Bài giảng Công nghệ hàn điện nóng chảy – Chương 7: Công nghệ hàn kim loại nặng và hợp kim của chúng. Những nội dung chính được trình bày trong bài giảng gồm có: Công nghệ hàn đồng và hợp kim đồng, công nghệ hàn niken và hợp kim niken.
7 CÔNG NGHỆ HÀN KIM LOẠI NẶNG VÀ HỢP KIM CỦA CHÚNG 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.2 Công nghệ hàn niken hợp kim niken 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng • 7.1.1 Đặc điểm tính hàn • Đặc điểm: – Độ bền hóa học cao số mơi trường (nước biển ), giữ đưọc tính nhiệt độ thấp, tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt – Đồng thau chống ăn mịn tốt, có độ bền cao đồng nguyên chất – Đồng chống ăn mòn tốt, ổn định môi trường nước, nước biển, v.v Cũng vật liệu kết cấu dùng dạng đường ống – Hợp kim monel vật liệu kết cấu dạng bể chứa đường ống làm việc mơi trường hóa chất ăn mịn (nước biển, dung dịch muối, axit hữu cơ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng • 7.1.1 Đặc điểm tính hàn Tên gọi Loại Thành phần gần Độ bền kéo [MPa] Độ dãn dài [%] ECu > 99,0% Cu 170 20 ECuSi 2,4÷4,0 Si; Cu 350 20 ECuSn-A 4÷6 Sn; 0,05÷0,35P; 240 20 ECuSn-C 7÷9 Sn; 0,05÷0,35P; Cu 280 20 Hợp kim đồng niken, Cu–Ni ECuNi 29÷33 Ni; 1÷2 Mn; 0,4÷0,75Fe; Cu 350 20 Đồng nhơm, Cu–Sn– Al ECuAl-A2 7÷9 Al; 0,5÷5,0 Fe; Cu 410 20 ECuAl-B 8÷10 Al; 2,5÷5,0 Fe; Cu 450 10 ECuNiAl 4÷6 Ni; 6,5÷8,5 Al; 0,5÷3,5 Mn; 3÷6 Fe; Cu 500 10 1÷2,5 Ni; 5,5÷7,5 Al; 11÷13 Mn; 2÷6 Fe; Cu 520 Đồng, Cu Đồng silic, Cu–Si Đồng phôt pho, Cu–Sn–P ECuMnNiAl 15 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.1 Đặc điểm tính hàn • Tính hàn : Tính dẫn nhiệt cao → nguồn nhiệt hàn có cơng suất lớn; nguồn nhiệt xung Tăng kích thước hạt nhiệt độ cao → rèn lớp sau hàn 550÷800 oC để làm mịn hạt Dễ bị oxi hóa nhiệt độ cao → lẫn xỉ hàn Giảm nhiệt độ nóng chảy CuO qua thuốc hàn (95% Na2B4O7 (borax) + 5% Mg) : CuO + Na2B4O7 = 2NaBO2.CuO.B2O3 (đi vào xỉ hàn) Cùng tinh Cu – Cu2O có nhiệt độ nóng chảy 1064 oC, phân bố theo tinh giới, làm giảm tính dẻo gây nứt nóng hàn Giảm lượng oxit kim loại mối hàn: O max ≤ 0,01% Khử oxi kim loại mối hàn P, Mn, Si: 2P + 5Cu2O = 10Cu + P2O5 P2O5 + 3Cu2O = P2O5(Cu2O)3 (đi vào xỉ hàn) Si + 3Cu2O = 4Cu + SiO2 Mn + Cu2O = 2Cu + MnO SiO2 + MnO = MnO.SiO2 (đi vào xỉ hàn) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.1 Đặc điểm tính hàn Tính hàn : B [cm3/100g] Độ bền tính dẻo đồng theo nhiệt độ Khả hòa tan hydro đồng 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.1 Đặc điểm tính hàn Tính hàn : Tạp chất Æ tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp (của BiO, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 nóng chảy 270 oC) Yêu cầu hàm lượng: < 0,002% Bi, < 0,005% Pb) biến tính mối hàn Ce, Zr để liên kết thành chất có nhiệt độ nóng chảy cao Khi hàn đồng thuộc hệ Cu – Al hình thành Al2O3 gây lẫn xỉ Có thể dùng thuốc hàn (muối F, Cl kim loại kiềm) Khi hàn đồng thau, kẽm dễ bị bay có nhiệt độ bay thấp nhiệt độ nóng chảy đồng, làm rỗ mối hàn Hơi ZnO: độc hại cho sức khỏe Có thể nung nóng sơ đến 200÷300 oC, tăng tốc độ hàn để giảm thể tích kim loại nóng chảy Hệ số dãn dài δ cao (= 1,5 lần thép) gây nên ứng suất biến dạng (nhiệt dư) cao hàn Sự kết hợp ứng suất nhiệt cao với tính thấp (δ, ψ, σB) khoảng nhiệt độ 400÷600 oC gây nên nứt hàn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.1 Đặc điểm tính hàn Tính hàn : Cu lỏng hòa tan nhiều H Khi kết tinh nhanh, H khơng kịp khỏi vũng hàn Độ hòa tan H Cu giảm theo nhiệt độ, xu hướng: Cu2O + 2H = 2Cu + H2O, làm rỗ khí nứt tế vi (trong KLMH vùng AHN H nguyên tử khuyếch tán vào vùng ảnh hưởng nhiệt) Cần giảm lượng H đưa vào mối hàn (vật liệu hàn khơ) dùng CO để hồn nguyên đồng: Cu2O + CO = 2Cu + CO2 nhiên gây rỗ khí N trung hịa đồng nên dùng khí bảo vệ cho hàn đồng Độ chảy lỗng đồng đặc biệt đồng thau cao, khó hàn tư khác hàn sấp 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng • 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn mơi trường khí bảo vệ • Mối hàn có tính đặc tính chống ăn mịn cao (ít tạp chất mối hàn nhất) • Khí bảo vệ: loại khí Ar cho hàn; He với nồng độ 99,9% N2 (có khử nước) Giảm giá thành tăng suất hàn (chiều sâu chảy) hỗn hp khớ Ar + 20ữ30 % N2 ã in cc khơng nóng chảy: W + LaO Y2O3, đường kính tới mm • Dây hàn phụ (hàn điện cực khơng nóng chảy) dây hàn nóng chảy: chế tạo từ đồng hợp kim đồng, có thành phần hóa học giống kim loại bản, có chứa thêm chất khử oxi (ví dụ đồng Cu ≥ 99,95, Cu ≥99,9, Cu ≥ 99,7, đồng CuSi3Mn1, CuCr0,7) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng • 7.1.2 Cơng nghệ kỹ thuật hàn Hàn mơi trường khí bảo vệ • Cách chọn đường kính điện cực W dây hàn phụ tùy thuộc vào chiều dày chi tiết cần hàn: A B C 1÷1,5 2÷3 4÷6 7÷10 11÷16 > 16 1,6÷2 3÷4 4÷5 4÷5 5÷6 5÷6 • A: Chiều dày tấm, mm • B: Đường kính điện cực W, mm • C: Đường kính dây hàn phụ, mm 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng • 7.1.2 Cơng nghệ kỹ thuật hàn Hàn mơi trường khí bảo vệ • Trước hàn: làm oxit chất bẩn khỏi mép hàn dây hàn (chổi kim loại, giấy ráp; tẩm thực dung dịch axit rửa nước, sấy khơng khí nóng) • Khi dùng N làm khí bảo vệ: sử dụng thuốc hàn sở axit boric (nhúng dây hàn vào thuốc hàn) • Vát mép hàn theo vào chiều dày chi tiết (t ≥ mm); ≤ t ≤ 12 mm: vát mép dạng V; t ≥ 12 mm: dạng X với góc rãnh hàn từ 70÷90o (hàn điện cực khơng nóng chảy) từ 60÷70o (hàn bằn điện cực nóng chảy) • Gá hàn: bước hàn đính 400 mm, thiết bị gá hàn đặc biệt, bảo đảm biến dạng nhỏ Để tạo dáng chân mối hàn, sử dụng đệm graphit đồng có làm mát nước • t < mm, nung nóng sơ ≤ 350 oC t ≥ mm, nung núng s b 600ữ800 oC ã Khi hn TIG, dòng hàn xoay chiều dòng chiều cực thuận Khi hàn MIG, dòng chiều cực nghịch 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn mơi trường khí bảo vệ • Cường độ dịng hàn: – Hàn TIG, chọn theo đường kính điện cực, cực hàn loại khí bảo vệ – Khi hàn mơi trường khí N2 hỗn hợp N2 He, cần giảm cường độ dịng hàn 10÷15% tăng in ỏp hn 15ữ20% ã Hn MIG: Hn bỏn tự động: đường kính dây hàn 1÷2 mm; cường độ dịng hàn 150÷200 A cho dây mm, 300÷450 A cho dây mm; điện áp hàn 22÷26 V Tốc độ hàn phụ thuộc vào tiết diện mối hàn • Đồng thau, đồng hợp kim đồng – niken: hàn TIG để tránh bay mạnh Zn, Sn • Đồng thau hợp kim đồng – niken, hàn MIG (đường kính 0,8÷1,4 mm) Do tính dẫn nhiệt khơng cao hợp kim này, cần nung nóng sơ (100÷150 oC) chiều dày chi tiết 12 mm 11 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn lớp thuốc • Hàn điện cực nóng chảy điện cực khơng nóng chảy loại cacbon vơ định hình • Thuốc hàn: thơng dụng (AH-348A cho hàn thép) loại 38÷44% SiO2 38÷44% MnO Chất khử oxi Zn có vật liệu hàn phụ (đồng thau) Mép hàn đưọc lắp ghép đệm graphit Hồ quang cháy điện cực chi tiết lớp thuốc t ≤10 mm ∅e ≤ 18 mm, I ≤ 1000 A, U = 18÷21 V, v = 6÷25 m/h Dịng chiều cực nghịch Nung nóng sơ cách làm ngắn mạch điện cực chi tiết trưước hàn 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn lớp thuốc • Khi hàn điện cực nóng chảy: • Thuốc hàn thông dụng cho hàn thép • Dây hàn ∅ 3÷5 mm từ đồng Cu ≥ 99,9, Cu ≥ 99,7, CuSi3Mn1, CuSn4Zn3, có chứa chất khử oxy • Lớp hàn (khi hàn nhiều lớp) hàn lượt: có sử dụng đệm graphit đệm thuốc hàn • Khơng nung nóng sơ bộ, phần đầu mối hàn hàn công nghệ hàn đính vào vật hàn (giống hàn lớp thuốc thép) • Các mỏng 15 mm, hàn khơng cần vát mép • Các chiều dày lớn hơn, nên vát mép dạng chữ V với góc rãnh hàn 90o mặt đáy 2÷5 mm, khơng có khe đáy • Hàn dịng chiều cc nghch Sy thuc hn 300ữ400 oC ã Dõy hàn thường có thành phần giống kim loại Với đồng thau, thuốc hàn thường loại không chứa oxi: 2% SiO2; 75÷80% CaF2; 17÷25% NaF; 1% FeO; 0,05% S; 0,02% P 13 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay • Lõi chứa nguyên tố khử oxi, ví dụ 3% Si 1% Mn • Dịng điện hàn chiều cực nghịch • Ký hiệu que hàn AWS A5.6 – 76: Tên gọi Đồng Đồng silic Đồng phôt Hợp kim đồng niken Đồng nhôm Loại Độ bền kéo [MPa] Độ dãn dài [%] > 99,0% Cu 170 20 2,4÷4,0 Si; Cu 350 20 ECuSn-A 4÷6 Sn; 0,05÷0,35P; 240 20 ECuSn-C 7÷9 Sn; 0,05÷0,35P; Cu 280 20 ECu ECuSi ECuNi Thành phần gần 29÷33 Ni; 1÷2 Mn; 0,4÷0,75Fe; Cu 350 20 ECuAl-A2 7÷9 Al; 0,5÷5,0 Fe; Cu 410 20 ECuAl-B 8÷10 Al; 2,5÷5,0 Fe; Cu 450 10 ECuNiAl 4÷6 Ni; 6,5÷8,5 Al; 0,5÷3,5 Mn; 3÷6 Fe; Cu 500 10 ECuMnNiAl 1÷2,5 Ni; 5,5÷7,5 Al; 11÷13 Mn; 2÷6 Fe; Cu 520 15 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay • Hồ quang ngắn, khơng dao động ngang que hàn • Nên bước lùi để tạo dáng mối hàn tốt Dùng đệm lót đáy Tư hàn sấp • t ≤ mm: khơng cần nung nóng sơ Nhiệt độ nung nóng sơ theo chiều dày kích thước vật hàn Khi ≤ t ≤8 mm → 200÷300 oC, t = 24 mm, → 750÷800 oC Tốc độ hàn tối đa (tăng theo nhiệt độ nung nóng sơ tăng giảm chiều dày chi tiết lớn) • Tăng suất hàn: que hàn chứa chất tạo phản ứng hóa nhiệt thành phần vỏ bọc; khơng cần phải nung nóng sơ nung với nhiệt độ thấp so với loại que thơng dụng – Ví dụ, khơng nung nóng sơ với t ≤ 15 mm nung nóng 250÷400 oC với t > 15 mm Khi đó, hàn mối hàn giáp mối t =20 mm mà không cần vát mép với lượt hàn từ phía (có sử dụng đệm lót grafit) với chế 15 độ hàn I = (85÷100)d; U = 45…50 V 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay • Ít dùng để hàn đồng thau (Zn bốc mạnh, cản trở việc quan sát hồ quang) • Nếu hàn, cần liên tục hút khói khỏi vùng hàn Có thể hàn đồng thau phương pháp với t > mm Với t ≤ 10 mm, hàn từ phía mà khơng cần vát mép Với t = 5…10 mm, hàn từ phía với dạng vát mép chữ V Khi t > 12 mm, nên thực dạng vát mép chữ X • Khi hàn đồng thau, thiết phải nung nóng sơ bộ; nên hàn với tốc độ lớn, dùng hồ quang ngắn để tránh bốc kẽm 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay • Hàn đồng thanh: dịng hàn chiều cực nghịch Có thể nung nóng sơ kết hợp với nung bổ sung sau hàn không nung nóng sơ Chế độ nung nóng sơ phụ thuộc vào loại đồng – Đồng thuộc hệ Cu –Sn có độ bền tính dẻo khơng cao 400 oC Nếu nhiệt độ thay đổi nhanh, chi tiết xuất ứng suất nhiệt sau hàn cịn có ứng suất dư, gây nứt kim loại mối hàn Do đó, cần giảm tối đa vùng nung để giảm nhiệt độ từ kim loại mối hàn đến kim loại xảy không đột ngột Khi hàn nhiều lớp, nên rèn đường hàn nhiệt độ 200 oC – Đồng thuộc hệ Cu – Al có tính dẫn nhiệt cao nên chiều dày lớn 16 mm, cần phải tiền hành nung nóng sơ trước hàn Khi hàn nhiều lớp đường hàn ngắn (tối đa 300÷400 mm), cần nung nóng sơ đường hàn • Chế độ hàn số loại đồng thanh: – Hệ Cu –Sn: – Hệ Cu –Al: I = 160÷220 A d = 5÷6 mm I = 220÷260 A d = 7÷8 mm I = 220÷280 A d = 5÷6 mm 17 7.2 Cơng nghệ hàn niken hợp kim niken 7.2.1 Đặc điểm kim loại tính hàn • Niken: tính bền nhiệt, khả chống ăn mòn cao, điện trở cao • Niken kỹ thuật có nồng độ tạp chất tối đa 2,4% (σB = 294÷755 MPa; δ = 2÷50% tùy theo trạng thái nhiệt biến dạng) • Các hợp kim niken có tính dẫn điện dẫn nhiệt thấp niken kỹ thuật Hợp kim niken bao gồm: • Hợp kim dạng dung dịch rắn: • Hợp kim Ni – Cu; Ni – Cr; Ni – Fe – Cr; Ni – Mo; Ni – Cr - Mo • Hợp kim biến cứng kết tủa: • Ni – Cu; Ni – Cr; Ni – Fe - Cr 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.2 Công nghệ hàn niken hợp kim niken 7.2.1 Đặc điểm kim loại tính hàn Một số hợp kim niken: Dung dịch rắn: Monel 400: 66,5% Ni; 0,2% C; 1,2% Fe; 31,5% Cu; % Mn; 0,2% Si Hastelloy F: 47% Ni; 0,05% C; 22 % Cr; 6,5% Mo; 17% Fe; 2,5% Co; 2% Nb;1,5% Mn; 1% Si; 1% W Nichrome: 57% Ni; 0,1% C; 16% Cr; 25% Fe; 1% Mn; 1% Si Inconel 600: 76% Ni; 0,08% C; 15,5% Cr; 8% Fe; 0,2% Cu; 0,5% Mn; 0,2% Si Biến cứng kết tủa: 19 10 ... hợp kim này, cần nung nóng sơ (100÷150 oC) chiều dày chi tiết 12 mm 11 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn lớp thuốc • Hàn điện cực nóng chảy điện cực khơng nóng. .. https://fb.com/tailieudientucntt 7.1 Công nghệ hàn đồng hợp kim đồng 7.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn Hàn mơi trường khí bảo vệ • Cường độ dịng hàn: – Hàn TIG, chọn theo đường kính điện cực, cực hàn loại khí bảo vệ – Khi hàn mơi... Các hợp kim niken có tính dẫn điện dẫn nhiệt thấp niken kỹ thuật Hợp kim niken bao gồm: • Hợp kim dạng dung dịch rắn: • Hợp kim Ni – Cu; Ni – Cr; Ni – Fe – Cr; Ni – Mo; Ni – Cr - Mo • Hợp kim