Bài giảng chương 6: Hàn và cắt kim loại

CHƯƠNG VI. HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI GIỚI THIỆU CHUNG I. THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH HÀN Hàn là phương pháp công nghệ nối các chi tiết máy bằng kim loại hoặc phi kim loại với nhau thành một khối không tháo rời, bằng cách nung nóng chỗ nối đạt trạng thái hàn (chảy hoặc dẻo), sau đó kim loại hóa rắn hoặc thông qua có lực ép, chỗ nối tạo thành mối liên kết bền vững gọi là mối hàn. 1. Thực chất 2. Đặc điểm - Tiết kiệm kim loại: (so với tán giảm 15-20%; đúc 30-50%) - Thời gian chuẩn bị và chế tạo phôi ngắn, giá thành phôi thấp - Có thể tạo được các kết cấu nhẹ, khả năng chịu lực cao. - Giảm thời gian làm việc và sức lao động của công nhân. - Độ bền mối hàn cao, độ kín của mối hàn lớn. Có thể hàn được 2 kim loại có tính chất khác nhau - Thiết bị hàn đơn giản, vốn đầu tư không cao. Tuy nhiên trong vật hàn tồn tại ứng suất dư lớn, vật hàn bị biến dạng cong vênh, khả năng chịu tải trọng động thấp. I. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN Ngày nay có hàng trăm các phương pháp hàn khác nhau. Có nhiều cách phân loại với các chỉ tiêu khác nhau; căn cứ theo trạng thái kim loại mối hàn khi tiến hành người ta chia các phương pháp hàn theo hai nhóm. Hàn nóng chảy: Kim loại mép hàn được nung đến trạng thái nóng chảy kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào điền đầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau đó đông đặc tạo ra mối hàn. Hàn áp lực: Khi hàn bằng áp lực thì kim loại ở vùng mép hàn được nung nóng đến trạng thái dẻo, sau đó hai chi tiết được ép lai với lực ép đủ lớn, tạo ra mối hàn. HÀN ĐIỆN HỒ QUANG TAY I. BẢN CHẤT CỦA HỒ QUANG HÀN 1- Vùng điện áp rơi Katốt (vết katốt – âm cực) 2- Vùng cột hồ quang 3- Vùng điện áp rơi Anốt (vết Anốt – dương cực) II. YÊU CẦU NGUỒN ĐIỆN VÀ MÁY HÀN Nguồn điện hàn trong hàn hồ quang tay có thể là nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều: - Có điện áp đủ lớn để gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định, nhưng an toàn cho người sử dụng. (điện thế không tải U0 của máy phải cao hơn điện áp Uh): + Máy hàn xoay chiều: U0 = 55÷80V, Uh = 30÷55 V. + Máy hàn một chiều: U0= 25÷45 V, Uh = 16÷35 V. - Khi hàn hiện tượng ngắn mạch xảy ra thường xuyên, lúc này cường độ dòng điện rất lớn, dòng điện này không những làm nóng chảy que hàn, vật hàn mà còn làm hỏng máy nên thường chỉ cho phép Ing ≤ (1,3 – 1,4)Ih. - Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện hàn trong phạm vi rộng để thích hợp với các đường kính que hàn và vật hàn khác nhau. - Máy hàn phải có khối lượng, kích thước nhỏ, hệ số công suất hữu ích cao, giá thành thấp, sử dụng và sửa chữa dễ dàng. - Đối với máy hàn xoay chiều để cho quá trình hàn ổn định thì giữa hiệu điện thế và dòng điện phải yêu cầu lệch pha nhau, tức là lúc hiệu điện thế hàn đi qua trị số không thì dòng điện hàn phải khác không và ngược lại. Khi điện áp sơ cấp của máy hàn dao động ± 10% thì biến áp cần đảm bảo hồ quang ổn định. III. THIẾT BỊ HÀN 1. Máy hàn xoay chiều (biến thế hàn) * Máy hàn xoay chiều một pha có bộ tự cảm riêng * Máy hàn xoay chiều một pha có lõi từ di động IV. CÔNG NGHỆ HÀN 1. Chuẩn bị kim loại để hàn và lắp ghép các liên kết hàn. Gồm 3 nguyên công: - Chuẩn bị chi tiết - Chuẩn bị mép hàn - Làm sạch * Các vị trí hàn trong không gian 2. Chế độ hàn hồ quang tay a – Đường kính que hàn Chọn phụ thuộc vào chiều dầy tấm hàn, hình dạng mối hàn và vị trí đường hàn trong không gian. - Với hàn giáp mối: dq = - Với hàn góc chữ T: dq = Với: dq – đường kính que hàn; S – chiều dầy chi tiết hàn; K – cạnh của mối hàn Chú ý: Đường kính que hàn lấy theo tiêu chuẩn: dq = 2; 2,5; 3; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10; 12 Vị trí hàn đứng: dq 1,2 O2/C2H2 < 1,1 IV. Thiết bị hàn khí 1. Bình chứa khí Dùng để chứa khí nén. để thuận tiện cho việc vận chuyển người ta dùng các loại bình chứa có dung tích khác nhau. để hàn và cắt bằng khí thường dùng bình chứa có dung tích 40l, áp suất có thể đến 200 at. Các bình chứa khí nén, khí lỏng và khí hoà tan đều được chế tạo từ các ống không có mối hàn bằng thép cacbon và thép hợp kim. Đối với các khí lỏng làm việc với áp suất không cao hơn 3MPa, cho phép dùng các bình chế tạo bằng hàn. Trên các bình chứa, ở cổ bình có lỗ hình côn tạo ren để lắp van khoá. Mỗi với loại khí có với kiểu van kết cấu riêng biệt, để tránh lắp nhầm van ô xy vào bình axetylen và ngược lại. Trên cổ bình có một vành ren ở ngoài để vặn nắp bảo vệ vào, nắp này giữ cho van của bình không bị va dập khi chuyên chở. 2. Thùng điều chế xetylen Dùng khi không có bình chứa khí, xa nơi sản xuất C2H2; thùng điều chế C2H2 là thiết bị thực hiện phản ứng phân huỷ cácbua canxi với nước để thu C2H2 * Loại đá rơi vào nước * Loại nước rơi vào đá * Loại đá và nước tiếp xúc nhau * Loại hỗn hợp V. công nghệ hàn khí 1. Các phương pháp hàn khí: Có hai phương pháp hàn khí: Hàn phải và hàn trái a) Phương pháp hàn phải Hàn phải là khi hàn, mỏ hàn và que hàn chuyển động từ trái sang phải. Quá trình hàn, mỏ hàn đi trước que hàn. b) Phương pháp hàn trái: Hàn trái là khi hàn, mỏ hàn và que hàn di chuyển từ phải sang trái, que hàn đi trước mỏ hàn. VI- Cắt kim loại bằng khí 1 Thực chất và điều kiện cắt bằng khí: a- Thực chất: Quá trình cắt bằng khí là sự đốt cháy kim loại bằng dòng ôxy để tạo nên các ôxyt và các ôxyt này bị thổi đi để tạo thành rãnh cắt. Sự đốt cháy bằng dòng ôxy theo phản ứng sau: Fe + 0,5 O2 = FeO + 64,3 Kcal/phtg 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + 266,9 Kcal/phtg 2 Fe + 1,5O2 = Fe2O3 + 198,5 Kcal/phtg Như vậy trong vùng nhiệt độ cao phản ứng của quá trình cắt tạo nên ba loại ôxýt FeO, Fe2O3, Fe3O4. b- Điều kiện cắt: Kim loại để cắt bằng khí phải thoả mãn những yêu cầu sau: - Nhiệt độ chảy cần phải cao hơn nhiệt độ cháy với ôxy đối với thép cacbon thấp có C < 0,7 %, nhiệt độ cháy vào khoảng 1350oC còn nhiệt độ chảy gần 1500oC nên thoả mãn điều kiện này. - Nhiệt độ chảy của ôxyt kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ chảy của kim loại đó. Nếu ngược lại lớp ôxyt tạo nên trên bề mặt kim loại vì không chảy ra nên khi thổi dòng ôxy sẽ ngăn cản việc ôxy hoá lớp kim loại phía dưới. Ví dụ thép Crôm, Crôm-Niken tạo nên Cr2O3 có nhiệt độ chảy 2050oC vì thế các kim loại này không thoả mãn. - Nhiệt lượng sinh ra khi kim loại cháy trong dòng ôxy phải đủ để duy trì quá trình cắt liên tục. - Tính dẫn nhiệt của kim loại không cao quá, trường hợp cao quá thì nhiệt lượng bị truyền ra xung quanh làm cho nhiệt độ tại chỗ cắt không đủ hoặc gián đoạn quá trình cắt. - ôxyt phải có tính chảy loãng cao để kim loại dễ dàng bị thổi khỏi rãnh cắt. Nếu ngược lại sẽ cản trở dòng ôxy tức là cản trở quá trình cắt. - Kim loại dùng để cắt phải hạn chế bớt nồng độ một số chất làm cản trở quá trình cắt (C, Cr, Si v.v...) và với số chất nâng cao tính sôi của thép (Mo, W, v.v...) HÀN VẢY I. Thực chất và đặc điểm của phương pháp hàn vảy Thực chất. Hàn vảy là một phương pháp nối các chi tiết kim loại loại một với nhau nhờ một kim loại hoặc hợp kim trung gian là đoạn vẩy hàn (hoặc còn gọi là nguyên liệu hàn). Trong quá trình hàn, vẩy hàn được nung nóng đến trạng thái chảy, còn kim loại cơ bản thì chỉ cần nung nóng đến nhiệt độ nhất định, mà ở nhiệt độ đó giữa kim loại cơ bản và vảy hàn ở trạng thái lỏng có khả năng hòa tan, khuếch tán vào nhau 2. Đặc điểm Hàn vảy có thể tiến hành hàn trong lò có khí bảo vệ, hàn trong chân không hoặc trong lò, do đó không yêu cầu thuốc hàn. Trừ khi hàn hở. Tính kinh tế cao, đảm bảo được bề mặt mối hàn phẳng, đẹp, bề mặt mối hàn không có lớp oxyt Chất lượng chi tiết đồng đều Hàn vảy có thể chế tạo được những sản phẩm mà các phương pháp hàn khác không thực hiện được. Không yêu cầu trình độ công nhân hàn cao Nâng cao năng suất lao động, đặc biệt trong sản xuất hàng khối.