Giáo trình hàn

Giáo trình hàn

Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa - 2007 68 Phần thứ ba Kỹ thuật Hàn và cắt kim loại Chơng 1: Khái niệm chung 1.1. Thực chất và đặc điểm của quá trình hàn 1.1.1. Thực chất của quá trình hàn Hàn là phơng pháp nối hai hay nhiều chi tiết kim loại thành một mà không thể tháo rời đợc bằng cách nung nóng chúng tại vùng tiếp xúc đến trạng thái nóng chảy hay dẻo, sau đó không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau. Khi hàn nóng chảy, kim loại bị nóng chảy, sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Khi hàn áp lực, kim loại đợc nung đến trạng thái dẻo, sau đó đợc ép để tạo nên mối liên kết kim loại và tăng khả năng thẩm thấu, khếch tán của các phần tử vật chất giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. 1.1.2. Đặc điểm của quá trình hàn - Tiết kiệm kim loại, giảm đợc thời gian và giá thành chế tạo kết cấu nh dầm, giàn, khung v.v . Có thể tạo đợc các kết cấu nhẹ nhng khả năng chịu lực cao. - Độ bền và độ kín của mối hàn lớn. Có thể hàn đợc hai kim loại khác nhau. Thiết bị hàn đơn giản, vốn đầu t không cao. - Trong kết cấu hàn tồn tại ứng suất nhiệt lớn, nên vật hàn dễ bị biến dạng và cong vênh. Tổ chức kim loại gần mối hàn bị dòn nên kết cấu hàn chịu xung lực kém. Hàn đợc sử dụng rộng rãi để tạo phôi trong tất cã các ngành kinh tế quốc dân, đặc biệt trong ngành chế tạo máy, chế tạo các kết cấu dạng khung, giàn trong xây dựng, cầu đờng, các bình chứa trong công nghiệp. 1.2. Phân loại các phơng pháp hàn 1.2.1.Theo trạng thái hàn a/ Hàn nóng chảy: Hàn hồ quang, hàn khí, hàn điện xỉ, hàn bằng tia điện tử, hàn bằng tia laze, hàn plasma . Khi hàn nóng chảy, kim loại mép hàn đợc nung đến trạng thái nóng chảy kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào điền đầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau đó đông đặc tạo ra mối hàn. b/ Hàn áp lực: Hàn tiếp xúc, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn khí ép, hàn cao tần, hàn khuếch tán . Khi hàn bằng áp lực kim loại ở vùng mép hàn đợc nung nóng đến trạng thái dẻo sau đó hai chi tiết đợc ép lại với lực ép đủ lớn, tạo ra mối hàn. c/ Hàn nhiệt: là sử dụng nhiệt của các phản ứng hóa học phát nhiệt để nung kim loại mép hàn đến trạng thái nóng chảy đồng thời kết hợp với lực ép để tạo ra mối hàn 1.2.2. Theo năng lợng sử dụng: Điện năng: Hàn hồ quang, hàn điện tiếp xúc .Hoá năng: Hàn khí, hàn nhiệt .Cơ năng: Hàn ma sát, hàn nguội . 1.2.3. Theo mức độ tự động hoá: hàn bằng tay; hàn bán tự động; hàn tự động. Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 85 Chơng 4: Hàn và cắt kim loại bằng khí 4.1. Khái niệm chung 4.1.1. Thực chất và đặc điểm a/ Thực chất: Hàn và cắt bằng khí là phơng pháp hàn hoặc cắt, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khí cháy (C 2 H 2 , CH 4 , C 6 H 6 v.v .) hoặc H 2 với ôxy để nung chảy kim loại. Thông dụng nhất là hàn và cắt bằng khí Ôxy - Axêtylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn lửa có nhiệt độ cao (vùng cao nhất đạt tới 3200 o C); còn ngọn lửa giữa O 2 và các chất khí cháy khác chỉ cho nhiệt độ từ 2000ữ2200 0 C. Tuy nhiên khi hàn dới nớc thờng dùng ngọn lửa giữa O 2 và H 2 vì C 2 H 2 rất dể nổ ở áp suất cao và nhiệt độ lớn. b/ Đặc điểm: Có thể hàn đợc nhiều loại kim loại và hợp kim (gang, đồng, nhôm, thép . ); hàn đợc các chi tiết mỏng và các loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp. Hàn khí đợc sử dụng rộng rãi vì thiết bị đơn giản và rẻ tiền; năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dể cong vênh. Hàn khí dùng nhiều khi hàn các vật hàn có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các chi tiết mỏng, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, đồng thanh, nhôm, magiê, hàn nối các ống có đờng kính nhỏ và trung bình. Hàn các chi tiết bằng kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v . Ngọn lửa khí hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép mỏng, các loại kim loại màu và nhiều vật liệu khác. 4.1.2. Khí hàn Khí hàn thờng dùng gồm ôxy kỹ thuật và các loại khí cháy (C 2 H 2 , CH 4 , C 3 H 8 , C 6 H 6 v.v .) hoặc H 2 . Khi hàn thép có chiều dày dới 3ữ4 mm, hàn gang, đồng thau, hợp kim nhẹ, hàn vảy ta có thể dùng khí khác có nhiệt độ cháy thấp hơn (2000ữ2200 o C) nh H 2 , khí than mêtan, prôpan, butan, xăng, dầu hoả a/ Ôxy kỹ thuật: Ôxy dùng để hàn khí là ôxy kỹ thuật chứa từ 98,5ữ99,5% ôxy và khoảng 0,5ữ1,5% tạp chất (N 2 , Ar). Trong công nhiệp, để sản xuất ôxy dùng phơng pháp điện phân nớc hoặc làm lạnh và chng cất phân đoạn không khí. Trong thành phần không khí chứa khoảng 78,03 % N 2 , 0,93 % Ar và 20,93 % O 2 , nhiệt độ hoá lỏng của chúng tơng ứng là: (-195,8 0 C), (-185,7 0 C) và (-182,06 0 C). Bằng phơng pháp làm lạnh không khí xuống nhiệt độ dới -182,06 0 C nhng trên nhiệt độ hóa lỏng của N 2 và Ar, sau đó cho N 2 và Ar bay hơi ta thu đợc ôxy lỏng. Ôxy kỹ thuật có thể bảo quản ở thể lỏng hoặc khí. ở thể lỏng, ôxy đợc chứa bằng các bình thép và giữ ở nhiệt độ thấp, khi hàn cho ôxy lỏng bay hơi, cứ 1 lít ôxy thể lỏng bay hơi cho 860 lít thể khí ở điều kiện tiêu chuẩn. Trong các phân xởng cơ khí, chủ yếu dùng ôxy thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông thờng ôxy đợc nén ở áp suất cao và chứa bằng bình thép có dung tích 40 lít, áp suất 150 at. Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 86 b/ Khí Axêtylen: Axêtylen là hợp chất của cácbon và hyđrô có công thức hóa học là C 2 H 2 , khối lợng riêng ở điều kiện tiêu chuẩn 1,09 kg/m 3 , nhiệt trị 11.470 Cal/m 3 . Axêtylen đợc sản xuất từ đất đèn CaC 2 . Khi nấu chảy hỗn hợp đá vôi, than đá hoặc than cốc trong lò điện (nhiệt độ từ 1.900ữ2.300 0 C) ta thu đợc đất đèn kỹ thuật: CaO + 3C CaC 2 + CO Đất đèn kỹ thuật chứa khoảng 65ữ80% CaC 2 , khoảng 10ữ25% CaO và khoảng 6 % các tạp chất nh (CO 2 , SiO 2 ). Khi cho đất dèn tác dụng với nớc ta thu đợc Axêtylen theo phản ứng: CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2 + 30.400 Cal/mol Axêtylen C 2 H 2 thuộc nhóm C n H 2n-2 . Nhiệt độ từ (- 82,4ữ83,6 o C) ở thể lỏng, dới (- 85 o C) ở thể rắn khi va chạm dể nổ. Nhiệt độ tự bốc cháy khoảng 420 o C (ở áp suất 1 at). Dể phát nổ khi áp suất > 1,5 at và nhiệt độ trên 500 o C hoặc hỗn hợp với khí khác. ở nhiệt độ và áp suất thấp dễ trùng hợp tạo thành benzel (C 6 H 6 ), stirôn (C 8 H 8 ) . Axêtylencó khả năng hoà tan trong nhiều chất lỏng với độ hoà tan lớn, đặc biệt là trong axêtôn. Ví dụ: trong nớc 1,15 lít C 2 H 2 / lít; trong Benzel: 4 lít C 2 H 2 / lít; trong dầu hoả: 5,7 lít C 2 H 2 / lít; trong axêtôn (CH 3 COCH 3 ): 23 lít C 2 H 2 /lít. Sự hoà tan trong axêtôn đợc sự dụng nhiều trong công nghiệp: dùng các chất bọt xốp (than gỗ, sợi amiăng, điatômit) thấm ớt axêtôn để vào bình chứa, sau đó nén axêtylen vào bình để giảm khả năng nổ của axêtylen ở áp suất cao. Trong axêtylen có nhiều tạp chất nh không khí làm tăng khả năng gây nổ, nên chỉ cho phép chứa 0,5ữ1,5%; hơi nớc: làm giảm nhiệt độ của ngọn lửa hàn; hơi axêtôn ảnh hởng xấu đến quá trình hàn, nên chỉ cho phép chứa (45ữ50)g/m 3 C 2 H 2 ; PH 3 : là chất có hại vì tăng khả năng tự nổ của hỗn hợp. cho phép chứa 0,09%; H 2 S: làm hại đến chất lợng mối hàn, nên chỉ cho phép chứa (0,08ữ1,5)%. 4.2. Thiết bị hàn khí 4.2.1. Sơ đồ chung của một trạm hàn khí Các thiết bị chính của một trạm hàn hoặc cắt bằng khí gồm có các bộ phận chính sau: Bình chứa ôxy, bình chứa hoặc thùng điều chế axêtylen, khóa bảo hiểm, van giảm áp, dây dẫn khí, mỏ hàn. a/ Bình chứa khí: Bình chứa khí dùng để chứa khí ôxy và khí axêtylen, đợc chế tạo từ thép tấm dày 4ữ8 mm bằng phơng pháp dập hoặc hàn. Bình có đờng kính ngoài 219 mm, cao 1.390 mm, dung tích 40 lít, trọng lợng 67 kg. Bình chứa ôxy chứa đợc một lợng khí có áp suất khoảng 150 at tơng ứng với 6 m 3 khí (ở 20 0 C và 1 at) bên ngoài đợc sơn màu xanh hoặc xanh da trời. Bình chứa axêtylen chứa đợc áp suất khí nạp tới dới 19 at, đợc sơn màu vàng. Trong bình chứa bọt xốp (thờng là than hoạt tính) và tẩm axêtôn (khoảng 290ữ320 gram than hoạt tính tẩm 225ữ230 gram axêtôn/ một lít thể tích bình chứa). 4 3 5 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 87 b/ Van giảm áp: là dụng cụ dùng để giảm áp suất khí trong bình chứa xuống áp suất làm việc cần thiết và tự động duy trì áp suất đó ở mức ổn định. Đối với khí ôxy áp suất khí trong bình đạt tới 150 at, áp suất khí làm việc vào khoảng 3ữ4 at, còn khí axêtylen áp suất trong bình tới 15ữ16 at, áp suất làm việc 0,1ữ1,5 at. Nguyên lý làm việc: khí đợc dẫn vào van theo ống (1) và qua ống (5) đi tới mỏ hàn hoặc mỏ cắt. áp lực khí trong buồng hạ áp (6) phụ thuộc vào độ mở của van (3). Khi lò xo chính (7) cha bị nén, van (3) chịu tác dụng của lò xo phụ (2) và áp lực của khí, đóng kín cửa van không cho khí vào buồng hạ áp (6). Khi vặn vít điều chỉnh (8), làm cho lò xo chính (7) bị nén, van (3) đợc nâng lên, cửa van mở và khí đi sang buồng hạ áp. H.4.2. Sơ đồ nguyên lý van giảm áp a/ Van kiểu thuận; b/ Van kiểu ngịch 1. Đờng dẫn khí cao áp; 2. Lò xo phụ; 3. Van; 4. Van an toàn; 5. Đờng dẫn khí ra; 6. Buồng thấp áp; 7. Lò xo chính; 8. Vít điều chỉnh; 9. Màng đàn hồi; 10. thanh truyền p 1 p 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a/ p 1 p 2 b/ Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 88 Tuỳ thuộc vào độ nén của lò xo chính (7), độ nén của lò xo phụ (2), độ chênh áp trớc và sau van, cửa van (3) đợc mở nhiều hay ít, ta nhận đợc áp suất cần thiết trong buồng hạ áp. Nhờ có màng đàn hồi (9), van có thể tự động điều chỉnh áp suất ra của khí. Nếu do một nguyên nhân nào đó, áp suất khí ra (p 2 ) tăng, áp lực tác dụng lên mặt trên của màng đàn hồi (9) tăng, đẩy màng đàn hồi dịch xuống và thông qua con đội van (3) bị kéo xuống, làm cửa van đóng bớt lại, lợng khí đi vào buồng hạ áp giảm, làm áp suất khí ra giảm. Ngợc lại, nếu p 2 giảm, cửa van (3) mở lớn hơn, lợng khí vào buồng hạ áp tăng, làm p 2 tăng trở lại. c/ Dây dẫn khí: dùng để dẫn khí từ bình chứa khí, bình chế khí đến mỏ hàn hoặc mỏ cắt. Yêu cầu chung đối với ống dẫn khí: chịu đợc áp suất tới 10 at đối với dây dẫn ôxy, 3 at với dây dẫn axêtylen, đủ độ mềm cần thiết nhng không bị gấp khúc. Dây dẫn đợc chế tạo bằng vải lót cao su, có ba loại kích thớc sau: - Đờng kính trong 5,5 mm, đờng kính ngoài không quy định. - Đờng kính trong 9,5 mm, đờng kính ngoài 17,5 mm. - Đờng kính trong 13 mm, đờng kính ngoài 22 mm. d/ Mỏ hàn: Đây là dụng cụ dùng để pha trộn khí cháy và ôxy, tạo thành hỗn hợp cháy có tỉ lệ thành phần thích hợp để nhận đợc ngọn lửa hàn hoặc cắt theo yêu cầu. Mỏ hàn có 2 loại là mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp. Mỏ hàn kiểu tự hút sử dụng khi hàn với áp suất khí C 2 H 2 thấp và trung bình. Khí C 2 H 2 (áp suất 0,01ữ1,2 at) đợc dẫn vào qua ống (1), còn khí ôxy (áp suất 1ữ4 at) đợc dẫn vào qua ống (2). Khi dòng ôxy phun ra đầu miệng phun (5) với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút khí C 2 H 2 theo ra mỏ hàn. Hỗn hợp tiếp tục đợc hoà trộn trong buồng (6), sau đó theo ống dẫn (7) ra miệng mỏ hàn và đợc đốt cháy tạo thành ngọn lửa hàn. Điều chỉnh lợng khí ôxy và C 2 H 2 nhờ các van (3) và (4). Nhợc điểm của mỏ hàn tự hút là thành phần hỗn hợp cháy không ổn định. Ngoài ra còn có mỏ hàn đẳng áp dùng khi hàn với áp lực khí C 2 H 2 trung bình. Khí ôxy và C 2 H 2 đợc phun vào buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,5ữ1 at) và tiếp tục đợc hòa trộn trong ống dẫn của mỏ hàn, đi ra miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa. H.4.3. Sơ đồ cấu tạo của mỏ hàn khí 1. Dây dẫn khí C 2 H 2 2. Dây dẫn khí oxy 3. Van điều chỉnh C 2 H 2 4. Van điều chỉnh oxy 5. Buồng hút 6. Đầu mỏ hàn 1 2 3 4 5 6 O 2 C 2 H 2 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 89 4.3. Thuốc hàn Thuốc hàn là những chất dùng để khử ôxy cho kim loại, tạo ra các hợp chất dễ chảy, dễ tách khỏi vũng hàn và tạo màng xỉ để che phủ mối hàn. Thuốc hàn chủ yếu dùng khi hàn một số thép hợp kim, gang và kim loại màu. Khi hàn gang thờng dùng hỗn hợp K 2 O và Na 2 O; Khi hàn đồng đỏ, đồng thau thờng dùng borăc (Na 2 B 4 O 7 ), axit boric (H 3 BO 3 ); Khi hàn nhôm thờng dùng muối florua. 4.4. Các loại ngọn lửa hàn Khi hàn khí, tuỳ thuộc vào tỉ lệ thành phần của hỗn hợp cháy có thể nhận đợc ba loại ngọn lửa hàn khác nhau: Ngọn lửa bình thờng, ngọn lửa ôxy hóa, ngọn lửa cácbon hóa. Ngọn lửa hàn có thể chia làm 3 vùng: nhân ngọn lửa có màu sáng trắng, vùng trung tâm có màu sáng vàng, vùng đuôi (ôxy hoá) màu vàng sẫm có khói. 4.4.1. Ngọn lửa bình thờng: Ngọn lửa bình thờng nhận đợc khi tỉ lệ O CH 2 22 11 12=ữ,, . a/ Vùng nhân ngọn lửa: Trong vùng này xảy ra phản ứng: C 2 H 2 2C + H 2 . Ngọn lửa có màu sáng trắng, nhiệt độ thấp và thành phần khí giàu cácbon. b/ Vùng cháy không hoàn toàn: C 2 H 2 + O 2 = 2CO + H 2 + Q. Ngọn lửa vùng này có màu sáng xanh, nhiệt độ cao nhất (3.200 0 C), khí chứa nhiều CO và H 2 là những chất hoàn nguyên. Những chất này không tham gia vào các phản ứng cacbon hoá và ôxy hoá nên gọi là vùng hoàn nguyên. c/ Vùng cháy hoàn toàn Trong vùng này xẩy ra phản ứng cháy hoàn toàn: 2CO + H 2 + 1,5O 2 kk = 2CO 2 + H 2 O + Q. Ngọn lửa vùng này có màu vàng sẫm, chứa nhiều CO 2 và H 2 O là những chất ôxy hoá và nhiệt độ thấp hơn vùng giữa. 4.4.2. Ngọn lửa ôxy hóa: Ngọn lửa ôxy hoá nhận đợc khi tỉ lệ O CH 2 22 12> , . Quá trình cháy cũng chia ra thành 3 vùng: C 2 H 2 + 1,5O 2 = 2CO + H 2 + 0,5O 2 + Q. Sau đó chúng lại cháy tiếp với ôxy của không khí: 2CO + H 2 + 0,5O 2 + O 2 kk = 2CO 2 + H 2 O + Q. Nhân của ngọn lửa ngắn lại, vùng giữa d O 2 và CO 2 nên có tính ôxy hóa mạnh, ngọn lửa có màu từ vàng nhạt đến vàng sẫm. Ngọn lửa ôxy hóa chỉ dùng khi hàn đồng thau, cắt và đốt sạch bề mặt các chi tiết máy hoặc kết cấu máy. 3.150 T( o C) L (mm) H.4.4. Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn I/ Nhân ngọn lửa; II/ Vùng cháy cha hoàn toàn; III/ Vùng cháy hoàn toàn I II III Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 90 4.4.3. Ngọn lửa các bon hóa: Ngọn lửa này nhận đợc khi tỉ lệ O CH 2 22 11< , . Quá trình cháy nh sau: C 2 H 2 + 0,5O 2 = CO + H 2 + C + Q, sau đó cháy tiếp với ôxy của không khí: CO + H 2 + C + 2O 2 kk = 2CO 2 + H 2 O +Q. Nhân của ngọn lửa kéo dài, vùng giữa có một nguyên tử cacbon tự do nên ngọn lửa mang tính cácbon hoá và có nâu sẫm. Ngọn lửa cácbon hóa đợc dùng khi hàn gang, thép gió và thép hợp kim, hoặc để tôi bề mặt các chi tiết máy. 4.5. Công nghệ hàn khí 4.5.1. Công tác chuẩn bị trớc khi hàn: Trớc khi hàn cần phải tiến hành các công tác chuẩn bị sau: vát mép trên máy bào, máy mài, bằng dũa hay bằng mỏ cắt khí; làm sạch xỉ, ôxýt, dầu mỡ trên mép hàn rộng (20ữ30) mm bằng cách dùng mỏ đốt, sau đó dùng bàn chải sắt để làm sạch hoặc làm sạch bằng phơng pháp tẩm thực; gá lắp vật hàn hợp lý và hàn đính một số điểm để đảm bảo vị trí tơng đối của kết cấu trong quá trình hàn. 4.5.2. Kỹ thuật và chế độ hàn khí a/ Phơng pháp hàn: Tuỳ thuộc vật liệu hàn, chiều dày vật hàn, có thể sử dụng hai phơng pháp hàn khác nhau: hàn phải và hàn trái. - Phơng pháp hàn phải: Khi hàn phải (H.4.5a), trong quá trình hàn ngọn lửa hàn hớng về phía mối hàn, mỏ hàn luôn đi trớc que hàn. Đặc điểm của hàn phải là nhiệt chủ yếu tập trung vào vũng hàn nên độ ngấu của mối hàn sâu, vùng hoàn nguyên hớng vào mép hàn, mối hàn nguội chậm và đợc bảo vệ tốt, lợng tiêu hao khí giảm. Phơng pháp này đợc ứng dụng khi hàn các tấm dày hoặc kim loại vật hàn dẫn nhiệt nhanh. Thờng dùng khi S > 5 mm. 1 2 34 5 4 1 2 3 5 6 7 H.4.5. Sơ đồ các phơng pháp hàn khí a) Hàn phải b) Hàn trái 1) Mỏ hàn 2) Que hàn phụ 3) Mối hàn 4) Vật hàn 1 2 3 4 a/ b/ Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 91 - Phơng pháp hàn trái (H.4.5b): trong quá trình hàn ngọn lửa hàn hớng về phía cha hàn, que hàn đi trớc mỏ hàn đi sau. Trong trờng hợp hàn trái, mép hàn đợc nung nóng sơ bộ nên kim loại vũng hàn đợc trộn đều hơn, đồng thời quan sát mối hàn dễ, mặt ngoài mối hàn đẹp. Phơng pháp này đợc dùng khi hàn các tấm mỏng (S < 3 mm) hoặc kim loại vật hàn dễ chảy. b/ Chế độ hàn khí: Khi hàn khí, dựa vào tính chất của vật liệu, kích thớc, kết cấu vật hàn, vị trí mối hàn và kiểu mối hàn để chọn chế độ hàn hợp lý, bao gồm chọn góc nghiêng mỏ hàn, công suất ngọn lửa và đờng kính que hàn phụ. - Góc nghiêng mỏ hàn (): so với mặt phẳng hàn đợc chọn theo nguyên tắc sau: Chiều dày càng lớn, góc nghiêng mỏ hàn càng lớn; Nhiệt độ chảy và độ dẫn nhiệt của vật liệu hàn càng cao, góc nghiêng càng lớn. Ví dụ khi hàn đồng góc nghiêng = 60ữ80 o , còn khi hàn chì 10 o . Bắt đầu hàn góc nghiêng lớn, gần kết thúc góc nghiêng giảm. - Công suất ngọn lửa: công suất ngọn lửa tính bằng lợng khí đợc đánh giá qua lợng khí tiêu hao trong một giờ, chọn theo nguyên tắc: Vật hàn càng dày, công suất ngọn lửa càng lớn; vật liệu có nhiệt độ chảy và độ dẫn nhiệt càng cao, công suất ngọn lửa càng lớn. Công suất của ngọn lửa khi hàn phải cao hơn hàn trái. + Khi hàn thép cácbon thấp, đồng thau, đồng thanh thờng chọn lợng tiêu hao C 2 H 2 trong một giờ theo công thức sau: V C2H2 = (100 ữ 120).S [lít/h] - đối với hàn trái V C2H2 = (120ữ150).S [lít/h] - đối với hàn phải (S là chiều dày vật hàn [mm]). + Khi hàn đồng đỏ: V C2H2 = (150ữ200).S [lít/h] - Đờng kính que hàn: phụ thuộc vật liệu hàn và phơng pháp hàn. Khi hàn thép cácbon chọn theo công thức kinh nghiệm sau: Hàn trái: d S =+ 2 1 [mm]; Hàn phải: d S = 2 [mm] c/ Chuyển động của mỏ hàn và que hàn khí: Căn cứ vào vị trí mối hàn, kiểu mối hàn, chiều dày vật hàn để chọn chuyển động của que hàn và mỏ hàn cho hợp lý. Khi hàn sấp và hàn góc có thể tiến hành theo phơng pháp hàn phải hoặc hàn trái. Khi hàn sấp, dịch chuyển que hàn và mỏ hàn thờng theo đờng dích dắc (H.4.7a). Khi hàn góc, tại các điểm biên đảo chiều chuyển động, que hàn và mỏ hàn có thời gian dừng thích hợp để nung nóng mép hàn tốt, để kim loại trộn đều và mối hàn liên kết tốt (H.4.7b). Khi hàn sấp các tấm mỏng, ngời ta còn sử dụng phơng pháp hàn nhỏ giọt (H.4.7c). Khi hàn, nung chảy que hàn tạo thành từng giọt dắp lên mép hàn, sau đó nhấc H.4.6. Góc nghiêng mỏ hàn Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 92 que hàn ra, đa mỏ hàn sát vào vật hàn nung chảy giọt kim loại ở mối hàn tạo thành một điểm hàn, sau đó tiếp tục lặp lại để hàn điểm tiếp theo. 4.6. Cắt kim loại bằng khí 4.6.1. Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí: là đốt cháy kim loại cắt bằng dòng ôxy, tạo thành các ôxýt (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), làm nóng chảy các ôxýt đó và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt. Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí đợc trình bày trên (H.4.11): Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt đợc nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxýt. Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt. Tiếp theo, do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt. 4.6.2. Điều kiện để cắt đợc bằng khí a/ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Đối với thép cácbon thấp C < 0,7% nhiệt độ cháy vào khoảng 1350 0 C còn nhiệt độ chảy gần 1.500 0 C nên thoả mãn điều kiện này. Đối với các loại thép cácbon cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên trớc khi cắt phải đốt nóng sơ bộ đến 300ữ650 0 C. b/ Nhiệt độ nóng chảy của ôxýt kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Thép hợp kim crôm hoặc crôm-niken, do khi cháy Cr tác dụng với O 2 để tạo thành ôxýt crôm Cr 2 O 3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2.050 o C vì vậy phải dùng thuốc cắt mới có thể cắt đợc. Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành ôxýt nhôm Al 2 O 3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2.000 o C, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi dùng thuốc cắt. Mỏ hàn Que hàn Mỏ hàn Que hàn H.4.7. Dịch chuyển mỏ hàn và que hàn a/ Khi hàn sấp giáp mối; b/ Khi hàn góc, hàn chữ T c/ Hàn nhỏ giọt a/ b/ c/ O 2 C 2 H 2 +O 2 H.4.8. Sơ đồ cắt bằng khí 1) Dòng ôxy cắt 2) Dòng hỗn hợp khí cháy 3 ) Ngọn lửa nung nóng 4) Rãnh cắt 5) Phôi cắt 1 2 3 4 5 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 93 c/ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt đợc liên tục, quá trình cắt không bị gián đoạn. Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt. d/ Ôxýt kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt để dễ tách ra khỏi mép cắt. Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt cháy và khi cháy tạo ra ôxýt silic SiO 2 có độ sệt cao. 4.6.3. Mỏ cắt khí Để cắt bằng khí chủ yếu sử dụng các mỏ cắt dùng nhiên liệu khí. Sơ đồ cấu tạo chung của chúng đợc trình bày trên hình sau: Khí axêtylen đợc dẫn vào ống (1) đi qua van (3), còn ôxy đợc dẫn vào ống (2), sau đó phân làm hai nhánh, một dòng đi qua van (4) và tới miệng phun hút khí axêtylen và hòa trộn tạo ra hỗn hợp cháy để nhận đợc ngọn lửa nung nóng, một dòng đi qua van (5) tới đầu mỏ phun để tạo ra dòng ôxy cắt. 4.6.4. kỹ thuật cắt khí a/ Bắt đầu cắt: Khi cắt phôi tấm theo đờng cắt hở, bắt đầu cắt từ mép phôi. Với phôi tấm dày dới 50 mm, mỏ cắt đặt thẳng góc với mặt phẳng cắt (H.4.10a). Nếu chiều dày phôi lớn hơn 50 mm, khi bắt đầu cắt nên nghiêng mỏ cắt một góc 5ữ10 o theo hớng cắt để nung nóng tốt mép cắt, sau đó đặt thẳng góc (H.4.10b). 5 H.4.9. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ cắt khí 1/ ống dẫn khí C 2 H 2 2/ ống dẫn khí ôxy 3/ Van điều chỉnh C 2 H 2 4/ Van điều chỉnh ôxy 5/ Van điều chỉnh dòng ôxy cắt; 6/ ống dẫn hỗn hợp khí cháy 7/ ống dẫn dòng ôxy cắt 1 2 3 4 6 7 C 2 H 2 O 2 I II c/ Hớng cắt 5ữ10 o b/ Hớng cắt a/ H.4.10. Kỹ thuật cắt khí [...]... quá trình hàn trong đó các khâu của quá trình đợc tiến hành tự động bởi máy hàn, bao gồm: Gây hồ quang, chuyển dịch điện cực hàn xuống vũng hàn để duy trì hồ quang cháy ổn định, dịch chuyển điểm hàn dọc mối hàn, cấp thuốc hàn hoặc khí bảo vệ Khi chỉ một số khâu trong quá trình hàn đợc tự động hóa ngời ta gọi là hàn bán tự động Thờng khi hàn bán tự động ngời ta chỉ tự động hóa khâu cấp điện cực hàn. .. liệu hàn [N/mm2] d/ Thời gian hàn: Thời gian hàn là tổng thời gian dòng điện chảy qua đờng hàn để hàn và thời gian phụ đợc tính nh sau: t= 0,06 S Vh (s) S - bớc hàn; Vh - tốc độ hàn, thờng lấy bằng (0,5ữ3) m/phút đ/ Dòng điện hàn: khi hàn đờng nên chọn cao hơn hàn điểm từ (20 ữ 80)% Trờng đại học bách khoa đà nẵng - 2007 98 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 chơng 6: Hàn Gang, đồng, nhôm 6.1 hàn gang... với hàn thép, đờng kính que hàn đợc xác định nh sau: Trờng đại học bách khoa - 2007 75 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 - Hàn giáp mối: - Hàn góc, hàn chữ T: S +1 2 K dq = + 2 2 dq = [mm] [mm] Trong đó S là chiều dày vật hàn, K là cạnh của mối hàn b/ Cờng độ dòng điện hàn (Ih): chọn phụ thuộc vào vật liệu hàn, đờng kính que hàn, vị trí mối hàn trong không gian, kiểu mối hàn có thể tra theo sổ tay... điện áp hàn thờng ít thay đổi khi hàn hồ quang tay d/ Số lợt cần phải hàn: Để hoàn thành một mối hàn có thể tiến hành trong một lần hàn hoặc một số lần hàn Khi tiết diện mối hàn lớn, thờng tiến hành qua một số lần F F0 hàn Số lợt hàn có thể tính theo công thức sau: n = d + 1 Trong đó Fd là diện tích Fn mặt cắt ngang của kim loại đắp; F0 = (6 ữ 8)dq (mm2) là diện tích mặt cắt ngang của đờng hàn đầu... dụng ngọn lửa hàn bình thờng để hàn vì nếu thừa ôxy thì dể tạo thành ôxyt nhôm, còn thừa axêtylen thì dể tạo thành rỗ khí Công suất ngọn lửa lấy lớn hơn khi hàn thép một ít W = 150.S (l/giờ) Que hàn có thành phần nh vật hàn, khi hàn nhôm có thể dùng que AK (có 5% Si) thì mối hàn tốt hơn Thuốc hàn chủ yếu là các muối clo và flo (NaCl, KCl, NaF, CaF2, ) Sau khi hàn xong phải rửa sạch mối hàn để trách... vật hàn từ 0,4 ữ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép; từ 1,6 ữ 10 mm hàn một lớp có vát mép; còn từ 3,2 ữ 25 mm thì hàn nhiều lớp 3.3.2 Vật liệu, thiết bị hàn a/ Vật liệu hàn - Dây hàn: Khi hàn trong môi trờng khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng nh các tính chất yêu cầu của mối hàn đợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn Do vậy, những đặc tính của qúa trình công nghệ hàn. .. hàn thép C trung bình do giá thành thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và độ ngấu sâu Song hàn trong khí bào vệ CO2 là gây bắn toé kim loại lỏng b/ Thiết bị hàn: Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ bao gồm: nguồn điện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn hay súng hàn đi cùng các đờng ống dẫn khí, dẫn dây hàn. .. khoa - 2007 69 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 Vùng ảnh hởng nhiệt có chiều rộng thay đổi tuỳ thuộc rất lớn vào chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt hàn, điều kiện thoát nhiệt khỏi vùng hàn Chơng 2: Hàn hồ quang tay 2.1 Khái niệm về hồ quang hàn 2.1.1 Thực chất của hồ quang hàn Hàn hồ quang là phơng pháp hàn nóng chảy dùng nhiệt của ngọn lửa hồ quang sinh ra giữa các điện cực hàn Hồ quang hàn là dòng chuyển... quang 2.2 Phân loại hàn hồ quang tay 2.2.1 Phân loại theo dòng điện hàn a/ Hàn bằng dòng điện xoay chiều: cho ta mối hàn có chất lợng không cao, khó gây hồ quang và khó hàn song thiết bị hàn dòng xoay chiều đơn giản và rẻ tiền nên trên thực tế hiện có khoảng 80% là máy hàn xoay chiều b/ Hàn bằng dòng điện một chiều: máy hàn đắt tiền nhng dể gây hồ quang, dể hàn và chất lợng mối hàn cao Hàn bằng dòng điện... khoa - 2007 74 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 1 2.4 Công nghệ hàn hồ quang tay 60-1200 2.4.1 Vị trí, phân loại và chuẩn bị mép hàn II a/ Vị trí mối hàn trong không gian: Theo vị 120-1800 0-600 I trí mối hàn trong không gian, ngời ta phân ra các III dạng hàn sau: - Hàn sấp: mặt phẳng hàn tạo với mặt phẳng ngang một góc từ 0ữ60o H.2.9 Vị trí mối hàn trong không gian - Hàn ngang: phơng hàn song song . pháp hàn 1.2.1.Theo trạng thái hàn a/ Hàn nóng chảy: Hàn hồ quang, hàn khí, hàn điện xỉ, hàn bằng tia điện tử, hàn bằng tia laze, hàn plasma . Khi hàn. hàn. b/ Hàn áp lực: Hàn tiếp xúc, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn khí ép, hàn cao tần, hàn khuếch tán . Khi hàn bằng áp lực kim loại ở vùng mép hàn