CÁC CÔNG NGHỆ SAU CÔNG NGHỆ HÀN Mã bài: MCH-13- 08 .
Giới thiệu.
Sau khi kết cấu hàn được chế tạo, để đảm bảo thời gian làm việc của kết cấu được lâu, thì việc xử lý kết cấu hàn bằng các công nghệ sau hàn là rất quan trọng, góp phần đáng kể nâng cao tuổi thọ của kết cấu hàn.
Mục tiêu thực hiện.
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
- Trình bày chính xác các phương pháp xử lý bề mặt của kết cấu hàn.
- Trình bày chính xác các quá trình công nghệ sau hàn để tăng cường tuổi thọ cho kết cấu hàn.
Nội dung.
1- Các phương pháp làm sạch kết cấu hàn.
Trong quá trình gia công kết cấu trên bề mặt của kết cấu thường chứa các chất bẩn như bụi, các phần tử mài, dầu mỡ, các axít, ôxýt... Các loại chất này làm cản trở các quá trình xử lý bề mặt. Vì vậy chúng ta phải tẩy rửa các loại tạp chất này ra khỏi bề mặt kim loại để thực hiện các công việc tiếp theo. Trong thực tế hiện nay thường dùng các phương pháp sau để làm sạch bề mặt kim loại.
a- Các phương pháp làm sạch bằng hoá học.
Làm sạch bằng các phương pháp hoá học là phương pháp dùng các dung dịch hoá chất để tẩy sạch, hoặc hoà tan các chất bẩn, sau khi tẩy hoặc ngâm trong dung dịch hoá chất
Chi tiết phảI được rửa bằng nước sạch để tẩy hết những chất bẩn còn lại.
Ngoài các phương pháp đã giới thiệu ở trên thì trong thực tế người ta còn dùng phương pháp điện phân để làm sạch kết cấu hàn, phương pháp này ứng dụng cho những kết cấu hàn có yêu cầu chất lượng bề
mặt cao. Trong thực tế hiện nay làm sạch bằng các phương pháp hoá học thường có chi phí rất cao, nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế mặc dù chất lượng cao.
b- Làm sạch bằng các phương pháp cơ học.
- Phun cát: phun cát là phương pháp làm sạch thông dụng nhất hiện nay do hiệu quả kinh tế cao, dễ ứng dụng và chất lượng làm sạch cao, chính vì vậy hiện nay phun cát đang được ứng dụng rất rộng rãI trong các cơ sở sản xuất.
Gia công phun cát có thể thực hiện cho những chi tiết rất lớn đến những chi tiết rất nhỏ. Thiết bị phun cát gồm có : Máy nén khí, bình lọc khí nén, súng phun cát. Trong quá trình phun cát có thể sử dụng đồng thời nhiều súng phun từ nhiều góc độ khác nhau, có thể phun ngoài trời cũng có thể phun cát trong các phòng kín chuyên dùng.
Chế độ phun được xác định như sau:
+ Không khí nén phải có áp lực 4-5 kg/cm 2
+ Khoảng cách từ súng phun đến chi tiết khoảng 75-100mm.
+ Kích thước hạt cát khoảng 0,8-1,0 mm + Góc phun từ 22 0 - 450.
- Mài, đánh bóng: Đây cũng là một phương pháp làm sạch bề mặt tương đối phổ biến nhưng chỉ tiến hành cho những chi tiết nhỏ, số lương ít. Phương pháp này hiệu quả kinh tế thấp.
2- Xử lý bề mặt bằng phương pháp mạ kim loại.
Mạ điện được tạo ra do nguyên lý của sự điện phân. Chất điện phân chứa các ion kim loại mà ta cần mạ, thông thường cực dương là những kim loại tương tự như kim loại ta cần mạ trên chi tiết hàn.
Khi đưa dòng điện một chiều vào bể, dòng điện đi qua bể, lúc đó kim loại cực dương sẽ thoát ra và trên bề mặt chi tiết sẽ thu được một lớp mạ. Vật cần mạ là phải dẫn điện, nếu không thì cần phải xử lý hoặc phải mạ trong chân không. Mạ điện có thể mạ được những lớp kim loại khác nhau như Ni ken, Crôm, Đồng, Kẽm, Bạc, Vàng … Dùng phương pháp này ta có thể tiến hành mạ 2 lớp như mạ Ni ken - Crôm. Để nâng cao chất lượng của lớp mạ, thông thường người ta mạ trước một lớp đồng sau đó mới tiếp tục mạ các kim loại tiếp theo như Ccôm, Ni ken.
Các yếu tố quyết định đến chất lượng của lớp mạ bao gồm.
a - Chiều dày và cấu trúc của lớp mạ:
Theo nguyên tắc chiều dày lớp mạ trên toàn bộ chi tiết phải như nhau, cấu trúc của lớp mạ cũng được tạo thành mạng lưới tinh thể, do vậy về bản chất cấu trúc của lớp mạ không khác với cấu trúc của kim loại cơ bản. Cho nên chất lượng của kim loại mạ luôn được thoả mãn.
b - Bể mạ.
Bể mạ chứa các dung dịch điện phân, các chất này chia thành các nhóm như: Nước kim loại dùng để tạo chất điện phân bao gồm các muối đơn giản hoặc các muối phức tạp, các chất dùng để nâng cao tính dẫn điện của dung dịch, các chất giữ cho tính axít của dung dịch mạ có giá trị nhất định, các chất gây mần kết tinh hoặc có thể nâng cao độ nhẵn của lớp mạ.
c- Khả năng thu được các lớp mạ kim loại.
Quá trình mạ có thể thực hiện được các lớp mạ như sau:
+ Lớp đồng: Riêng đối với đồng, người ta ít dùng mạ đồng riêng biệt vì khả năng chống rỉ của nó kém, cho nên chỉ có tác dung làm lớp lót trước khi mạ Ni ken hoặc Crôm, làm như vậy sẽ tiết kiệm được các kim loại quý hiếm.
+ Lớp Ni ken: Có độ bóng tốt nhưng hay đổi màu cho nên trong thực tế người ta thường phải mạ bổ sung thêm một lớp Crôm mỏng.
+ Lớp mạ Kẽm: thường dùng cho các vật liệu điện, các loại tấm thép mỏng, các loại dây thép.
+ Lớp mạ Crôm: là lớp mạ thông dụng nhất và cho nên quá trình mạ quan trọng nhất, lớp mạ Crôm có khả năng chống rỉ tốt ở cả điều kiện nhiệt độ bình thường và điều kiện nhiệt độ cao. Độ cứng của lớp mạ Crôm rất cao, cho nê nó có khả năng chống được mài mòn cơ học. Ngoài ra nó còn có khả năng chịu đựng được các loại axít, muối.
+ Lớp mạ Bạc: Dùng trong kỹ thuật điện do nó có tính dẫn điện tốt.
d- Thiết bị mạ kim loại.
Thiết bị mạ kim loại bao gồm các nhóm chính sau:
- Nguồn điện và hệ thống điều khiển: bao gồm máy phát điện một chiều có công suất đủ lớn thông thường dòng điện khi mạ có thể tới hàng ngàn am pe, điện thế khoảng 4 - 20V
- Bể mạ: Được làm từ các vật liệu có đủ khả năng chịu được các tác dụng của điện hoá. Thông thường người ta dùng các loại bể được bọc bằng lớp chì, các loại bể nhỏ có thể được làm bằng đá. Bể thường có thiết bị lọc, bộ phận sấy nóng, bộ phận khuấy dung dịch và hệ thống hút hơi độc.
- Ngoài ra còn có các hệ thống cơ khí hoá và tự động các quá trình trước, trong và sau khi mạ.
Ngoài ra trong thực tế tuỳ theo yêu cầu chất lương của lớp mạ mà chúng ta có thể dùng các phương pháp mạ tiên tiến như: Mạ hoá học không có dòng điện, mạ bằng khuếch tán, mạ trong chân không.
3- Xử lý bề mặt bằng phương pháp sơn.
Sơn là phương pháp thông dụng nhất trong thực tế hiện nay để bảo vệ kim lọai kết cấu ưu thế của sơn là giá thành rẻ, dễ thực hiện, không yêu cầu cao về mọi vấn đề kỹ thuật, là phương pháp duy nhất để tăng tuổi thọ cho những kết cấu siêu trường, siêu trọng như tàu thuỷ, cầu, ôtô - hiện nay sơn có hai loại chính là sơn sắc tố, sơn phủ có tác dụng làm đẹp và chông cháy.
a- Các loại vật liệu sơn:
- Vật liêu sơn dầu: Thành phần chủ yếu là dầu thực vật, thông thường là dầu lanh hoặc dầu gỗ. Loại dầu này phủ một lớp mỏng dẽ gây phản ứng với Ôxy tạo nên một lớp màng cứng có độ bền tốt. Dầu được sấy khô cùng với một số chất phụ cho thêm vào được gọi là dầu gai.
- Vật liệu sơn xen lu lô: Thành phần chủ yếu của nó là Nitroxelulo được hoà tan trong chất thích ứng như êtylen, axêton... các chất này thường có tính tự sấy khô nhanh (khoảng 30phút- 60phút ). Vì vậy loại này thích ứng với việc phủ lớp sơn bảo vệ bằng phương pháp phun sơn.
- Vật liệu sơn tổng hợp: Đây là loại sơn chứa các ưu điểm của loại sơn dầu và sơn xen lu lô, đồng thời nó cũng có thể khử được các loại nhược điểm của các loại sơn kể trên. Phần chính để tạo ra màng của loại này là các loại nhựa tổng hợp. Đối với loại sơn này phần lớn được phủ bằng các phương pháp phun hoặc ngâm, có thể để khô trong không khí ở nhiệt độ bình thường, nếu tăng nhiệt độ thì sự sấy khô sẽ tăng nhanh.
b- Các phương pháp sơn:
Có nhiều cách sơn, sơn bằng chổi lông là phương pháp có lâu nhất và là kỹ thuật sơn cơ sở. Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều công sức lao động. Sơn bằng bút lông thích hợp cho công việc sơn những chi tiết phức tạp và ở những vị trí khó khăn. Phun sơn là phương pháp dùng khí nén thổi vào dòng sơn, làm cho nó phân tán thành những giọt nhỏ nén lên bề mặt vật được sơn, như vậy trên bề mặt sẽ tạo ra một lớp sơn liên kết. Phun sơn được thực hiện bằng đầu phun, vật liệu sơn được đưa từ bình chứa vào đầu phun bằng ống dẫn, thông thường ở bình chứa có áp suất khoảng 4at. Phun sơn là phương pháp có năng suất rất cao nhưng mất mát về sơn cũng nhiều có thể tới 40%. Ngâm sơn là phương pháp đơn giản nhất, không đòi hỏi trình độ của người thợ, nhưng lại dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Phương pháp sơn mới nhất, hiệu quả nhất và chất lượng tốt nhất hiện nay là sơn Tĩnh điện hay còn gọi là phương pháp sơn khô, phương pháp này vật liệu sơn ở dạng bột và được đưa vào trong không gian của điện trường, các hạt sơn sẽ bị nhiễm điện, sau đó các hạt sơn được phun vào chi tiết, do bị nhiễm điện cho nên nó có độ bám tốt, chất lượng bề mặt của lớp sơm cao, hiện nay phương pháp này đang được ứng dụng ngày càng nhiều.
c- Sấy khô sơn:
Để đẩy nhanh tốc độ khô của lớp sơn, thông thương sau khi sơn chúng ta phải tiến hành sấy, việc sấy chỉ thực hiện cho những kết cấu không lớn, đối với những kết cấu lớn chúng ta có thể sử dụng các phương pháp bức xạ nhiệt để làm khô sơn.
4- Xử lý bề mặt bằng phương pháp phun kim loại.
Phun kim loại là một phương pháp dùng áp lực của dòng khí để thổi kim loại lỏng vào bề mặt chi tiết nhằm cảI thiện chất lượng bề mặt của chi tiết, đối với các kết cấu hàn thì việc ứng dụng công nghệ này sau hàn là không nhiều.
Có nhiều phương pháp phun kim loại được ứng dụng trong thực tế hiện nay:
- Phương pháp phun phủ kim loịa bằng ngọn lửa khí: Dùng ngọn lửa khí để nung nóng chảy kim loại sau đó dùng dòng khí nén thổi kim loại lỏng đó vào bề mặt của chi tiết.
- Phương pháp phun phủ bằng kích nổ khí: là phương pháp dùng nguồn nhiệt tạo ra do kích nổ với công suất đạt hàng triệu oát, vận tốc phần tử hạt phủ đạt 800- 1300m/s, các hạt phủ chuyển động với vận tốc cực lớn khi va chạm với chi tiết sẽ sinh động năng lớn, nó được chuyển hoá thành nhiệt làm nống chảy kim loại tại những điểm tiếp xúc tạo nên lớp bám phủ trên bề mặt chi tiết.
- Phương pháp phun phủ bằng hồ quang điện: Dùng năng lương của hồ quang để làm nóng chảy kim loại phủ sau đó dùng khí nén thổi kim loại lỏng đó với tốc độ lớn vào bề mặt chi tiết tạo thành lớp phủ.
- Phương pháp phun phủ bằng Plasma: Dùng năng lương của Plasma để làm nóng chảy kim loại phủ sau đó dùng khí nén thổi kim loại lỏng đó với tốc độ lớn vào bề mặt chi tiết tạo thành lớp phủ.