4. Xây dựng mô hình và hàn thực nghiệm
4.2. Thực nghiệm hàn PTA
Dao ắt, vít ùn, nh khu y, lƣ t gạt, trụ ép,... là hi tiết ph i làm vi li n tụ trong iều ki n hịu mài m n. C hi tiết này thường ư u tạo g m hai ph n hính là ph n làm vi và ph n th n. Thứ nh t là ph n làm vi ƣ hế tạo từ thép h p kim ứng. Nó ph i m o ộ ứng n thiết, m o ộ ền, kh năng hịu mài m n khi làm vi . Thứ hai là ph n th n thường hế tạo từ thép on, ó ơ tính t t, tính hàn m o, gi thành h p l , ƣ s n xu t tại Vi t Nam.
PTA là phương ph p hàn ó năng su t hàn lớn, nhi t h quang plasma ao và tập trung, h t lƣ ng m i hàn ổn ịnh, iến ạng hàn nh , hàn ƣ nhiều loại vật li u kh nhau, sự tham gia kim loại nền vào m i hàn th p. M i hàn ƣ tạo ởi ột h p kim Eutroloy 16606 ó ƣu iểm là ộ ứng ao kho ng 60HRC, kh năng hịu mài m n t t.
B n ạnh ó, t gi ph n tí h và pha trộn ột h p kim M ư tr nh ày trong Chương 3. H p kim ột M sẽ ƣ t gi hàn th nghi m; sau ó ph n tí h, i hứng và so s nh với mẫu hàn ột h p kim Eutroloy 16606 ể ƣa ra những nhận xét, nh gi , kết luận ụ
4.2.1. Thiết bị hàn PTA
Thiết ị PTA ƣ s ụng là m y hàn Eutroni GAP 3000 AC/DC ủa h ng Castolin tại trường Đại họ B h khoa Hà Nội, thiết ị hàn DURWELD 300/2 PTA ủa h ng DURUM ư ung p ởi Công ty HTH Trường Ph t và thiết ị hàn HPT-500A tại Công ty Vi t Long (Phụ lụ 1). Về ơ n, thiết ị hàn PTA ó u tạo ao g m ộ phận ơ n là ngu n hàn, ngu n p khí tạo plasma và o v m i hàn, ộ phận p ột h p kim, ộ phận g k p u hàn, ộ iều khiển và u hàn tự ộng với 6-8 lỗ phun ột, m hàn m hàn tay với 4 lỗ phun ột, h th ng hút khói hàn. C thiết ị hàn PTA thường ƣ trang ị tí h h p hai hứ năng hàn tự ộng với u hàn tự ộng và hàn tay với m hàn m tay. Điều này ho phép nó ứng ụng linh hoạt trong từng iều ki n s n xu t ụ thể. Trường h p hàn ằng m hàn m tay hủ yếu ùng ể hàn hi tiết nh , hàn s a hữa. Năng su t khi hàn ằng m m tay thường th p hơn so với hàn tự ộng.
4.2.2. Vật liệu 4.2.2.1. Vật liệu nền
Nếu s ụng ùng một loại vật li u ó ộ ứng ao, hịu mài m n ể hế tạo hi tiết ( ao g m th n và ph n làm vi ) th sẽ r t l ng phí vật li u, làm tăng gi thành s n phẩm,... V vậy, gi i ph p t t nh t ó là s ụng thép on trung nh làm th n ủa hi tiết nhƣ ao ắt, vít ùn, nh gạt, trụ ép, trụ nghiền,... V thép on trung nh, thuộ nhóm thép on kết u h t lư ng t t. Hàm lư ng nguy n t Lưu hu nh (S) và Ph t pho (P) ư kiểm so t ở mứ ộ th p (thường nh hơn 0.035%). Đ iểm ủa loại thép này là ễ hế tạo, tính hàn m o, gi thành h p l và ƣ s n xu t tại Vi t Nam.
Th o tài li u [41], thép C45 ủa Vi t Nam tương ương với thép 1045 th o ti u huẩn ASTM A 29/A 29M-03 ủa Mỹ và C445E th o ti u huẩn ISO 683-1:1987.
B ng 4.5. Thành ph n hóa họ ủa thép C45 [3], [9], [41].
Thành ph n hóa họ %
C Si Mn S P
0.42-0.50 0.17-0.37 0.50-0.80 0.035 0.035 B ng 4.6. Cơ tính ủa thép C45 [3], [9].
Giới hạn ền (MPa)
Giới hạn h y (MPa)
Độ gi n ài (%)
Độ ai va ập ở +200C (kJ/m2)
Độ ứng (HB)
610 360 16 500 229
Nhƣ vậy, lựa họn vật li u nền là thép C45 ể làm th n ủa hi tiết là gi i ph p h p l hơn . Nó m o hai hỉ ti u kỹ thuật và kinh tế. Mẫu th là t m thép C45 ó kí h thướ ( hiều ài x hiều rộng x hiều ày) l n lư t là 100mm x 50mm x 12mm.
H nh 4.12. Kí h thướ t m thép C45 ư ùng ể hàn mẫu
C45 là thép ó hàm lư ng C on trung nh. Hàm lư ng nguy n t Lưu hu nh (S) và Ph t pho (P) ƣ kh ng hế ở mứ th p (0.035%). T m thép C45 ó kí h thướ 100x50x12mm ư t h ra từ khổ lớn hơn ằng phương ph p ắt plasma. Thiết ị ắt plasma ƣ s ụng là Pow rmax 65 ủa h ng Hyp rth rm (Phụ lụ 1).
H nh 4.13. Thép t m C45 sau khi ƣ ắt ằng plasma
Tổng s t m phôi thép C45 ƣ ắt và s ụng ể hàn mẫu là 36. Trong ó, 29 phôi thép C45 ư ùng ể hàn mẫu với h p kim ột M (tương ứng với h p kim ột từ M1 ến M11 nhƣ trong B ng 3.6) và 07 phôi thép C45 ƣ ùng ể hàn mẫu với h p kim ột Eutroloy 16606 làm mẫu i hứng. Sau khi ƣ ắt, toàn ộ i n tí h ề m t t m thép C45 ư làm sạ h ằng mài gi p ể loại gỉ, h t ẩn tr n ề m t trướ khi hàn PTA. Qu tr nh mài không ư tạo ra vết xướ ó r nh tr n ề m t vật hàn nhằm tạo iều ki n thuận l i ho qu tr nh hàn PTA ạt h t lƣ ng t t nh t và sự nh gi , o kiểm kí h thướ ạt ư ộ hính x ao nh t.
4.2.2.2. Hợp kim bột Eutroloy 16606
Vật li u hàn ƣ s ụng là h p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin. H p kim ột thường ú ạng h nh u. Kớ h hạt nằm trong kho ng 50-150àm.
H nh 4.14. H p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin B ng 4.7. Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột Eutroloy 16606 [28], [29]
%C %Mo %Cr %W %V Fe
1.0 5.0 4.2 6.4 2.0 Nền
B ng 4.8. Đ tính ủa h p kim ột Eutroloy 16606[28], [29]
Kí h hạt (àm)
Độ ứng ủa kim loại m i hàn ở 200C (HRC)
50 - 150 58 - 60
H p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin thường ư ùng ể hàn ắp tạo ề m t ứng, làm vi hịu mài m n ao, hịu nhi t, hịu va ập trung nh. Bột h p kim Eutroloy 16606 sẽ ư hàn ắp l n ề m t t m thép C45 ó kí h thướ ư mô t nhƣ ở ph n tr n. S lớp ắp thự ƣ hi n từ 1-2 lớp. Chiều ày mỗi lớp ắp từ 2-4mm.
H p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin ƣ óng gói ạng hộp với kh i lƣ ng là 4kg và o qu n trong hộp nhựa. Tuy nhi n, ể m o nhận ƣ m i hàn ó h t lư ng t t, trướ khi s ụng, ột ư s y ở nhi t ộ kho ng 100-1200C trong thời gian từ 1-2 giờ ể loại hơi ẩm.
4.2.2.3. Hợp kim bột M
H p kim ột M ó thành ph n ơ n g m WC, Cr3C2 và F trong ó F ƣ họn làm nền. H p kim ột M ư pha trộn ằng phương ph p ơ họ . Th o kết qu ph n tí h
và quy hoạ h thự nghi m, h p kim ột M g m h p kim từ M1 ến M11 ứng với hàm lƣ ng WC, Cr3C2 và F nhƣ trong B ng 3.6.
H nh 4.15. H p kim ột M2 sau khi pha trộn thành ph n WC, Cr 3C2 và F Để m o nhận ư m i hàn ó h t lư ng t t, trướ khi s ụng, ột ư s y ở nhi t ộ kho ng 100-1200C trong thời gian từ 1-2 giờ ể loại hơi ẩm. Nếu không kh hơi ẩm ho ột h p kim, khi hàn nhi t h quang plasma làm hơi nướ ị ph n t h thành hai thành ph n Hy ro (H2) và Oxy (O2). Hy ro ị h a tan mạnh vào kim loại l ng, mứ ộ h a tan H2 sẽ gi m n khi kim loại m i hàn kết tinh. Khi nguội, nguy n t H2 không kịp tho t ra sẽ nằm lại trong m i hàn tạo ra ọt khí g y ra sự không li n tụ trong tổ hứ kim loại m i hàn.
4.2.2.4. Khí bảo vệ, khí mang bột, khí tạo plasma
Khí s ụng ể o v vũng hàn, mang ột và tạo plasma là khí Argon (Ar) với ộ tinh khiết ạt 99.9%. Argon là khí trơ, giúp o v vùng hàn t t hơn v ó tỉ trọng ao hơn không khí, kh năng ẫn nhi t t t, năng lƣ ng ion hóa th p, kh năng tạo sứ ăng ề m t ủa vũng hàn ao, sự m t m t nguy n t h p kim o ị h y th p. M t kh , Ar ƣ s ụng làm khí tạo plasma v nó ễ tạo plasma, h quang plasma h y ổn ịnh hơn và ó ộ tập trung ao [50], [89]. V vậy, Ar là khí ƣ s ụng phổ iến nh t trong qu tr nh hàn PTA.
Khí Ar ƣ nén vào nh huy n ụng ó ung tí h 40l, p su t kho ng 120- 150 ar. Qu tr nh s ụng sẽ ùng hai nh khí Ar, trong ó nh thứ nh t ùng ể p khí o v vũng hàn, nh n lại ùng ể p khí mang ột và khí tạo h quang plasma.
4.2.3. Điện cực hàn
Đi n ự Vônfram-Thôri (W-Th) là loại i n ự không nóng h y ƣ s ụng phổ iến nh t trong qu tr nh hàn PTA. V i n ự W-Th ó ƣu iểm là ễ g y h quang, h quang h y ổn ịnh, kh năng ph t xạ i n t ao, ông su t nhi t h quang lớn hơn i n ự Vônfram [2]. Đi n ự W-Th với hàm lƣ ng oxyt Thôri (ThO2) kho ng 2%
thường ư s ụng trong ông ngh hàn PAW, GTAW, PTAW. Nó ó nhi t ộ nóng h y kho ng 34400C, kh năng ph t xạ i n t t t. Đ u i n ự ƣ mài nhọn ằng m y mài huy n ùng với gó ộ th o y u u nhằm tạo iều ki n ho qu tr nh g y h quang và tăng sự tập trung h quang plasma (Phụ lụ 2).
B ng 4.9. C thông s ủa i n ự hàn không nóng h y W-Th Loại u hàn Đường
kính i n ự (mm)
Gó v t u i n
ự (0)
Chiều ài oạn mài u
i n ự (mm)
Chiều ài i n
ự (mm)
Cự tính ng
hàn
Cường ộ ng hàn max
(A)
M hàn m tay 2.4 30 - 45 5
50 - 120 DCEN
250
Đ u hàn tự ộng 4.0 30 - 45 8 450
Để n ng ao tuổi thọ ho i n ự , qu tr nh hàn s ụng ng hàn một hiều (DC) u thuận (DCEN) nghĩa là ự m (-) ủa ngu n hàn ƣ n i với i n ự , n ự ương (+) ư n i với mi ng phun và vật hàn. Phương ph p p ng DCEN như tr n sẽ tạo ra ng plasma trự tiếp và làm tăng năng su t, hi u su t hàn PTA.
4.2.4. Đồ gá hàn
Phôi hàn ƣ k p h t tr n g . Vị trí k p h t là hai m t n ủa phôi. Đ g hàn ó nhi m vụ ịnh vị và k p h t hi tiết trong su t qu tr nh hàn. Đ g và hi tiết hàn ƣ t tr n àn hàn và ở vị trí hàn ằng.
H nh 4.16. Đ g hàn
C vít iều hỉnh M16 tr n g hàn sẽ giúp iều hỉnh lự k p phôi ho phù h p. K p h t hi tiết khi hàn sẽ hạn hế ƣ iến ạng sinh ra trong qu tr nh hàn. Tuy nhi n, ứng su t ƣ t n tại trong hi tiết sinh ra o qu tr nh hàn sẽ gia tăng. V vậy, sau khi hàn, n ph i kh ứng su t ƣ ể tăng kh năng làm vi và tuổi thọ ho s n phẩm.
4.2.5. Các thông số chế độ hàn
C thông s hế ộ hàn ó nh hưởng r t lớn ến h nh ng, kí h thướ , h t lƣ ng m i hàn. V vậy, x ịnh ƣ thông s ơ n và gi trị ủa nó là nhi m vụ r t quan trọng.
C thông s hế ộ hàn ơ n g m ường ộ ng hàn, vận t hàn, lưu lư ng ột, i n ộ ao ộng m hàn, hiều ài h quang. Ngoài ra, thông s kh nhƣ gó nghi ng m hàn, hướng hàn, t ộ p khí o v ũng ó nh hưởng r t lớn ến qu tr nh hàn và h t lƣ ng m i hàn. T t thông s hế ộ hàn này sẽ ƣ t gi iều hỉnh và x ịnh gi trị phù h p ho từng mẫu hàn, tương ứng với từng loại h p kim ột ư lựa họn trong qu tr nh thự nghi m hàn PTA.
B ng 4.10. C thông s hế ộ hàn PTA.
Thông s hế ộ hàn K hi u Gi trị Ghi hú
Cường ộ ng hàn (A) Ih 90-130
Đi n p hàn (V) Uh 25-30
T ộ hàn (mm/phút) Vh 260-340
Lưu lư ng ột (g/phút) Vb 20-40
Năng lƣ ng ƣờng (J/mm) HI 270- 380
Bi n ộ ao ộng m hàn (mm) Bm 8-16
Dạng ao ộng m hàn Dm Răng ƣa
Đường kính i n ự (mm) De 2.4 W-Th (màu )
Chiều ài h quang (mm) Le 8-16
Khí tạo h quang plasma (l/phút) Kp 3-4 Ar 99.9%
Khí mang ột (l/phút) Kb 3-4 Ar 99.9%
Khí o v (l/phút) Kbv 12-15 Ar 99.9%
Gó nghi ng m hàn (0) Gm 70-90
Hướng hàn (hành tr nh) Hh
Nung nóng sơ ộ trướ khi hàn (0C) Gt Không
Nhi t ộ ram sau khi hàn (0C) Rt 250-300 1-2 giờ
Với qu tr nh hàn PTA tự ộng, trong thông s hế ộ hàn tr n, một s thông s hế ộ hàn ƣ iều hỉnh tr n thiết ị hàn PTA và g hàn tự ộng ( ạng n- ột)
và Le khó ạt ƣ ộ hính x ao v ó miền ung sai lớn hơn o phụ thuộ vào tr nh ộ, kỹ năng hàn ủa người thự hi n. Tuy nhi n, t gi vẫn thự hi n ể ó sự nh gi , so s nh mứ ộ kh i t khi hàn PTA với m hàn m tay và u hàn tự ộng.
H nh 4.17. Hàn một ƣờng và hàn nhiều ƣờng ằng h p kim ột Eutroloy 16606
H nh 4.18. Hàn một ƣờng và nhiều ƣờng ằng h p kim ột M3
H nh 4.19. Hàn PTA ằng h p kim ột M10 và h p kim ột Eutroloy 16606