2.3.1 Bộ thông số chế độ hàn cho quá trình đắp plasma bột
Quan phân tích các công trình nghiên cứu của các tác giả về công nghệ hàn plasma bột ta đƣa ra đƣợc bộ thông số chế độ công nghệ hàn nhƣ sau.
Bảng 2.14: Bộ thông số chế độ hàn plasma bột
Thông số chế độ hàn Khoảng giá trị sử dụng
Dòng điện hàn 50 – 300 A Dòng điện mồi 20 – 100 A Điện áp hàn 20 – 60 V Vận tốc hàn 5 – 20 cm/phút Tốc độ cấp bột 20 – 50 g/phút Tần số dao động mỏ hàn 1,0 – 3,0 Hz Lƣu lƣợng khí bảo vệ 8,0 – 15 lít/phút Lƣu lƣợng khí mang bột 3,0 – 5,0 lít/phút Lƣu lƣợng khí tạo plasma 0,5 – 5,0 lít/phút
Đây là các thông số chính của chế độ hàn, các thông số này có ảnh hƣởng trƣợc tiếp đến sự hình thành mối hàn, đến năng suất và chất lƣợng quá trình hàn. Ngoài ra còn có các thông số phụ nhƣ góc nghiêng mỏ hàn, tầm với điện cực,… . Các thông số này sẽ đƣợc chọn theo chỉ dẫn, theo kinh nghiệm và cố định trong quá trình hàn.
2.3.2. Ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng lớp đắp.
- Cường độ dòng điện hàn
Cƣờng độ dòng điện hàn có ảnh hƣởng trực tiếp đến chiều sâu nóng chảy của liên kết hàn, đến khả năng nóng chảy của bột do đó có ảnh hƣởng đến sự hình thành mối hàn.
Hình 2.15. Ảnh hƣởng của dòng điện hàn đến sự hình thành mối hàn
Trên hình 2.15 chỉ ra rằng khi tăng dòng điện hàn chiều sâu ngấu tăng khá nhanh, chiều rộng mối hàn (W) tăng ít hơn, sự hòa trộn của kim loại cơ bản vào kim loại mối hàn (D) cũng tăng nhanh [1].
- Tốc độ hàn
Hình 2.16. Ảnh hƣởng của tốc độ hàn đến sự hình thành mối hàn
Trên hình 2.16 chỉ ra rằng khi vận tốc hàn tăng thì chiều rộng mối hàn, chiều sâu ngấu và sự tham gia của kim loại cơ bản giảm [1].
- Tốc độ cấp bột
Hình 2.17. Ảnh hƣởng của tốc độ cấp bột
Khi tăng tốc độ cấp bột (lƣu lƣợng bột) chiều sâu ngấu giảm, chiều rộng mối hàn tăng nhẹ, sự hòa trộn của kim loại cơ bản giảm mạnh (hình 2.17).
- Biên độ dao động đầu hàn
Hình 2.18. Ảnh hƣởng của biên độ dao động đầu hàn
Khi biên độ dao động đầu hàn tăng chiều rộng mối hàn và sự tham gia của kim loại cơ bản tăng, chiều sâu ngấu giảm (Hình 2.18).
- Lưu lượng khí tạo plasma
Lƣu lƣợng của khí tạo plasma có ảnh hƣởng đến sự chảy rối và sinh ra rỗ khí và lẫn oxit vào trong lớp kim loại đắp. Hồ quang plasma với lƣu lƣợng khí lớn tác động mạnh vào bể kim loại nóng chảy, do đó lớp đắp có thể mỏng hơn tại tâm của đƣờng hàn. Chính vì vậy, lƣu lƣợng khí plasma thƣờng chỉ trong khoảng từ 0,5-5 lít/phút.
- Tầm với điện cực
Khi hàn Plasma bột, kích thƣớc cột hồ quang không đổi mặc dù tầm với điện cực lớn và khả năng xuyên sâu của hồ quang rất tốt. Tầm với điện cực thƣờng nằm trong dải từ 8-20mm, phụ thuộc vào các thông số chế độ hàn khác và tùy từng ứng dụng cụ thể. Khoảng cách này có thể lớn hơn nếu dòng điện hàn nhỏ và chiều dày của lớp đắp nhỏ.
-Cỡ bột hàn
Kích thƣớc của bột kim loại (hợp kim) có ảnh hƣởng đến chất lƣợng kim loại đắp. Về cơ bản, chiều sâu ngấu sẽ tăng lên khi kích thƣớc của hạt bột hàn tăng. Khi hàn đắp bằng hạt to, hồ quang plasma làm nóng chảy vật liệu cơ bản nhiều hơn so với khi dùng hạt mịn, vì vậy hiệu suất sử dụng vật liệu lớn hơn khi sử dụng hạt mịn.
Phƣơng pháp hàn Plasma bột sử dụng dải kích thƣớc hạt từ 53-250µm.
- Lưu lượng khí bảo vệ, khí mang bột
Tăng lƣu lƣợng khí bảo vệ sẽ làm tăng sự làm nguội bể kim loại và kim loại cơ bản. Lƣu lƣợng khí bảo vệ thƣờng nằm trong khoảng 8 – 15 lít/phút. Nếu lớn hơn 15 lít/phút thì tầm với điện cực cũng phải tăng lên [30]. Lƣu lƣợng khí bảo vệ thƣờng giữ không đổi trong suốt quá trình hàn, vì vậy nó ảnh hƣởng không đáng kể lên chiều sâu ngấu của lớp đắp.
Lƣu lƣợng khí mang bột thì không có ảnh hƣởng đáng kể tới độ khuếch tán kim loại. Khí mang bột thƣờng làm nguội hồ quang plasma rất ít, cái mà có thể làm tăng sự hòa tan.
Lƣu lƣợng khí mang bột phụ thuộc vào hệ số đắp của kim loại. Khi lƣu lƣợng tăng lên đến một giá trị giới hạn nhất định nào đó, khí bảo vệ sẽ chảy rối và
Dải giá trị lƣu lƣợng khí mang bột phù hợp là từ 3 – 5 lít/phút, nó phụ thuộc vào kích cỡ và trọng lƣợng riêng của bột hàn.
2.3.3. Lựa chọn thông số chế độ hàn
Nhƣ đã phân tích ở chƣơng 2, phƣơng pháp hàn plasma bột có ƣu điểm khác biệt là sự tham gia của kim loại cơ bản vào kim loại mối hàn nhỏ. Trên hình 2.19 thể hiện các kích thƣớc của mối hàn đắp và tỷ lệ tham gia của kim loại cơ bản vào kim loại mối hàn. Khi hàn đắp phục hồi khuôn dập nói chung ngƣời ta mong muốn chiều rộng mối hàn lớn, chiều cao phần lồi (R) ở mức phù hợp.
Hình 2.19. Hình dạng mối hàn đắp
Do hàn plasma bột là phƣơng pháp hàn mới nên chƣa có tài liệu hƣớng dẫn nào về tính toán chế độ hàn. Các tài liệu hƣớng dẫn tính toán hiện có không áp dụng đƣợc cho phƣơng pháp hàn này vì vật liệu hàn là bột, khác với dây hàn ở khả năng nóng chảy và hiệu suất dịch chuyển vào vũng hàn. Đây là vấn đề khó, do vậy tác giả tiến hành lựa chọn các thông số chế độ hàn dựa vào tài liệu từ nƣớc ngoài [1]. Các thông số đƣợc đƣa ra trên bảng 3.2. Trong quá trình hàn, tùy thuộc vào biên dạng mối hàn mà ngƣời thợ hàn phải có những điều chỉnh nhất định phù hợp nhằm đảm bảo chiều cao phần lồi mối hàn đồng đều.
Bảng 2.15. Bảng thông số chế độ hàn plasma bột phục hồi khuôn dập
Thông số Đơn vị đo Giá trị
Dòng điện hàn A 130-160
Vận tốc hàn mm/phút 90-110
Biên độ dao động đầu hàn mm 8-15
Tốc độ cấp bột g/phút 38-42
Lƣu lƣợng khí bảo vệ Lít/phút 15
Lƣu lƣợng khí tạo plasma Lít/phút 3
Lƣu lƣợng khí mang bột Lít/phút 4
Tầm với điện cực mm 15
2.4. Quy trình hàn đắp khuôn dập bằng công nghệ hàn Plasma bột.
WPS ID No.
X X
hoặc
Số nhận dạng
Tên đơn vị Lần sửa đổi Ngày Bởi
Loại quá trình hàn Ngƣời duyệt Ngày
Biên bản PQR đi kèm số Hàn - Tay X Bán tự động
Máy Tự động
LIÊN KẾT HÀN TƢ THẾ HÀN
Loại Hàn một phía X Hàn cả hai phía Mối hàn giáp mối Mối hàn góc
Lót đáy: Có Không X Hƣớng hàn đứng: Dƣới lên _ Trên xuống _
Vật liệu lót đáy
Khe đáy Mặt đáy ĐẶC TRƢNG ĐIỆN
Góc rãnh hàn Bán kính (J-U) Dạng dịch chuyển (PTA) Ngắn mạch _ Giọt lớn
Khoét đáy: Có Không X Tia dọc trục Xung
Phƣơng pháp khoét đáy Dòng: Xoay chiều Cực thuận X Cực nghịch
Loại dòng khác
KIM LOẠI CƠ BẢN Điện cực vonfram (PTA):
Tiêu chuẩn vật liệu Cỡ Loại
Mác hoặc cấp
Chiều dày: Giáp mối Góc KỸ THUẬT HÀN
Đƣờng kính (ống) Hàn thẳng hay dao động ngang
Hàn nhiều lƣợt hay một lƣợt (mỗi bên)
VẬT LIỆU HÀN KIM LOẠI Số lƣợng điện cực
Tiêu chuẩn vật liệu Khẩu độ điện cực:
Phân loại vật liệu Dọc
Ngang
BẢO VỆ Góc nghiêng
Thuốc hàn Khoảng cách Ống tiếp xúc - Vật hàn
Thuốc hàn - Dây hàn loại: Rèn đƣờng hàn
Khí hàn Tỷ lệ Làm sạch giữa các đƣờng hàn
Lƣu lƣợng Cỡ chụp khí
NHIỆT LUYỆN SAU KHI HÀN
NUNG NÓNG SƠ BỘ Nhiệt độ
Nhiệt độ nung nóng, min. Thời gian
Nhiệt độ giữa các lƣợt hàn, min./max.
QUY TRÌNH HÀN
Đƣờng hàn Loại Điện cực Dòng điện hàn
(Lớp hàn) quá Loại Đƣờng Loại dòng Ampe/Tốc Vôn Tốc độ hàn Vẽ phác liên kết
trình kính & Cực hàn độ cấp dây
1 PTA Wolfram 2.4mm
mm/phút 90-110 Cực thuận
BẢN THÔNG SỐ QUY TRÌNH HÀN (WPS) PHÊ CHUẨN SƠ BỘ PHÊ CHUẨN BẰNG KIỂM TRA
HÀN ĐẮP KHUÔN DẬP BẰNG PLASMA BỘT
BỘ MÔN HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI. Phòng 306, Nhà C1. Số 1, đƣờng Đại Cồ Việt, Hà Nội
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Telepho ne (84-4) 869-2204 Fax (84-4)-868-0585;
Email: bmhan@mail.hust.edu.vn
We bs it e : ht t p:/ / www.hus t .e du.v n
BIÊN BẢN PHÊ CHUẨN QUY TRÌNH HÀN (PQR)
PTA - 01
Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN 0 20/9/2013 Q.N.Hƣng
-
PTA PGS.TS Bùi Văn Hạnh 21/9/2013
Phê chuẩn sơ bộ
- Đắp 1G 0 Powder alloy 16606 JIS 2.4mm Wonfram SKD11 150 0 mm - Hàn thẳng 1 1 30 0 15 mm Eutroloy 16606 Không - 20-60v Ar 99.80% Không 15l/p - 150-200 130A - 160A
2.5. Kết luận chƣơng 2:
Trong chƣơng 2, tác giả đã giải quyết đƣợc những nội dung chính nhƣ sau: - Phân tích và lựa chọn hệ thống máy hàn Plasma bột để nghiên cứu.
- Phân tích cấu tạo, đặc điểm của các bộ phận chính trong hệ thống máy hàn PTA tại ĐH Bách Khoa Hà Nội.
- Nêu đƣợc kích thƣớc và chuẩn bị mẫu hàn.
- Phân tích, lựa chọn đƣợc thành phần bột và loại bột sử dụng. - Nghiên cứu, tìm hiểu loại khí đƣợc sử dụng.
CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT. 3.1. Tổng quan về sử lý nhiệt sau khi hàn.
- Nhiệt luyện kim loại là công nghệ xử lý nhiệt bằng cách nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó làm thay đổi tính chất của kim loại hay hợp kim theo ý muốn đã chọn trƣớc.
- Tác dụng của nhiệt luyện đối với thép.
Tăng độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn của thép. Cải thiện tính công nghệ.
Mặt khác nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí là khâu trung gian quan trọng để thực hiện các công đoạn gia công.
3.1.1.Các yếu tố đặc trƣng cho quá trình nhiệt luyện.
Mỗi quá trình nhiệt luyện đƣợc đặc trƣng bằng 3 yếu tố quan trọng nhất.
Hình 3.1. Sơ đồ quá trình nhiệt luyện đơn giản
- Nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất mà quá trình nhiệt luyện phải đạt tới. - Thời gian giữ nhiệt là thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ nung.
3.1.2.Các chuyển biến pha trong thép khi nung nóng và làm nguội.
Từ giản đồ Fe-C ta biết rằng khi nung thép đến nhiệt độ cao hơn đƣờng GSE (A3,Acm): đối với thép trƣớc cùng tích sẽ có chuyển biến F + P γ; Đối với thép cùng tích có chuyển biến P γ; thép sau cùng tích chuyển biến P+XêIIγ
*Chuyển biến P A (Peclit Austenit):
- Chuyển biến P thành A là chuyển biến khuếch tán: C khuếch tán từ vùng có nồng độ cao (Xê) sang vùng có nồng độ thấp (F).
- Quá trình khuếch tán này cần phải có một khoảng thời gian nhất định.
Hình 3.2. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của peclit thành Austenit của thép cùng tích và véc tơ biểu thị vận tốc nung V2>V1
Nhƣ đã thấy rõ từ giản đồ Fe-C, chuyển biến này xảy ra ở nhiệt độ từ ở đƣờng A1 (7270C), song điều này chỉ đúng khi nung nóng với tốc độ vô cùng chậm (Là điều kiện xây dựng giản đồ pha), nên khi nung nóng thực tế nhiệt độ chuyển biến luôn luôn cao hơn A1. Tốc độ nung càng lớn, nhiệt độ bắt đầu chuyển biến
- Các chuyển biến xáy ra khi giữ nhiệt.
Sau khi nung nóng là giai đoạn giữ nhiệt, mục đích giữ nhiệt để:
- Làm đồng đều nhiệt độ trên mọi tiết vật nung để lõi cũng có chuyển biến nhƣ bề mặt.
- Có đủ thời gian để hoàn thành chuyển biến khi nung nóng. - Làm đồng đều thành phần hóa học của austenit.
- Thời gian giữ nhiệt chỉ cần vừa dủ để tránh hạt lớn.
- Các chuyển biến của austenit khi làm nguội.
Thực tế thƣờng nguội liên tục, có thể dùng giản dồ phân hủy đẳng nhiệt với các vectơ nguội khác nhau để xét.
Hình 3.3. Giản đồ chuyển biến austenit của thép cùng tích và các vectơ biểu diễn tốc độ nguội .
Với Vng khác nhau, austenit bị phân hóa thành các tổ chức ở các nhiệt độ tƣơng ứng: làm nguội chậm cùng lò ( V1), nó cắt các đƣờng cong “ C ” ở sát A1 , đƣợc tổ chức peclit tấm Ptấm ; nguội trong không khí tĩnh (V2 ), nó cắt đƣờng cong “C” ở phần giữa nhánh trên, đƣợc tổ chức xocbit X; làm nguội trong không khí nén ( V3), đƣợc tổ chức trustit T; làm nguội trong dầu (V4), nó chỉ cắt phần lồi của “C”
thứ nhất và chuyển biến một phần thành T, phần còn lại chuyển thành mactenxit (M); làm nguội trong nƣớc lạnh (V5), nó không cắt đƣờng cong “C”, chuyển thành M cứng (62HRC).
Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hòa của cacbon trong Feα với nồng độ cacbon nhƣ của austenit khi chuyển biến, có mạng chính phƣơng tâm khối và có độ cứng cao.
Khi nguội nhanh, cacbon trong austenit không kịp tiến ra, khi đạt nhiệt độ khá thấp xảy ra chuyển mạng của Feγ → Feα với nồng độ cacbon nhƣ nhau.
- Cơ tính của mactenit
Mactenit là tổ chức quan trọng nhất khi tôi thép, nó quyết định cơ tính của thép tôi. Cơ tính nổi bật là cứng và giòn.
- Chuyển biến khi nung thép đã tôi (khi ram)
- Tính không ổn định của mactenxit và austenit dư.
Sau tôi thép có tổ chức là mactenxit + một lƣợng nhất định austenit dƣ + ứng suất, có độ cứng cao nhƣng rất giòn, tổ chức không ổn định nên phải ram.
Mactenxit không ổn định là do quá bão hòa cacbon, lƣợng cacbon thừa tiết ra ở dạng xementit: Feα (C) → Fe3C + Feα
Còn austenit không thể tồn tại ổn định dƣới 7270 C nên chuyển thành [ F+ Xe]: Feγ (C) → Fe3C + Feα
- Các chuyển biến xảy ra khi ram.
Theo sự tăng nhiệt độ nung, thép đã tôi sẽ có các chuyển biến sau: Giai đoạn I(t0
<2000C)
- t0 < 800 C trong thép tôi chƣa có chuyển biến gì.
- Từ 80 ÷ 2000C : Adƣ chƣa chuyển biến còn mactenxit tiết bớt cacbon ở dạng cacbit Ɛ(FexC) liên kết cùng mạng với mactenxit. Do tiết ra Ɛ mà mactenxit ram (Ɛ + M nghèo cacbon). Mactenxit ram có ứng suất bên trong nhỏ hơn, độ cứng không giảm mấy so với mactenxit tôi, ít giòn hơn.
- Cacbon vẫn tiếp tục tiết ra khỏi mactenxit, hàn lƣợng cacbon trong dung dịch rắn giảm ( còn 0,15 ÷ 0,20%).
Sau giai đoạn II tổ chức là Mram gồm cacbit Ɛ và mactenxit nghèo cacbon. Giai đoạn III(260÷4000
C)
- Trong giai đoạn này tất cả cacbon tiết ra khỏi mactenxit dƣới dạng cacbit. - Cuối giai đoạn này, tổ chức là hỗn hợp F+Xe ở dạng hạt rất nhỏ mịn và phân tán gọi là trustit ram.
Giai đoạn IV(t0 ˃4000C)
- Khi nung tới t0 ˃4000C, Fe3C kết tụ thành hạt lớn hơn nên độ cứng, độ bền giảm, độ dẻo tăng.
- Ở 500÷6500C đƣợc hỗn hợp F + Xe hạt nhỏ mịn và khá phân tán đƣợc gọi là xoocbit ram có cơ tính tổng hợp cao.
Nói chung các nguyên tố hợp kim hòa tan trong mactenxit đều cản trở sự phân hóa của pha này khi ram hay nói cụ thể hơn là làm tăng các nhiệt độ chuyển biến khi ram. Sở dĩ nhƣ vậy là vì các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuếch tán của cacbon. Nhờ vậy dẫn đến các hiệu ứng sau:
- Nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng, tính cứng nóng.
- Do khuếch tán khó khăn cacbit tạo thành rất phân tán và nhỏ mịn, làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn, đƣợc gọi là hóa cứng phân tán. Sự tăng độ cứng khi ram thép hợp kim ở nhiệt độ thích hợp làm cho austenit dƣ → mactenxit và cacbit tiết ra ở dạng phân tán, nhỏ mịn đƣợc gọi là độ cứng thứ hai.
- Cùng ram hay cùng làm việc ở một nhiệt độ, thép hợp kim bao giờ cũng có