Trung Quốc chế tạo
Hỡnh 1.18. Đồ gỏ hàn do Trung Quốc chế tạo
Tuy nhiờn, trong thực tế sản xuất, việc quản lý chất lượng mối hàn là rất khú khăn và khụng ổn định. Chất lượng mối hàn cũng cú nhiều vấn đề như khụng ngấu, ngậm xỉ, nứt rỡa mối hàn…Đặc biệt, Mối hàn cú hỡnh dỏng khụng cõn đối, hay bị chảy xệ về một bờn, kớch thước to nhỏ khụng đều, mối hàn khụng khống chế được kớch thước nờn thường to hơn rất nhiều so với yờu cầu, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế của mối hàn.
a) b)
c) d)
Chế độ hàn cũng chưa được nghiờn cứu chuyờn sõu để tỡm ra giỏ trị tối ưu, chưa đưa ra được thụng số về ỏp lực hàn khi hàn điện xỉ - ỏp lực. Chưa cú đồ gỏ chuyờn dụng để cài đặt được cỏc thụng số chế độ hàn mà đặc biệt là ỏp lực hàn, ỏp lực hàn khi đú phụ thuộc hoàn toàn vào sức khỏe của người cụng nhõn vận hành đồ gỏ hàn.
1.2.3. Cỏc vấn đề hạn chế, tồn tại và hướng nghiờn cứu.
Qua đỏnh giỏ hiện trạng nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực trong nước và quốc tế, vẫn cũn nhiều vấn đề tồn tại ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn như sau:
- Hỡnh dỏng mối hàn chưa đồng đều, nhiều trường hợp bị lệch tõm hoặc chảy xệ. Kớch thước mối hàn thường quỏ to so với yờu cầu, lượng phỡnh ra của mối hàn lớn hơn nhiều so với tiờu chuẩn (Δd >4mm) [8]. Việc này dẫn đến lóng phớ về vật liệu, năng lượng, thời gian hàn.
Nguyờn nhõn: Thời gian hàn quỏ dài, dũng điện hàn quỏ lớn. - Mối hàn bị chảy xệ, nứt vành ngoài…
Nguyờn nhõn: Dũng hàn quỏ lớn, thời gian hàn quỏ dài. - Mối hàn khụng ngấu, bị ngậm xỉ, rỗ khớ
Nguyờn nhõn: Dũng hàn thấp, thời gian hàn ngắn, ỏp lực hàn chưa đủ
- Vận hành đồ gỏ hàn bằng tay nờn việc thiết lập cỏc chế độ hàn khụng chớnh xỏc, phụ thuộc nhiều vào tay nghề cụng nhõn.
- Khoảng điều chỉnh trong bảng chế độ hàn quỏ rộng nờn chưa xỏc định được miền tối ưu của cỏc thụng số hàn : Ih, Th…
- Chưa nghiờn cứu đến sự ảnh hưởng của ỏp lực hàn Ph đến chất lượng và hỡnh dỏng mối hàn, ỏp lực hàn khụng được khống chế mà phụ thuộc hoàn toàn vào sức khỏe của người cụng nhõn.
Như vậy, từ cỏc nghiờn cứu tổng hợp tỡnh hỡnh thực tiễn về cỏc cụng nghệ nối cốt thộp trong xõy dựng trỡnh bày ở phần trờn, vấn đề tỡm ra cỏc giải phỏp cụng nghệ đảm bảo khắc phục những hạn chế đú là rất cần thiết. Điều đú dẫn đến việc lựa chọn một số thụng số cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực cú ảnh hưởng mạnh đến quỏ trỡnh hỡnh thành và chất lượng mối hàn và phạm vi khảo sỏt của chỳng phải thực hiện bằng cỏc thớ nghiệm chuyờn sõu. Đặc biệt là thụng số cụng nghệ ỏp lực ộp giữa hai đầu cốt thộp cần phải được nghiờn cứu khảo sỏt định lượng để đỏnh giỏ ảnh hưởng của nú đến hàm mục tiờu đầu ra trong cụng trỡnh luận ỏn này.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Qua nghiờn cứu tài liệu tham khảo và đỏnh giỏ khỏi quỏt về tỡnh hỡnh nghiờn cứu, ứng dụng cỏc phương phỏp nối cốt thộp trong kỹ thuật xõy dựng trờn đõy ta cú kết luận sau:
1. Cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực là phương phỏp hàn nối cốt thộp tiờn tiến cú nhiều ưu điểm nổi trội so với cỏc phương phỏp nối truyền thống. Cụng nghệ hàn này đảm bảo được chất lượng mối hàn nối cốt thộp tốt, khả năng chịu tải của kết cấu cụng trỡnh cao, giỏ thành thi cụng kết cấu hợp lý và đặc biệt là đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật ngày càng cao của cỏc cụng trỡnh xõy dựng quan trọng ở trong và ngoài nước.
2. Ở Việt Nam và Trung Quốc gần đõy đó cú nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực vào cỏc cụng trỡnh xõy dựng, bước đầu cú kết quả khả quan. Tuy nhiờn, vẫn cũn rất nhiều vấn đề hạn chế, tồn tại cần giải quyết đặc biệt là chất lượng mối hàn chưa ổn định, chế độ hàn chưa được lựa chọn phự hợp nhất, thiết bị hàn chưa được tự động húa… Vỡ vậy, cỏc vấn đề này cần được tiếp tục nghiờn cứu chuyờn sõu để cú cơ sở khoa học minh chứng cho việc làm chủ cụng nghệ và đưa vào ứng dụng tại cỏc cụng trỡnh xõy dựng với chất lượng và hiệu quả kinh tế cao.
Chương 2.
CƠ SỞ Lí THUYẾT HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC
2.1. Cơ sở lý thuyết Cụng nghệ hàn điện xỉ
2.1.1 Nguyờn lý cơ bản của Cụng nghệ hàn điện xỉ
Hàn điện xỉ là một dạng hàn núng chảy, dựa trờn sự tỏa nhiệt khi dũng điện chạy qua xỉ lỏng. Cỏc mộp vật hàn bị nung núng tới nhiệt độ núng chảy và khoảng khụng gian giữa chỳng được điền đầy bởi kim loại bự núng chảy.
Quỏ trỡnh hàn được bắt đầu bằng việc tạo hồ quang của điện cực, hồ quang sẽ đốt núng và nung chảy thuốc hàn để hỡnh thành bể xỉ. Hồ quang sẽ bị dập tắt bởi bể xỉ dẫn điện. Dũng điện chạy từ điện cực qua bể xỉ tới bể kim loại lỏng sẽ đốt núng bể xỉ và duy trỡ nú ở nhiệt độ cao và cú tớnh dẫn điện cao. Nhiệt độ bể xỉ phải cao hơn nhiệt độ núng chảy của kim loại cơ bản và kim loại bự. Bể xỉ sẽ làm núng chảy điện cực và cỏc mộp vật hàn. Kim loại núng chảy chỡm xuống đỏy bể xỉ và tạo nờn bể kim loại, sau khi từ từ đụng đặc lại nú trở thành mối hàn liờn kết hai vật hàn với nhau [1].
a) b)
Hỡnh 2.1. Sơ đồ quỏ trỡnh hàn điện xỉ ở vị trớ đứng [26] a) Sơ đồ tổng quỏt ; b) mặt cắt ngang liờn kết hàn a) Sơ đồ tổng quỏt ; b) mặt cắt ngang liờn kết hàn
Quỏ trỡnh hàn và sơ đồ của phương phỏp hàn điện xỉ thụng thường được thể hiện ở hỡnh 2.1.
Một hoặc nhiều điện cực được cấp vào mối nối tựy thuộc vào chiều dầy của vật hàn. Cỏc điện cực được đẩy vào thụng qua cỏc mỏ hàn cong ở phớa trờn bể xỉ. Cơ cấu lắc ngang mỏ hàn đụi khi được dựng để hàn những tấm rất dầy. Những tấm ốp cú làm mỏt bằng nước được đặt ở cả 2 bờn mối nối để tạo bể xỉ và bể hàn. Những tấm ốp được gắn với mỏy hàn và chuyển động theo phương thẳng đứng lờn trờn cựng đầu cấp dõy hàn. Tốc độ dịch chuyển của tấm ốp đồng bộ với tốc độ hàn, sự dịch chuyển này được điều khiển tự động nhưng đụi khi cũng được điều chỉnh bởi người vận hành mỏy.
Khi tấm ốp dịch chuyển lờn trờn sẽ làm lộ ra mối hàn. Bề mặt của mối hàn sẽ được che phủ bởi một lớp xỉ mỏng. Do vậy để duy trỡ độ sõu bể xỉ thỡ phải bự một lượng nhỏ thuốc hàn vào trong bể xỉ lỏng trong suốt quỏ trỡnh hàn. Việc cấp thuốc hàn thường được thực hiện bằng tay, đụi khi cú thể dựng dõy lừi thuốc để bự thuốc hàn tự động.
Một trong những điều kiện để cú được quỏ trỡnh hàn điện xỉ là bể xỉ phải cú chiều sõu tương đối lớn. Điều này dễ dàng thực hiện được khi hàn ở vị trớ đứng. Do vậy, thụng thường người ta hàn điện xỉ với cơ cấu tạo hỡnh mối hàn cưỡng bức tức là làm nguội cưỡng bức bề mặt tự do của kim loại bằng cỏc tấm ốp cú nước lưu thụng làm mỏt.
Hàn điện xỉ cú thể thực hiện bằng dũng điện một chiều hoặc xoay chiều, với một điện cực hoặc nhiều điện cực trũn. Cú thể hàn bằng tấm điện cực (điện cực tiết diện lớn).
Hàn điện xỉ là phương phỏp hàn mỏy tự động, chỉ bắt đầu một lần và kộo dài cho đến khi kết thỳc. Vỡ khụng cú hồ quang nờn khụng cú bắn túe và rất yờn tĩnh. Vỡ lượng kim loại núng chảy rất lớn nờn cho phộp hàn những vật hàn rất dầy chỉ bằng một đường hàn. Chất lượng mối hàn tốt và ớt bị biến dạng gúc [26].
2.1.2 Cỏc bước cụng nghệ cơ bản của Cụng nghệ hàn điện xỉ
2.1.2.1. Chuẩn bị mối nối.
Một trong những lợi thế lớn nhất của hàn điện xỉ chớnh là chuẩn bị vật hàn rất đơn giản. Về cơ bản thỡ chỉ là mối nối hỡnh vuụng, do vậy việc chuẩn bị đơn giản chỉ là yờu cầu bề mặt của mỗi tấm thộp phải phẳng và thẳng. Việc này được thực hiện bằng cắt nhiệt khớ hoặc gia cụng cơ khớ. Nếu dựng tấm ốp di chuyển trong
quỏ trỡnh hàn thỡ yờu cầu bề mặt cạnh của tấm thộp phải phẳng để trỏnh xỉ lỏng chảy ra ngoài hoặc kẹt tấm ốp.
Bề mặt hàn cần làm sạch dầu mỡ, gỉ, ẩm…, tuy vậy khụng cần yờu cầu cao như những phương phỏp hàn khỏc. Nếu cắt bằng oxy, bề mặt cần làm sạch xỉ, tuy nhiờn màng mỏng oxit trờn bề mặt thỡ khụng gõy ảnh hưởng đến mối hàn.
Tấm ốp cần được làm sạch khỏi bụi bẩn, cặn nước và phải được sấy khụ trước khi hàn. Cần kiểm tra sao cho tấm ốp khụng bị rũ rỉ nước, nếu khụng sẽ gõy ra rỗ và cỏc khuyết tật khỏc.
2.1.2.2. Định vị mối nối.
Trước khi hàn cần định vị tấm thộp vào đỳng vị trớ với khe hở phự hợp. Cần một khung dài vững chắc để cố định cỏc tấm thộp hàn.
Cần điều chỉnh khe hở giữa 2 tấm thộp cho phự hợp. Nếu nhỏ quỏ, mối hàn được điền đầy quỏ nhanh sẽ gõy ra nứt mối hàn hoặc khụng ngấu hết cạnh tấm thộp. Nếu khe hở quỏ rộng, đụi khi cần bổ xung thờm điện cực hoặc dựng điện cực dao động để bự lại.
Trục mối hàn thụng thường ở vị trớ thẳng đứng, hoặc gần thẳng đứng với độ nghiờng trong khoảng 10-150. Với độ nghiờng lớn hơn đến 450 thỡ phải cú chế độ hàn đặc biệt nếu khụng sẽ dễ bị ngậm xỉ hoặc khụng ngấu cạnh tấm thộp hàn [26].
Phải cú tấm tỏp đầu và cuối mối hàn. Cú thể dựng thộp tấm cú thành phần và độ dầy tương đương với thộp hàn hoặc dựng tấm ốp đồng nhưng cần phải làm mỏt bằng nước.
Dựng tấm thộp cựng loại với thộp hàn đặt dưới đỏy mối nối phớa đầu tấm tỏp dưới để làm điểm đỏnh hồ quang bắt đầu quỏ trỡnh hàn.
2.1.2.3. Nối cỏc điện cực với thộp hàn
Việc này cũng rất quan trọng vỡ dũng hàn điện xỉ rất cao. Tốt nhất là bắt chặt cỏp hàn trực tiếp vào tấm thộp bằng bulong ở vị trớ bờn dưới dõy hàn, lỳc đú sẽ làm giảm được sự ảnh hưởng của từ trường mạnh gõy ra bởi sự chuyển động cấp dõy hàn đối với mối hàn.
Khụng nờn dựng kẹp hàn để nối cỏp hàn với vật hàn vỡ nú sẽ bị quỏ nhiệt dẫn đến đỏnh lửa chỗ tiếp xỳc làm mất ổn định quỏ trỡnh hàn.
2.1.2.4. Bắt đầu và kết thỳc quỏ trỡnh hàn
Phương phỏp bắt đầu quỏ trỡnh hàn thụng thường là tạo hồ quang giữa điện cực và tấm đỏy bằng 2 cỏch : đặt miếng mồi hồ quang ở giữa rồi bật mỏy hàn hoặc bật mỏy hàn rồi để điện cực tiến về tấm đỏy tạo hồ quang. Ngay khi đỏnh hồ quang, bắt đầu cho thuốc hàn vào từ từ để tạo bể xỉ cho đến khi hồ quang tắt. Sau đú là quỏ trỡnh điện xỉ.
Một điều đặc biệt quan trọng là quỏ trỡnh hàn khụng được ngắt quóng. Nguồn điện, thiết bị hàn được kiểm tra kỹ, dõy hàn và thuốc hàn phải đầy đủ trước khi bắt đầu quỏ trỡnh hàn. Toàn bộ thiết bị hàn phải hoạt động cho tới khi kết thỳc quỏ trỡnh hàn.
Khi mối hàn tiến tới tấm chặn cuối mối hàn, bể xỉ chạm tới tấm chặn trờn thỡ giảm tốc độ cấp dõy hàn để điền đầy vựng lừm cuối mối hàn, lỳc này dũng hàn cũng đồng thời giảm theo. Khi ngừng cấp dõy hàn, tiến hành ngắt nguồn điện.
Sau đú cắt bỏ tấm chặn dưới, tấm chặn trờn và phần mối hàn lồi ra ngoài ra khỏi vật hàn. Sau đú dựng bỳa gừ làm sạch xỉ hàn bỏm trờn bề mặt mối hàn và tấm ốp đồng [26].
Hỡnh 2.3. Mối hàn điện xỉ
2.1.2.5. Kiểm tra mối hàn
Phương phỏp kiểm tra mối hàn khụng những chỉ tuõn theo tiờu chuẩn quy định mà cũn phải đỏp ứng yờu cầu của chủ đầu tư.
Tất cả cỏc mối nối cần kiểm tra bằng mắt thường cỏc khuyết tật như khụng ngấu, chảy lừm, nứt bề mặt. Khi cắt đầu và cuối mối hàn cú thể phỏt hiện khuyết tật rỗ khớ, ngậm xỉ, nứt. Tuy nhiờn với cỏc khuyết tật bờn trong như rỗ khớ, ngậm xỉ, khụng ngấu… thỡ cần dựng cỏc biện phỏp kiểm tra như siờu õm (UT), chụp X quang (RT) hoặc kiểm tra bằng hạt từ tớnh (MT) thỡ mới hiệu quả [26].
2.1.3. Phạm vi ứng dụng, ưu điểm và hạn chế của hàn điện xỉ.
2.1.3.1. Phạm vi ứng dụng
Hàn điện xỉ thường được sử dụng để hàn cỏc tấm thộp dầy ở trạng thỏi thẳng đứng hoặc nghiờng gần thẳng đứng (10-150) với một đường hàn. Tuy vậy, cú thể hàn được với gúc nghiờng tới 450 hoặc hơn một chỳt với chế độ hàn đặc biệt.
Phương phỏp hàn điện xỉ thụng thường cú thể hàn được thộp cú chiều dầy từ 13- 500mm, tuy nhiờn chiều dầy phổ biến nhất là trong dải 19 – 460mm. Nếu dựng một điện cực dao động lắc cú thể hàn được chiều dầy tới 120mm, nếu dựng 2 điện cực hàn được tới chiều dầy 230mm, dựng 3 điện cực trũn hoặc điện cực tấm cú thể hàn được tấm dầy tới 500mm [26].
2.1.3.2. Ưu điểm của hàn điện xỉ
Ưu điểm nổi bật nhất của hàn điện xỉ là hạ được giỏ thành đặc biệt trong trường hợp hàn cỏc tấm dầy. Hàn điện xỉ thường cú giỏ thành thấp hơn cỏc phương phỏp hàn khỏc như hàn hồ quang chỡm, MAG… vỡ cú những ưu điểm nổi
trội sau :
- Năng suất hàn rất cao, lượng kim loại lỏng kết tinh lớn.
- Cú thể hàn được những vật rất dầy với chỉ một đường hàn, chỉ bắt đầu quỏ trỡnh hàn một lần cho đến khi kết thỳc. Khụng cần phải làm sạch giữa cỏc đường hàn như cỏc cụng nghệ hàn khỏc như hàn hồ quang chỡm, hàn que…
- Nung núng trước khi hàn hầu như khụng cần thiết, ngoại trừ khi hàn thộp cú hàm lượng hợp kim cao.
- Chất lượng mối hàn cao, ớt khuyết tật. Kim loại hàn được chảy hoàn toàn trong khoảng thời gian xỏc định nờn cho phộp cỏc bọt khớ thoỏt được ra ngoài và xỉ nổi được lờn trờn bề mặt.
- Quỏ trỡnh chuẩn bị bề mặt chi tiết hàn và gỏ đặt đơn giản và mất ớt thời gian. Cỏc bề mặt tấm thộp cắt vuụng gúc bằng cắt hơi và mài làm sạch thụng thường được sử dụng để hàn.
- Chu kỳ làm việc cao, quỏ trỡnh hàn được tự động hoàn toàn, chỉ bắt đầu một lần cho đến khi kết thỳc nờn rất ớt khi bị ngắt quóng chu trỡnh hàn.
- Giảm thiểu vật liệu gỏ đặt vật hàn, chỉ cần định vị tấm thộp ở vị trớ thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng là được.
- Khụng cú sự bắn túe kim loại nờn 100% kim loại điện cực núng chảy được kết tinh hỡnh thành mối hàn.
- Tiờu hao ớt thuốc hàn. Trung bỡnh trọng lượng thuốc hàn tiờu hao chỉ bằng 1/20 trọng lượng kim loại hàn trong khi hàn hồ quang chỡm là 1,2/1 [26].
- Biến dạng hàn rất nhỏ. Khụng bị biến dạng gúc V theo mặt phẳng ngang. Biến dạng theo mặt đứng cũng rất nhỏ nhưng cũng rất dễ nắn phẳng lại.
- Thời gian hàn ngắn, hàn điện xỉ nhanh hơn cỏc phương phỏp hàn khỏc khi hàn cỏc tấm to và dầy.
2.1.3.3. Những hạn chế của hàn điện xỉ
- Hàn điện xỉ chỉ ỏp dụng được để hàn thộp cỏc bon, thộp hợp kim thấp và một vài loại thộp khụng rỉ.
- Vị trớ hàn bắt buộc phải ở vị trớ thẳng đứng hoặc ớt nghiờng.
- Quỏ trỡnh hàn chỉ bắt đầu một lần nờn bắt buộc phải duy trỡ quỏ trỡnh hàn đến khi kết thỳc, nếu khụng mối hàn sẽ bị khuyết tật.