CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ QUY TRÌNH LẮP GHÉP VÀ HÀN SẢN PHẨM
5.3. Kỹ thuật xử lý sau khi hàn
5.3.1. Ủ, ram liên kết hàn
- Như đã kết luận ở mục 2.1.4.3, thép 16MnSi nhạy cảm với nứt nguội nên cần thực hiện nhiệt luyện sau khi hàn để làm giảm hoàn toàn ứng suất dư trong kim loại mối hàn. Tác giả quyết định thực hiện ram cao trong khoảng nhiệt độ
- Quá trình nhiệt luyện cần khống chế chính xác nhiệt độ và kiểm sốt tốc độ nguội, nên tác giả quyết định chọn nhiệt luyện bằng phương nung bằng điện trở, nhiệt luyện đồng thời tất cả các mối hàn.
- Lựa chọn chế độ nhiệt luyện: + Nhiệt độ ram:
+ Tốc độ nung lớn nhất: Tốc độ nung lớn nhất đối với thép C-Mn phục thuộc vào chiều dày của chi tiết và thường nằm trong khoảng . Tác giả quyết định chọn tốc độ nung
+ Thời gian giữ nhiệt: Thông thường thời gian giữ nhiệt là 1h/25 mm chiều dày vật liệu, mà chi tiết cần nhiệt luyện có độ dày là 10mm
+ Tốc độ làm nguội: Thông thường tiêu chuẩn quy định rõ sự làm nguội có kiểm sốt cho tới. Dưới nhiệt độ này chi tiết có thể được bỏ ra khỏi lị nung và được làm nguội bên ngồi khơng khí vì thép tương đối bền và dường như không chịu một sự biến dạng dẻo nào do gradient nhiệt độ gây ra. Nhờ sử dụng vải sợi thủy tinh cách nhiệt hoặc len vô cơ cách nhiệt (chất bảo ôn) mà tốc độ nguội đưuọc kiểm sốt thấp hơn so với làm nguội ngồi khơng khí (), ta có tốc độ nguội là
Suy ra khoảng thời gian để nguội từ 6 về 300 là: - Ta có biểu đồ nhiệt luyện như đồ thị bên dưới:
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
Hình 5.8: Biểu đồ nhiệt luyện sau khi hàn
- Xác định bề rộng vùng gia nhiệt
Hình 5.9: Xác định bề rộng vùng gia nhiệt sau khi hàn
- Lựa chọn thiết bị nhiệt luyện:
Hình 5.10: Nguồn nhiệt luyện HM406T2
- Phương tiện kiểm soát nhiệt độ: Căp nhiệt
5.3.2. Xử lý cơ – hóa sau khi hàn
Sau khi hàn cần loại bỏ những khuyết tật như bắn tóe, mối hàn quá lồi. Nhằm loại bỏ những khuyết tật và tránh tập trung ứng suất có thể phá hỏng kết cấu. Do đó cần tiến hành gia cơng cơ các mối hàn. Có thể sử dụng máy mài (xem 3.6.2).
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ HÀN PHÙ HỢP
6.1. Tính tốn/xác định các thông số chế độ hàn cho từng mối hàn 6.1.1. Tính tốn/lựa chọn các thơng số chế độ hàn chính
a) Tính tốn chế độ hàn nhóm A01 (SAW)
Thiết kế liên kết hàn của nhóm mối hàn số 1 với đầy đủ hình dáng, kích thước được biểu thị ở Hình 6.1. - Đây là các mối hàn giáp mối, khơng có khe hở hàn, hàn một lớp bằng phương pháp SAW. Sở dĩ ta chọn kích thước mối hàn như vậy là do: đây là mối hàn vật liệu tương đối mỏng (10mm), bằng phương pháp SAW có thể cho chiều sâu ngấu lớn, nên ta không cần khe hở hàn cũng vẫn có thể hàn hết bề dày vật liệu.
Hình 6.1: Liên kết hàn nhóm A01
- Chiều sâu chảy của mối hàn phải thỏa mãn điều kiện sau để đảm bảo hàn ngấu hết chiều dày chi tiết: h ≥ s =10 [mm].
Chọn h = 10 [mm].
- Cường độ dịng diện hàn cho lớp hàn đó được tính theo cơng thức: Chọn
- Chọn sơ bộ đường kính dây hàn d = 4,8 mm. Tra theo [2], trang 138 ta có J = 35÷60 [] Chọn J = 45 []
- Tính ngược lại d theo cơng thức Đúng với đường kính sơ bộ đã chọn.
- Tính tốc độ hàn: Để đảm bảo điều kiện kết tinh tốt của vũng hàn, tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của vũng hàn phải không đổi. Theo lý thuyết truyền nhiệt, ta sẽ có: v.I = A = const. tức là: v = A/I.
Với đường kính d = 4,8 mm, tra theo [2], trang 138 ta có: A = (20÷25). [Am/h]. Chọn = 0,86 [cm/s] = 516 [mm/ph] = 51,6 [cm/ph]
- Tính điện áp hàn:
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân - Tính năng lượng đường:
+ Tính tốn dải năng lượng đường tối ưu: Trong đó:
- là chiều dày của chi tiết hàn khi hàn một phía [cm] - là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu kim loại cơ bản [cal/cm.s.] - là nhiệt dung thể tích của vật liệu kim loại cơ bản [cal/] - là nhiệt độ kém ổn định của Austenite []
- là nhiệt độ của môi trường [], 25
- là dải tốc độ nguội tối ưu của vật liệu kim loại cơ bản [/s]
16MnSi là thép hợp kim thấp độ bền cao nên ta có: [/s]
Tm = 550
= 0,15 [cal/cm.s.] = 1,25 [cal/]
VLCB vừa bị nứt nóng vừa bị nứt nguội nên dải năng lượng đường tối ưu nhất nằm trong khoảng
+ Tính tốn năng lượng đường khi hàn: Với hàn SAW thì lấy ta được:
Năng lượng đường nằm trong dải tối ưu [. Hơn nữa còn nằm ở mức trung bình () khi tính ở nhiệt độ mơi trường là 25, từ đó tác giả nhận thấy với q trình hàn SAW có năng lượng đường lớn, khi hàn cho nhóm A01 khơng cần nung nóng sơ bộ.
- Tính hệ số ngấu: Theo cơng thức:
+ Khi hàn bằng dịng một chiều cực nghịch (DCEP), J = 50 < 120 []: Hệ số ngấu thuộc dải tối ưu
- Tính bề rộng mối hàn: Theo công thức: Chọn b = 19 mm.
- Tính tiết diện ngang kim loại đắp: Theo cơng thức:
Trong đó:
+ ρ: là trọng lượng riêng của vật liệu, với thép: ρ = 7,85 g/cm3. + v = 31 [m/h]
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
Hình 6.2: Đồ thị hệ số đắp khi hàn bằng nguồn hàn DCEP
Ứng với Ih = 800 A, ta tra được αđ = 13,5 [g/A.h]. Suy ra:
- Chiều cao phần nhô mối hàn: Biểu thức xác định:
Với hệ số chiều cao mối hàn khi hàn dưới lớp thuốc Suy ra:
- Hệ số hình dạng mối hàn: Theo cơng thức:
Nhận thấy hệ số hình dạng nằm ngồi dải tối ưu, để giải quyết vấn đề này có thể thay đổi các thơng số chế độ hàn, thay đổi diện tích đắp phần lồi F1, vì 16MnSi cần ưu tiên khống chế năng lượng đường khi hàn nên tác giả quyết định thay đổi diện tích F1 trong khi giữ ngun các thơng số hàn U, I, v bằng cách tăng khe hở đáy để một lượng kim loại đắp chảy xuống phần diện tích F2
+ Chọn khe hở a = 1 mm, ta có:
Kết luận: Sau khi kiểm tra lại , ta thấy chúng đều nằm trong dải cho phép, nên các thơng số tính tốn, lựa chọn sơ bộ của q trình hàn SAW cho nhóm hàn A01 ở trên đạt u cầu.
b) Tính tốn chế độ hàn nhóm A02 (SMAW)
Thiết kế liên kết hàn của nhóm mối hàn số 2 với đầy đủ hình dáng, kích thước được biểu thị ở Hình 6.3. Đây là các mối hàn có liên kết chữ T. Vát mép chữ V với góc rãnh hàn và khơng có khe hở đáy.
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
Hình 6.3: Liên kết hàn Nhóm A02
- Tổng diện tích đắp gần đúng thơng qua phương pháp hình học:
Chọn sơ bộ đường kính que hàn lớp lót là 3,2 mm, các lớp sau là 4,0 mm, ta có diện tích các lớp đắp:
Vì dung nguồn hàn là DCEP (DC+) nên lấy hệ số nhỏ: - Số đường hàn:
- Cường độ dòng điện hàn:
Dựa theo chỉ dẫn và khuyến cáo của hãng Kobelco cho que hàn LB-26 trong bảng 2.7 ta có: + Với chọn
+ Với chọn
- Tính điện áp hàn:
– hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên que hàn. đối với que hàn thép.
– hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên 1 mm chiều dài hồ quang. trong khơng khí.
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân Thay vào cơng thức ta có:
. Chọn . Chọn
- Tính vận tốc hàn:
– hệ số đắp của vật liệu hàn. Chọn . – khối lượng riêng của kim loại đắp. .
Fđ – diện tích kim loại đắp của từng đường hàn tương ứng, F1= 0,192 (cm2), F2= 0,32 (cm2).
Thay vào cơng thức ta có :
- Tính năng lượng đường:
– hiệu suất hồ quang. với hàn hồ quang tay. Chọn .
Nhận thấy:
+ bằng cận dưới dải năng lượng đường tối ưu , nhưng vì VLCB vừa nhạy cảm với nứt nóng vừa nhạy cảm với nứt nguội nên như thế chưa tối ưu nhất. Để giải quyết vấn đề này tác giả quyết định thực hiện nung nóng sơ bộ để kéo dải năng lượng đường tối ưu xuống thấp hơn, từ đó giá trị sẽ nằm ở vùng giữa của dải năng lượng đường tối ưu mới.
+ Thấy thuộc dải năng lượng đường Khơng cần nung nóng bổ sung trước khi hàn đường hàn thứ 2.
Kết luận: Thơng số hàn đã tính tốn, lựa chọn sơ bộ của q trình hàn SMAW cho nhóm hàn A02 ở trên đạt u cầu.
6.4.2. Lựa chọn/tính tốn các thơng số kỹ thuật bổ sung:
a) Q trình hàn SAW
+ Cực tính điện cực: DCEP(DC+)
+ Loại thuốc hàn: thuốc hàn gốm hệ bazơ + Chế độ sấy thuốc hàn: Sấy ở nhiệt độ trong . + Tầm với điện cực:
Nhưng do trong phương pháp hàn này thì tầm với điện cực nhỏ hơn 1,5÷2 lần nên ta có Chọn L = 16 mm.
+ Góc nghiêng mỏ hàn: Vng góc với bề mặt hàn (góc so với phương ngang) + Quỹ đạo dao động ngang: Không cần dao động ngang
b) Q trình hàn MMA (SMAW)
+ Cực tính của điện cực: DC+ + Loại thuốc bọc:
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân + Chế độ sấy que hàn: Sấy ở nhiệt độ trong .
+ Quỹ đạo dao động ngang của que hàn khi hàn: quỹ đạo ziczac biên độ có thể bằng 2d + Góc nghiêng của điện cực theo các phương trong quá trình hàn: nghiêng so với phương pháp tuyến của bề mặt cần hàn.
6.4.3. Bảng tổng hợp các thông số chế độ hàn đầy đủ của từng nhóm mối hàn.
Các thơng số chế độ hàn đầy đủ của từng nhóm mối hàn được thống kê trong các bảng sau:
Bảng 6.1: Chế độ hàn của nhóm mối hàn A01
Đư ờng hàn d [m m] I [ A] U [ V] Vh [cm/p h] qd [J/m m] C ực tính điện cực Loại thuốc hàn Chế độ sấy thuốc Tầ m với điện cực [m m] Góc nghiên g mỏ hàn [ 1 4,8 008 83 52 3000 C+D BazơGốm – 16
Bảng 6.2: Chế độ hàn cho nhóm mối hàn A02
Đư ờng hàn d [m m] I [ A] U [ V] Vh [cm/p h] qd [J/m m] C ực tính điện cực Loạ i thuốc bọc Chế độ sấy que hàn Góc nghiêng điện cực [ 1 3,2 1 20 2 6 9,3 1409 0 D C+ Baz ơ 2 4,0 601 82 7,4 25290 C+D ơBaz
6.2. Đề xuất phê chuẩn và chọn lựa thiết bị hàn phù hợp
6.2.1. Đề xuất phê chuẩn thiết bị hàn
a) Thiết bị hàn hồ quang tay SMAW
1. của máy phải thỏa mãn : . 2. của máy phải thỏa mãn : .
3. của máy sẽ chọn phải thỏa mãn : . 4. của máy sẽ chọn phải thỏa mãn : ]. 5. Điều chỉnh vô cấp các thơng số I, U, vd. 6. Tích số ED . của máy phải thỏa mãn .
Bảng 6.3: Các tiêu chí kỹ thuật để lựa chọn thiết bị hàn SMAW
ST
T Thông số kỹ thuật Giá trị yêu cầu Ghi chú
1 Dòng điện tối thiểu 2 Dòng điện tối đa 3 Điện áp tối thiểu 4 Điện áp tối đa
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
5 Khả năng điều chỉnh dịng hàn Vơ cấp
6 Tích số ED . của máy
c) Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc SAW
1. tải 100% của máy phải thỏa mãn : . 2. của máy sẽ chọn phải thỏa mãn : . 3. của máy sẽ chọn phải thỏa mãn : . 4. Điều chỉnh vô cấp các thông số I, U, vd.
Bảng 6.4: Các tiêu chí kỹ thuật để lựa chọn thiết bị hàn SAW
ST
T Thông số kỹ thuật Giá trị yêu cầu Ghi chú
1 Dòng điện tải 100% 3 Điện áp tối thiểu 4 Điện áp tối đa
5 Khả năng điều chỉnh dòng hàn Vô cấp
6.2.2. Lựa chọn thiết bị hàn cụ thể
a) Thiết bị hàn hồ quang tay:
Dựa vào Bảng 6.4 và sau khi tham khảo qua một sỗ hãng sản xuất thiết bị hàn. Tác giả quyết định chọn máy hàn Migatronic PI 200E của Đan Mạch. Có thơng số kỹ thuật như sau:
Bảng 6.5: Thông số kỹ thuật máy hàn Migatronic PI 200E
Thông số kỹ thuật Giá trị
Nguồn điện 3 pha, 400 [V] ± 15%, 50/60 [Hz]
Công suất cực đại 6,7 [kVA]
Dòng hàn cực đại 200 [A]
Dải điều chỉnh dịng hàn 7 – 200 [A]
Chu kì tải 100% 200 [A]
Chu kì tải 100% 155 [A]
Điện áp khơng tải 95 [V]
Kích thước máy 360 x 220 x 570 [mm]
Trọng lượng máy 20 kg, tiện lợi cho việc xách tay - Ngồi ra máy cịn có một số chức năng sau:
+ Điều khiển dịng hàn vơ cấp.
+ Góc máy được làm bằng vật liệu chống rung, tăng tuổi thọ và sự làm việc tin cậy của hệ thống mạch điện tử.
+ Chỉnh lưu INVERTER kỹ thuật số, dòng siêu mịn, trọng lượng nhẹ. + Chức năng : hàn SMAW với dòng DC.
+ Trang bị chức năng khởi động nóng (hotstart) cho hàn SMAW : 0 – 100% dịng hàn. + Điều chỉnh đặc tính động của hồ quang SMAW : 0 – 100%.
+ Trang bị đồng hồ số, màn hình LCD hiển thị chính xác. + Trang bị chức năng cài đặt và ghi nhớ 10 chương trình hàn. + Hệ thống phím mềm chống bụi thông minh, tác động cực nhanh.
+ Ứng dụng cho hàn các loại vật liệu : thép thường, thép cường độ cao, thép không gỉ, nhôm .v.v…
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
Hình 6. 4: Máy hàn hồ quang tay Migatronic PI 200E
b) Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc SAW
Dựa vào Bảng 6.4 và sau khi tham khảo qua một sỗ hãng sản xuất thiết bị hàn. Tác giả quyết định chọn máy hàn model Mealer MZ – 1250 của Trung Quốc
Bảng 6.6: Thông số của máy MZ – 1250:
Chi tiết/Model Đơn vị MZ – 1250
Điện áp vào [V] AC 380
Số Pha - 3
Giải dịng hàn [A] 10-1250
Tần số [Hz] 50/60
Cơng suất [kVA] 70
Điện áp không tải [V] 85
Phạm vi điều chỉnh
điện áp hàn [V] 22 – 50
Chu kỳ tải 60% [A] 1250
Chu kỳ tải 100% [A] 968
Hiệu suất làm việc [%] 85
Hệ số cơng suất [Cos φ] 0,93
Đường kính dây hàn [Ø] 2.0/3.0/4.0/5.0/6.0 Tốc độ cấp dây hàn [mm/phút] 20 – 200 Trọng lượng [Kg] 160 Kích thước máy [mm] 580x 480 x 900 Cấp bảo vệ - IP23 Cấu hình đồng bộ gồm: + 15 mét cáp điều khiển kèm chân cắp 16 lõi + Kìm mát + cáp mát kèm giắc cắm nhanh + 15 mét dây cáp hàn kèm chân nối. + Một bộ rùa hàn.
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân + Sử dụng công nghệ IGBT và biến tần tần số cao giúp thiết bị có thể cung cấp cơng suất cao ở đầu ra.
+ Màn hình LED hiển thị dịng hàn, điện áp hàn, tốc độ của rùa hàn. + Nguồn hàn cung cấp khả năng hàn dưới lớp thuốc và hàn que. + Khả năng thay đổi dòng hàn linh hoạt đảm bảo đường hàn đẹp. + Có mạch bảo vệ giúp bảo vệ máy khỏi quá nhiệt, đoản mạch, quá tải.
Hình 6.5: Hình ảnh máy hàn Mealer MZ – 1250
6.2.3. Lựa chọn các dụng cụ, thiết bị phụ trợ
Các dụng cụ, thiết bị phụ trợ được thống kê đầy đủ trong bảng
Bảng 6.7: Bảng thống kê các dụng cụ, thiết bị phụ trợ và trang phục bảo hộ lao động
T T Loại dụng cụ, thiết bị bảo hộ Thơng số u cầu
Ghi chú Hình ảnh minh họa
1 MMAMặt nạ hàn 11Kính lọc số
Chọn đúng số yêu cầu
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
2 Gang tay da Loại để hàn MMA, SAW
3 Giầy bảo hộ rơiLoại chống
4 hộQuần áo bảo nhiệtLoại chịu
5 Tạp dề da Loại miếng
Đồ án Cơng Nghệ Hàn Nóng Chảy GVHD: PGS. Vũ Huy Lân
6 Búa đánh xỉ Loại 1kg