Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục đã bị mòn qua quá trình sử dụng ở các thiết bị công nghiệp bằng phương pháp hàn mig mag

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP ĐÀO XN TỒN NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI CHI TIẾT TRỤC ĐÃ BỊ MÒN QUA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Ở CÁC THIẾT BỊ CƠNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHOA CHUN MƠN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Dự TS Nguyễn Văn Hùng PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục bị mịn qua q trình sử dụng thiết bị công nghiệp phương pháp hàn MIG/MAG” công trình nghiên cứu tơi chưa cơng bố, trình bày báo hay tạp chí khoa học tác giả nước Tác giả luận văn Đào Xuân Toàn iii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Hùng hướng dẫn trực tiếp giúp đỡ tận tình việc định hướng nghiên cứu, tổ chức thực đến q trình viết hồn chỉnh luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí Phịng Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Nhà máy mía đường Sơn Dương – Tuyên Quang tạo điều kiện cho tác giả khảo sát thực tế, cung cấp tài liệu để ứng dụng vào luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy/ Cô giáo, nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp Ngày 05 tháng 11 năm 2016 Tác giả luận văn Đào Xuân Toàn iv MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU MÀI MÒN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC .3 1.2 CƠ CHẾ PHÁ HỎNG CỦA CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN .5 1.2.1 Khái niệm mòn 1.2.2 Cơ chế phá hỏng chi tiết chịu mài mòn 1.3 PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT 12 1.3.1 Hàn đắp hồ quang tay (SMAW/MMA)( Theo [4] ) 14 1.3.2 Hàn đắp tự động lớp thuốc bảo vệ (SAW) 15 1.3.3 Hàn đắp hồ quang môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 15 1.3.5 Hàn đắp Plasma (PW) 17 CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HỐ THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PHỤC HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 20 2.1 Công nghệ hàn mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 20 2.1.1 Đặc điểm 20 2.1.2 Vật liệu cơng nghệ hàn mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 20 2.1.2.1 Khí bảo vệ 20 2.1.3 Các thơng số hàn mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) 23 2.1.3.1 Tốc độ hàn - tốc độ đắp .23 2.1.3.2 Cường độ dòng điện hàn, tốc độ cấp dây 24 2.1.3.3 Điện áp hồ quang 25 2.1.3.4 Tầm với điện cực .26 2.1.4 Nghiên cứu yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng lớp hàn đắp 26 2.1.4.1 Ảnh hưởng chế độ hàn 27 2.2 Mơ hình quy hoạch thực nghiệm 35 2.2.1 Cơ sở thiết kế xử lý số liệu thí nghiệm 35 2.2.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu 37 2.3 Nghiên cứu thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn đắp phương pháp hàn MIG/MAG 39 2.4 Hệ thống công nghệ 39 2.4.1 Máy hàn MIG/MAG 39 2.4.2 Thiết bị đo, kiểm tra chất lượng, khuyết tật lớp đắp 40 2.4.3 Vật liệu hàn thí nghiệm 42 2.4.4 Phương pháp hàn thí nghiệm 43 2.5 Thực nghiệm hàn phục hồi 43 2.5.1 Thiế t kế mẫu thí nghiê ̣m 43 2.5.2 Xác định ma trận thí nghiệm 43 2.5.3 Tiến hành thí nghiệm 45 2.5.4 Xử lý số liệu nghiên cứu 49 2.6 Phân tích kết thực nghiệm 53 2.6.1 Ảnh hưởng dòng điện hàn đến độ cứng độ sâu ngấu mối hàn 53 2.6.2 Ảnh hưởng điện áp hàn đến độ cứng độ sâu ngấu mối hàn 54 2.7 Kiểm tra chất lượng mẫu hàn 55 2.7.1 Mức độ xuất khuyết tật lớp đắp thay đổi chế độ hàn 55 2.7.2 Kiểm tra thành phần kim loại lớp hàn đắp thành phần kim loại lớp 56 2.7.3 Tổ chức kim tương mẫu thực chế độ hàn đắp………… 58 2.7.4 Độ bền kéo lớp kim loại đắp 61 CHƯƠNG : XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHỤC HỒI MỘT CHI TIẾT TRỤC CỤ THỂ CHỊU MÀI MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 64 3.1 KHẢO SAT ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA TRỤC 64 3.1.1 Vị trí hoạt động 64 3.1.2 Các dạng hư hỏng trục nguyên nhân 68 3.2 KHẢO SÁT THỰC TẾ .69 3.3 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TRỤC .71 3.4 THIẾT KẾ LẬP QUY TRÌNH HÀN PHỤC HỒI TRỤC 73 3.4.1 Vật liệu trục 73 3.4.2 Xác định phương pháp vật liệu hàn phục hồi 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa NDT - Kiểm tra sản phẩm phương pháp không hủy VT - Kiểm tra sản phẩm mắt thường PT - Kiểm tra sản phẩm thấm mao dẫn UT - Kiểm tra sản phẩm siêu âm Ctđ % Phần trăm cacbon tương đương HCS % Hệ số nhạy cảm nứt nóng HVmax % Tiêu chuẩn độ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt бch kg/cm2 Giới hạn chảy vật liệu бb kg/cm2 Độ bền kéo vật liệu x mm Tọa độ phương trùng với hướng hàn y mm Tọa độ phương ngang với hướng hàn z mm Tọa độ phương vng góc với bề mặt hàn T o Nhiệt độ điểm cần khảo sát vật hàn λ J/mm.s.oC Độ dẫn nhiệt kim loại ρ g/cm3 Khối lượng riêng kim loại C J/g.oC Nhiệt dung riêng kim loại q(x,y) W/mm2 Sự phân bố dòng nhiệt bề mặt vật hàn Q J/mm Năng lượng truyền vào chi tiết hàn U V Điện áp hàn I A Dòng điện hàn v mm/s Vận tốc hàn f1 - C Hiệu suất truyền lượng nhiệt loại phương pháp hàn Vn o Tốc độ nguội đường tâm mối hàn To o Nhiệt độ ban đầu vật hàn Tc o Nhiệt độ tiến hành tính tốn tốc độ nguội R mm Ke - Chỉ tiêu kinh tế Cm - Giá thành mua mơi CSC - Giá thành sửa chữa Kt - Hệ số tuổi thọ TSC - Tm - C/s C C Khoảng cách từ gốc tọa độ nguồn nhiệt đến điểm cần tính Tuổi thọ chi tiết phục hồi phương pháp chọn Tuổi thọ chi tiết Danh mục bảng Bảng 1.1: Phương pháp phục hồi hàn đắp 13 Bảng 2.1: Thành phần khí Argon (% khối lượng) 21 Bảng 2.2: Thành phần khí Heli (% khối lượng) theo [6] 22 Bảng 2.3: Chất lượng khí cacbonic dùng bảo vệ mối hàn (theo [6]) 22 Bảng 2.4: Chất lượng khí nitơ dùng bảo vệ mối hàn 23 Bảng 2.5: Khí, hỗn hợp khí bảo vệ dùng cho hàn MIG, MAG 23 Bảng 2.6: Dải tốc độ cấp dây 24 Bảng 2.7: Chọn điện áp hàn 25 Bảng 2.8: Ảnh hưởng thành phần khí bảo vệ 33 Bảng 2.9: Thành phần hóa học vật liệu chế tạo mẫu 42 Bảng 2.10: Thành phần hóa học dây hàn 42 Bảng 2.11 Miền giới hạn chế độ hàn thực nghiệm 44 Bảng 2.12 Ma trận thí nghiệm 45 Bảng 2.13: Kết độ cứng độ sâu ngấu mối hàn đắp 48 Bảng 2.14 Kết kiểm tra khuyết tật hàn lớp đắp 55 Bảng 2.15.a Mẫu N01 (Thép C45) 56 Bảng 2.15.b Mẫu hàn đắp chế độ hàn (N08) vật liệu thép C45 56 Bảng 2.16 Độ bền kéo số mẫu hàn đắp 61 Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép cổ trục 73 Bảng 3.2 Thành phần hóa học dây hàn GM-70S 74 Bảng 3.4.Chế độ hàn với dây GM-70S 75 Bảng Quy trình xử lý nhiệt sau hàn 77 Bảng 3.6: Bảng chế độ cắt tiện thô cổ trục 77 Bảng 3.7: Bảng chế độ cắt tiện bán tinh, tiện tinh cổ trục 77 Bảng 3.8 Dự kiến chi phí phục hồi trục ép mía nhà máy mía đường 78 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Một số dạng mịn trục cam Hình 1.2 Trục chi tiết máy bị mịn, rỗ Hình 1.3 Một số hình ảnh phục hồi bề mặt chi tiết mịn, gãy 11 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG 16 Hình 1.5 Hàn bột Plasma phục hồi xupap động máy thủy 18 Hình 1.6 Một số ứng dụng cơng nghệ hàn bột plasma 18 Hình 1.7 Hệ thống thiết bị công nghệ hàn bột plasma 19 Hình 1.8 Đầu hàn plasma 19 Hình 2.1: Quan hệ điện áp cường độ dòng điện 26 Hình 2.2: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang 29 Hình 2.3: Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang 30 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm CCD biến 37 Hình 2.5 Máy hàn MIG/MAG đồ gá hàn 39 Hình 2.6 Thiết bị đo , kiểm tra chất lượng, khuyết tật lớp đắp 40 Hình 2.7: Hóa chất kiểm tra mối hàn (trái) thiết bị đánh bóng mẫu ( phải) 41 Hình 2.8: Kính hiển vi quang học 41 Hình 2.9: Máy phân tích thành phần hóa PMI-MASTER PRO 42 Hiǹ h 2.10: Thiế t kế mẫu thí nghiê ̣m 43 Hình 2.11 Tạo kế hoạch thí nghiệm 44 Hình 2.12 Khai báo biến thí nghiệm……………… ………………………… 45 Hiǹ h 2.13: Gá mẫu thí nghiê ̣m 46 Hình 2.14: Quá trình hàn mẫu thí nghiê ̣m 46 Hình 2.15: Gia công mẫu thí nghiê ̣m 47 Hình 2.16: Cắ t mẫu máy CNC 47 Hiǹ h 2.17: Một số mẫu sau cắt…………………………………………… .47 Hình 2.18: Đo chiề u sâu ngấ u 48 Hình 2.19: Kiể m tra đô ̣ cứng 48 Hình 2.21 Phân tích số liệu thực nghiệm cho tiêu độ cứng HB 50 Hình 2.22 Phân tích số liệu thực nghiệm cho tiêu độ sâu ngấu mối hàn 50 Hình 2.23 Đồ thị đường mức 51 Hình 2.24 Đồ thị đường mức 51 Hình 2.25 Xác lập thơng số tối ưu hóa 52 Hình 2.26 Đồ thị tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu 52 Hình 2.27 Số liệu lời giải tối ưu hóa đồng thời hai mục tiêu 53 Hình 2.28 Đồ thị mức ảnh hưởng dòng điện hàn đến độ cứng độ sâu ngấu 53 Hình 2.29 Hình dạng mối hàn tăng cường độ dòng điện 54 Hình 2.30 Đồ thị mức ảnh hưởng điện áp hàn đến độ cứng độ sâu ngấu54 Hình 2.31.Hình dạng mối hàn tăng điện áp hồ quang 54 Hình 2.32 Mối hàn không chế độ hàn (a) Mối hàn chế độ hàn (b) 55 Hình 2.33.a Biểu diễn thành phần hoá học kim loại (N01) 57 Hình 2.33.b Biểu diễn thành phần hố học kim loại hàn đắp (N08) 57 Ảnh 2.34.Tổ chức Peclít (mẫu N01) - 200X 58 Ảnh 2.35.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N02) - 100X; 58 Ảnh 2.36.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N03) - 100X; 58 Ảnh 2.37.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N04) - 100X; 59 Ảnh 2.38.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N05) - 100X; 59 Ảnh 2.39.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N07) - 100X; 59 Ảnh 2.40.Tổ chức Peclít + Bainit (mẫu N08) - 100X; 60 Ảnh 2.41.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N09) - 100X; 60 Ảnh 2.42.Tổ chức Peclít +Bainit (mẫu N10) - 100X; 60 Hình 3.1 Lưu đồ sản xuất đường từ mía 65 Hình 3.2 Cơng đoạn ép mía 66 Hình 3.3 Hình ảnh mô trục ép (cán) 67 Hình 3.4 Hình ảnh thực tế trục ép (cán) 68 66 Cơng đoạn ép mía Q trình ép để lấy nước mía sử dụng phổ biến nhà máy sản xuất mía đường Nguyên lí chung trình dùng lực học trục ép phá vỡ tổ chức tế bào mía để lấy nước Lượng đường mía lấy nhiều chứng tỏ hệ thống máy ép làm việc tốt Các nguyên công lấy nước mía q trình ép gồm: Xử lí mía; ép giập; ép kiệt Do trục ép làm việc thời gian dài điều kiện chịu tải trọng va đập lớn, dạng hỏng chủ yếu: Hư hỏng mịn ( mịn đều, mịn khơng sinh van độ côn, vết xước nhỏ vết xây xát Chi tiết cơng đoạn ép mía thể sau : Mía đánh tơi Nước thẩm thấu 65-750C Lược quay Trục ép Trục ép Trục ép Trục ép Trục ép Bã mía cấp lị Hố gom Lược trung gian Nước mía trích gia nhiệt Hình 3.2 Cơng đoạn ép mía Mía đánh tơi từ máng tiếp nạp đưa vào che ép số thông qua trục nạp số (3 trục) Tốc độ nạp thay đổi nhằm để giữ tải Trục ép mức yêu cầu, tốc độ Trục ép ấn định (sét đặt) người vận hành Bã mía sau Trục ép cặp trục nạp trung gian (nạp số 2,3,4,5) nạp cho Trục ép phía sau (ép số 2,3,4,5) Bã mía khỏi Trục ép số băng chuyền bã chuyển đến lò để đốt lò chứa dự trữ phần thùng chứa bã (bagasse bine) 67 Tại cặp trục nạp số dùng nước ấm (hoặc nước nóng) pha với nước lọc cát có nhiệt độ từ 65  750C để tưới thấm nhằm trích tối đa đường saccharose bã mía Nước mía sau ép trục ép bơm lên tưới thấm cho bã mía cặp trục nạp thơng qua lược trung gian có vít soắn, nhằm lược hết bã mía có nước mía ép giúp cho q trình thẩm thấu tốt Lần lượt nước mía ép cặp trục ép sau (ép số 4,3) bơm lên tưới thấm cho bã mía cặp trục nạp trước (nạp số 3,2) (cặp trục nạp khơng có tưới thấm) Nước mía từ dàn trục ép chảy xuống hố gom (hố sump) (nhờ chênh lệch độ cao), từ nước mía ép bơm đến lược quay S02-SC-01 để lược bã mía có nước mía Nước mía sau qua lược quay chảy xuống chứa vào thùng nước mía trung gian (thùng nước mía trích), sau bơm đến gia nhiệt số (khu chế luyện) Trên đường ống đẩy bơm nước mía trích có lắp lưu lượng kế tỉ trọng kế để xác định khối lượng nước mía bơm đến khu chế luyện Bã mía khỏi lược quay đưa trở lại dàn trục ép để ép trở lại Hình 3.3 Hình ảnh mơ trục ép (cán) 68 Hình 3.4 Hình ảnh thực tế trục ép (cán) Quá trình ép để lấy nước mía sử dụng phổ biến nhà máy sản xuất mía đường Nguyên lí chung trình dùng lực học trục ép phá vỡ tổ chức tế bào mía để lấy nước Lượng đường mía lấy nhiều chứng tỏ hệ thống máy ép làm việc tốt Các ngun cơng lấy nước mía q trình ép gồm: Xử lí mía; ép giập; ép kiệt Để đảm bảo đựơc điều kiện trục cán phải có yêu cầu sau: Độ cứng tính chống mài mịn 3.1.2 Các dạng hư hỏng trục nguyên nhân Theo tài liệu báo cáo Cục chế biến, Thương mại Nông Lâm Thủy sản nghề muối kết hợp với chuyên gia chuyên ngành nước thực khảo sát, kiểm tra nhà máy đường điển hình như: Nhà máy mía đường La Ngà - Đồng Nai Đã kết luận sơ số dạng hư hỏng khuyết tật trục ép mía : 1) Các vết nứt, mịn, tróc xuất vị trí Riêng trục ép (Trục cán), khuyết tật tập trung vào số vị trí, nhiều vai trục phía có bánh dẫn động, có độ sâu tới 15-20mm 2) Các vết nứt đa dạng (ngang, dọc xiên, nơng sâu…) 3) Hư hỏng mịn thường xuất có tượng mịn bất thường (lắp ráp, bảo dưỡng, bơi trơn… khơng đúng) Mịn bất thường làm cổ trục giảm đường kính nhanh kèm bong tróc 4) Mịn ổn định thường ảnh hưởng đến tuổi bền chi tiết ( vài chục năm) Độ giảm đường kính khơng đáng kể, bề mặt cổ trục khơng bị bong tróc 5) Ăn mịn hóa học tạo vết sâu nguy hiểm (sâu tới 5-7mm), dễ nhầm lẫn với vết nứt quanh cổ trục 69 6) Thành phần thép chế tạo trục độ cứng bề mặt làm việc trục ép nước khác có khác Nguyên nhân gây nên hư hỏng, khuyết tật: 1) Các khuyết tật xuất trình chế tạo: tiêu biểu trục tải nhà máy đường La Ngà (những vị trí ngậm xỉ hàn thân trục – Có hình ảnh minh họa) 2) Các khuyết tật xuất sau bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ đưa vào vận hành lại Đây hư hỏng q trình bảo dưỡng khơng chưa phù hợp yêu cầu kỹ thuật 3) Các hư hỏng trình vận hành sử dụng chưa hợp lý tải, chế độ bôi trơn … 3.2 KHẢO SÁT THỰC TẾ Hiện tại, với nhà máy đường khác nhau, trục ép có dạng hư hỏng khác nhau: Cơng ty CP Mía đường La Ngà Hình 3.5 Khảo sát mức độ mịn trục ép cơng ty CP Mía đường La Ngà Trục ép mía nhà máy đường La Ngà trọng lượng khoảng 6000 kG dài 3170 mm, ngõng trục có kích thước ngun là: D = 350 mm; L = 400 mm Do bị mài mòn, bề mặt ngõng trục đầy khuyết tật nứt, rỗ Kích thước ngõng trục kiểm tra đo Φ342 Độ cứng bề mặt 165 – 170 HB 70 Hình 3.6.Trục ép bị mài mịn nứt Cơng ty CP Mía đường La Ngà Trục ép mía nhà máy đường La Ngà trọng lượng khoảng 6600 kG dài 3500 mm, ngõng trục có kích thước ngun là: D = 375 mm; L = 432 mm Do bị mài mòn, bề mặt ngõng trục đầy khuyết tật nứt, mòn Kích thước ngõng trục kiểm tra đo cịn Φ370, gang lắp trục bị vỡ mòn Do trục ép làm việc thời gian dài điều kiện chịu tải trọng va đập lớn, dạng hỏng chủ yếu: Hư hỏng mòn ( mịn đều, mịn khơng sinh van độ côn, vết xước nhỏ vết xây xát Dạng hư hỏng có liên quan với ma sát.) Trong q trình sử dụng trục bị hao mịn, độ hao mòn phụ thuộc vào điều kiện như: Chất lượng chế tạo, kỹ thuật chăm sóc điều kiện sử dụng Việc chăm sóc bảo dưỡng sử dụng không nguyên nhân quan trọng làm cho độ hao mòn tăng nhanh Khi làm việc chi tiết chuyển động tương đối nhau, sinh ma sát bề mặt làm việc, làm mài mòn chi tiết Trong điều kiện bình thường quy luật hao mòn diễn tỉ lệ thuận với thời gian sử dụng khối lượng cơng việc hồn thành Hư hỏng học (nứt, thủng, xước thành rãnh, tróc, gẫy, biến dạng tác dụng học gây nên cong, vênh, xoắn, ) Đây dạng hư hỏng va chạm, mài mịn tróc dính, phá huỷ bề mặt liên quan đến hao mòn vật liệu Sự phá huỷ bề mặt tróc dính (tróc loại 1) Do ma sát hình thành mối liên kết cục bộ, gây biến dạng phá hỏng mối liên kết (quá tải cục bộ) Xuất chủ yếu ma sát trượt, tốc độ dịch chuyển nhỏ, thiếu bôi trơn làm áp suất cục tăng giới hạn chảy Sự phá huỷ bề mặt tróc nhiệt (tróc loại hay mài mịn nhiệt) Do ma sát nhiệt độ tăng đáng kể hình thành mối liên kết cục bộ, gây biến dạng dẻo phá hỏng mối liên kết (quả tải nhiệt) Dạng xuất chủ yếu chuyển dịch 71 tương đối lớn áp lực riêng tăng, cấu trúc kim loại xảy tượng kết tinh lại, ram, cục Tróc loại cịn tuỳ thuộc vào độ bền, tính dẫn nhiệt, độ cứng vật liệu Để đảm bảo đựơc điều kiện trục phải có u cầu sau: Độ cứng tính chống mài mịn Trục lơ ép nhà máy có hình dáng kích thước khác nhau, chúng có dạng hình vẽ, trục thép sơ mi gang lắp chặt bên ngoài, moment truyền qua rãnh then bánh ăn khớp ngồi Tại hai đầu trục có ngõng trục quay ổ trượt đồng với bôi trơn thủy động Bạc đồng mòn nhanh trục thay dễ dàng từ sở chế tạo nước Khi làm việc trục lơ ép bị mịn chủ yếu sơ mi gang với dạng hỏng chủ yếu rãnh, bị vỡ Phục hồi hàn gang gia công cắt gọt Nhưng trục ép thép làm việc thời gian dài điều kiện chịu tải trọng va đập lớn, dạng hỏng chủ yếu mòn, rỗ, phá hủy mỏi Khi phục hồi trục tháo vỏ lô gang nên hàn đắp thông thường bị nứt vỡ trục lơ gang 3.3 THƠNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TRỤC Qua khảo sát nhà máy đương Sơn Dương Tuyên Quang cho thấy chi tiết bị mòn nhiều chi tiết trục ép với cấu tạo sau: Hình 3.7 Vị trí hoạt động trục ép 72 Cấu tạo chung trục lô ép mía (trục ép) : Hình 3.8 Cấu tạo chung trục ép nhà máy đường La Ngà Hình 3.9 Bề mặt mài mòn trục nhà máy đường La Ngà Để phát khuyết tật trình sử dụng, trình khảo sát tác giả dùng phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT bao gồm:  Kiểm tra ngoại dạng (Visual Testing, VT)  Kiểm tra phương pháp thấm mao dẫn (Penetration Testing, PT) Hình 3.10 Kiểm tra vết nứt cổ trục trước phương pháp thẩm thấu 73 Ghi chú: 1,2,3: Các vị trí trục bị mịn Hình 3.11 Mặt cắt tiết diện trục Các khuyết tật xác định sơ sau : 1) Các vết nứt, mịn, tróc xuất vị trí Riêng trục ép (Trục cán), khuyết tật tập trung vào số vị trí, nhiều vai trục phía có bánh dẫn động, có độ sâu tới 10-15mm 2) Các vết nứt đa dạng (ngang, dọc xiên, nơng sâu…) 3) Hư hỏng mịn thường xuất có tượng mịn bất thường (lắp ráp, bảo dưỡng, bơi trơn… khơng đúng) Mịn bất thường làm cổ trục giảm đường kính nhanh kèm bong tróc 4) Mịn ổn định thường ảnh hưởng đến tuổi bền chi tiết ( vài chục năm) Độ giảm đường kính khơng đáng kể, bề mặt cổ trục khơng bị bong tróc 5) Ăn mịn hóa học tạo vết sâu nguy hiểm (sâu tói 5-7mm), dễ nhầm lẫn với vết nứt quanh cổ trục 6) Độ cứng bề mặt làm việc trục ép 50 HRC 3.4 THIẾT KẾ LẬP QUY TRÌNH HÀN PHỤC HỒI TRỤC 3.4.1 Vật liệu trục Thành phần hóa học trục phân tích máy phân tích hóa học quang phổ Kết phân tích thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép cổ trục Thành phần hóa học thép cổ trục C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) Co (%) Cu (%) Nb(%) ~0.40 ~0.30 ~0.55 ~0.14 ~0.022 ~0.054 ~0.0099 ~0.114 Thành phần cacbon tương đương: Ctd  C  Mn Cr  Mo  V Ni  Cu    0.6274 15 Ctd > 0,45% thép có tính hàn 74 3.4.2 Xác định phương pháp vật liệu hàn phục hồi Do bề mặt trục thép carbon trung bình bị lớp thấm nên độ cứng thấp yêu cầu độ cứng sau đắp xong phải cao khơng thể nhiệt luyện, phải tiến hành đắp hai lớp:  Lớp đệm lót bên hàn GMAW đảm bảo độ dẻo bám dính lớp đắp với kim loại  Lớp phủ bên hàn phương pháp hàn bán tự động với dây hàn GM- 70S đảm bảo tăng độ cứng mặt ngồi, bám dính với lớp lót Thép làm trục loại thép bon trung bình (xác định bảng trên) Cổ trục làm việc điều kiện nhiệt độ thấp, tải trọng nặng chịu mài mòn nên chọn vật liệu hàn đắp loại dây cho hai trình hàn là: Hàn lớp đệm lót bên GMAW dùng dây GM70 - S, thành phần kim loại đắp dây thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Thành phần hóa học dây hàn GM-70S Ký hiệu Đường dây hàn kính dây hàn (mm) Thành phần hóa học Cơ tính mối hàn dây hàn (%) C Si Mn Cr Mo b % MPa ak J/cm Độ cứng (Hv) GM-70S 1,0 0,45 0,43 1,25 1,05 0,49 980 16 71 258 Các lưu ý thực nguyên công phục hồi trục cán: Chuẩn bị trước hàn Làm ngõng trục, kiểm tra bề mặt, phát khuyết tật rỗ, nứt Loại bỏ vết lõm chứa dầu mỡ, vảy kim loại bị bong tróc bám dính bề mặt ngõng trục Nếu bề mặt cổ trục vết nứt lõm ta cần làm bề mặt cổ trục Dùng xăng giẻ lau làm dầu mỡ bám dính bề mặt cổ trục chỗ cần hàn vùng lân cận (vỏ gang, bánh răng) Kiểm tra bề mặt, phát khuyết tật rỗ, nứt, (Trên bề mặt cần hàn đắp khơng có vết nứt, có vết lõm nơng chứa dầu mỡ vảy kim loại bong tróc bám dính) Dùng máy mài cầm tay mài tẩy bỏ vết lõm chứa dầu mỡ, vảy kim loại bị bong tróc bám dính bề mặt cổ trục Cặp trục lên máy tiện Hai đầu trục có lỗ định tâm, máy tiện có mũi định tâm nên khơng cần phải chỉnh độ đồng tâm trục với đường tâm mâm cạp máy tiện 75 Xử lý nhiệt trước, hàn Thép chế tạo trục thép bon trung bình nên cần nung sơ trước hàn lên nhiệt độ 2500C, trình hàn phải hàn liên tục không để nhiệt độ vật hàn nguội xuống 2500C Dùng cách nhiệt quấn quanh phần đầu áo gang phía hàn (phần rộng 600 mm) để giảm tổn thất nhiệt từ vật hàn môi trường để phần áo gang không bị lạnh so với trục gây nứt áo gang Dùng mỏ cắt O2 – Gas nung nóng lên 250oC để hàn Trong q trình hàn có nhiệt hàn nên khơng hơ gia nhiệt thêm Trong q trình hàn, hàn lớp hàn liên tục đến xong lớp Tính chọn chế độ hàn Vị trí hàn: để đảm bảo mối hàn tốt ta quay trục để hàn vị trí hàn Đường kính dây hàn: Chọn Φ = 1,0 mm Số lớp hàn: Cổ trục mòn khoảng (8-9) mm, chiều cao phải đắp mm, phải đắp cao để sau đắp cịn gia cơng nên chiều cao phải đắp 11 mm, phải đắp lớp Hàn lớp lót lớp phủ: Dùng dây đặc GMAW mác dây: GM -70S, chiều cao lớp lót hàn mm, lớp phủ 5mm Bảng 3.4.Chế độ hàn với dây GM-70S Đường kính Cường độ Điện áp hàn Tốc độ hàn Lưu luợng khí dây (mm) (A) (V) (mm/ Ph) (l/ph) Φ = 1,0 I = 150 U = 22 V = 400 Q = 20 Kỹ thuật hàn Hàn lớp lót: Hàn theo đường sinh liên tục từ đầu đến cuối đối xứng (theo Hình 3.12 H 1) Sau vệ sinh bề mặt đường hàn trước hàn đường hàn Thực hàn đường hàn sau ngược hướng với đường hàn trước để ứng suất đường hàn sau khử bớt ứng suất đường hàn trước Chiều rộng đường hàn (12 ~ 15) mm Chiều rộng đường hàn sau chồng lên 1/3 chiều rộng đường hàn trước ( Hình 3.12 H2) Những chỗ nối mối hàn đường hàn cạnh phải cách lớn 20mm 76 Hình 3.12 Thứ tự hàn lớp lót - Hàn liên tục, hàn khơng gia nhiệt bổ sung - Hàn xong lớp hàn quấn cách nhiệt vào cổ trục chỗ hàn - Sau trục để nguội tiến hành tháo cách nhiệt, kiểm tra toàn bề mặt hàn đắp lớp 1, mài bỏ chỗ cao, chỗ bị rỗ khí hạt kim loại bắn toé Sau tiến hành tiện sơ bộ, tiện xong, kiểm tra chiều dày lớp lót Lớp hàn phủ: Hàn theo chu vi trục Vị trí hàn ( Hình 3.13), đoạn hàn dài (60 ~ 70) mm dừng lại Hàn từ cổ trục hai đầu Hàn liên tiếp đường hàn kề quay trục để hàn đoạn hàn với đoạn vừa hàn song Thực hàn đường hàn sau ngược hướng với đường lớp hàn trước để ứng suất đường lớp hàn sau khử bớt ứng suất đường hàn trước.Chiều rộng đường hàn (12-15) mm (H 2) Trước hàn đoạn hàn sau phải làm xỉ hàn đầu đoạn hàn trước búa gõ xỉ bàn chải sắt Hình 3.13 Vị trí hàn - Tập trung gia nhiệt để hàn hàn lớp 77 - Hàn xong kiểm tra toàn bề mặt, mài chỗ cao, rỗ ngậm xỉ Tiến hành hàn sửa chỗ ln, sau kiểm tra chiều dày lớp phủ, đo được: 5.3 mm 3.4.3 Kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn Sau kết thúc hàn, chờ trục nguội ta tiến hành kiểm tra trục mắt thường hỗ trợ kính lúp Và kiểm tra trục phương pháp PT để phát khuyết tật nứt, rỗ, xỉ thông lên bề mặt Kết kiểm tra phát vài rỗ khí, khuyết tật xử lý mài đi, sau hàn đắp bổ sung Sau tiến hành kiểm tra PT lại Xử lý nhiệt khử ứng suất dư: Sau tiến hành kiểm tra chất lượng mối hàn xong, tiến hành xử lý nhiệt để khử ứng suất dư Quy trình xử lý nhiệt thể bảng 3.5 Bảng Quy trình xử lý nhiệt sau hàn Phạm vi nhiệt độ 580o ~ 620o Thời gian gia nhiệt 1h Tốc độ gia nhiệt 150oC/h Tốc độ làm nguội 150oC/h Gia công sau hàn: Sau hàn xong bề mặt xù xì độ nhẵn thấp nên phải tiến hành gia công đạt độ xác hình học chất lượng học Nguyên công thực máy tiện phân xưởng Vì nối mối hàn nhiều nên bề mặt đắp không phẳng (mặc dù mài bớt tay) nên phải tiện bóc lớp mỏng Khi tiện thơ cịn lớp dừng lại để kiểm tra bề mặt, đánh dấu khuyết tật cần sửa chữa Mài bớt chỗ cao vừa hàn để tiện khơng bị vấp (có chỗ lại mài q làm lõm bề mặt Tiện thô lần cuối với chế độ cắt tra tài liệu chế độ gia công khí Bảng 3.6: Bảng chế độ cắt tiện thô cổ trục Chiều sâu cắt: t(mm) Bước tiến: S (mm/vòng) 0.5 – 0.7 0.5 Vận tốc cắt: V (v/ phút) 225 Bảng 3.7: Bảng chế độ cắt tiện bán tinh, tiện tinh cổ trục Chiều sâu cắt: t (mm) Bước tiến: S (mm/vòng) 0.1 – 0.4 0.12 Vận tốc cắt: V (v/ phút) 185 Đánh bóng bề mặt bánh giấy nhám lắp vào máy mài cầm tay (trục quy theo tốc độ tiện tinh 3.5 Kết hàn phục hồi  Sau thực phương pháp hàn phục hồi theo chế độ hàn tối ưu ta thấy: 78 - Mối hàn đắp khuyết tật - Độ cứng mối hàn phục hồi đạt yêu cầu - Thành phần hóa học kim loại lớp đắp tương đương với kim loại  Xét mặt giá thành, chi phí cho chi tiết phục hồi dự kiến ( theo bảng 3.8) 25-30% giá trị chi tiết nhập mới, tn thủ nghiêm túc quy trình cơng nghệ hàn, chi tiết phục hồi đạt chất lượng gần tương đương chi tiết mới, vài trường hợp chất lượng làm việc cịn cải thiện chi tiết Điều cho thấy rằng, việc phục hồi thành công chi tiết dạng đem lại hiệu kinh tế to lớn Bảng 3.8 Dự kiến chi phí phục hồi trục ép mía nhà máy mía đường Làm Phục hồi Tổng chi phí: 50 triệu bao gồm: Chi phí tháo lắp: triệu Vật liệu hàn: 1,2 triệu/kg (15 Kg).18 triệu Chi phí chuyên gia hàn: 10 triệu Đặt Trung Quốc 180 triệu Chi phí vật tư vật liệu, thiết bị hàn: triệu Chi phí kiểm tra sau hàn: siêu âm, thẩm thấu: triệu Gia công tiện máy Tiện vạn nhà máy: triệu/ngày Mặt khác, việc phục hồi thành cơng chi tiết góp phần giải vấn đề khác khơng phần quan trọng đáp ứng tiến độ sản xuất Các chi tiết dạng thường chi tiết đặc chủng, khơng có chi tiết thay thị trường Việc đặt hàng nhập ngoại nhiều thời gian có vài tháng sau có hàng, để phục hồi chi tiết khoảng tuần Như vậy, việc phục hồi chi tiết giải pháp đặc biệt hữu hiệu, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu tốc độ sản xuất thi công KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO A - Kết luận Kết luận luận văn: 79 - Nội dung luận văn tổng hợp thông tin hàn phục hồi chi tiết máy nước giới nay, từ lựa chọn hướng nghiên cứu đề tài - Đã xây dựng phương pháp nghiên cứu hàn phục hồi chi tiết máy phương pháp hàn - Đã xây dựng phương pháp thí nghiệm tiến hành thí nghiệm thực nghiệm để xác định thông số hàn công nghệ hàn MIG/MAG để phục hồi chi tiết máy Đã tối ưu hóa độ cứng lớp hàn đắp theo cường độ dòng điện điện áp hàn - Đã ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn để phục hồi trục ép mía cho nhà máy mía đường đảm bảo chất lượng điều kiện làm việc chi tiết - Luận văn xác định hướng nghiên cứu bước đầu đạt kết đáng tin cậy Tuy nhiên thời gian thực nghiệm luận văn cịn ngắn, thiết bị thí nghiệm đo, kiểm tra cịn chưa đầy đủ trình độ thân tác giả hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Trong khn khổ luận văn cao học, nhiều vấn đề chưa giải tạo tảng cho việc nghiên cứu tiếp tục sau B - Hướng nghiên cứu phát triển luận văn : Hiện nhà máy mía đường Việt Nam yêu cầu phục hồi trục ép mía lớn, xu tự động hóa áp dụng vào sản xuất để đạt suất cao, chất lượng ổn định Do từ phương pháp hàn phục hồi công nghệ hàn MIG/MAG xây dựng phương pháp hàn phục hồi công nghệ hàn tự động dây hàn lõi bột tương lai xây dựng công nghệ hàn bán tự động công nghệ hàn Plasma bột cho trục ép mía Xây dựng quy trình hàn phục hồi chi tiết trục lĩnh vực khác mà luận văn chưa nghiên cứu thời gian có hạn Tơi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng, xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa khí tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Thông (1984), Các phương pháp hàn hàn đắp phục hồi chi tiết máy- Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 80 [2] Hồng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngơ Lê Thông, Chu Văn Khang (1999), Cẩm nang hàn, Nhà xuất KH&KT [3] Trần Mạnh Hùng (chủ biên)(2000), Công nghệ sản xuất đường mía, NXB Nơng nghiệp, Hà nội [4] TS.Ngơ Lê Thơng (2007), Cơng nghệ Hàn điện nóng chảy (tập I, II), NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [5] TS Nguyễn Đức Thắng (chủ biên) Tập thể(2009), Đảm bảo chất lượng hàn - NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Nguyễn Văn Thông (1984), Vật liệu công nghệ hàn, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội [7] Nguyễn Văn Dự - Nguyễn Đăng Bình, Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật – NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [8] Nguyễn Đăng Bình- Nguyễn Đăng Bình, Phương pháp nghiên cứu khoa học, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội [9] Trần Văn Niên – Trần Thế Sơn, Thực hành kỹ thuật hàn gò, nhà xuất Đà Nẵng [10] Lê Văn Tiến – Trần Văn Địch, Đồ gá khí hóa tự động hóa, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội [11] Nguyễn Văn Thông (1999), Xử lý bề mặt, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội [12] Tạ Văn Thất (1972), Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội ... mối hàn Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục cụ thể bị mịn qua q trình sử dụng thiết bị công nghiệp phương pháp hàn MIG/ MAG Ý nghĩa đề tài Việc nghiên cứu phục hồi. .. đoan luận văn ? ?Nghiên cứu công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục bị mịn qua q trình sử dụng thiết bị công nghiệp phương pháp hàn MIG/ MAG? ?? cơng trình nghiên cứu tơi chưa cơng bố, trình bày báo hay... trình hàn phục hồi chi tiết trục cụ thể chịu mài mòn phương pháp hàn MIG/ MAG Kết luận hướng nghiên cứu 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT TRỤC CHỊU MÀI MÒN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT