7) Công nghệ Hàn hợp kim nhẹ
1.4.2.3. Hàn giáp mối nóng chảy
Nung nóng khi hàn nóng chảy có thể nung nóng sơ bộ và không có nung nóng sơ bộ. Đặc trƣng của hàn không nung nóng sơ bộ là nhiệt độ giảm nhanh ở vùng xa tâm mối hàn (hình 3.18 , đƣờng B). Điều đỏ đƣợc giải thích rằng khi nung nóng phần lớn kim loại ở mặt đầu bị đẩy ra ngoài và mang nhiệttheo một nhiệt lƣợng lớn. Các phần nguội của phôi hàn dịch chuyển về tâm mối nối : Tốc độ nóng chảy càng cao (độ co trong một đơn vị thời gian), tốc độ dịchchuyển càng lớn lƣợng nhiệt giảmcàng nhanh ở xa tâm mối hàn và građien nhiệt càng lớn. Trƣờng nhiệt độ của quá trình hàn giáp mối đƣợc biểu thị trên hình vẽ.
Nhìn vào đồ thị ta thấy khi hàn nóng chảy, nhiệt độ ở tâm mối nối gần nhiệt độ chảy (với thép các bon 1500 0C). Sự nung nóng khi hàn nóng chảy cũng nhƣ hàn điện trở là kết quả đồng thời của nhiệt sinh ra bên trong vật hàn và chỗ tiếp xúc.
Nhiệt sinh ra bên trong vật hàn sẽ đƣa nhiệt độ của nó lên T10C . Còn lƣợng nhiệt sinh ra ở chỗ tiếp xúc sẽ đƣa nhiệt độ ở đó lên T20C. (hình 3.18). Tuy nhiên T1 lớn hơn T2 một cách đáng kể. Để đảm bảo chất lƣợng mối nối ta phải đƣa nhiệt độ chỗ nối đến nhiệt độ chảy. Khi đó trên đoạn a phải nâng đến nhiệt độ Tct đảm bảo biến dạng dẻo khi ép. Khi ép đoạn a bị co lại một đoạn a1 và còn lại a-a1 (hình3.19). Lƣợng ép a1 phụ thuộc vào vật liệu, tiết diện vật hàn.Trị số a có thể đƣợc xác định nếu biết tỷ số a/a1. Quan hệ giữa a/a1 với áp lực ép P (kG/mm2) đƣợc chỉ ra trên hình khi thí nghiệm với thép các bon thấp. Trên đồ thị cũng chỉ ra quan hệ giữa nhiệt độ chi tiết Tct và áp lực ép . Khi hàn nóng chảy liên tục khó nhận đƣợc vùng vật liệu chi tiết hàn đƣợc đốt nóng mãnh liệt. Bởi vậy khi đoạn a nhỏ sẽ dẫn đến nhiệt độ Tct phụ thuộc vào áp lực chồn sẽ giảm. Đó cũng là lý do mà trong thực tế ngƣời ta chỉ sử dụng phƣơng pháp này với áp lực chồn lớn.
Khi hàn thép cacbon thấp, nhiệt độ Tct không đƣợc vƣợt quá 500 - 6000C. Hàn có nung nóng sơ bộ thƣờng dùng mật độ dòng điện không lớn lắm. Vì vậy nhiệt độ sinh ra trong chi tiết hàn trong trƣờng hợp này có thể bỏ qua. Trong mọi trƣờng hợp cần phải đảm bảo chi tiết hàn ở thời điểm tiếp xúc đạt nhiệt độ gần nhiệt độ chi tiết Tct và luôn phải đảm bảo nhiệt độ đó không đƣợc nhỏ hơn nhiệt độ Tct. Xuất phát từ điều kiện đó nhiệt lƣợng tính toán khi hàn nóng chảy có nung nóng sơ bộ đƣợc xác định qua các bƣớc sau:
1) Xác định nhiệt độ Tctvà nhiệt độ phù hợp với nó T0 = (0,8-l)Tct (3.41) 2) Với thời gian nung nóng đã cho xác định dòng điện cần thiết để nung nóng sơ bộ đến T0.
3) Xác định điện trở tiếp xúc khi hàn nóng chảy ( Tốc độ nóng chảy phù hợp); và tính nhiệt lƣợng sinh ra ở chỗ tiếp xúc trong một giây.
4) Xác định lƣợng nhiệt chuyển vào theo chiều sâu chi tiết và lƣợng nhiệt cần thiết trong 1 đơn 'vị thời gian để làm chảy thép.
5) Xác định tốc độ nóng chảy đảmbảo quá trình liên tục. Dòng điện cần thiết để nung nóng sơ bộ : I0 = = t k 24 , 0 T CF t 3 0 2 (3.42)
Từ công thức (3.42) ta tìm đƣợc công thức tính thời gian t. Công suất nhiệt sinh ra ở chỗ tiếp xúc:
K3 = 0,7 : Tính đến dạng không hình sin của dòng điện.
Công suất nhiệt dẫn vào chiều sâu chi tiết hàn đƣợc tính theo công thức sau : 2. . ct T q x (3.44) T x
- Gradien nhiệt ở chỗ tiếp xúc
- Khi hàn thép không nung nóng sơ bộ :
AxT T
= 4000 0C /cm (3.45)
- Khi hàn thép có nung nóng sơ bộ đến nhiệt độ T0 :
AxT T = 4000. 1500 T 1500 0 /cm (3.46)
Nhiệt làm nóng chảy thép ( nhiệt hữu ích ) qnc :
qnc = qk - qct (3.47)
qnc = VncF(C.(Tch - T0) + m0) (3.48) Trong đó :
Vnc - Tốc độ nóng chảy cm/giây
Tch - Nhiệt độ trung bình sinh ra khi kim loại nóng chảy cục bộ ( hàn thép lấy : 20000C)
T0 - Nhiệt độ nung nóng sơ bộ 0C
m0 - Ấn nhiệt nóng chảy ( với thép : m0 = 65 cal/g).
Ví dụ 6: Cần phải hàn giáp mối nóng chảy ống thép có đường kính ngoài D = 150mm, chiều dày ống 20mm trên máy hàn giáp mối với dòng điện I = 25.000A, diện tích tiết diện ống là 8200mm2. Cho biết tốc độ nóng chảy 1mm/giây.