Bài giảng Hàn đắp và phun phủ - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG HÀN ĐẮP VÀ PHUN PHỦ TB2015-01-03 ThS Nguyễn Thị Mỵ ThS Nguyễn Hồng Thanh ThS Hoàng Trọng Ánh NAM ĐINH, 2015 ̣ LỜI NĨI ĐẦU Để thực thành cơng nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước , ngành Cơng nghệ Hàn Việt Nam có bước phát triển mạnh mẽ đặt yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực nghề Hàn có kỹ thuật cao Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam đ ịnh nơi đào tạo đội ngũ Kỹ sư Công nhân kỹ thuật lành nghề đặc biệt đội ngũ Kỹ sư, công nhân ngành công nghệ hàn phục vụ cho lĩnh vực khí, xây dựng…trong nước Để đáp ứng nhu cầu thời đại mới, trường Đại học S phạm Kỹ thuật Nam Định ý tới chương trình đào tạo, đổi phương pháp dạy học Trong cơng tác biên soạn tập giảng, tài liệu để sử dụng cho dạy học mục tiêu quan trọng hàng đầu Tập giảng “Hàn đắp phun phủ ” biên soạn dựa theo chương trình mơn học “Hàn đắp phun phủ ” dùng cho đào tạo bậc kỹ sư, cao đẳng công nghệ hàn thuộc mơn Hàn - Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam định Tập giảng dùng để làm tài liệu tham khảo, giảng dạy cho giáo viên, tài liệu học tập cho sinh viên ngành công nghệ hàn Để tập giảng hồn thiện hơn, chúng tơi mong đóng góp ý kiến xây dựng đồng nghiệp độc giả Xin trân trọng cảm ơn! Nhóm tác giả i MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU .i MỤC LỤC ii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮP 1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ hàn đắp 1.1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ 1.1.1.1 Thực chất 1.1.1.2 Đặc điểm .3 1.1.2 Thực chất, đặc điểm hàn đắp 1.1.2.1 Thất chất .4 1.1.2.2 Đặc điểm .4 1.2 Trang thiết bị dùng t rong hàn đắp phun phủ 1.2.1 Trang thiết bị dùng hàn đắp 1.2.1.1 Thiết bị hàn điện hồ quang tay 1.2.1.2 Thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ 1.2.2 Trang thiết bị dùng phun phủ .8 1.2.2.1 Máy nén khí 1.2.2.2 Bình chứa khí 10 1.2.2.3 Nguồn điện để phun phủ 10 1.2.2.4 Hệ thống điện tủ điện điều khiển 11 1.2.2.5 Đầu phun 12 1.2.2.6 Các thiết bị phụ 19 1.3 Sự hình thành lớp phủ cấu trúc kim loại lớp phủ 24 1.3.1 Các quan điểm hình thành lớp phủ .24 1.3.1.1 Lý thuyết Pospisil-Sehyl 24 1.3.1.2 Lý thuyết Schoop .25 1.3.1.3 Lý thuyết Karg, Katsch Reininger 25 1.3.1.4 Lý thuyết Schenk 25 1.3.2 Cơ cấu hình thành lớp phủ 25 1.3.2.1 Quá trình chảy, phân tán kim loại phun 25 1.3.2.2 Quá trình bay hạt 26 1.3.2.3 Sự hình thành lớp phủ kim loại 27 1.3.2.4 Cấu trúc lớp phủ kim loại 28 1.4 Độ bám dính lớp phủ kim loại .29 1.4.1 Lực bám dính hạt kim loại .29 1.4.1.1 Lực dính bám hạt kim loại lỏng lên bề mặt chất rắn 29 1.4.1.2 Lực Vandervan 31 1.4.1.3 Lực liên kết ảnh hưởng lớp điện tích kép .31 1.4.1.4 Liên kết kim loại .32 1.4.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bám dính .33 1.4.2.1 Ảnh hưởng lực co rút kim loại 33 1.4.2.2 Ảnh hưởng trạng thái bề mặt sở (nền) 34 ii 1.4.2.3 Ảnh hưởng chuẩn bị bề mặt .36 1.5 Công nghệ phun phủ hàn đắp .40 1.5.1 Công nghệ phun phủ 40 1.5.1.1 Kiểm tra vật liệu .40 1.5.1.2 Công nghệ chuẩn bị bề mặt chi tiết trước phun phủ 45 1.6 Gia cơng khí sau phun phủ, hàn đắp 75 1.6.1 Tiện .75 1.6.2 Bào 76 1.6.3 Phay 77 1.6.4 Mài .77 1.7 Tính chất phương pháp kiểm tra lớp phủ .78 1.7.1 Tính chất lớp phủ 78 1.7.1.1 Tính chất học lớp phun kim loại 78 1.7.1.2 Tính chất chống mài mịn lớp phun 79 1.7.1.3 Khả chống gỉ 80 1.7.1.4 Khả chịu nhiệt 81 1.7.2 Phương pháp kiểm tra lớp phủ 82 1.7.2.2 Kiểm tra độ bám lớp phủ 82 1.7.2.3 Xác định độ xốp lớp phun 85 1.7.2.4 Đo ứng suất dư lớp phun 87 1.7.2.5 Xác định độ chịu mài mòn lớp phun .87 1.8 Câu hỏi ôn tập 88 CHƯƠNG PHỤC HỒI VÀ BẢO VỆ BỀ MẶT KIM LOẠI BẰNG PHUN PHỦ VÀ HÀN ĐẮP 89 2.1 Khoa học bề mặt phương pháp xử lý chung .89 2.1.1 Khái niệm phát triển xử lý bề mặt kim loại 89 2.1.2 Định nghĩa phân loại bề mặt 90 2.1.3 Sự mòn bề mặt đặc trưng cửa chúng .92 2.1.4 Mục đích phương pháp xử lý bề mặt 94 2.2 Sự gỉ kim loại .97 2.2.1 Gỉ hóa học 97 2.2.2 Gỉ điện hóa 98 2.2.3 Gỉ mơi trường khí 104 2.2.6 Gỉ dòng điện rò .106 2.2.7 Gỉ cấu trúc 107 2.3 Bảo vệ chống gỉ 107 2.4 Bảo vệ lớp phun kim loại 112 2.4.1 Lớp phủ từ vật liệu vô 112 2.4.2 Phun phủ kim loại hàn đắp 123 2.5 Câu hỏi ôn tập 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO .130 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phun dây lửa khí cháy ………………………………… Hình 1.2 Sơ đồ ngun lý làm việc đầu phun hồ quang điện……… Hình 1.3 Ống nối bị đứt ……………………………………………………… Hình 1.4 Bạc lót máy ép trục khuỷu cần sửa chữa phục hồi…………….4 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn xoay chiều ……………………6 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy hàn chiều …………………………………6 Hình 1.7 Sơ đồ khối máy hàn mơi trường khí bảo vệ điện cực nóng chảy Hình 1.8 Sơ đồ khối máy hàn TIG…………………………………………… Hình 1.9 Bình chứa khí …………………………………………………….…10 Hình 1.10 Các đặc tính ngồi máy hàn ……………………………………….11 Hình 1.11 Quá trình phát triển phun kim loại……………………………… 12 Hình 1.12 Phân loại đầu phun…………………………………………….12 Hình 1.13 Đầu phun điện trở ………………………………………………….13 Hình 1.14 Đầu phun hồ quang điện ………………………………………… 13 Hình 1.15 Thiết bị phun hồ quang điện……………………………………….14 Hình 1.17 Thiết bị phun khí cháy…………………………………………… 15 Hình 1.18 Sơ đồ súng phun khí-bột kim loại ROTOTEC-80 (Thuỵ Sỹ)………15 Hình 1.19 Nguyên lý phun phủ plasma………………………………………17 Hình 1.20 Kết cấu số đầu phun plasma ………………………………… 17 Hình 1.21 Ngun lý cơng nghệ phun nổ…………………………………… 18 Hình 1.22 Thiết bị phun nổ……………………………………………………19 Hình 1.24 Ngun lý thùng lọc thơ khơng khí……………………………… 20 Hình 1.25 Bình chuyển cát (hạt phun)……………………………………… 21 Hình 1.26 Súng phun cát cầm tay……………………………………………22 Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý máy nắn dây phun……………………………….22 Hình 1.28 Cấu trúc lớp phủ kim loại …………………………………… 28 Hình 29 Sự bám dính giọt lỏng vật rắn ……………………………29 Hình 1.30 Hình dáng giọt lỏng……………………………………………… 31 Hình 1.31 Ứng suất lớp phủ…………………………………………….33 Hình 1.32 Mơ hình phần tử phun…………………………………………… 34 Hình 1.33 Sự bố trí ngun tử mạng ………………………………… 35 Hình 1.34 Quan hệ độ bám độ nhấp nhơ bề mặt…………………… 37 Hình 1.35 Ảnh hưởng khoảng cách phun hạt kim loại đến độ dính bám độ nhấp nhơ…………………………………………………………………………… 38 Hình 1.36 Sơ đồ chùm tia phun ……………………………………………….39 i Hình 1.37 Sự hình thành cấu trúc lớp ……………………………………… …39 Hình 1.38 Sơ đồ cơng nghệ phun phủ kim loại…………………………………40 Hình 1.39 Các dạng tia phun phụ thuộc thành phần cacbon ……………………42 Hình 1.40 Cơng nghệ chuẩn bị bề mặt ………………………………………….45 Hình 1.41 Yêu cầu hình dáng bề mặt với lớp phun phủ …………………… 47 Hình 1.42 Nguyên lý phun cát………………………………………………….48 Hình 1.43 Độ nhấp nhơ phụ thuộc áp suất khí nén…………………………… 49 Hình 1.44 Độ nhấp nhơ phụ thuộc khoảng cách phun cát , kích thước hạt cát …50 Hình1.45 Bề mặt mẫu trước sau phun tạo nhám…………………………52 Hình 1.46 Nguyên lý phun bi……………………………………………………53 Hình 1.47 Dạng trăng trịn………………………………………………………53 Hình 1.48 Độ cứng phụ thuộc khoảng cách phun………………………………56 Hình 1.49 Độ bám dính phụ thuộc vào khoảng cách phun …………………… 56 Hình 1.50 Độ chịu mài mịn phụ thuộc vào khoảng cách phun …………………57 Hình 1.51 Độ chịu mòn phụ t huộc theo điện áp hồ quang thép 0,8%C……58 Hình 1.52 Các loại lửa khí cháy………………………………………… 59 Hình 1.53 Hướng góc phun………………………………………………….62 Hình 1.54 Phương pháp làm tăng độ bám lớp phủ phần ………………63 Hình 1.55 Vát cạnh lớp phun trước bào …………………………………….77 Hình 1.56 Phay lớp phun phủ ………………………………………………… 77 Hình 1.57 Đo độ cứng tế vi lớp phủ…………………………………………….79 Hình 1.58 Mẫu thử độ bền dính bám lớp phủ ………………………………83 Hình 1.59 Chiều dày lớp phun phủ ảnh hưởng đến lực dính bám………………83 Hình 1.60 Mẫu thử kéo xác định chiều dài lớp phun ……………………………84 Hình1.61 Sơ đồ đo tỷ trọng lớp phủ …………………………………………….86 Hình 1.62 Sơ đồ nguyên lý máy đo mịn AMSLER ……………………………88 Hình 2.1 Sự mài mịn theo thời gian bề mặt ……………………………… 93 Hình 2.2 Các dạng gỉ bề mặt…………………………………………………….96 Hình 2.3 Sự gỉ theo thời gian……………………………………………………98 Hình 2.4 Tốc độ gỉ Zn H2SO4……………………………………… 98 Hình 2.5 Lớp điện tích kép ………………………………………………………98 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc pin…………………………………… 100 Hình 2.7 Quá trình gỉ pin sắt – đồng……………………………………………101 Hình 2.8 Pin gỉ điện hóa ……………………………………………………… 101 Hình 2.9 Đường cong phân cực……………………………………………… 103 ii Hình 2.10 Chống gỉ ống dẫn thiết bị bảo vệ…………………….…… 110 Hình 2.12 Tráng kẽm tay………………………………………….……116 Hình 2.11 Phân loại lớp phủ………………………………………….………117 Hình 2.13 Sự bố trí cực anơt catơt bể mạ …………………….…….118 Hình 2.14 Mạ chân khơng……………………………………….…… 122 Hình 2.15.Phục hồi trục mịn phun kim loại……………………….……125 Hình 2.16.Trục phục hồi hun kim loại ……………………….……125 Hình 2.17.Trục khuỷu phục hồi phun (kích thước Ф 85f8) ….……125 Hình 2.18.Trục lệch tâm phun đắp kich thước Ф65k6 …………….……126 Hình 2.19 Phục hồi bề mặt ma sát piston máy búa phun………….……126 Hình 2.20 Phục hồi thân máy khoan cần phun …………………….……127 Hình 2.21 Phun bề mặt cánh tuabin khí…………………………….…….127 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật máy nén khí dùng cho phun kim loại …….… ……9 Bảng 1.2 Đường kính ống dẫn khí nén cho phun kim loại ………………… ….9 Bảng 1.3 Kích thước bình chứa khí áp lực – kG/cm2…………… … 10 Bảng 1.4 Một số loại đầu phun kim loại………………………………….……16 Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật súng phun cát …………………………….… 21 Bảng 1.6 Trang thiết bị cần thiết cho phân xưởng phun kim loại ………….… 23 Bảng 1.7 Các kim loại dùng làm vật liệu phun ………………………….…… 41 Bảng 1.8 Thành phần hóa học loại dây thép………………………….……41 Bảng Nhiệt độ chảy số kim loại dùng để phun …………….…… 43 Bảng 1.10a Kích thước nhóm bột phun ………………………….……44 Bảng 1.11a Kích thước hạt cát hạt thép ……………………………….……51 Bảng 1.12 Chế độ phun cát ……………………………………………….……51 Bảng 1.13 Chiều dày tối thiểu lớp phun sau gia công …………….… 55 Bảng 1.14 Lượ ng dư cho tiện mài ………………………………………….….55 Bảng 1.15 Cường độ dòng điện phun ……………………………………….…58 Bảng 1.16 Tốc độ quay chi tiết di động đầu phun …………….……59 Bảng 1.17 Chế độ phun với đầu phun зM6 với dòng xoay chiều………… ……60 Bảng 1.18 Chế độ phun đầ u phun khí cháy MГИ –1………………….……61 Bảng 1.19 Ảnh hưởng áp lực khí nén đến mát kim loại………… …64 Bảng 1.20 Ảnh hưởng góc phun đến mát kim loại …………………64 Bảng 1.21 Ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt …………………………………… 65 Bảng 1.22 Thành phần hóa học kim loại lớp đắp thuốc ҖCH -5, % 72 iii Bảng 1.23 Ảnh hưởng cường độ dòng điện thành phần hóa học kim loại hàn đắp………………………………………………………………………………74 Bảng 1.24 Ảnh hưởng cường độ điện áp đến thành phần hóa học lớp đắp (thành phần thuốc hàn : 65%AH - 348A + 25% Fe_Cr)……………………………………74 Bảng 1.25 Chế độ cắt tiện………………………………………………………76 Bảng 1.26 Chế độ bào lớp phun ………………………………………………76 Bảng 1.27 Độ bền kéo lớp phủ kim loại……………………………………….78 Bảng 1.28 Độ cứng vật liệu ban đầu lớp phủ ……………………………………79 Bảng 1.29 Hệ số ma sát ổ bi hợp kim phun kim loại………………………80 Bảng 1.30 Các lớp phủ kim loại chống gỉ………………………………………… 81 Bảng 2.1 Điện chuẩn số kim loại…………………………………… 99 iv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮP 1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ hàn đắp 1.1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ 1.1.1.1 Thực chất Phun kim loại đơi cịn gọi kim loại hố (Metallization) Schoop (theo tên kỹ sư khí người Thuỵ Sỹ U M Schoop ơng tìm phương pháp năm 1910) Thực chất phun phủ phương pháp công nghệ đưa vật liệu rắn (dạng bột, dạng dây, dạng cứng mềm) vào dịng vật chất có lượng cao (dịng khí cháy, hồ quang, dịng plasma,…) nhằm nung nóng chảy phần hay toàn vật liệu, phân tán vật liệu thành hạt dạng sương mù nhỏ, tăng tốc độ hạt đẩy hạt đến bề mặt chi tiết cần phủ chuẩn bị sạch, tạo lớp kim loại phủ dày, phần tử kim loại đè lên theo lớp Ví dụ 1: Trên hình 1.1 sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun kim loại dây (đốt chảy kim loại khí cháy) Hình 1.1 Phun dây lửa khí cháy Dây phun; Ngọn lửa khí cháy; Đầu dây nóng chảy; Dịng khơng khí nén Hạt kim loại; Lớp phủ; Kim loại nền; Đầu bép Ở kim loại đưa vào đầu phun dạng dây có đường kính khoảng 1,2 ÷ mm Các ống dẫn khí oxy, axêtylen khơng khí nén có áp suất khoảng -6atm Ơxy axêtylen cháy cho ta lửa hàn khí Dưới tác dụng lửa đầu dây bị đốt nóng chảy Đồng thời khơng khí nén thổi giọt kim loại lỏng làm bắn hạt kim loại nhỏ bay theo dòng khí nén với tốc độ nhanh (khoảng 100 ÷ 200m/s) đập lên bề mặt vật đắp Ở dịch chuyển dây thực cấu dịch chuyển khí Lớp kim loại phủ bề mặt vật có độ cứng dịn kim loại dây có sức bền kéo khơng lớn Sức bền liên kết với vật liệu sở nhỏ Nhưng tính chất lớp p hủ có nhiều tác dụng khác tính chịu mài mịn ma sát ướt, có khả giữ dầu Để nâng cao độ bám dính lớp phủ, bề mặt sở phải hoàn toàn chuẩn bị trước phương pháp thích hợp gia cơng khí, phun bi, gại điện, vv…Sau làm tạo nhấp nhô, khoảng sau phải tiến hành phun Nếu để lâu bề mặt làm lại bị ơxyt hố khơng khí Kim loại hợp kim, trường hợp tạo dạng dây, đưa vào đầu phun dạng bột - gọi đầu phun bột kim loại Trên hình 1.2 sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun hồ quang điện Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun hồ quang điện Đầu kẹp cáp điện; Ống dẫn dây phun Sơ đồ nguyên lý máy phun hồ quang điện giới thiệu hình 1.2 Dây phun cấp qua hai ống dẫn dây Các phun đồng thời dây dẫn điện Khi hai đầu dây chạm hổ quang xuất Ống dẫn khơng khí nén đặt hai ống dẫn dây Luồng khơng khí nén thổi tách giọt kim loại khỏi điện cực tạo thành phần tử kim loại nóng chảy bám vào bề mặt vật phun Máy phun hồ quang điện làm việc với dòng điện chiều xoay chiều Khi sử dụng dịng điện xoay chiều, h quang cháy khơng ổn định tạo tiếng nổ lớn Qu trình phun với dịng điện chiều ổn định, lớp phun có cấu trúc hạt mịn, suất phun cao Vì nguồn điện chiều dùng để phun hồ quang Sự ổn định hồ quang đảm bảo điện tần số cao Dây phun có đường kính 0,8; ,0; 1,6 2,0 mm Ưu điểm cùa phương pháp phun hồ quang điện suất cao có khả rút ngắn thịi gian phun Chẳng hạn, sử dụng dòng điện 750 A phun (lược 36 kg/h lớp phun dây, cao nhiều lần so với phun lửa khí; độ bám cùa lớp phun hồ quang điện tốt độ bám lớp phun lửa khí Khi sử dụng hai dây phun kim ... đắp phun phủ ” biên soạn dựa theo chương trình môn học ? ?Hàn đắp phun phủ ” dùng cho đào tạo bậc kỹ sư, cao đẳng công nghệ hàn thuộc mơn Hàn - Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam định. .. Sỹ) 1-bột phun; 2- miệng phun; 3- chốt điều chỉnh lượng bột 4- buồng khí C2H2; 5-buồng hỗn hợp khí cháy; 6- lỗ dẫn bột; 15 7- cửa dẫn ôxy; 8- cửa dẫn C2H2; 9- cần điều khiển phun Các loại đầu phun. .. MҐИ -1 Nga, loại GPM-L2 Ba Lan, đầu phun AD-1 Tiệp Khắc (cũ), đầu phun ROTOTEC-80 Thuỵ Sỹ, đầu phun FONTAR-ZJET cộng hồ Liên bang Đức Nói chung loại đầu phun loại đầu phun cầm tay dùng để phun