1.3.1 Khái niệm
Hàn kim loại là một phƣơng pháp nối liền các chi tiết lại với nhau thành một khối khơng thể tháo rời đƣợc bằng cách:
Nung kim loại vùng hàn đến nhiệt độ nĩng chảy sau khi đơng đặc đƣợc mối liên kết vũng chắc gọi là hàn nĩng chảy;
Hoặc cĩ thể nung nĩng chúng đến nhiệt độ cao nhỏ hơn nhiệt độ nung nĩng chảy của kim loại đĩ (đối với kim loại dẻo thì cĩ thể khơng nung) rồi dùng lực lớn ép chúng dính chắc vào nhau gọi là hàn áp lực;
Cĩ thể dung kim loại trung gian nĩng chảy rồi nhờ sự hịa tan, khuếch tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép hàn gọi là hàn vảy. Hiện nay cịn cĩ thể dùng keo để dán các chi tiết lại với nhau để tạo nên các mối ghép;
Ngồi ra cịn cĩ thể dùng keo kim loại để dán chúng dính chắc vào nhau gọi là dán kim loại.
1.3.2 Ứng dụng
Hàn kim loại đĩng vai trịn rất quan trọng trong quá trình gia cơng, chế tạo và sửa chữa phục hồi các chi tiết máy. Hàn khơng chỉ để dung để nối ghép các kim loại với nhau mà cịn để nối các phi kim loại hoặc hỗn hợp kim loại với nhau. Hàn cĩ mặt trong các ngành cơng nghiệp, trong ngành y tế hay trong các ngành phục hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật,…
1.3.3 Đặc điểm của hàn kim loại
Tiết kiệm kim loại: So với tán ri vê, hàn kim loại cĩ thể tiết kiệm 10 ÷ 15% kim loại (do phần đinh tán, phần khoan lỗ) và chƣa kể đến độ bền kết cấu bị giảm do khoan lỗ.
Hình 1.19 So sánh mối ghép nối hàn và tán ri vê
So với đúc: tiết kiệm khoảng 50% kim loại do mối hàn khi hàn khơng cần hệ thống đậu hơi, đậu ngĩt, bên cạnh đĩ chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn,…
Tiết kiệm kim loại quý hiếm: ví dụ khi chế tạo dao tiện chỉ cần mua vật liệu phần cắt cắt gọt là théo dụng cụ cịn phần cán sử dụng thép thƣờng CT38 sẽ cĩ giá thành rẻ mà vẫn thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật.
Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu đƣợc áp lực;
Thiết bị đơn giản, giá thành hạ;
Nhƣợc điểm: tổ chức kim loại vùng mối hàn khơng đồng nhất, tồn tại ứng suất và biến dạng sau khi hàn.
1.3.4 Phân loại các phƣơng pháp hàn
I – vùng hàn nĩng chảy; II – vùng hàn áp lực; III – vùng hàn hạn chế; IV – vùng khơng thể tạo thành mối hàn đƣợc.
Hình 1.20 Biểu đồ vùng hàn
Hình 1.21 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn
1.3.5 Đơi nét cơng nghệ hàn trong mơi trƣờng khí bảo vệ
Hàn tự động và bán tự động trong mơi trƣờng khí bảo vệ đƣợc ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế từ những năm 1950 – 1952. Chỉ riêng ngành đĩng tàu đã thấy rằng cĩ khoảng 30% các kết cấu hàn bằng tay, 42% hàn tự động và bán tự động dƣới lớp thuốc, 25% hàn tự động và bán tự động trong mơi trƣờng khí bảo vệ.
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý hàn trong mơi trường khí bảo vệ
1 – con lăn cấp lõi; 2 – dây hàn; 3 – đầu mỏ hàn; 4 – khí bảo vệ; 5 – vật liệu hàn.
Hình 1.23 Các phương pháp hàn trong các mơi trường khí bảo vệ
1.3.5.1 Đặc điểm hàn tự động trong mơi trƣờng khí bảo vệ.
Trong đĩ:
Khí hoạt tính: CO2. N2, H2;
Khi hàn cĩ thể sử dụng các loại khí trơ, khí hoạt riêng biệt hoặc hợp chất của chúng nhƣ các loại khí trơ với khí trơ, khí hoạt tính này với khí hoạt tính khác hay khí trơ với hoạt tính.
Hàn trong mơi trƣờng khí hoạt tính dùng cho thép carbon, thép hợp kim thấp. Hàn trong mơi trƣờng khí trơ dung cho các loại théo hợp kim, kim loại màu nhƣ nhơm, Ti,… Nitơ dung cho hàn hợp kim đồng.
1.3.5.2 Đặc điểm khi hàn trong mơi trƣờng khí trơ: Ar & He
Hàn bằng dây hàn nĩng chảy gọi là hàn MIG (Metal Inert Gas). Hàn bằng điện cực vonfram gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas).
Lịch sử phát triển hàn TIG:
Coffin đã cĩ ý tƣởng của hàn trong mơi trƣờng khí trơ vào năm 1890, nhƣng ngay cả trong những năm đầu thế kỷ XX, hàn vật liệu kim loại màu nhƣ nhơm và magiê vẫn cịn khĩ khăn, bởi vì các kim loại phản ứng nhanh chĩng với khơng khí, tạo khuyết tật mối hàn.
Năm 1930, đã sử dụng bình khí trơ vào quá trình hàn,một vài năm sau dịng điện một chiều đƣợc đƣa vào để hàn nhơm trong cơng nghiệp hàng khơng .
Năm 1941, quá trình hàn GTAW đƣợc hàn thiện,và phát triển mỏ hàn đƣợc làm mát bằng nƣớc.
Năm 1953, một quá trình mới dựa vào quá trình hàn GTAW đƣợc phát triển, đƣợc gọi là hàn hồ quang plasma. Nĩ cĩ đủ khả năng kiểm sốt ,cải thiện chất lƣợng mối hàn tốt hơn.Ngày nay GTAW phổ biến sử dụng xung điện.
Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) hay hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy trong mơi trƣờng khí trơ (Gas Tungsten Arc Welding – GTAW) là quá trình hàn nĩng chảy, trong đĩ nguồn nhiệt điện cung cấp bởi hồ quang đƣợc tạo thành giữa điện cực khơng nĩng chảy và vũng hàn (Hình vẽ). Vùng hồ quang đƣợc bảo vệ bằng mơi trƣờng khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động cĩ hại của
oxi và nitơ trong khơng khí. Điện cực khơng nĩng chảy thƣờng dùng là volfram, nên phƣơng pháp hàn này tiếng Anh gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas).
Hình 1.24 Hàn TIG
Hồ quang trong hàn TIG cĩ nhiệt độ rất cao cĩ thể đạt tới hơn 6100 °C. Kim loại mối hàn cĩ thể tạo thành chỉ từ kim loại cơ bản khi hàn những chi tiết mỏng với liên kết gấp mép, hoặc đƣợc bổ sung từ que hàn phụ. Tồn bộ vũng hàn đƣợc bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí.
Đặc điểm:
Tạo mối hàn cĩ chất lƣợng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim;
Mối hàn khơng phải làm sạch sau khi hàn;
Hồ quang và vũng hàn cĩ thể quan sát đƣợc trong khi hàn;
Khơng cĩ kim loại bắn tĩe;
Cĩ thể hàn ở mọi vị trí trong khơng gian;
Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng của liên kết hàn;
Phƣơng pháp hàn này thơng thƣờng đƣợc thao tác bằng tay và cĩ thể tự
động hĩa hai khâu di chuyển hồ quang cũng nhƣ cấp dây hàn phụ;
Nhiệt độ sơi của Ar = (-186°C); O2 = (-183°C); N2 = (-196°C). Điểm hĩa sƣơng của Ar = (-50°C);
Hàn trong khí trơ cĩ thể dung que hàn nĩng chảy và khơng nĩng chảy. Hàn bằng điện cực W cĩ thể dung dịng điện một chiều và xoay chiều; Khi hàn nhơm thƣờng dùng dịng điện xoay chiều vì khi vật hàn đổi
thành âm cực thì bề mặt nĩ sẽ bị phá hủy do hiện tƣợng phá hủy Katot;
Bảo vệ mối hàn tốt khỏi bị mơi trƣờng xung quanh nhƣ khơng khí, hơi
nƣớc,… tác dụng;
Chất lƣợng mối hàn tốt;
Khơng sử dụng mơi trƣờng Ar và He để hàn thép carbon thấp và thép
hợp kim thấp vì dễ bị sinh rỗ khí mà nguyên nhân là do CO + FeO, N2 và
H2 cĩ trong Ar tác dụng với kim loại mối hàn rồi sinh rỗ khí hoặc do dịng khí bảo vệ khơng đảm bảo nên N2, hơi ẩm trong khí bảo vệ xâm nhập vào vùng hàn;
Khi hàn thép hợp kim thấp cĩ thể dùng Cr và một số nguyên tố khác để
khử oxy và giảm khả năng rỗ khí;
Khi hàn thép carbon bằng dây hàn cĩ thành phần gần nhƣ kim loại cơ bản thì rỗ khí tăng khi mật độ hàn dịng (J) tăng;
Khi dịng hàn đạt giá trị nhất định thì sẽ xảy ra sự chảy dây hàn thành
dịng. Giá trị đĩ gọi là dịng tới hạn.
Ứng dụng: hàn nhơm, đồng, các hợp kim của chúng, thép inox, các loại vật
liệu khác mà ái lực hĩa học mạnh với oxy;
Phƣơng pháp hàn TIG đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng...;
Thƣờng đƣợc sử dụng trong lĩnh vực hàng khơng vũ trụ,trong sản xuất xe khơng gian…;
Sử dụng hàn các tấm mỏng, ống thành mỏng trong ngành cơng nghiệp xe đạp; Thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình phục chế sửa chữa các chi tiết bị hỏng, đặc biệt là các chi tiết làm bằng nhơm và magie.
Kết luận: qua những nội dung về cơng nghệ hàn kim loại, khái quát đƣợc lịch
sử phát triển, cũng nhƣ phạm vi sử dụng cơng nghệ hàn. Là cơ sở lựa chọn cơng nghệ phù hợp với yêu cầu sản xuất.
CHƢƠNG 2
XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO TURBINE 2.1 Thơng số kỹ thuật và yêu cầu kỹ thuật Turbine
2.1.1 Thơng số kỹ thuật Turbine
Các thơng số chính của BCT Turbine:
Tốc độ quay của cánh v = 800 (vịng/phút); Cơng suất N = 500 W; Cột áp làm việc H = 2 (m) Lƣu lƣợng tính tốn Qt = 0,02 (m3/s) Đƣờng kính mép cánh D = 114 mm; Đƣờng kính bầu cánh d =30 mm;
Chiều dài bầu cánh L = 65 mm;
Chiều cao cánh H = 35 mm. Số cánh Z = 4; Gĩc xoắn cánh α = 40°; Diện tích cánh S = 2918 mm2; Diện tích hình trục turbine St = 10207 mm2; Tỉ số mặt đĩa θ = = 1,1.
Hình 2.1 Bản vẽ BCT turbine 2D
2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật với Turbine
Cánh bơm đĩng một vai trị hết sức quan trọng trong việc quyết định hiệu suất làm việc của bơm. Chính vì thế cánh bơm phải hội tụ đầy đủ những yêu cầu sau:
Cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về mặt thủy lực và đồng thời nĩ phải
thỏa mãn các yêu cầu về kết cấu thủy lực;
Bề mặt cánh phải đạt đƣợc độ nhẵn bĩng cần thiết, đảm bảo đƣợc yêu cầu này sẽ làm cho ứng suất của cánh giảm làm tăng độ bền của cánh,
đồng thời cải thiện vận tốc của dịng chất lỏng (Vz) qua bơm từ đĩ cải
thiện đƣợc lƣu lƣợng (Q) của bơm;
Khe hở giữa đƣờng kính ngồi của cánh và đƣờng kính trong của ống dẫn dịng khơng đƣợc quá nhỏ cũng khơng đƣợc quá lớn. Nếu nhƣ quá nhỏ thì cánh dễ bị va chạm vào bề mặt ống bao do thời tiết thay đổi, từ đĩ rất dễ xảy ra sự cố với bơm. Nhƣng nếu khe hở này quá lớn thì hiệu suất làm việc của bơm sẽ giảm, và đƣơng nhiên điều này khơng một nhà sản xuất nào mong muốn cả;
Vì cánh bơm làm việc trong mơi trƣờng nƣớc chảy rối, nên kết cấu của
bơm càng gọn thì hiệu suất của bơm càng cao. Chính vì thế các mép cánh và mép củ nên bo mép để tạo điều kiện cho dịng chảy của chất lỏng thuận lợi hơn;
Việc chế tạo cánh bơm phải đảm bảo độ đồng tâm giữa trục của cánh bơm và mặt trụ bao ngồi của đƣờng kính ngồi của cánh bơm. Nếu điều kiện này khơng đƣợc đảm bảo thì rất dễ dẫn đến tình trạng cánh bơm bị kẹt, hoặc cánh bơm bị đảo và hậu quả là sẽ làm giảm hiệu suất làm việc của bơm, giảm tuổi thọ của cánh bơm và cuối cùng là cĩ thể làm hỏng bơm do cánh bị kẹt và bơm.