CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT HỢP KIM
2.1. Công nghệ và thiết bị hàn đắp Plasma với bột hợp kim 1 Công nghệ hàn đắp Plasma bột
2.1.1. Công nghệ hàn đắp Plasma bột
Công nghệ hàn Plasma bột PTA (Plasma Transferred Arc) được sử dụng để đắp lên vật liệu nền một lớp kim loại (hoặc hợp kim) làm tăng độ cứng bề mặt, tăng khả năng chịu mài mòn và ăn mòn do những điều kiện làm việc trong môi trường khắc nghiệt của chi tiết máy. Đây là công nghệ tiên tiến được ứng dụng vào việc xử lý bề mặt chi tiết. Với đối tượng thực thi là hồ quang điện được tạo lên giữa điện cực vonfram và vật liệu đắp lên bề mặt chi tiết [17].
Phương pháp hàn này sử dụng một điện cực vonfram không tiếp xúc nằm bên trong đầu hàn, mỏ hàn đều được làm mát bằng nước, khí bảo vệđể bảo vệ bể hàn nóng chảy và khí Plasma. Kim loại bổ sung được cung cấp dưới dạng bột bởi một chất khí vận chuyển (khí mang bột) đến khu vực hồ quang mà trong đó đã chứa đầy đủ các thành phần nguyên tố hợp kim với hàm lượng cần thiết tuỳ thuộc vào tính chất lớp đắp yêu cầu (bột hợp kim) [18].
Phương pháp hàn bột Plasma sử dụng một loại khí trơ, khí này đi qua các lỗ của đầu hàn, nơi điện cực được định tâm chắc chắn. Khí bảo vệ qua miệng đầu hàn bao quanh bên ngoài lớp hàn có tác dụng chống lại sự ôxy hóa từ không khí bên ngoài khí quyển lên bề mặt lớp hàn. Mặt khác, trong quá trình hàn bột Plasma khí mang được sử dụng để vận chuyển vật liệu phụ thông qua đường dẫn và được điều chỉnh lượng cấp cho phép đến khu vực hồ quang plasma sao cho lượng bột cấp là tập trung nhất. Khí mang bột được sử dụng thường là khí argon (Ar) [19].
Đặc trưng của phương pháp hàn plasma bột đó chính là quá trình tạo hồ quang Plasma. Plasma (một chất khí bị ion hóa hoàn toàn đạt đến trạng thái dẫn điện) có thể được xem như là trạng thái tự nhiên thứ tư của vật chất. Trạng thái Plasma chiếm hơn 99,9% thành phần vật chất trong vũ trụ. Nhiệt Plasma bao gồm một chất khí có ít nhất 1% bị ion hóa với nhiệt độ cao và là một chất dẫn điện tốt và tạo thành một dòng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 17
Plasma tập trung ở nhiệt độ cao.
Bột hợp kim được đưa từ cơ cấu cấp bột vào đầu hàn plasma nhờ khí mang bột. Cơ cấu cấp bột đảm bảo định lượng bột cấp chính xác và ổn định nhờ mạch phản hồi đưa vềđộng cơ cấp bột được điều khiển bởi phần mềm máy tính.
Cấu tạo của đầu hàn bột Plasma (hình 2.1) dưới đây:
Hình 2.1. Sơđồ kết cấu của đầu hàn bột Plasma
1) Dụng cụ giữ Catot 6) Ống dẫn khí và bột 2) Khí Plasma 7) Hướng hàn
3) Điện cực Catot 8) Bộ phận đánh lửa
4) Nước làm mát 9) Bộ cung cấp năng lượng 5) Vỏ chắn khí
Bột hợp kim bị nóng chảy khi đi qua hồ quang plasma và được rót vào vũng hàn. Toàn bột vùng hàn được bao bọc bởi lớp khí bảo vệ Argon. Bộ cấp khí có nhiệm vụ cung cấp và điều chỉnh tựđộng thông qua bộđiều khiển lưu lượng khí tạo plasma, khí mang bột.
Trong quá trình này, bột kim loại được đưa vào một vũng hàn nóng chảy được tạo ra bởi plasma ở nhiệt độ cao. Tất cả các thông số chếđộ hàn bao gồm cả thông số về tốc độ cấp bột, năng lượng đầu vào (dòng điện hàn), lưu lượng khí plasma và khí bảo vệ cũng như tốc độ của đầu hàn và vật hàn đều được kiểm soát, khống chế và
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 18
được điều chỉnh tựđộng hoàn toàn bằng phần mềm máy tính. Với nguồn năng lượng tập trung cao của hồ quang plasma cho phép ta nhận được lớp đắp có chất lượng cao nhất. Lớp đắp hoàn toàn đặc và được liên kết về mặt luyện kim (tương tự như đúc) với kim loại cơ bản. Trên hình 2.2 trình bày nguyên lý công nghệ hàn plasma bột:
Hình 2.2. Nguyên lý công nghệ hàn Plasma bột
Hàn hồ quang Plasma để làm cứng bề mặt chi tiết là một phương pháp hàn phù hợp tạo ra một liên kết kim loại nóng chảy giữa lớp nền và lớp đắp.
Trong hàn hồ quang để làm cứng bề mặt chi tiết, hai nguồn cung cấp điện một chiều được sử dụng: nguồn thứ nhất tạo hồ quang không dịch chuyển giữa điện cực catot vonfram (-) và anot (+) và sau đó hồ quang tạo nên giữa điện cực vonfram (-) và vật hàn (+). Hồ quang mồi tạo nên do một thiết bị tần số cao và dòng khí plasma bao quanh catot (cực âm) được ion hóa ởđầu điện cực.
Một tính năng quan trọng nhất của quá trình hàn bột plasma là nó cho phép khống chế phần kim loại cơ bản tham gia vào kim loại đắp. Tỷ lệ kim loại cơ bản tham gia vào kim loại đắp chỉ còn 5%, so với 20÷25% khi hàn bằng các phương pháp hàn tiên khác như hàn MAG, MIG, TIG. Do đó chỉ cần một lượt hàn đã có thể đạt được các tính chất cần thiết của lớp đắp.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 19