3- khuyết tật; 4 ựầu dị thu (truyền qua); 5 ựầu dị thu (phản hồi)
3.5.2. Chế ựộ hàn giáp mối một lớp
Trước hết ta nghiên cứu cách xác ựịnh chế ựộ hàn ựối với hàn giáp mối một lớp, hàn chỉ một phắa, khơng vát mép. Việc xác ựịnh chế ựộ hàn ựể hàn mối hàn này ựược tiến hành theo trình tự sau ựây. [12]
3.5.2.1. đường kắnh dây hàn
đường kắnh dây hàn cĩ thể tắnh theo cơng thức: 1,13 Ih
d
j
= (3.15) Trong ựĩ: d - đường kắnh dây hàn (mm)
Ih- Cường ựộ dịng ựiện hàn (A)
j - Mật ựộ dịng ựiện trong dây hàn (A/mm2)
Mật ựộ dịng ựiện cho phép khi hàn tự ựộng và bán tự ựộng các liên kết khơng vát mép phụ thuộc vào ựường kắnh dây hàn, như bảng 3.4.
Bảng 3.4. Mật ựộ dịng ựiện theo ựường kắnh dây hàn
Ngồi ra, ta cũng cĩ thể căn cứ vào cơng dụng, sự phổ biến, tắnh kinh tế Ầ ựể chọn ựường kắnh dây hàn.
3.5.2.2. Cường ựộ dịng ựiện
Dịng ựiện hàn trong dải thắch hợp ựược chọn theo ựường kắnh dây hàn, dạng dịch chuyển kim loại và chiều dày kim loại cơ bản, dịng ựiện quá thấp sẽ dẫn tới hàn khơng ngấu, dịng ựiện quá cao sẽ gây nên bắn tĩe, rỗ khắ, hình dạng mối hàn kém. Với nguồn hàn cĩ ựặc tắnh thoải, cường ựộ dịng ựiện hàn tỷ lệ thuận với tốc ựộ cấp dây, khi tốc ựộ cấp dây cho trước và các thơng số khác giữ nguyên. Với ựường kắnh dây hàn cho trước, khi tăng cường ựộ dịng ựiện hàn trong dải cho phép, chiều sâu chảy và chiều rộng mối hàn tăng, tốc ựộ chảy tăng, kắch thước mối hàn tăng. Căn cứ vào ựường kắnh dây hàn, phương pháp hàn, loại quá trình hàn, vật liệu hànẦ hoặc theo bảng bảng 3.4, ta cĩ thể chọn sơ bộ cường ựộ dịng diện hàn
3.5.2.3. Tốc ựộ hàn
để giữ cho hình dạng hình học của vùng hàn luơn luơn khơng thay ựổi trong quá trình hàn, tạo ựiều kiện cho sự kết tinh của kim loại lỏng tốt nhất, cần phải bảo ựảm hệ số hình dạng vùng hàn ϕ, hằng số này ựược xác ựịnh theo cơng thức:
. . h
M q v const
ϕ = = (3.16)
Trong ựĩ: M Ờ Hằng số
q - Cơng suất hữu ắch của hồ quang. vh - Vận tốc hàn.
Vì cơng suất hữu ắch của hồ quang (q) phụ thuộc chủ yếu vào cường ựộ dịng ựiện hàn Ih, nên muốn giữ hình dạng hình học của vùng hàn luơn luơn khơng ựổi thì tắch giữa cường ựộ dịng ựiện hàn và vận tốc hàn phải luơn nằm trong một giới hạn xác ựịnh.
Tức là tắch Ih.vh= N = const. ⇒ Vh = N/Ih (m/h) (3.17)
Thực nghiệm ựã chứng tỏ rằng, ựể nhận ựược mối hàn cĩ hình dạng yêu cầu và cĩ chất lượng tốt, trị số N trong cơng thức trên cĩ thể lấy trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Hệ số N theo ựường kắnh dây
3.5.2.4. điện áp hàn
Trong thực tế, khi chọn giá trị ựiện áp hàn, cần chọn theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thiết bị hàn, sau ựĩ ựiều chỉnh thêm cho chắnh xác vì các giá trị hướng dẫn ựĩ chỉ mang tắnh ựịnh tắnh. Việc chọn ựiện áp quá lớn sẽ làm tăng xác suất cháy các nguyên tố hợp kim, rỗ khắ và bắn tĩe. Ngồi ra, làm tăng kắch thước vũng hàn cũng làm tăng khả năng hàn ở các tư thế hàn trở nên khĩ khăn hơn. Chọn ựiện áp quá thấp lại làm cho hồ quang kém ổn ựịnh, mối hàn hẹp và lồi quá, dẫn ựến hàn khơng ngấu các cạnh hàn.
Chắnh vì thế, theo cường ựộ dịng ựiện hàn ựã xác ựịnh với chế ựộ dịch chuyển tia ta cĩ thể tắnh ựiện áp hàn theo cơng thức sau:
Uh = 20 + 0,03.I (3.18) Trong ựĩ: Uh - điện áp hàn (V)
d - đường kắnh dây hàn (mm) Ih - Cường ựộ dịng ựiện hàn (A)
Ngồi ra, ựể cĩ giá trị chắnh xác của ựiện áp khi hàn cụ thể, cần hàn thử vì khơng cĩ giá trị cụ thể nào thắch hợp với mọi ứng dụng hàn.
3.5.2.5. Tắnh năng lượng ựường
Năng lượng ựường là một thơng số quan trọng của chế ựộ hàn, vì nĩ cho phép ựánh giá ựược hiệu quả nung nĩng của nguồn nhiệt hàn ựối với kim loại cơ bản và kim loại ựắp tốt hay xấu, mức ựộ biến dạng của liên kết (hay kết cấu) hàn lớn hay nhỏ, ựồng thời nĩ cịn là ựại lượng cần thiết ựể tắnh tốn các kắch thước cơ bản của mối hàn.
Năng lượng ựường ựược tắnh như sau: h. .h d h U I q v η = (3.19) Trong ựĩ:
qd Ờ Năng lượng ựường (J/cm)
vh - Vận tốc hàn
Uh - điện áp hàn
Ih Ờ Cường ựộ dịng ựiện hàn (A)
η - Hệ số hữu ắch của hồ quang hàn (hàn tự ựộng dưới lớp thuốc η = 0,75ọ0,9) Với hầu hết quá trình hàn hồ quang, tốc ựộ nung vào khoảng 50 ọ 4000C/s (Cĩ thể ựạt tới 10000C/s khi hàn laser). Tốc ựộ nung cao cĩ tác dụng ựẩy các nhiệt ựộ Ac1 và Ac3 lên cao. Với hầu hết thép kết cấu dùng trong chế tạo kết cấu hàn, quá trình phân hủy austenit xảy ra ngay dưới nhiệt ựộ Ac3 và phân hủy hồn tồn austenit xảy ra dưới nhiệt ựộ Ac1. đặc biệt, trong dãy nhiệt ựộ chuyển biến 800ọ
5000C của austenit rất dễ hình thành các tổ chức kim loại cĩ ựộ cứng cao và nhạy cảm với nứt. Vì vậy người ta ựã sử dụng thơng số thời gian nguội (tắnh bằng giây) trong khoảng nhiệt ựộ ựĩ, gọi là ∆t8/5 (hoặc ∆t(800-500oC), t8-5, t800-500) làm ựặc trưng của quá trình nguội (trong khoảng nhiệt ựộ này, ựường cong nguội thường khơng tuyến tắnh).
- Hàn trong khắ bảo vệ: ∆t8/5 = 2ọ50s; - Hồ quang tay: ∆t8/5 = 1ọ10s;
- Hàn dưới lớp thuốc: ∆t8/5 = 10ọ100s; - Hàn ựiện xỉ: ∆t8/5 = 60ọ1000s.
Thời gian nguội ựược tắnh theo sơ ựồ nguồn nhiệt ựiểm hoặc sơ ựồ nguồn nhiệt ựường, cĩ sử dụng hệ số hình dạng liên kết. Hai sơ ựồ ựĩ ựược xác ựịnh thơng qua chiều dày giới hạn hp và chiều dày này phụ thuộc vào năng lượng ựường và nhiệt ựộ nung nĩng sơ bộ.
- Thời gian nguội (s), theo sơ ựồ nguồn nhiệt ựiểm: 1 8/5 3 0 0 1 1 2 . 500 800 d q t F T T π λ ∆ = ⋅ − − − (3.20)
- Thời gian nguội (s), theo sơ ựồ nguồn nhiệt ựường:
2 2 2 1 8/5 2 0 0 1 1 1 2 . . 500 800 d q t F c h T T π λ ρ ∆ = ⋅ ⋅ ⋅ − − − (3.21)
- Chiều dày giới hạn (cm):
3 0 0 0 0 1 1 2. 500 800 d p q F h c T T ρ ⋅ = ⋅ + − − (3.22) Với: h - Chiều cao tấm cần hàn [cm]⇒ h=s
T0 - Nhiệt ựộ ban ựầu của tấm [0C] ⇒T0= 200C
ρc - Nhiệt dung khối của thép [cal/cm3.0C]⇒ ρ c=1,25 cal/cm3.0C
F2, F3 - Các hệ số hình dạng liên kết qd - Năng lượng ựường [J/cm]
ρ - Khối lượng riêng của kim loại ựắp [g/cm3] ⇒ ρ = 7,85 g/cm3 λ - Hệ số dẫn nhiệt của thép [cal/cm.s.0C] ⇒ λ =0,09 cal/cm.s.0C
Nếu:
+ h = s > hp ta sử dụng sơ ựồ nguồn nhiệt ựiểm cho truyền nhiệt 3 chiều. + h = s < hp ta sử dụng sơ ựồ nguồn nhiệt ựường cho truyền nhiệt 2 chiều. Cũng cĩ thể tắnh thời gian nguội theo cả 2 sơ ựồ ựối với một chiều dày cụ thể. Chỉ cĩ giá trị tắnh tốn lớn hơn là cĩ ý nghĩa thực sự, tức là nếu phương trình tắnh theo nguồn nhiệt ựiểm cĩ giá trị lớn hơn so với giá trị tắnh tốn theo sơ ựồ nguồn nhiệt ựường, trong thực tế ựây sẽ là trường hợp truyền nhiệt 3 chiều. Nếu kết quả ngược lại, ựĩ sẽ là trường hợp truyền nhiệt 2 chiều. đối với những mối hàn giáp mối cĩ vát mép, trình tự tắnh tốn cũng ựược tiến hành như trên.
3.5.3. Chế ựộ hàn giáp mối hàn nhiều lớp
Khi xác ựịnh chế ựộ hàn giáp mối hàn nhiều lớp, cĩ thể chia làm 3 bước như sau: [13]
- Bước thứ nhất: Xác ựịnh chế ựọ hàn lớp ựầu tiên; - Bước thứ hai: Xác ựịnh chế ựộ hàn các lới tiếp theo; - Bước thứ ba: Xác ựịnh chế ựộ hàn lớp trên cùng.
3.5.3.1. Tắnh tốn chế ựộ hàn lớp ựầu tiên
Việc tắnh tốn các thơng số chế ựộ hàn của lớp ựầu tiên cũng ựược tắnh tốn theo trình tự như ựối với hàn giáp mối hàn 1 lớp như trên. Khi các thơng số hàn ựã thỏa mãn các ựiều kiện (các hệ số, thời gian nguội,Ầ) ta tắnh diện tắch tiết diện ngang của lớp ựắp ựầu tiên theo cơng thức:
11 1 1 d h h h I F v α ρ ⋅ = ⋅ (3.23)
Trong ựĩ: Fh1 - Diện tắch tiết diện ngang lớp hàn thứ nhất (mm2) αd - Hệ số ựắp (g/A.h)
Ih1 - Cường ựộ dịng ựiện hàn lớp hàn thứ nhất (A) vh1 - Vận tốc hàn lớp hàn thứ nhất (cm/s)
ρ - Khối lượng riêng của kim loại ựắp (g/cm3)
3.5.3.2. Tắnh tốn chế ựộ hàn cho các lớp tiếp theo
Việc tắnh tốn các thơng số chế ựộ hàn của các lớp tiếp theo cũng ựược tắnh tốn theo trình tự như ựối với hàn giáp mối hàn 1 lớp như trên. Khi các thơng số hàn ựã thỏa mãn các ựiều kiện (các hệ số, thời gian nguội, Ầ) ta tắnh diện tắch ngang của các lớp ựắp này theo (3.9). Giả sử các lớp ựắp tiếp theo cĩ cùng diện tắch ựắp, khi ựĩ ta tắnh ựược số lớp cần hàn theo cơng thức:
12 2 1 h h h F F n F − = + (3.24)
Trong ựĩ: Fh - Diện tắch ựắp tồn bộ kim loại mối hàn (mm2) Fh1 - Diện tắch ựắp của lớp hàn ựầu tiên (mm2) Fh2 - Diện tắch ựắp của các lớp hàn tiếp theo (mm2)
- Nếu n là một số nguyên thì số lớp hàn k chắnh là n: k = n (3.25a) - Nếu n khơng phải là một số nguyên thì số lớp hàn chắnh là phần nguyên của n cộng với lớp trên cùng. Tức là số lớp hàn: k = Phần nguyên của n + 1 (3.25b)
3.5.3.3. Tắnh tốn chế ựộ hàn cho lớp hàn trên cùng
Sau khi ựã chọn ựược số lớp hàn, ta cần tiến hành tắnh tốn chế ựộ hàn cho lớp trên cùng, làm sao cho ựảm bảo diện tắch ựắp ựúng với yêu cầu của mối hàn cần hàn.
Diện tắch lớp ựắp trên cùng khi ựĩ ựược tắnh theo cơng thức:
[ 1 ( 2) 2]
h t h h h
F− =F − F + k − ⋅F (3.26)
Trong ựĩ: Fh - Diện tắch ựắp tồn bộ kim loại mối hàn (mm2) Fh1 - Diện tắch ựắp của lớp hàn ựầu tiên (mm2)
Fh2 - Diện tắch ựắp của các lớp hàn tiếp theo (mm2) Fh-t - Diện tắch ựắp của lớp trên cùng (mm2)
k - Số lớp hàn cần hàn
Khi ựã tắnh ựược diện tắch ựắp của lớp trên cùng, ta cần tắnh tốn các thơng số của chế ựộ hàn như sau:
- Chọn sơ bộ cường ựộ dịng ựiện hàn cho lớp trên cùng. - Tắnh ựiện áp hàn theo cơng thức (3.18).
- Vận tốc hàn, từ cơng thức (3.17) suy ra ựược cơng thức tắnh vận tốc hàn lớp trên cùng là: d h t h t h t I v F α ρ − − − ⋅ = ⋅ (3.27)
Sau khi ựã tắnh ựược các thơng số chế ựộ hàn của lớp hàn trên cùng, ta cũng tiến hành kiểm tra các hệ số, thời gian nguội, Ầ như trên.