Thang ño khoâng tuyeán tính cuûa Omh keá
E R1 Rm Im I2 R2 RX
59 m m b m m m R R R I R V I 2//
Do đó mỗi lần đo ta cho Rx 0 bằng cách điều chỉnh R2để cho
max 2 1 // I R R R R E I m m b m
Để cho khi Eb có sự thay đ i thì sự chỉ thị RXsẽ không thay đ i
Nguyên lý đo Ohm k tuy n tính
Thang đo c a Ohm kế theo nguyên lý dòng điện nh đư đề cập trên không tuyến tính theo điện tr đo. Do đó các mạch đo Ohm kế tuyến tính trong máy đo điện tử chỉ thị kim hoặc chỉ thị số, chúng ta chuyển trị số đo điện tr RX sang điện áp đo VXbằng cách cung cấp ngu n dòng điện I không đ i (bất chấp trị số Rx), VX = RX.I
Sau đó RX đ ợc đo b i mạch điện áp, VX tuyến tính theo RX
Nh vậy, khi Rx 0, Vx 0V
Khi Rx , VX giá trị lớn nhất c a mạch đo
Nh vậy nếu vôn kế có điện tr chỉnh máy tr ớc khi đo, thì phải chỉnh Rx
cho mạch đo. Không chỉnh Rx 0 nh mạch đo dùng nguyên lý dòng trong
phần tr ớc.
Sau khi xác định đ ợc giá trị điện tr truyền qua thanh dẫn vật hàn nhôm và đ ng, tác giả đư tính toán xác định nhiệt l ợng tỏa ra theo công th c sau:
Công thức tính nhiệt lượng:
Q = mc(t2 ậ t1) (2.1)
Trong đó :
Q là nhiệt l ợng, đơn vị là Jun (J) m là khối l ợng c a vật (kg)
c là nhiệt dung riêng c a vật (J/kgK)
t1 nhiệt độ ban đầu (o C) t2 nhiệtđộ lúc sau (o
60
Ph ơng trình cân bằng nhiệt
Qthu = Qtoả
Qthulà t ng nhiệt l ợng c a các vật thu vào.
Qtỏalà t ng nhiệt l ợng c a các vật tỏa ra. Ngoài ra, theo Định luật Jun Len-xơ:
Q = 0,24RI2t (2.2)
I C ng độ dòng điện, đơn vị tính Ampe (A) ;
R Điện tr , đơn vị tính Ohm (Ω) ;
61
Ch ng 3
CÁC PH NG ÁN TH C HI N
Nội dung ch ơng này thể hiện cụ thể các thông số thành phần c a vật liệu hàn (nhôm và đ ng), công nghệ hàn vảy và các ph ơng án thực hiện hàn vẩy nhôm với đ ng.
3.1 D li u ban đầu: 3.1.1 Nhôm:
Hình 3.1 Kích th ớc mẫu Al cần kiểm tra
a) Phơn tích thƠnh phần hóa học theo nguyên lý quang ph
Thiết bị: Máy quang ph loại Spectro LAT Địa điểm: Công ty YNG HUA VN
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra
Nguyên tố Al Cu Zn Fe Mg Pb Mn Si ThƠnh phần
hóa học (%) 98,6 0,0161 0,0419 0,183 0,602 0,0021 0,0481 0,406 b) T chức t vi
Vị trí kiểm tra: Tạicác bề mặt b,c c a hình 3.1. Thiết bị:
62
Hình 3.2 Kính hiển vi IMS 300
Địa điểm: Phòng thí nghiệm Vật liệu - Bộ môn Công nghệ Kim loại - Khoa
Cơ khí Chế tạo máy - Tr ng Đại học S phạm Kỹ thuật Tp.HCM
K t quả:
(a) Vị trí c (b) Vị trí b
Hình 3.3 T ch c tế vi c a mẫu Al
3.1.2 Đ ng:
Hình 3.4 Kích th ớc mẫu Cu cần kiểm tra
a) Phơn tích thƠnh phần hóa học theo nguyên lý quang ph
63
Địa điểm: Nhà máy thép Tôn Ph ơng Nam
Bảng 3.2. Kết quả kiểm tra
Nguyên tố Cu Al Zn Fe Mg Pb Rh
ThƠnh phần
hóa học (%) > 4,92 < 13,0 81,76 0,211 0,0019 0,037 5,235
b) T chức t vi
- Vị trí kiểm tra: Tại các bề mặt b,c c a hình 3.4
- Thiết bị: nh hình 3.2
- K t quả
(a) Vị trí c (b) Vị trí b
Hình 3.5 T ch c tế vi c a mẫu Cu
3.2 Các thông số kỹ thu t công ngh hƠn vẩy:
Nh đư phân tích ch ơng 2,tác giả chọn ph ơng pháp hàn vẩy để tiến hành thực hiện hàn mối ghép thanh đ ng và thanh nhôm với nhau.
Căn c vào kết quả phân tích công nghệ hàn vảy và đặc điểm c a vật hàn cần hàn là thanh đ ng và thanh nhôm có chiều dày là (5-6) mm, có nhiệt độ nóng chảy, độ dẫn điện, tác giả chọn đ ợc các thông số kỹ thuật trongquá trình hàn nh sau:
- Góc nghiêng mỏ hàn: 45o so với mặt phẳng ch a vật hàn;
64
Khi hàn, mỏ hàn và que hàn di chuyển từ trái sang phải (mỏ hàn đi tr ớc, que
hàn theo sau);
Đối v i ch đ hƠn h i:
- Công suất ngọn lửa W = (600-900) lít/gi ;
- Kim loại hàn: Que hàn bạc (Ag-Cu).
Đối v i ch đ hƠn TIG
- Thiết bị: Máy hàn Miller Syncrowave 250 DX (Mỹ); - C ng độ dòng điện: (40-50) A;
- Điện áp hàn: 12 V;
- Điện cực hàn: Nhưn hiệu WT20, với đ ng kính 2,4 mm;
- Tốc độ hàn 200 mm/ phút;
- Môi tr ng khí bảo vệ là khí Argon với l u l ợng 10 lít/ phút; - Kim loại hàn: que hàn bạc (Cu-Ag);
- Vì đây ta hàn với mối hàn ch ng mí, có bề dày là 6 mm nên góc chuyển
động c a mỏ hàn là 70º và c a que hànlà 20º so với mặt phẳng c a vật hàn.
3.3 Các ph ng án th c hi n
Dựa vào kết quả nghiên c u lý thuyết ch ơng 2, ta đ a ra các ph ơng án thực hiện mối ghép thanh đ ng và thanh nhôm dẫn điện. Cụ thể nh sau (xem hình
3.6):
Hình 3.6 Vị trí mẫu hàn nhôm và đ ng
65
Hàn nhôm với đồng bằng cách gia nhiệt cho vật hàn đồng trước khi thực hiện hàn
Vật hàn nhôm dễ oxit hóa trong không khí nên tr ớc khi hàn tác giả thực hiện làm sạch lớp oxit hóa trên bề mặt vật hàn nhôm, bao g m các ph ơng pháp
sau:
- Cách 1: Cho vật hàn nhôm oxit hóa trong các axit photphoric hoặc cũng có
thể tẩm thực trong dung dịch xút (10-15)% (60-70) oC trong 1-2 phút. Sau đó rửa sạch bằng n ớc lạnh.
- Cách 2: Tr ớc khi cho vật hàn nhôm oxit hóa trong axit photphoric, ta tiến
hành ngâm vật hàn nhôm vào dung dịch zincat có thành phần sau: (25-30) g/l ZnO,
xút ăn da (120-140) g/l nhiệt độ (15-25) oC trong (30-40) giây và lắc liên tục. Rửa
sạch bằng n ớc lạnh r i tẩm thực trong dung dịch (10-20)% HNO3 trong (10-20)
giây. Sau đó rửa bằng n ớc lạnh, cho vào dung dịch zincat trên và lắc liên tục trong khoảng (8-10) giây r i rửa sạch bằng n ớc lạnh.
Sau khi tiến hành làm sạch lớp oxit hóa trên bề bặt vật hàn nhôm, ta thực hiện ph ơng pháp hàn nh sau:
Do vật liệu đ ng và vật liệu nhôm là hai vật liệu có nhiệt độ nóng chảy khác nhau (nhiệt độ nóng chảy c a đ ng gần bằng hai lần nhiệt độ nóng chảy c a nhôm). Tr ớc khi thực hiện hàn, ta cho ngọn lửa hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn đ ng tr ớc cho đến khi thấy có hiện t ợng vật đ ng mềm ra (khoảng 700-800) oC. Đ ng th i lúc nay ta cũng cho ngọn lửa hàn tiếp xúc tr ớc một phần vật hàn nhôm để tích nhiệt. Sau đó, ta cho vật hàn nhôm tiến sát lại gần vật hàn đ ng và cho ngọn lửa hàn tiếp xúc trực tiếp vật hàn nhôm, đ ng để tiến hành hàn.
K t quả:
Khi thực hiện hàn (hình 3.7a), tuy đư gia nhiệt cho vật hàn đ ng đến trang thái mềm ra tr ớc ta thấy t ch c nền c a vật hàn nhôm cũng bị chảy dẽo mà lớp oxit hóa nhôm bên ngoài không chảy (do nhiệt độ nóng chảy c a lớp oxit nhôm
Al2O3 là 2050 oC) gây nên vật hàn nhôm có hiện t ợng biến dạng (xem hình 3.7b),
66
(a) (b)
Hình 3.7 Vật hàn nhôm bị biến dạng
3.3.2 Ph ng án 2:
Hàn nhôm với đồng sau khi đã mạ lên vật hàn nhôm một lớp đồng mỏng
Căn c vào kết quả hàn ph ơng án 1, ta thấy không thể tiến hành hàn nhôm với đ ng do nhiệt độ hàn làm cho t ch c nền c a vật hàn nhôm bị chảy dẽo và lớp oxit hóa bên bề mặt vật hàn nhôm ph ng lên tr ớc khi hòa tan với vật hàn đ ng. Từ đó, tác giả đ a ra ph ơng án là tiến hành mạ lên vật hàn nhôm một lớp đ ng mỏng để đ a về dạng hàn đ ng chất (lớp đ ng mỏng sẽ làm cho vật hàn nhôm tản nhiệt nhanh hơn). Ph ơng pháp mạ đ ng lên vật hàn nhôm đ ợc tiến hành nh sau:
- Tr ớc khi tiến hành mạ một lớp đ ng lên vật hàn nhôm ta cũng tiến hành làm sạch lớp oxit hóa trên bề mặt c a vật hàn nhôm nh sau: ta tiến hành ngâm vật hàn nhôm vào dung dịch zincat thành phần sau: (25- 30) ZnO (g/l), xút ăn da (120-140)
g/l nhiệt độ (15-25) oC trong (30-40) giây và lắc liên tục. Rửa sạch bằng n ớc lạnh r i ngâm vật hàn nhôm vào axit photphoric. Sau đó rửa bằng n ớc lạnh r i tẩm thực trong dung dịch (10-20)% HNO3 trong (10-20) giây. Sau khi rửa bằng n ớc lạnh cho vào dung dịch zincat trên và lắc liên tục trong khoảng (8-10) giây. Sau
đó rửa sạch bằng n ớc lạnh r i mạ đ ng trong dung dịch xianua có thành phần nh sau (bảng 3.3):
67 Bảng 3.3 Thành phần và tỷ lệ dung dịch xianua để mạ đ ng Thành phần Đ ng xianua CuCN, g/l Natri xianua NaCN, g/l Natri Cacbonat Na2CO3, g/l Nhiệt độ, o C Mật độ dòng, A/dm2 pH dung dịch SA:SK Anot Điện áp (V) Tỉ l 22,5 33,8 15 32-43 1,1-1,6 > 13 2:1 Cu 6
- Sau khi tiến hành mạ lên vật hàn nhôm một lớp đ ng mỏng (hình 3.8), ta
tiến hành thực hiện hàn nhôm với đ ng nh ph ơng án 1.
Hình 3.8 Vật hàn nhôm đư đ ợc mạ một lớp đ ng mỏng
K t quả:
Vẫn lặp lại hiện t ợng t ch c nền c a vật hàn nhôm bị chảy dẽo mà lớp oxit hóa nhôm bên ngoài không chảy gây nên vật hàn nhôm có hiện t ợng biến dạng, đ ng th i t ch c nền c a vật hàn nhôm không hòa tan vào vật hàn đ ng
(xem hình 3.9)
68
3.3.3 Ph ng án 3:
Căn c vào kết quả thực hiện ph ơng án 1 và ph ơng án 2, tác giả đ a ra kết luận sau: Do vật hàn nhôm dễ bị oxit hóa khi tiếp xúc với ngu n nhiệt hàn (Khí
O2-C2H2) nên khi tiến hành hàn sẽ gây ra hiện t ợng t ch c nền c a kim loại vật hàn nhôm bị chảy dẽo dẽo mà lớp oxit hóa nhôm bên ngoài không chảy. Từ đó, tác giả đ a ra ph ơng án là: Vẫn sử dụng ph ơng pháp hàn vẩy để thực hiện hàn thanh nhôm và thanh đ ng với nhau nh ng chế độ hàn đây là hàn TIG (Sử dụng bảo vệ
là khí Argon) với kim loại hànlà que hàn bạc. Các b ớc tiến hành hàn nh sau:
- Đầu tiên, tác giả đắp lên bề mặt vật hàn đ ng một lớp mỏng hỗn hợp Ag-
Cu (que hàn bạc);
- Sau khi đư đắp lên vật hàn đ ng một lớp mỏng hỗn hợp Ag-Cu, ta dùng bàn
chải có sợi thép không gỉ để làm sạch lớp oxit trên đ ng và bắt đầu thực hiện hàn thanh nhôm và thanh đ ng với nhau bằng công nghệ hàn vẩy chế độ hàn TIG, sử dụng kim loại hànlà que hàn bạc.
69
3.4 Thí nghi m ki m tra m u hàn 3.4.1 Ki m tra đi n tr m u hàn:
Mục đính đề tài đây là sử dụng ph ơng pháp hàn vẩy để hàn thanh nhôm
và thanh đ ng với nhau, từ đó áp dụng vào việc thay thế những thanh đ ng bằng
những thanh nhôm mà tiếp điểm vẫn là những thanh đ ng để làm thanh dẫn điện
trong những thiết bị điện nh máy biến thế. Vì thế, sau khi thực hiện mối hàn, nhiệm vụ kiểm tra điện tr truyền qua vùng hàn c a hai thanh nhôm và thanh đ ng
là nhiệm vụ bắt buộc, từ đó ta tính toán đ ợc l ợng nhiệt l ợng tỏa ra và th i gian hoạt động c a mối hàn.
a) Qui cách m u thử:
Bảng 3.4 Qui cách mẫu thử
Stt Tên m u Chi u dƠi l, mm
Chi u r ng S, mm
Chi u dày h, mm
1 Mẫu nhôm Al (Mẫu 1) 37 60 5
2 Mẫu đ ng Cu (Mẫu 2) 62 60 5
3 Mẫu nhôm nhiều, đ ng ít (Mẫu 3) 92 28 5
4 Mẫu nhôm, đ ng nh nhau (Mẫu 4) 58 59 5
5 Mẫu nhôm ít, đ ng nhiều (Mẫu 5) 86 59 5
b) K t quả thử nghi m vƠ tính toán:
Từ các công th c tính nhiệt l ợng đư đ a ra mục 2.8.2, với các điều kiện thử nghiệm sau, đư cho ta có kết quả nh Bảng 3.5
C ng độ dòng điện I = 4A;
Nhiệt dung riêng: c (Al) = 910 J/kg.K; c (Cu) = 390 J/kg.K;
Nhiệt độ nóng chảy: tnc (oC) = 660 => tnc an toàn (oC) = 660/1,5 = 400;
70
Bảng 3.5 Kết quả kiểm tra điện tr , tính toán nhiệt l ợng và tu i thọ Al, Cu và mối
hàn Al - Cu Stt M u Khối l ợng (kg) Đi n tr R (mΩ)
Nhi t l ợng Q (J) Th i gian t (ngƠy) 400 oC 660 oC 400 oC 660 oC 1 Mẫu 1 0,020 0,0152 6916 11648 1371 2308 0,0180 1158 1950 2 Mẫu 2 0,125 0,0147 18525 31200 3796 6395 0,0099 5642 9500 3 Mẫu 3 0,055 0,0265 13585 22880 1542 2600 4 Mẫu 4 0,095 0,0194 23465 39520 3646 6138 5 Mẫu 5 0,175 0,0132 43225 72800 9871 16625
ng dụng vào thực tế, đối với các thanh sử dụng trong máy biến thế ta đ a ra 02 tr ng hợp sau để thấy hiệu quả sử dụng c a mẫu hàn: Áp dụng thực tế số liệu c a các mẫu hàn trên (Mẫu hàn 3, mẫu hàn 4 và mẫu hàn 5):
Trường hợp 1:
Ta cho dữ liệu ban đầu: Dòng điện qua các mẫu hàn có c ng độ I = 3000 A làm việc nhiệt độ t2 = 500oC là nhiệt độ đó vật liệu nhôm (Al) ch a chảy, từ công th c 2.1 và 2.2 ta có kết quảBảng 3.6
Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra th i gian làm việc c a mẫu hàn khi cho dòng điện có c ng độ I = 3000 A chạy qua nhiệt độ t2 = 500oC
Stt Tên m u Th i gian lƠm vi c của m u hƠn, phút
1 Mẫu 3 7
2 Mẫu 4 16,5
71
Trường hợp2:
Ta cho dữ liệu ban đầu: Th i gian làm việc c a mẫu hàn trong 30 phút làm
việc nhiệt độ t2 = 500oC là nhiệt độ đó vật liệu nhôm (Al) ch a chảy, từ công th c 2.1 và 2.2 ta có kết quảBảng 3.7
Bảng 3.7 Kết quả kiểm tra c ng độ dòng điện qua mẫu hàn khi làm việc trong 30 phút nhiệt độ t2 = 500oC
Stt Tên m u C ngđ dòng đi n qua m u hƠn, A
1 Mẫu 3 1448 2 Mẫu 4 2225 3 Mẫu 5 3661 (a) (b) (c) (d)
72 (e) (g) (h) Hình 3.11 Hình ảnh các mẫu thửđiện tr a) Mẫu Al vị trí 1; b) Mẫu Al vị trí 2 c) Mẫu Cu vị trí 1; d) Mẫu Cu vị trí 2
e) Mẫu1 (Al nhiều, Cu ít); g) Mẫu 2 (Al, Cu nh nhau)
h) Mẫu 3 (Al ít, Cu nhiều)
3.4.2 Ki m tra đ b n kéo vƠ đ ngấum u hàn:
Ngoài việc kiểm tra điện tr truyền qua mẫu hàn đ ợc nối ghép giữa thanh
nhôm và thanh đ ng bằng ph ơng pháp hàn vẩy, tác giả cũng thực hiện thêm việc
kiểm tra độ bền kéo và độ ngấucho mẫu hàn.
3.4.2.1 Ki m tra đ ngấu mối hƠn: a) Thi t bị vƠ thông số ki m tra:
- Thiết bị: Máy chụp X-ray Công nghiệp RF-250OFMG 2 – Phòng chụp X-
ray c a Trung tâm ng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ tỉnh Đ ng Nai (Hình
73
Hình 3.12 Máy chụp X-ray Công nghiệp RF-250OFMG 2
- Thông số: Do chiều dày mẫu hàn là 5mm nên ta áp dụng các thông số sau: + Hiệu điện thế đầu vào: 190 - 240 V.
+ Hiệu điện thế đầu ra: 110 kV.
+ Th i gian chụp: 15 giây.
b) K t quả:
Hình 3.13 Hình ảnh mẫu hàn đ ợc chụp bằng tia X