8. Nội dung nghiờn cứ u:
1.2. Phương phỏp hàn MIG/MAG
1.2.1. Đặc điểm
Hỡnh 1.8. Sơ đồ nguyờn lý hàn MIG/MAG
Phương phỏp này cú tờn gọi là hàn hồ quang kim loại trong mụi trường khớ bảo vệ. Hoặc tờn thụng dụng là hàn dõy, hàn CO2. Tờn gọi quốc tế là
GMAW (Gas Metal Arc Welding).
MIG (Metalinert gas):khớ "trơ"sửdụngkhihànthộphợp kim và kimloạimàu.
MAG (Metal active gas): khớ hoạthúakhi hànthộpthường,thộphợpkimthấp.
Khớ trơ : Chủ yếu là Argonhoặc Hộlium(khớ dựng pha trộnthờm).
Dây hàn
Hồ quang
Kim loại cơ bản
Bép hàn
Thuốc hàn Bể hàn Xỉ hàn
Trang 21
Khớ hoạt húa : Thườnglà(CO2) ,hoặc Argon cú trộn thờmOxy (O2) , đụikhiHydro (H2).
Khớ hoạt húa là khớ CO2 hoặc khớ trộn cú chỉ số oxy húa lớn hơn 2 . Ba bộ phận kiểm soỏt quỏ trỡnh hàn
- Sỳng hàn và cỏp hàn:
- Thiết bị cấp dõy
- Nguồn điện hàn
GMAW cú thể được thực hiện bỏn tự động hoặc tự động. Ngày nay, chỳng được sử dụng rộng rĩi cho cỏc cụng việc hàn nhờ vào ưu điểm:
− Năng suất cao − Giỏ thành thấp
− Năng lượng hàn thấp, ớt biến dạng nhiệt − Hàn được hầu hết cỏc kim loại
− Dễ tự động húa
Hỡnh 1.9. Sơ đồ nguyờn lý thiết bị hàn MIG/MAG 1.2.2. SựchuyểndịchkimloạitrongquỏtrỡnhhànMIG-MAG
Chuyển dịch dạng ngắn mạch (Short Circuiting Transfer) :
Hỡnh 1.10. Nguyờn lý chuyển dịch dạng ngắn mạch Nguồn hàn DC
Nối đất Cáp điều khiển dịng điện
Cáp mát Vật liệu cơ bản Chai khí - CO2 (MAG)
Ar hoặc He,...(MIG)
Bộ cấp dây Bộ điều khiển Cáp dẫn
Súng hàn Cáp hàn
Cường độ trung b Bề dày chi ti
Trong kiểu chuyển dịch n hàn và điện ỏp hồ quang t kỳ ngắn mạch li
nguồn điện hàn đúng vai tr lượng hàn thấp, n
Đặc điểm này c dễ dàng hơn, đ
Túm lại chuyển dịch ngắn mạch thớch hợp cho cỏc ứng dụng sau : − Áp dụng khi h
− Áp dụng khi h − Đầu contact tube đ hàn lớp ngấu
− Độ nhỳ điện cực (ESO) 5 mm. − Gúc nghi
Hỡnh 1.11. Biểu
Chuyển dịch cầu (Globular Transfer):
Hỡnh
ờng độ trung bỡnh : 50 đến 150 A. ày chi tiết : 0,5 đến 2 mm.
ểu chuyển dịch này năng lượng hàn cú trị số thấp nhất, do d ện ỏp hồ quang tương đối thấp. Sự chuyển dịch diễn ranhờ cỏc chu ỳ ngắn mạch liờn tục giữa điện cực và vũng chảy. Đặc tớnh volt ampe của
àn đúng vai trũ quan trọng cho kiểu chuyển dịch n ấp, nờn độ ngấu cạn cần chỳ ý đặc biệt khi h ày của chuyển dịch ngắn mạch giỳp cho việc h àng hơn, đặc biệt là với ứng dụng trờn kim loại mỏng.
ại chuyển dịch ngắn mạch thớch hợp cho cỏc ứng dụng sau : − Áp dụng khi hàn lớp ngấu .
− Áp dụng khi hàn trờn tụn mỏng. Cần bảo đảm
− Đầu contact tube được nhụ ra khỏi miệng mỏ phun từ 5 đến 10 mm khi
− Độ nhỳ điện cực (ESO) 5 mm.
− Gúc nghiờng mỏ hàn từ 65° đến 70°.
đồ giao động hồ quang cú kiểu chuyển dịch ng ịch cầu (Globular Transfer):
Hỡnh 1.12. Nguyờn lý chuyển dịch cầu
Trang 22 ị số thấp nhất, do dũng ối thấp. Sự chuyển dịch diễn ranhờ cỏc chu ũng chảy. Đặc tớnh volt ampe của ọng cho kiểu chuyển dịch này. Vỡ năng
ặc biệt khi hàn cỏc chi tiết dày. ủa chuyển dịch ngắn mạch giỳp cho việc hàn ở tư thế ngược
ại mỏng.
ại chuyển dịch ngắn mạch thớch hợp cho cỏc ứng dụng sau :
ợc nhụ ra khỏi miệng mỏ phun từ 5 đến 10 mm khi
Trang 23
Cường độ dũng hàn trung bỡnh : 150 đến 300 A. Bề dày chi tiết : 2 đến 6 mm.
Trong kiểu chuyển dịch này, kim loại chuyển dịch từ điện cực sang vũng hàn dưới dạng cỏc giọt cầu cú kớch cở khụng đều và định hướng ngẫunhiờn, kết quả là lượng văng túe tăng lờn đỏng kể. Khi hàn với khớ CO2 thỡ cú thể giảm sự văng túe bằng cỏch hiệu chỉnh thụng số hàn sao cho đầu dõy hàn nhỳng chỡm vào trong vũng chảy và hồ quang chỏy trong lỗ hổng nằm trong vũng chảy. Hồ quang CO2 thường khụng ổn định và khi hàn phỏt rãm thanh như tiếng cành cõy gĩy. Đặc trưng của hồ quang này là đường hàn mấp mụ hơn so với cỏc chuyển dịch khỏc. Bởi vỡ hồ quang bị nhỳngchỡm vào vũng chảy, nờn đường hàn cú độ ngấu rất sõu, hiệu quả làm sạch biờn mối hàn kộm hơn.
Chuyển dịch cầu được ứng dụng trong cỏc trường hợp sau : − Dựng để hàn lớp phủ .
− Hàn tụn cú bề dày lớn . − Hàn ở tư thế phẳng .
Chuyển dịch phun (Axial Spray Transfer) :
Cường độ dũng hàn trung bỡnh > 300 A. Bề dày chi tiết > 6 mm.
Xảy ra khi khớ bảo vệ cú hơn 80% argon. Trong kiểu chuyển dịch này cỏc giọt kim loại cú kớch cỡ bằng hoặc nhỏ hơn đường kớnh dõy điện cực.Cỏc giọt kim loại được định hướng dọc theo trục hồ quang. Hồ quang chỏy ờm và ổn định, kết quả là hàn ớt văng túe hơn, mặt đường hàn phẳng phiu hơn. Năng lượng hồ quang (dạng plasma) trải đều trong vựng khụng gian hỡnh cụn giỳp cho biờn đường hàn trở nờn sạch sẽ song cũng dễ gõy ra cỏc khuyết tật do thiếu chảy cho biờn đường hàn. Độ ngấu trong kiểu chuyển dịch này sõu hơn khi hàn bằng que hàn song lại thấp hơn chuyển dịch cầu cú năng lượng hàn cao hơn.
Được ứng dụng khi hàn phủ hoặc lớp hồn tất - Hàn trờn tụn dày
- Sử dụng khi hàn phẳng
Để đảm bảo cú được chuyển dịch phun - Đầu contact phải nằm trong mỏ phun - Độ nhụ khoảng 20 mm
Trang 24 1.3. Chỉ tiờu cơ tớnh dưới tải trọng động - Độ dai va đập ak
1.3.1. Phương phỏp Charpy:
Phương phỏp kiểm tra độ dai va đập Charpy, là phương phỏp thử đĩ được chuẩn húa giỳp xỏc định năng lượng hấp thụ bởi vật liệu trong quỏ trỡnh gĩy vỡ. Năng lượng hấp thụ này giỳp xỏc định độ dai của vật liệu và là cụng cụ để nghiờn cứu sự chuyển
biến dũn-dẻo theo nhiệt độ. Nú được dựng rộng rĩi trong cụng nghiệp do quy trỡnh
chuẩn bị và thực hiện dễ dàng và cú thể thu được kết quả nhanh và rẻ. Tuy vậy một bất lợi lớn của phương phỏp là cỏc kết quả đều mang tớnh tương đối.
Phương phỏp này được phỏt triển vào năm 1905 bởi nhà khoa học Phỏp Georges Charpy. Vào chiến tranh thế giới thứ hai sự hiểu biết về vấn đề phỏ hủy của vật liệu cú vai trũ rất quan trọng. Ngày nay nú được dựng trong nhiều ngành cụng nghiệp để kiểm tra độ bền của vật liệu xõy dựng và vật liệu chế tạo mỏy.
1.3.1.1. Kớch thước, hỡnh dạng mẫu:
+ Mẫu dạng khớa V:
Hỡnh 1.13 Thụng số kớch thước mẫu Charpy dạng khớa V + Mẫu dạng khớa U:
Hỡnh 1.14. Mẫu Charpy cú dạng khớa U
1.3.1.2. Phương phỏp thực hiện:
Bộ dụng cụ bao gồm một quả bỳa dạng con lắc được kộo lờn một độ cao h rồi cho đập vào mẫu đĩ được khắc rĩnh với kớch thước tiờu chuẩn như hỡnh vẽ. Năng
Trang 25 lượng truyền vào vật liệu cú thể được tớnh toỏn bằng cỏch so sỏnh sự thay đổi độ cao của bỳa trước và sau quỏ trỡnh va đập. Kớch cỡ của mẫu cũng cú thể ảnh hưởng tới kết quả, nú quyết định xem vật liệu cú biến dạng phẳng hay khụng.
Hỡnh 1.15. Sơ đồ mỏy thử độ dai va đập với mẫu Charpy Gọi: - h: độ cao ban đầu của bỳa trước va đập,
- h’: độ cao của bỳa sau va đập, - m: khối lượng của bỳa,
- L: cỏnh tay đũn của bỳa, - α1: gúc của bỳa trước va đập, - α2: gúc của bỳa sau va đập. Ta cú:
- Thế năng trước va đập: ET1 = mgh - Thế năng sau va đập: ET2 = mgh’
Năng lượng mà mẫu đĩ hấp thụ hay năng lượng va đập là:
EHT = ET1 - ET2 = mg(h-h’)
Mà: h = L.(1-cos α1) và h’ = L.(1-cos α2) Hay: EHT = mgL.( cos α2 - cos α1) = Ak = CVN
Trang 26
1.3.2. Phương phỏp Izod
1.3.2.1. Kớch thước, hỡnh dạng mẫu
Hỡnh 1.16 Kớch thước mẫu thử Izod
1.3.2.2. Phương phỏp thực hiện
Mẫu thử được kẹp chặt bằng hai hàm kẹp của mỏy thử, khớa V của mẫu quay về hướng đối diện với bỳa. Bỳa được đưa lờn một độ cao nhất định và thả cho rơi tự do và đập vào mẫu. Nếu mẫu chưa vỡ ta thay bỳa khỏc cú khối lượng lớn hơn đến khi mẫu bị phỏ hủy. Đo chiều cao trước và sau khi va đập ta tớnh được năng lượng mà mẫu đĩ hấp thu để phỏ hủy.
Năng lượng hấp thu để phỏ hủy mẫu thử là tổng năng lượng cần thiết để làm biến dạng mẫu, làm xuất hiện cỏc vết nứt ban đầu và làm lan truyền cỏc vết nứt đú đến khi mẫu bị phỏ hủy hồn tồn.
Trang 27 Hỡnh 1.18 Mỏy thử độ dai va đập mẫu Izod Hỡnh 1.19 Đồ gỏ mẫu thử Izod
1.3.3. Kiểm tra độ dai va đập kiểu “Instrumented Charpy” 1.3.3.1 Giới thiệu
Đối với phương phỏp kiểm tra Charpy thỡ mối quan hệ “tải trọng – thời gian” khụng được xem xột. Phương phỏp kiểm tra này cho phộp xỏc định được mối quan hệ “tải trọng – thời gian” bằng cỏch đặt thờm cỏc thiết bị đo biến dạng mà chi phớ kiểm tra vẫn thấp, mẫu thử nhỏ và thưc hiện dễ dàng.
1.3.3.2 Phương phỏp thực hiện
Trang 28 Thiết bị để tạo va đập là một bỳa được gắn cỏc cảm biến lực để đo sự nộn lại của bỳa trong suốt quỏ trỡnh va chạm với mẫu và dữ liệu được ghi nhận lại một cỏch liờn tục. Bỳa cũng được trang bị một tấm chắn để ảnh hưởng của lực ma sỏt khụng xuất hiện trong dữ liệu đọc về.
Hỡnh 1.21 Mụ hỡnh thử nghiệm của phương phỏp “Instrumented Charpy” Sử dụng định luật II Newton, ta cú gia tốc của khối lượng rơi:
( ) = − ( ) Trong đú: - M: là khối lượng của bỳa rơi,
- g: gia tốc trọng trường.
Tại thời điểm t = 0 là thời điểm bắt đầu sự va đập, do đú: v(t) = V tại t = 0
x(t) = 0 tại t = 0
Tại thời điểm t vận tốc v(t) và vị trớ x(t) của bỳa rơi được xỏc định như sau: ( ) = + ∫ − ( ′) ′
Trang 29 ( ) là sự dịch chuyển của mẫu thử tại thời điểm t. Mỏy tớnh sẽ ghi nhận cỏc thụng số: P(t), M.g – P(t), a(t), v(t) và x(t). Sau đú năng lượng mà mẫu đĩ hấp thu trong quỏ trỡnh va đập được tớnh theo cụng thức:
Γ( ) = ∫ = ∫ ( ′). ( ′) ′
Qua cụng thức trờn ta thấy khi ( ) → 0 hay khi đú mẫu đĩ bị phỏ hủy hồn tồn và năng lượng hấp thụ khụng tăng thờm nữa. Lỳc đú năng lượng hấp thụ Γ( ) đạt đến giỏ trị tối đa hay năng lượng hấp thụ tổng Γ .
Hỡnh 1.22 Năng lượng hấp thụ đối với vật liệu dũn và vật liệu dẻo
Đối với phương phỏp thử này, ngồi dựng để kiểm tra độ dai va đập với mẫu Charpy làm từ thộp hợp kim hay nhụm mà cũn cú thể kiểm tra cỏc mẫu làm từ polyme như polycarbonate, polyethylene, polyvinyl chloride, acrilonitrile-butadiene- styrene (ABS), copolymer và epoxy…
Hỡnh 1.23 Mỏy thử độ dai va đập với mẫu là vật liệu Polyme.
Hỡnh 1.24 Mẫu thử làm bằng vật liệu Polyme
Trang 30 CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM Tờn bài:
Kiểm tra độ dai va đập của mối hàn thộp hợp kim thấp độ bền cao bằng phương phỏp hàn MIG/MAG
2.1. Mục đớch yờu cầu
2.1.1. Kiến thức cần nắm vững
- í nghĩa của độ dai va đập trong đỏnh giỏ cơ tớnh của vật liệu và chất lượng mối hàn.
- Phương phỏp xỏc định độ dai va đập của vật liệu kim loại và của mối ghộp hàn.
- Cấu tạo và phương phỏp vận hành mỏy đo độ dai va đập. - Vị trớ lấy mẫu kiểm tra trờn mối ghộp hàn.
2.1.2. Kỹ năng thực hiện
- Gỏ đặt mẫu kiểm tra trờn mỏy, hiệu chỉnh và vận hành mỏy đo độ dai va đập, ghi nhận kết quả đo.
- Xử lý, phõn tớch bề mặt gĩy của mẫu kiểm tra.
2.2. Cơ sở lý thuyết
Để nghiờn cứu độ dai va đập của vật liệu kim loại, kể cả mối ghộp hàn, cú thể ỏp dụng một trong hai phương phỏp, Charpy và Izod. Trong đú, phương phỏp Izod được sử dụng chủ yếu ở Bắc Mỹ, Charpy được dựng rộng rĩi ở chõu Âu và cỏc nước cũn lại, kể cả Việt Nam. Độ dai va đập được định nghĩa là năng lượng tiờu thụ tối thiểu khi phỏ hủy một đơn vị tiết diện của mẫu thử. Kiểm tra này đặc biệt hữu ớch, do cú thể xỏc định sự giảm tớnh dẻo và độ dai va đập của vật liệu và mối ghộp hàn trong điều kiện lực tỏc dụng thay đổi đột ngột. Ngày nay, độ dai va đập càng trở nờn quan trọng, liờn quan chặt chẽ với tham số độ dai phỏ hủy của vật liệu kim loại, do trong hầu hết cỏc thành phần kết cấu, kể cả mối ghộp hàn, đều chứa vết nứt tế vi, cú khả năng lan truyền nhanh và đi đến phỏ hủy. Độ dai phỏ hủy là một trong cỏc đại lượng quan trọng đỏnh giỏ cơ tớnh và khả năng phỏ hủy của vật liệu, kết cấu, và cỏc mối ghộp.
Trang 31
2.2.1. Phương phỏp kiểm tra độ dai va đập
Kiểm tra này xỏc định khả năng của vật liệu chống lại sự phỏ hủy khi cú rĩnh sắc trờn bề mặt. Cỏc giỏ trị độ dai va đập tối thiểu được quy định trong nhiều tiờu chuẩn, do nhiều vật liệu cú thể bị phỏ hủy dũn, kể cả khi chỳng cú cỏc tớnh chất đạt yờu cầu được xỏc định từ phương phỏp kiểm tra kộo đỳng tõm. Sự phỏ hủy này là đặc biệt nghiờm trọng khi vật liệu cú rĩnh hoặc vết khớa trờn bề mặt. Điều kiện cú vết nứt gồm ứng suất do biến dạng theo cỏc chiều vuụng gúc với ứng suất chớnh, ứng suất đa trục, và ứng suất tập trung. Cỏc giỏ trị năng lượng xỏc định từ sự kiểm tra độ dai va đập được dựng trong kiểm tra chất lượng vật liệu nhằm so sỏnh và dự đoỏn khả năng chịu lực của cỏc vật liệu trong quỏ trỡnh làm việc. Hiện cú nhiều phương phỏp kiểm tra va đập, gồm Charpy – V, Charpy – lỗ, và Izod. Kiểm tra Charpy – V được sử dụng rộng rĩi do dễ kiểm tra mẫu thử với khoảng nhiệt độ tương đối rộng.
Sơ đồ mỏy đo độ dai va đập, mẫu Charpy – V và mẫu Izod được nờu trờn Hỡnh 1. Để thực hiện kiểm tra, mẫu được kẹp chặt trong ngàm kẹp trờn mỏy, với đỏy rĩnh V hướng lờn trờn. Con lắc trọng lượng, dao động trờn ổ lăn, được nõng lờn độ cao tiờu chuẩn, thỏo chốt để con lắc va đập vào mẫu thử theo cựng phớa rĩnh V. Năng lượng va đập, phần được hấp thụ để phỏ hủy mẫu, được kim đo ghi lại trờn thang đo hỡnh cung. Giỏ trị kiểm tra là giỏ trị năng lượng, tinh theo đơn vị Joule (J), trờn một đơn vị tiết diện mẫu kiểm tra, tớnh theo cm2.
Trang 32
2.2.2. Kiểm tra tồn bộ mối hàn
Kim loại tồn bộ mối hàn được hiểu là phần mối hàn khụng bị pha với kim loại nền. Trong kiểm tra này, mẫu được chuẩn bị để cỏc tiết diện chịu kiểm tra phải là kim loại mối hàn khụng pha lẫn kim loại nền.
Quy trỡnh kiểm tra theo tiờu chuẩn ISO 2560-1975 (E)
Bộ mẫu được chuẩn bị, Hỡnh 2, ở dạng mối ghộp đõu mớ giữa hai tấm dày 20 mm với rĩnh V, tấm lút dày 10 mm, và khe ở đỏy rộng 16 mm. Tấm lút được hàn vào bộ mẫu nhằm loại bỏ ảnh hưởng của kim loại nền.
Hỡnh 2.2. Vị trớ lấy mẫu kiểm tra theo ISO 2560.
Mẫu thử va đập là kiểu Charpy – V. Từ bộ mẫu, lấy 6 mẫu để kiểm tra. Trục dọc của chỳng vuụng gúc với đường tõm mối hàn. Rĩnh V ở giữa mối hàn và được cắt trờn bề mặt mẫu thử, vuụng gúc với bề mặt tấm. Kớch thước mẫu