn Vn (m/h) Vn= 66 - 22.10-2 x (s/nd)f) Thời gian đảo chiều điện cực tđ (s) Td =75.10-2 +375.10-4 x (s/nđ); td )h) Tốc độ hàn V ( m/h) - Xuất phát từ lượng dây hàn tham gia mối hàn bằng lượng kim loại đắp.V.Fd = nd.Vd.fd+ V: Tốc độ hàn + Fd: Diện tích tiết diện ngang kim loai đắp9 + nd: Số dây hàn; + Vd: Tốc độ cấp dây hàn; + fd: Diện tích tiết diện ngang dây hàn- Hệ số đắp trung bình hàn điện xỉ + ( : Khe hở hàn; K = 1,05 ÷1,10 Hệ số chiều dầy khe hở hàn)+ ; + Vd = ; g: Khối lượng 1m dây hàn (g/m)+ V = ; khối lượng riêng dây hàn (g/m3)i) Chiều sâu bể xỉ hx (mm) hx= I. (375.10-7.I + 25.10-4) +30k)Tầm với điện cực : lvKhoảng các từ đầu dây hàn tới mép dưới của đầu kẹp điện cực có thể chọn lv: (60÷70) mmBài tập: Xác định chế độ hàn điện xỉ bằng điện cực dây để hàn mối hàn giáp mối các chi tiết có chiều dày S = 120mm khi hàn bằng 1 điện cực, 2 điện cực, 3 điện cực. Cho d = 3mm, αd = 33g/A.g1.5. Thiết bị và vật liệu hàn điện xỉ1.5.1. Thiết bị hàn điện xỉ.+ Phải đáp ứng những yêu cầu sau:- Khe hở mép hàn chứa lượng kim loại và xỉ nóng chảy lớn- Mối hàn có vị chí thắng đứng- Hàn một lượt duy nhất trên toàn bộ chiều dài mối hàn và chiều dầy S vật hàn như không hạn chế+ Yêu cầu cụ thể đối với thiết bị hàn điện xỉ là:- Có bộ phận giữ cưỡng bức vũng hàn trong khe hở giữa các mức hàn- Có cơ cấu dịch chuyển đầu hàn và các hệ thống liên quan theo phương thẳng đứng dọc theo mép hàn- Nguồn điện có đặc tuyến và thông số đảm bảo cho sự ổn định của quá trình hàn- Có cơ cấu dao động ngang dây hàn+ Các bộ phận cơ bản10 [...]... trong hàn cơ giới Chế độ hàn miiroplasma (lưu lượng 17l/h Ar; dc = 0,76mm) trong tài liệu Công nghệ hàn điện nóng chảy (tr 302 – 303) – TS Ngô lê Thông + Công nghệ hàn hồ quang plasma ở chế độ nóng chảy với cường độ dòng điện hàn lên đến 100A - So với hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ thì hàn hồ quang plasma • Nhiệt độ hồ quang và mức độ tập trung nhiệt cao hơn nhiều • Vũng hàn. .. vòi phun đến vật hàn được gọi là khoảng cách làm việc của mỏ hàn hồ quang plasma - Khi hàn ngoài dòng khí tạo plasma còn dùng thêm dòng khí bảo vệ vùng tiếp xúc hồ quang và vật hàn, bảo vệ vũng hàn nóng chảy Như vậy coi hàn hồ quang plasma là một quá trình hàn có hồ quang nén và kéo dài 2.1.2 Các phương pháp hàn hồ quang plasma - Hàn hồ quang Plasma sử dụng trong hàn và cắt chia thành hai loại + Hồ... điện hàn (biến áp, chỉnh lưu có đặc tuyến cứng) dải dòng điện hàn (750÷1000A); U0 = 60V; khởi động từ bộ điều khiển điện áp thứ cấp, điều khiển dòng hàn; vôn kế; A kế 2) Đầu hàn có bộ phận điều khiển, bộ cấp dây hàn, cơ cấu nâng 3) Bộ cấp dây hàn Vd = const và bộ dao động ngang dây hàn bố trí tại đầu hàn 4) Bộ phận ống dẫn dây hàn 5) Má kẹp làm mát bằng đồng (1 cặp) 1.5.2 Vật liệu hàn điện xỉ + Hàn. .. cho hàn hồ quang plasma Kim loại phụ quy định như hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chẩy trong môi trường khí bảo vệ 2.4.2 Công nghệ hàn hồ quang plasma + Kim loại cơ bản: Hàn hồ quang plasma cho hàn hầu hết các kim loại được hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ Đó là các loại thép, hợp kim đồng, ni ken, coban và ti tan + Hệ thống lót đáy: - Khi hàn microplasma và hàn plasma... điện hàn 27 - Mỏ hàn - Hệ thống lót đáy - Thiết bị bảo vệ + Thiết bị hàn plasma bao gồm: - Nguồn điện hàn biến tần, bộ điều khiển (có thể liền khối hoặc tách rời khỏi bộ nguồn hàn) - Bộ làm mát bằng H2O lưu thông (Có thể liền khối hoặc tách rời khỏi bộ nguồn hàn) Mỏ hàn plasma, dụng cụ căn chỉnh của hàn và phụ kiện + Sơ đồ nguyên lý một bộ thiết bị hàn plasma tiêu biểu Hình 2-4.Sơ đồ thiết bị hàn Plasma... plasma - Tấm lót cố định để lại trên liên kết sau khi hàn hoặc có thể tháo lắp Trong thực tế lót đáy bằng tấm kim loại tháo được sử dụng phổ biến hơn cả +Chế độ hàn hồ quang plasma bằng tay tra bảng (7-3) trang 306 ( công nghệ hàn nóng chảy tập I)- TS Ngô Lê Thông + Công nghệ hàn hồ quang plasma ở chế độ lỗ khóa với cường độ dòng điện hàn 100 -400A - Hàn chế độ lỗ khóa hồ quang xuyên suốt toàn bộ chiều... Tấm III đầu hàn được đưa về chế độ nâng 20÷50 25 29 27 50÷100 28 32 30 100÷150 30 34 32 150÷200 32 35 34 200÷250 33 37 35 250÷300 34 300÷450 36 38 41 36 38 14 Hình 1-11 Chuẩn bị khe hở hàn mối hàn vòng Hình 1-12 Giai đoạn bắt đầu và giai đoạn tiếp tục hàn hàn mối hàn vòng - Nếu khe hở hàn lớn: Cho dây hàn dao động ngang, tấm dao động ngang khống chế 15÷18mm Vi trong giai đoạn này chiều rộng hàn tăng liên... (dây hàn) bên trái loại bỏ, mối hàn kết thúc bằng điện cực còn lại (h.d) 16 Hình 1-13 Giai đoạn kết thúc mối hàn vòng 17 Chương 2 HÀN HỒ QUANG PLASMA 2.1 Nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng 2.1.1 Nguyên lý hàn hồ quang plasma Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang plasma: Hình 2-1: Hồ quang và sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang plasma + Khác với hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (h.a) khi hàn. .. thông dụng: Dây hàn thép C thấp 0,08%C, thuốc hàn thông dụng loại axit thành phần chính (AN-8) thành phần: SiO2:33÷36% ; MnO:21÷26%; CaO: 4÷7%; MgO: 5÷7,5%; Al2O3:11÷15%; CaF2: 13÷19%; Fe2O3: 1,5÷3,5%; S 0,15%; P 0,15% - Thuốc nung chảy có độ hạt 0,35 4mm; có thể sử dụng thuốc hàn thông thường loại hàn dưới lớp thuốc 1.6 Các dạng liên kết hàn 1.6.1 Liên kết hàn giáp mối Hình 1-8 Liên kết hàn điện xỉ giáp... hình thành nhanh hơn và sử dụng dòng nhỏ hơn đến 50 – 60 % - Khi hồ quang không xuyên suốt chiều dày tấm và phần chân mối hàn được tạo dáng bằng trọng lực kim loại vũng hàn nóng chảy - Khi < 100A hàn hồ quang plasma có nhiều điểm chung với hàn điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ về mặt sử dụng khí bảo vệ, tạo dáng mối hàn và kỹ thuật hàn Quá trình hàn như vậy thường thực hiện hàn các . Chuẩn bị khe hở hàn mối hàn vòng Hình 1-12. Giai đoạn bắt đầu và giai đoạn tiếp tục hàn hàn mối hàn vòng- Nếu khe hở hàn lớn: Cho dây hàn dao động. thuốc hàn, điện cực, kim loại cơ bản tạo thành vũng hàn 1.1.2. Đặc điểm của hàn điện xỉ- Hàn được chi tiết rất dày từ vài chục đến vài nghìn mm- Năng suất hàn