4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
4.1.2. Các thông số đầu ra
Qua sơ đồ hình 3.19, yêu cầu của lớp hàn đắp và điều kiện thực tế chúng tôi lựa chọn các thông số đầu ra gồm:
1. y1 - Độ cứng
Để đo độ cứng chúng tôi sử dụng máy đo độ cứng ARK 650 (MITUTOYO – Nhật Bản) của Tr−ờng Đại học Bách khoa - Hà Nội.
Chúng tôi tiến hành đo độ cứng của nền (chi tiết mới), độ cứng của lớp hàn đắp ở các chế độ hàn khác nhau để lựa chọn chế độ hàn sao cho độ cứng của lớp hàn đắp gần với độ cứng của chi tiết mới.
Thiết bị kiểm tra của Tr−ờng Đại học Bách khoa-Hà Nội. Để kiểm tra độ bền bám dính của chế độ hàn đ1 chọn và làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo.
Các kiểm tra tiếp theo chủ yếu để so sánh chất l−ợng lớp hàn đắp với nền, đống thời cũng làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo.
3. y3 - Độ ngấu
Thiết bị kiểm tra/Examequip EpochiiiB Model: 2400 (áp dụng tiêu chuẩn Appl code: DANIELI 2.8.112). 4. y4 - Tính chống mài mòn
Thiết bị kiểm tra. TE. Eriction and Wrear Demonstator (Anh Quốc) hoặc trên thiết bị kiểm tra: ApeccII (Nhật Bản)
5. y5 - Độ xốp
Thiết bị kiểm tra: kính hiển vi kim loại học AXIOVERT 100A (ZEISS - Đức)
6. y6 - Độ dai va đập
Thiết bị kiểm tra của Tr−ờng Đại học Bách khoa-Hà Nội.
4.2. Lựa chọn dây hàn
Việc phân tích thành phần hóa học của chi tiết đ−ợc tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật cơ khí chính xác của Tr−ờng Đại học Bách khoa, Hà Nội. Thiết bị phân tích: Máy phân tích quang phổ phát xạ ARL-3460.
Kết quả phân tích cho ở bảng 4.1 (phụ lục 4.1)
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của vật liệu bánh sao chủ động máy kéo T130
Nguyên tố C Si S P Mn Ni Cr Mo Fe
Kết luận : Mác thép phân tích là C30 (TCVN); 30 (Г О СТ 1050 - 75); S30C (JIS G4501 - 79) (Phụ lục 4.1)
Trên cơ sở phân tích trên chúng tôi chọn loại dây hàn là: WELLMIG- 70S là dây hàn đ−ợc mạ đồng có đ−ờng kính là dây hàn đ−ợc mạ đồng có đ−ờng kính 0,9mm. Tiêu chuẩn của Mỹ: AWSAS. 1.8-79 ER70S-6, Nhật JIS YGW12.
Bảng 4.2. Thành phần hóa học của dây hàn mác WELLMIG-70S
Nguyên tố C Si S P Mn
Hàm l−ợng% 0,08 0,81 0,012 0,017 1,45 Ngoài phân tích thành phần hóa học của vật liệu bánh sao, nhằm phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi đ1 phân tích thành phần hóa học và độ cứng của bánh tỳ, bạc xích máy kéo T130 (phụ luc 4.2, phụ lục 4.3a; phụ lục 4.3b).
4.3. ảnh h−ởng của c−ờng độ dòng điện đến độ cứng lớp hàn đắp
Điều kiện thí nghiệm: U=21V = const
I thay đổi và kết quả đo độ cứng cho ở bảng 4.3 (phụ lục 4.4). Kết quả xử lý số liệu (theo ph−ơng pháp trình bày ở ch−ơng 2) cho ở phụ lục 4.11. Qua kết quả xử lý thấy rằng ở thí nghiệm thứ nhất có sai số t−ơng đối quá cao (23%) nh−ng ở c−ờng độ dòng điện này năng suất thấp, độ ngấu kém…nên khả năng sẽ không chọn c−ờng độ dòng điện này, nên chúng tôi không tiến hành làm thêm thí nghiệm. Cũng qua xử lý số liệu thấy rằng, ph−ơng sai ở các thí nghiệm là đồng nhất và c−ờng độ dòng điện là thông số ảnh h−ởng thực sự đến độ cứng lớp hàn đắp. Đồ thị ảnh h−ởng của c−ờng độ dòng điện đến độ cứng lớp hàn đắp biểu diễn ở hình 4.1.
Bảng 4.3. ảnh h−ởng của c−ờng độ dòng điện đến độ cứng lớp hàn đắp I, A 40 55 70 85 115 Độ cứng, HRC (giá trị trung bình) 11 13.33 19 16.33 14.67 Ký hiệu mẫu ở phụ lục 4.4 N4.1, N4.2, N4.3 N4.a, N4.b, N4.c N2.1, N2.2, N2.3 N4.d, N4.e, N4.f N3.1, N3.2, N3.3 Qua đồ thị ta thấy khi tăng c−ờng độ dòng điện, độ cứng lớp hàn đắp ban đầu tăng sau đó giảm.
Hình 4.1. ảnh h−ởng của c−ờng độ dòng điện đến độ cứng lớp hàn đắp Cũng qua đồ thị thấy rằng khi c−ờng độ dòng điện khoảng 70 A cho độ cứng lớn nhất và gần với độ cứng của nền nhất (độ cứng của nền từ 17 ữ 18 HRC-phụ lục 4.2). Ngoài ra khi hàn ở c−ờng độ dòng điện thấp, năng suất hàn sẽ thấp, hình dạng mối hàn không tốt, mối hàn có bề rộng hẹp, độ ngấu kém, mối hàn xốp, nhiều khuyết tật nh− đ1 trình bày ở ch−ơng 3. Còn nếu hàn ở c−ờng độ dòng điện cao dễ gây hiện t−ợng nứt tại lớp hàn, khuyết tật nhiều, độ bám dính không tốt (nh− trình bày ở ch−ơng 3). Thực tế thấy rõ khi c−ờng độ
0 5 10 15 20 25 20 40 60 80 100 120 I, A Đ ộ cứ ng ( H R C ) Yd Ytb Ytr
dòng điện hàn từ 90 A trở lên, khi hàn xảy ra hiện t−ợng kim loại nóng chảy bám không chắc vào chi tiết, khi hàn xong thậm chí gõ nhẹ lớp hàn cũng bị bong, ngoài ra lớp hàn rất thô. Chính vì vậy c−ờng độ dòng điện hàn nên chọn trong khoảng 70 ữ 75 A. Khi hàn bánh sao chúng tôi chọn c−ờng độ dòng điện là 70 A.
4.4. ảnh h−ởng của điện áp đến độ cứng lớp hàn đắp
Điều kiện thí nghiệm: I = 70 A = const.
U thay đổi và kết quả đo độ cứng cho ở bảng 4.4 (phụ lục 4.4). Kết quả xử lý số liệu (theo ph−ơng pháp trình bày ở ch−ơng 2) cho ở phụ lục 4.12. Qua kết quả xử lý thấy rằng ở tất cả các thí nghiệm các sai số t−ơng đối đều trong giới hạn cho phép và ph−ơng sai là đồng nhất, điện áp là thông số ảnh h−ởng thực sự đến độ cứng lớp hàn. Đồ thị ảnh h−ởng của điện áp đến độ cứng lớp hàn đắp biểu diễn ở hình 4.2. Hình 4.2. ảnh h−ởng của điện áp đến độ cứng lớp hàn đắp 0 5 10 15 20 25 10 15 20 25 30 35 U (V) Đ ộ cứ ng ( H R C ) Yd Ytb Ytr
Bảng 4.4. ảnh h−ởng của điện áp đến độ cứng lớp hàn đắp U, V 15 18 21 24 31 Độ cứng, HRC (giá trị trung bình) 10.67 15 19 16.33 11.67 Ký hiệu mẫu ở phụ lục 4.4 N6.1, N6.2, N6.3 N6.a, N6.b, N6.c N2.1, N2.2, N2.3 N6.d, N6.e, N6.f N5.1, N5.2, N5.3 Qua đồ thị ta thấy khi tăng điện áp, độ cứng lớp hàn đắp ban đầu tăng sau đó giảm.
Cũng qua đồ thị thấy rằng khi điện áp khoảng 21 V cho độ cứng lớn nhất và gần với độ cứng của nền nhất (độ cứng của nền từ 17 ữ 18 HRC-phụ lục 4.2). Ngoài ra khi hàn ở điện áp thấp tuy giảm đ−ợc bắn tóe kim loại nh−ng dễ gây hiện t−ợng rỗ khí, cơ tính lớp hàn kém, độ bám dính không tốt, có nhiều khuyết tật nh− đ1 trình bày ở ch−ơng 3. Còn nếu hàn ở điện áp cao, thực tế thấy khi điện áp từ 31 V trở lên khi hàn có sự bắn tóe kim loại nhiều ngoài ra nh− trình bày ở ch−ơng 3 khi hàn ở điện áp hàn cao, độ bám dính không tốt, lớp hàn có nhiều khuyết tật. Chính vì vậy điện áp hàn nên chọn trong khoảng 20 ữ 22 V. Khi hàn bánh sao chúng tôi chọn điện áp hàn là 21V.
4.5. So sánh chất l−ợng lớp đắp với nền
Qua kết quả trên chúng tôi chọn c−ờng độ dòng điện hàn là 70A, điện áp hàn là 21V, hàn các mẫu sau đó tiến hàn kiểm tra: thành phần hóa học của lớp hàn đắp và so sánh với thành phần hóa học của nền; kiểm tra tổ chức kim t−ơng của lớp hàn đắp, vùng tiếp giáp và nền; kiểm tra và so sánh các thông số chất l−ợng (sáu thông số ra nh− đ1 trình bày ở trên) của lớp hàn đắp và nền.
4.5.1. Thành phần hóa học lớp hàn đắp (mẫu số 2-Phụ lục 4.10): Bảng 4.5. Thành phần hóa học lớp hàn đắp (mẫu số 2 - Phụ lục 4.10 ) Nguyên tố C Si S P Mn Ni Cr Cu Fe Hàm l−ợng% 0,145 0,664 0,012 0,012 1,241 0,014 0,028 0,015 97,70 Qua bảng 4.1 (thành phần hóa học của vật liệu nền) và bảng 4.6 (thành phần hóa học của lớp hàn đắp) thấy đ−ợc sự khác nhau về thành phần hóa học giữa chúng (hình 4.3).
Hình 4.3. Thành phần hóa học của vật liệu nền và lớp hàn
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 C Si Mn P Si Cr Ni Mo Cu Nguyên tố T hà nh p hầ n( % )
4.5.2. Tổ chức kim t−ơng.
Tổ chức kim t−ơng của lớp hàn, vùng tiếp giáp, biểu diễn ở các hình 4.4, 4.5 và 4.6.
Hình 4.4. Tổ chức kim loại của lớp
hàn đắp
Hình 4.5. Tổ chức kim loại của vùng
tiếp giáp
Hình 4.6. Tổ chức kim loại của nền
Tổ chức: mactenxit +bainit + ferit;
Cỡ hạt: 5 ữ 6.
Tổ chức: ferit +peclit; Cỡ hạt: 4 ữ 5.
4.5.3. So sánh các thông số chất l−ợng của lớp hàn đắp và nền Kết quả so sánh cho ở bảng 4.6.
Bảng 4.6. So sánh chất l−ợng lớp hàn đắp với chi tiết mới(nền)
Nền Lớp hàn đắp
TT Thông số (đầu
ra) so sánh Đơn vị Giá trị Kí hiệu
mẫu Giá trị (TB) Kí hiệu mẫu 1 y1 - Độ cứng HRC 17ữ18 Phụ lục 4.2 19 N2.1, N2.2, N2.3 (PL.4.4) 2 y2 - Độ bền bám dính kG/mm2 - - 48,2 Phụ lục 4.7 3 y3 - Độ ngấu - - - tốt N2-PL4.8 4 y4-Tính chống mài mòn 10-3g/cm2 h 28,2.10-9 Mẫu số 1 Phụ lục 4.5 29,76.10-9 Mẫu số 2 Phụ lục 4.5 5 y5 - Độ xốp % - - 0.042 N2 Phụ lục 4.8 6 y6 - Độ dai va đập KJ/cm2 72,68.10-3 N1 Phụ lục 4.6 71,95.10-3 N2 Phụ lục 4.6
Ngoài việc so sánh trên, chúng tôi còn tiến hành hàn ở một số chế độ khác: Icao, Ithấp, Ucao, Uthấp để so sánh với chế độ hàn đ1 chọn (I=70A, U =21V). Kết quả cho thấy chế độ hàn đ1 chọn có độ bền bám dính cao nhất (phụ lục 4.7) và độ xốp nhỏ nhất (phụ lục 4.8).
Qua kết quả so sánh ở bảng 4.5 và các phụ lục 4.7, 4.8, 4.11 và phụ lục 4.12 thấy rằng:
- Độ cứng của lớp hàn đắp nằm trong khoảng từ 16,333 ữ 17,767 HRC, gần với độ cứng của nền;
- Độ bền bám dính của lớp hàn với chề độ hàn đ1 chọn là cao nhất so với một số chế độ khác;
- Độ xốp của lớp hàn với chế độ hàn đ1 chọn là nhỏ nhất so với một số chế độ khác và nhỏ hơn độ xốp cho phép (0,1%);
- Độ ngấu của lớp hàn tốt; - Tính chống mài mòn của lớp hàn đắp = 0,95) 10 . 76 , 29 10 . 2 , 28 ( 9 9 ≈ − − Tính chống mài mòn của nền (số liệu lấy ở bản 4.6);
- Độ dai va đập của lớp hàn đắp = 0,99) 10 . 68 , 72 10 . 95 , 71 ( 3 3 ≈ − − Độ dai va đập của nền;
Qua tính toán tính chống mài mòn và độ dai va đập và thực tế cho chạy thử đ−ợc 420 giờ (hình ảnh ở phụ lục 4.13.3 hình 3) độ mài mòn nằm trong giới hàn cho phép. Chúng tôi dự đoán, tuổi thọ của chi tiết hồi phục sẽ bằng (85% ữ 90%) tuổi thọ chi tiết mới.
Qua các kết quả so sánh trên đây cho thấy chất l−ợng lớp hàn đắp đảm bảo yêu cầu khi hàn phục hồi bánh sao chủ động.
4.5.4. Kết luận
Tất cả các thông số thực nghiệm thu đ−ợc đều cơ bản phù hợp với lý thuyết đ1 trình bày. Cụ thể nh− sau:
* Khi hàn đắp không đúng chế độ sẽ sinh ra các khuyết tật trong mối hàn
+ C−ờng độ dòng điện hàn không đúng sẽ sinh ra hiện t−ợng rỗ khí trong mối hàn
+ Khi c−ờng độ dòng điện hàn cao ( I hàn cao ) làm tăng nhiệt độ toả ra ở hồ quang làm sự nóng chảy kim loại ở điện cực nhanh hơn nhiều, nhiệt độ biến đổi với vận tốc lớn tạo hiện t−ợng nứt tại lớp hàn, khuyết tật nhiều, liên kết kim loại hàn và nền không tốt ( mẫu số 3;9)
+ Khi c−ờng độ dòng điện hàn thấp (Ih thấp hình dạng mối hàn không tốt). Sự nung nóng kim loại điện cực chậm hơn và truyền vào bể hàn thấp hơn,
mối hàn có bề rộng hẹp, chiều sâu ngấu nhỏ do bể hàn đ−ợc gia nhiệt kém mối hàn bị lỗi đóng cục, không ngấu, mối hàn xốp nhiều khuyết tật hình dạng mối hàn không tốt ( mẫu hàn 4)
+ Nếu tăng I hàn hay Uhàn thì độ cứng giảm ( tỷ lệ nghịch) + Nếu giảm Ihàn hay Uhàn thì độ cứng giảm ( tỷ lệ thuận)
+ Điện áp hàn cao: gây bắn toé kim loại tạo điều kiện cho khí xâm nhập vào bể hàn liên kết không tốt có nhiều khuyết tật ( Mẫu hàn 4)
+ Điện áp hàn thấp: giảm đ−ợc bắn toé kim loại nh−ng gây xoáy cuộn khí bảo vệ làm khí có hại xâm nhập vào bể hàn gây hiện t−ợng rỗ khí. Nếu điện áp quá nhỏ ( nhỏ hơn 18 vôn) tạo hồ quang ngắn, hồ quang ở trạng thái đoản mạch, giọt chuyển tiếp thô, cơ tính hàn kém, liên kết không tốt, có nhiều khuyết tật ( mẫu hàn 6)
* Khi hàn đắp đúng chế độ : + Lớp hàn không có khuyết tật + Cho độ cứng đạt giá trị cao nhất
+ Khả năng chống mài mòn và độ dai va đập lớp hàn đắp cũng cao nhất nằm trong khoảng cho phép ( mẫu thử N1 và N2)
Việc thực hiện hàn đắp để phục hồi bánh sao chủ động phải đ−ợc thực hiện với chế độ hàn nh− sau:
C−ờng độ dòng điện và điện áp hàn: Ihàn = 70A, Uhàn = 21 V Khí bảo vệ: 10 - 12 l/phút
Tốc độ dây: Ve = 5 m/ phút Tốc độ hàn: Vh = 25 m/phút