Bài giảng Công nghệ chế tạo phôi - Nguyễn Hoàng Lĩnh

Hình 2.35 Máy cắt đột liên hợp (cắt hình, đột lỗ và cắt thép tấm) Hình 2.36 Sơ đồ các dạng sản phẩm của cắt hình (a) và đột lỗ (b) 2.8.4.2. Các nguyên công tạo hình Là nguyên công tiến hành để chế tạo các chi tiết dạng cốc thông hoặc không thông từ những phôi đã được tạo ra ở nguyên công trước. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà ta có các phương pháp tạo hình sau: -66- 1.Uốn tấm Là nguyên công biến tấm phôi phẳng thành chi tiết gấp khúc. Bán kính uốn nhỏ nhất: r min = (0,25 - 2,5 ).S (với S- chiều dày của phôi) Phôi uốn Chày Sản phẩm uốn Hình 2.37 Sơ đồ nguyên lý uốn kim loại a) b) Hình 2.38 Máy uốn 4 trục (h.a) và 3 trục (h.b) 2. Dập vuốt: Là nguyên công biến phôi phẳng hoặc phôi rỗng thành chi tiết có đáy hở miệng. d Hệ số dập vuốt K được tính theo công thức: K = CT DPhoi Hình 2.39 Sơ đồ dập vuốt nhiều lần -67- 3. Nong lỗ (uốn vành) Là nguyên công làm tăng chu vi của lỗ đột trước do tạo nên thành lỗ. Hình 2.40 Nong lỗ 4. Tóp miệng Là nguyên làm giảm tiết diện ngang của miệng. Hình 2.41 Nguyên công tóp miệng 5. Giãn phồng: là nguyên công làm to chi tiết đã dập giãn ở phần dưới, còn miệng vẫn giữ nguyên, khong làm thay đổi chiều dày của chi tiết. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 1. Thế nào là cán? Đặc điểm và các sản phẩm của cán? 2. Thế nào là kéo? Đặc điểm của kéo? 3. Thế nào là ép? Đặc điểm và các phương pháp ép? 4. Thế nào là rèn tự do? Đặc điểm của phương pháp, các nguyên công của rèn tự do? 5. Thế nào là rèn khuôn? Đặc điểm của nó? 6. Thế nào là dập tấm? Đặc điểm và các nguyên công của nó? -68- Chương 3. HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI 3.1. Khái niệm, đặc điểm và phân loại 3.1.1. Khái niệm Hàn là quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn (chảy hoặc dẻo), sau đó không dùng lực ép hoặc dùng lực ép ghép chúng lại với nhau để tạo thành mối hàn. Hình 3.1 Sơ đồ mối ghép hàn 3.1.2. Đặc điểm của hàn kim loại 3.1.2.1. Ưu điểm - Tiết kiệm kim loại. - Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. - Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. - Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. - Kết cấu tại mối hàn có độ bền rất cao. - Giảm được tiếng động khi sản xuất. 3.1.2.2. Nhược điểm - Tổ chức kim loại không đồng nhất, chứa nhiều khuyết tật. - Chi tiết hàn dùng trong tải trọng tĩnh. - Do nung nhanh và nguội nhanh nên hay tập trung ứng suất trong quá trình hàn nếu có bọt khí thì mối hàn không chất lượng. 3.1.3. Phân loại các phương pháp hàn Dựa vào trạng thái của kim loại mối hàn, người ta phân ra hai nhóm sau: 3.1.3.1. Hàn nóng chảy Quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng chổ hàn đến trạng thái nóng chảy sau đó kim loại lỏng sẽ nguội kết tinh lại tạo thành mối hàn gọi hàn nóng chảy. -69- - Phương pháp hàn hồ quang: hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động và bán tự động (dùng thuốc bảo vệ, dùng khí bảo vệ CO2,Ar,Hemối hàn). - Phương pháp hàn khí. - Phương pháp hàn bằng nguồn năng lượng tập trung cao: hồ quang plasma, chùm tia điện tử, chùm tia laser, - Phương pháp hàn xỉ điện. 3.1.3.2. Hàn áp lực Quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng chổ hàn đến trạng thái dẻo sau đó dùng lực ép làm các phần tử kim loại khuếch tán vào nhau tạo thành mối hàn gọi là hàn áp lực. - Hàn điện tiếp xúc: Bề mặt mối nối tiếp xúc với nhau cường độ dòng điện lớn chạy vào vật hàn, sau đó dùng lực ép lại. + Hàn điện tiếp xúc giáp mối. + Hàn điện tiếp xúc điểm. + Hàn điện tiếp xúc đường. + Hàn điện tiếp xúc đường giáp mối. - Hàn nổ. - Hàn siêu âm. - Hàn ma sát. - Hàn nguội, hàn rèn Ngoài ra còn có hàn vẩy: khi hàn chỉ cần đốt nóng mối hàn đến một nhiệt độ nhất định sau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nối vật hàn lại với nhau. 3.2. Hàn điện hồ quang 3.2.1. Hồ quang hàn Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi trường khí hoặc hơi. Hồ quang điện được ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn. Hàn điện hồ quang là sử dụng năng lượng điện do hồ quang cháy giữa các điện cực để làm nóng chảy chỗ hàn và nối ghép chúng lại với nhau. -70- Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài của nó được gọi là chiều dài cột hồ quang (Lhq). Cấu tạo của hồ quang điện có dạng như hình 3.3 sau: 1) Vùng cận anốt 2) Vùng cận katốt 3) Cột hồ quang Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo cột hồ quang hàn 3.2.2. Cấu tạo điện cực hàn Điện cực hàn được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau, gồm: 3.2.2.1. Điện cực không nóng chảy Được chế tạo từ các vật liệu chịu nhiệt cao: Vônfram (W), Grafit, than,... Hình 3.3 Que hàn không nóng chảy Đường kính que hàn Vônfram dq = 1÷5 mm, que hàn Grafit dq = 6÷12 mm, chiều dài que hàn thường là 250 mm, đầu vát côn. Que hàn không nóng chảy cho hồ quang cháy ổn định, để bổ sung kim loại mối hàn phải sử dụng thêm que hàn phụ. 3.2.2.2. Điện cực nóng chảy Được chế tạo từ thép, gang, các loại kim loại màu,... Hình 3.4 Que hàn nóng chảy 1) Lõi que hàn 2) Lớp thuốc bọc -71- Lõi que hàn thường có đường kính dq = 1÷12 mm. Chiều dài que L= 250÷450 ± 5 mm, chiều dài phần kẹp l1=30 mm, l2 < 15 mm, l3= 1÷2 mm. Các loại que hàn này có lõi và lớp thuốc bọc. Chúng có khả năng bổ sung kim loại cho mối hàn và các tác dụng khác như kích thích hồ quang, bảo vệ mối hàn, hợp kim hoá mối hàn, ... 3.2.3. Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có hướng của các phần tử mang điện (ion âm, ion dương, điện tử) trong môi trường khí; trong dó điện tử có vai trò rất quan trọng. Trong điều kiện bình thường, không khí giữa hai điện cực ở trạng thái trung hoà nên không dẫn điện. Khi giữa chúng xuất hiện các phần tử mang điện thì sẽ có dòng điện đi qua. Vì vậy để tạo ra hồ quang ta cần tạo ra môi trường có các phần tử mang điện. Quá trình đó gọi là quá trình ion hoá. Môi trường có chứa các phần tử ion hoá gọi là môi trường ion hoá. Quá trình các điện tử thoát ra từ bề mặt điện cực để đi vào môi trường khí gọi là quá trình phát xạ điện tử hay phát xạ electron. Năng lượng để làm thoát điện tử ra khỏi bề mặt các chất rắn gọi là công thoát electron. Khi có điện áp, dưới tác dụng của điện trường, các điện tử trong môi trường sẽ chuyển động từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận tốc lớn. Với sự chuyển động đó các điện tử sẽ va chạm vào các phân tử, nguyên tử trung hoà truyền năng lượng cho chúng và kết quả làm tách các điện tử khỏi nguyên tử phân tử và tạo nên các ion. Như vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là do sự va chạm giữa các điện tử được tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí. Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiện các phần tử mang điện giữa 2 điện cực và hồ quang xuất hiện (nói cách khác là có sự phòng điện giữa 2 điện cực qua môi trường không khí). Như vậy muốn có hồ quang phải tạo ra một năng lượng cần thiết để làm thoát các điện tử. Nguồn năng lượng này có thể thực hiện bằng các biện pháp: Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại. Tăng cường độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch. -72- 3.2.4. Các phương pháp gây hồ quang khi hàn: Có 2 phương pháp: phương pháp mổ thẳng và phương pháp ma sát 3.2.4.1. Phương pháp mổ thẳng Cho que hàn tiếp xúc với vật hàn bằng cách mổ que hàn vuông góc vào vật hàn và nhấc lên khoảng cách 1-3 mm, khi xuất hiện hồ quang lập tức giữ que hàn khoảng cách từ 2-4 mm cho hồ quang cháy ổn định, di chuyển que hàn để hàn (hình 3.5a). a) Phương pháp mổ thẳng b) Phương pháp ma sát Hình 3.5 Các phương pháp gây hồ quang Khi mổ không được cho que hàn tiếp xúc quá lâu với vật hàn, điều này sẽ gây ra sự dính điện cực. 3.2.4.2. Phương pháp ma sát Quẹt nhẹ que hàn vào vật hàn, lớp thuốc ở mặt đầu que hàn sẽ bị bong tạo điều kiện cho que hàn tiếp xúc với vật hàn. Khi hồ quang xuất hiện cần nhanh chóng nhấc que hàn lên để tránh bị dính que, giữ que hàn khoảng cách từ 2-4 mm cho hồ quang cháy ổn định hàn (hình 3.5b). Có thể gây hồ quang ở vị trí khác sau đó đưa que hàn về vị trí cần hàn. Khi quẹt nên nhẹ nhàng để hạn chế việc dính điện cực. 3.2.5. Phân loại hàn hồ quang 3.2.5.1. Phân loại theo điện cực (que hàn) - Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy: như điện cực than, grafit, W, hợp chất của một số nguyên tố có khả năng phát xạ ion như La, Th,... - Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy: có các loại que hàn thép (que hàn thép các bon thấp, que hàn thép các bon cao, que hàn thép hợp kim, ...) que hàn nhôm, que hàn đồng, ... -73- 3.2.5.2. Phân loại theo phương pháp đấu dây 1. Đấu dây trực tiếp 1 2 Nguồn điện 1 pha 3 Hình 3.6 Sơ đồ đấu dây trực tiếp 1) Điện cực hàn (que hàn) 2) Hồ quang hàn 3) Vật hàn Khi hàn dòng một chiều có thể có hai phương pháp đấu dây: nối thuận và nối nghịch. a)Nối thuận b)Nối nghịch Hình 3.7 Sơ đồ nối thuận 1) Điện cực hàn (que hàn) 2) Hồ quang hàn 3) Vật hàn 2. Đấu dây gián tiếp Hình 3.8 Sơ đồ đấu dây gián tiếp 1) Điện cực hàn (que hàn) 2) Hồ quang hàn 3) Vật hàn 3. Đấu dây hỗn hợp (hồ quang 3 pha): Có 3 ngọn lửa hồ quang giữa 3 điện cực: hồ quang giữa điện cực 1 - 3; giữa 1 - 2 và giữa 2 - 3. -74- Hình 3.9 Sơ đồ đấu dây hỗn hợp 1) Điện cực hàn 1 2) Điện cực hàn 2 3) Vật hàn (điện cực hàn 3) 3.2.6. Nguồn điện hàn và máy hàn Nguồn điện hàn có thể một chiều, xoay chiều. Máy hàn dòng điện một chiều hay chỉnh lưu cho chất lượng mối hàn cao, ổn định nhưng giá thành đắt nên chỉ sử dụng khi có yêu cầu cao về chất lượng. Hiện nay máy hàn dòng xoay chiều vẫn là chủ yếu. Máy hàn hồ quang thường có các loại sau: - Máy hàn dòng xoay chiều: máy biến áp có bộ tự cảm riêng, máy biến áp hàn có hàn có từ thông tản lớn (dạng có lõi từ di động), máy biến áp hàn có cuộn dây di động,... - Máy hàn một chiều: loại máy phát hàn chạy bằng động cơ điện, máy phát hàn có dùng máy nổ và các dạng máy phát hàn khác. Sau đây ta chỉ xét một số loại máy hàn thông dụng. 3.2.6.1. Máy biến áp hàn xoay chiều Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn xoay chiều -75- u1, u2 - Điện áp sơ cấp và thứ cấp; uh- Điện áp hàn; W1, W2 - số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp;  - Từ thông sinh ra trong lõi biến áp và gây ra ở cuộn thứ cấp. A- Lõi từ Loại máy hàn này điều chỉnh cường độ dòng điện hàn bằng cách thay đổi điện áp hàn nhờ vào sự thay đổi số vòng dây của cuộn thứ cấp. Máy hàn này đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ. Tuy nhiên chỉ thay đổi dòng được một vài cấp gọi là điều chỉnh thô. 3.2.6.2. Máy hàn một chiều: Máy hàn gồm máy phát điện một chiều M có cuộn dây kích từ riêng 2 được cấp điện riêng từ nguồn điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu 1. Trên mạch ra của máy phát đặt cuộn khử từ 3. Từ thông sinh ra trên cuộn khử từ Φc luôn luôn ngược hướng với từ thông sinh ra trên cuộn kích từ Φkt. Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý máy hàn một chiều 1) Bộ chỉnh lưu 2) Cuộn kích từ 3) Cuộn khử từ Ở chế độ không tải, dòng điện hàn Ih=0 nên từ thông Φc=0, máy phát được kích từ bởi từ thông Φkt do cuộn dây kích từ 2 sinh ra. Ở chế độ có tải, dòng điện hàn Ih≠0 nên từ thông Φc≠0, máy phát được kích từ bởi từ thông tổng hợp do cuộn dây kích từ 2 và cuộn khử từ 3 sinh ra. -76- 3.2.7. Công nghệ hàn hồ quang: 3.2.7.1. Vị trí các mối ghép hàn trong không gian: có 3 vị trí chính Hình 3.12 Vị trí các mối hàn trong không gian I) Hàn sấp II) Hàn đứng III) Hàn trần Các loại mối ghép hàn được phân ra: Mối hàn giáp mối (h.a) tức là các đầu nối tiếp giáp vào nhau; mối hàn chồng mí (h.b). Mối hàn góc (h.d) Mối ghép hàn theo kiểu chữ T , L ...(h.e) Hình 3.13 Các loại mối ghép hàn a)Giáp mối b)Gấp mép c)Chồng d)Có tấm đệm đ)Góc e)Chữ T g)Mặt đầu h)Viền mép i)Chốt 3.2.7.2. Chuẩn bị các loại mối hàn Để tạo điều kiện cho mối hàn kết tinh (đông đặc) tốt tránh được một số khuyết tật, người ta phải chuẩn bị các mép hàn trước khi hàn. Khâu chuẩn bị bao gồm các bước: - Làm sạch mép vật hàn. - Đổi với thép mỏng cần gấp mép. -77- - Đối với thép có chiều dày lớn cần phải vát mép.hình dạng và kích thước cần vát theo tiêu chuẩn. - Chọn khe hở giữa 2 vật hàn. 3.2.7.3. Chọn loại que hàn Nguyên tắc chọn que hàn có thành phần gần tương tự thành phần kim loại cơ bản. Lưu ý cần chọn que hàn có thành phần các bon thấp hơn một ít và chọn loại có các nguyên tố hợp kim để tăng cơ tính cho mối hàn. 3.2.7.4. Chế độ hàn Chế độ hàn là tập hợp các thông số công nghệ đặc trưng cho qúa trình hàn nhằm nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu kỹ thuật. Các thông số đó là: d h - đường kính que hàn (mm) I h - cường độ dòng điện hàn (A) U h - hiệu điện thế hàn (V) n - số lớp cần hàn V h - vận tốc hàn; (m/h) t h - thời gian hàn giờ (h) Khi hàn hồ quang tay thì dh và Ih là hai đại lượng quan trọng nhất. Chọn đường kính que hàn phụ thuộc vào: chiều dày của vật hàn; vị trí mối hàn trong không gian: hàn ngang/hàn đứng/hàn leo chọn dh <=5mm, hàn trần thì nên chọn que hàn có đường kính dh <=4mm. Đường kính dh có thể chọn theo bảng sau: Bảng 3.1 Đường kính que hàn S (mm) 1,5 - 2,0 3 4 - 8 9 - 12 16 - 20 dh (mm) 1,6 - 2,0 3 4 4 - 5 5 - 6 Cường độ dòng điện: Chọn theo giá trị cho phép có ghi trên bao gói que hàn. .d 2 Tính theo công thức: I  h J (A) (3-1) h 4 dh - đường kính que hàn (mm); J - mật độ cường độ dòng điện hàn (A/mm2); J phụ thuộc vào nhóm thuốc bọc que hàn. -78- Chú ý: Khi hàn những tấm kim loại mỏng cần giảm dòng điện xuống 10-15% Khi hàn trần, cần giảm xuống 15-25% so với vị trí hàn bằng. 3.2.7.5. Thao tác hàn Khi hàn hồ quang tay, góc nghiêng que hàn so với mặt vật hàn thường 75÷850, que hàn được dịch chuyển dọc trục để duy trì chiều dài cột hồ quang, đồng thời chuyển động ngang mối hàn để tạo bề rộng mối hàn và chuyển động dọc đường hàn theo tốc độ hàn cần thiết. Thông thường chuyển động que hàn theo đường dích dắc (1,2,3). Khi hàn các mối hàn góc, chứ T nếu cần nung nóng phần giữa nhiều thì dịch chuyển que hàn theo sơ đồ (4), khi cần nung nóng nhiều hai bên mép hàn thì dịch chuyển que hàn theo sơ đồ (5). Hình 3.14 Các phương pháp chuyển động que hàn 1-2-3) Dao động dích dắc 4)Dao động tam giác 5)Dao động hình số tám 3.3. Hàn hồ quang tự động và bán tự động 3.3.1. Khái niệm, đặc điểm và phân loại 3.3.1.1. Khái niệm Hàn hồ quang tự động là quá trình hàn trong đó các khâu được thực hiện bằng tự động bởi máy hàn, gồm: gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định, dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn, cấp thuốc hàn hoặc khí bảo vệ. Còn một số khâu dùng tay thì gọi là hàn bán tự động. 3.3.1.2. Đặc điểm -79- - Năng suất cao vì sử dụng cường độ dòng điện rất lớn. - Hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ bảo đảm được cơ tính của mối hàn rất cao. - Hệ số đắp cao, tiết kiệm kim loại dây hàn. - Tiết kiệm được năng lượng điện vì sử dụng triệt để nguồn nhiệt sinh ra của hồ quang. - Nếu dùng thuốc bảo vệ thì điều kiện lao động tốt, dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình hàn. - Hàn tự động không hàn được những kết cấu và vị trí mối hàn phức tạp 3.3.1.3. Phân loại - Hàn hồ quang tự động và bán tự động dưới lớp thuốc: Quá trình hàn tự động chỉ thực hiện ở vị trí hàn sấp. Những mối hàn ngắn, khó thao tác dọc theo mối hàn thì dùng hàn bán tự động. Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc Hình 3.16 Hình dạng mối hàn khi hàn dưới lớp thuốc - Hàn hồ quang tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ: Khí bảo vệ là các loại khí trơ (Ar, He) hoặc khí hoạt tính (C02, CO, H2, N2). -80- Hiện nay dùng nhiều nhất là khí Ar, CO2. Khí CO2: dùng để hàn cần phải có độ sạch nhất định, bình đựng khí phải làm sạch và sấy khô, áp suất trong bình khoảng (50  60)at. Khí có tác dụng bảo vệ tốt và khử O2. Khí Ar: không cháy, không nổ và không tạo thành hỗn hợp nổ. Hàn trong môi trường khí bảo vệ thường gặp các dạng sau: + Hàn TIG (Tungsten Inert Gas): Hàn hồ quang dùng điện cực không nóng chảy, bảo vệ bằng khí trơ. + Hàn MAG (Metal Active Gas): Hàn hồ quang dùng điện cực nóng chảy bảo vệ bằng khí hoạt tính (CO, CO2, H2). + Hàn MIG (Metal Inert Gas): Hàn hồ quang dùng điện cực nóng chảy, bảo vệ bằng khí trơ. Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ 3.3.2. Hàn hồ quang tự động và bán tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 3.3.2.1. Khái niệm Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới lớp thuốc bảo vệ. 3.3.2.2. Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý làm việc: Dây hàn nhờ con lăn cấp dây hàn tự động đi xuống vùng hàn. Ngọn lửa hồ quang cháy nhờ dòng điện có cường độ lớn làm nóng chảy kim loại vật hàn (kim loại cơ bản) và lớp thuốc hàn phủ kín trên vùng hàn. Khi kim loại đông đặc hình thành kim loại mối hàn và lớp xỉ. -81- Hình 3.18a Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ Hình 3.18b Cắt dọc theo trục mối hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 3.3.2.3. Các bộ phận chính và công dụng của chúng: 1. Nguồn hàn: nguồn xoay chiều hoặc một chiều, điều chỉnh dòng điện và hiệu điện thế hàn; 2. Con lăn cấp dây hàn: dùng để nạp dây hàn kiểu đẩy-kéo, kéo dây từ cơ cấu nạp dây tự lựa được lắp vào mỏ hàn; 3. Dây hàn: dẫn dòng điện vào vùng hàn; 4. Thuốc hàn: để ổn định sự cháy của hồ quang; -82- 5. Lớp xỉ: để bảo vệ mối hàn. 3.3.3. Hàn hồ quang tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ 3.3.3.1. Khái niệm Hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là quá trình hàn trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang hàn, hồ quang và kim loại hàn được bảo vệ khỏi tác dụng của ôxy và nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. 3.3.3.2. Sơ đồ nguyên lý Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ Hình 3.20. Hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng khí trơ điện cực không nóng chảy -83- Nguyên lý làm việc: Hình 3.19: Dây hàn nhờ cơ cấu con lăn cấp dây hàn tự động đi xuống vùng hàn, gây hồ quang làm nóng chảy kim loại vật hàn (kim loại cơ bản) tạo mối hàn trên vật hàn. Hình 3.20: Điện cực wolfram gây hồ quang hàn làm nóng chảy kim loại vật hàn (kim loại cơ bản) và que hàn bổ sung (que hàn phụ) tạo mối hàn trên vật hàn. 3.3.3.3. Các bộ phận chính và công dụng của chúng: 1. Nguồn điện cung cấp: thường là máy biến áp, máy chỉnh lưu, bộ động cơ máy phát, điều chỉnh dòng điện và hiệu điện thế hàn; 2. Con lăn cấp dây hàn: dùng để nạp dây hàn kiểu đẩy-kéo, kéo dây từ môtơ cấp dây được lắp vào mỏ hàn; 3. Mỏ hàn: dẫn dòng điện và khí bảo vệ vào vùng hàn; 4. Điện cực hàn: để gây hồ quang và bổ sung kim loại cho mối hàn. Điện cực hàn có thể dùng loại nóng chảy hoặc không nóng chảy. Loại nóng chảy với khí bảo vệ là hoạt tính gọi tắt là MAG, loại điện cực không nóng chảy với khí bảo vệ là khí trơ gọi tắt là TIG, loại điện cực nóng chảy với khí bảo vệ là khí trơ gọi tắt là MIG. 3.3.4. Thiết bị hàn tự động Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy hàn tự động 1,2,3) Các cuộn dây kích từ -84- Nguyên lý làm việc: Động cơ xoay chiều 3 pha có công suất 1000W. Trong máy phát có 2 cuộn kích từ 1và 2 luôn tạo từ thông ngược chiều nhau. Trạng thái không tải: từ thông của cuộn 1 kích thích máy phát làm việc sinh ra 1 chiều cung cấp cho động cơ Đ2 quay theo chiều đẩy dây hàn đi xuống. Khi chạm vào vật hàn điện thế động cơ Đ1 = 0, từ thông cuộn 2 tăng lên và kích thích cho máy phát tạo ra dòng điện có chiều ngược lại và làm cho động cơ Đ2 chuyển động theo hướng kéo dây hàn đi lên để gây hồ quang. Để hồ quang ổn định thì hiệu số từ thông giữa cuộn 1 và cuộn 2 đủ để kích thích máy phát tạo ra dòng điện làm quay Đ2 theo chiều đẩy dây hàn vào vũng hàn với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn. 3.3.5. Vật liệu hàn tự động 3.3.5.1. Dây hàn Que hàn dưới dạng dây hàn  (12)mm được cuốn lại thành cuộn từ (4  20) kg. Các cuộn dây hàn được bảo quản, bao gói kỹ để chống gỉ và tránh dầu mỡ. Dây hàn bột: dây hàn bột được cấu tạo bởi một lớp vỏ kim loại bọc trong nó là một hỗn hợp gồm bột kim loại và một số thành phần liên kết khác. Hình 3.22 Các dạng kết cấu dây hàn bột 3.3.5.2 .Thuốc hàn - Thuốc hàn có nhiệm vụ bảo vệ hồ quang hàn và mối hàn. - Thành phần thuốc hàn gồm các quặng kim loại, các chất hữu cơ, được chia làm 3 loại: + Thuốc hàn dùng cho thép C, thép hợp kim thấp. + Thuốc hàn dùng cho thép hợp kim trung bình. + Thuốc hàn dùng thép hợp kim cao, kim loại màu. -85- 0 0 T chảy thuốc hàn < T chảy kim loại que hàn - Theo phương pháp chế tạo ta chia thuốc hàn làm 2 loại: thuốc hàn nóng chảy và thuốc hàn không nóng chảy (thuốc hàn gốm). 3.3.5.3. Khí hàn Thường dùng các loại khí trơ như He, Ar và hiện nay dùng rộng rãi khí CO2. Ngoài các loại khí trên trong hàn còn sử dụng các loại khí như N2, hoặc dùng hỗn hợp khí Ar + CO2 (trong đó 5  25% khí CO2); Ar + O2 (trong đó 1% khí O2); Ar+ He (trong đó He từ 20  50%); Ar +H2 (trong đó H2 từ 6  15%). 3.4. Hàn điện tiếp xúc 3.4.1. Quá trình hình thành mối liên kết hàn khi hàn tiếp xúc Hàn tiếp xúc là một trong các phương pháp hàn áp lực, là một quá trình dịch chuyển các phần tử kim loại này tiến sát vào kim loại kia cho đến khi khoảng cách giữa chúng bằng một thông số mạng a = (3÷5)x10-8 cm. Chúng ta đã biết cấu trúc của kim loại là cấu trúc mạng tinh thể. Khi khoảng cách giữa chúng bằng một thông số mạng thì giữa hai kim loại đó sẽ xuất hiến lực tác dụng tương hổ giữa chúng tạo nên mối liên kết kim loại bền chắc. 3.4.2. Đặc điểm của hàn điện tiếp xúc - Hai kim loại luôn tiếp xúc nhau nên bảo vệ không cho không khí bên ngoài xâm nhập vào vùng mối hàn, vì vậy chất lượng mối hàn cao. - Điện trở tiếp xúc giữa kim loại - kim loại, kim loại - điện cực nhỏ (khoảng 0,005÷0,1 Ω). - Thời gian hàn yêu cầu phải nhỏ (cỡ vài giây). - Công suất của máy hàn lớn (đến 1000 kVA). - Dòng điện hàn lớn có thể đến 50.000 đến 100.000 ampe. - Có thể cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn nên năng suất cao. Nhược điểm là máy hàn phức tạp và giá thành cao. 3.4.3. Phân loại hàn tiếp xúc Theo dạng mối hàn: Hàn tiếp xúc điểm Hàn tiếp xúc đường Hàn tiếp xúc giáp mối -86- Theo nguồn điện: Máy hàn dòng xoay chiều Máy hàn dòng 1 chiều Máy hàn dòng điện xung Máy hàn dòng tần số cao Máy hàn dòng tần số thấp Theo điện cực: Máy hàn 2 điện cực Máy hàn nhiều điện cực Máy hàn điện cực giả 3.4.4. Hàn tiếp xúc giáp mối: 3.4.4.1. Khái niệm Là dạng hàn mà mối hàn xảy ra trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc. 3.4.4.2. Sơ đồ nguyên lý Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý máy hàn tiếp xúc giáp mối 1)Chi tiết hàn 2)Cực của máy tiếp xúc 3)Biến thế hàn một pha 4)Công tắc Nguyên lý làm việc: Dòng điện hàn từ biến thế hàn qua chi tiết hàn đã được kẹp chặt Px trên điện cực và được ép sát với nhau. Bề mặt tiếp xúc được nung nóng liên tục đến trạng thái chảy, sau đó dưới tác dụng của lực ép cơ học Pe thực hiện ép hình thành mối hàn. 3.4.4.2. Đặc điểm 1. Ưu điểm - Không cần làm sạch vật hàn trước khi hàn. - Cho phép hàn các chi tiết có tiết diện lớn. -87- 2. Nhược điểm - Khó kiểm tra các quá trình nung nóng, hàn, .... - Hao tốn nhiều kim loại do quá trình bắn toé. - Khó tự động hoá. - Khi hàn các kim loại khác nhau sẽ có các chất lượng không tốt do nung nóng không đồng đều. 3.4.5. Hàn tiếp xúc điểm 3.4.5.1. Khái niệm Hàn tiếp xúc điểm là phương pháp hàn áp lực mà các chi tiết được hàn nối với nhau theo từng điểm riêng biệt. Hàn tiếp xúc điểm gồm: hàn tiếp xúc điểm 1 phía, hàn tiếp xúc điểm 2 phía và hàn tiếp xúc điểm bằng điện cực giả. 3.4.5.2. Sơ đồ nguyên hàn tiếp xúc điểm: a) b) c) Hình 3.24 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp hàn điểm a) Sơ đồ hàn điểm 2 phía b) Sơ đồ hàn điểm 1 phía c) Sơ đồ hàn điểm bằng điện cực giả Quá trình hàn điểm thường diễn ra qua 4 giai đoạn sau: Giai đoạn 1: các chi tiết được ép sơ bộ nhằm giảm điện trở, tăng cường độ dòng điện, tăng nhiệt độ nung nóng, tránh quá nhiệt và sự bắn toé của kim loại vùng điểm hàn. Giai đoạn này nung kim loại đến khi hình thành nhân của điểm hàn nóng chảy. -88- Giai đoạn 2: tăng lực ép, diện tích tiếp xúc tăng, kích thước của nhân điểm hàn tăng lên, lớp hỗn hợp kim loại nóng chảy bị xáo trộn và có sự phân bố lại, quá trình biến dạng dẻo tiếp tục xảy ra. Giai đoạn 3: ngắt dòng điện nhưng vẫn duy trì áp lực thêm một thời gian để đảm bảo cho mối hàn dính chắc. Giai đoạn 4: ngắt áp lực và lấy vật h