Giáo trình công nghệ kim loại tập 3 - Đại học Đà Nẵng

Đ I Ạ H C ĐÀ NỌ ẴNG TR NGƯỜ Đ IẠ H CỌ KỸ THU TẬ ĐINH MINH DI MỆ GIÁO TRÌNH CÔNG NGH KIM LO IỆ Ạ T PẬ 3 HÀN VÀ C T KIM LO IẮ Ạ ĐÀ N NG,Ẵ 2001 Đ I Ạ H C ĐÀ NỌ ẴNG TRƯ NGỜ Đ IẠ H CỌ KỸ THUẬT ĐINH MINH DI MỆ GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI T PẬ 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI ĐÀ N NG,Ẵ 2001 CHƯ NGƠ I HÀN KIM LO IẠ 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Khái niệm Hàn kim loại là một phương pháp nối liền các chi ti t lại với nhau thành một khối không thể tháo rời đưӧc bằng cách: • Nung kim loại vùng hàn đ n nhiệt độ nóng chảy sau khi đông dặc ta đưӧc mối liên k t vững chắc gọi là hàn nóng chảy; • Hoặc có thể nung chúng đ n nhiệt độ cao nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó (đối với kim loại dẻo thì có thể không nung) rồi dùng lực lớn ép chúng dInh chắc vào nhau gọi là hàn áp lực; • Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuy t tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy. Hiện nay còn có thể dùng keo để dán các chi tiét lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép; • Ngoài ra ta còn có thể dung keo kim loại để dán chung dInh chắc vào nhau gọi là dán kim loại. 1.1.2 ỨNG DӨNG : Hàn kim loại dóng một vai trò rất quuan trọng trong quá trình gia công, ch tạo và sửa chữa ph c hồi các chi ti t máy.Hàn không ch thể dùng để nối ghép các kim loại lại với nhau mà còn ứng d ng để nối các phi kim loại hoặc hổn hӧp kim loại với phi kim loại. Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y t hay trong các ngành ph c hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật,... 1.1.3 Đ cặ đi mể của hàn kim Io iạ a. Ti t kiệm kim Ioại • So v iớ tán ri vê, hàn kim loại có thể ti t kiệm từ 10 - 15 % kim loại (do phần đinh tán, phần khoa lổ) và chưa kể đ n độ bền kéêt cấu bị giảm do khoan lổ. H. 1-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán rivê • So v iớ đúc : Ti t kiệm khoảng 50 % kim loại do mối hàn khi hàn không cần hệ thông đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh đó chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn,... < Ti t kiệm kim Io iạ quý hi m : VI d khi ch tạo dao tiện ta ch cần mua vật liệu phần cắt gọt là thép d ng c còn phần cán ta sử d ng thép thường CT38 Sẽ có gI thành r ẻ mà vẫn thoả mãn các yêu cầu k ỹ thuật. b. Độ bền m iố hàn cao, mối hàn kín, chịu đ cượ áp lực c. Thiết bị đ nơ gi nả , giá thành hạ 2 d. Như cợ điểm Tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn tại ứng suất và bi n dạng sau khi hàn. 1.2 - PHÂN LO IẠ CÁC PH NGƯƠ PHÁP HÀN P KG/mm2 III II I IV Tnc T oC H ình 1-2 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn I - Vùng hàn nóng chảy; II - Vùng hàn áp l c, ự II Vùng hàn hạn chế IV- Vùng không thể t oạ thành mối hàn đ cượ HÀN KIM LO IẠ Hàn nóng chảy Hàn áp I cự Hàn vảy • Hàn hồ quang điện, • Hàn khí, • hàn bằng các chùm tia, • Hàn điện x ,ỷ • Hàn nhiệt,... • Hàn đi nệ ti p xúc, • Hàn siêu âm, • Hàn cao tần, • Hàn nổ, • Hàn ma sát, • Hàn khuy ch tan, • Hàn khí - ép • Hàn nguội . . . Hình 1-2 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn CHƯ NGƠ 2 QÚA TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NÓNG CH YẢ 2.1 QUÁ TRÌNH LUY NỆ KIM KHI HÀN NÓNG CHẢY 3 Khi hàn nóng chảy nhiệt độ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800 oC. ở trạng thái nhiệt độ cao kim loại lỏng chịu sự tác động mạnh của môi trường xung quanh và các nguyên tố có trong thành phần que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng và một phần bi bay hơi. Trong vùng mối hàn xảy ra nhiều quá trình như ô xy hoá, khử ô xy, hoàn nguyên và hӧp kim hoá mối hàn, quá trình tạo xỷ và tinh luyện ,... Các quá trình đó phần nào tương tự như những quá trình luyện kim nên người ta gọi quá trình này là quá trình luyện kim khi hàn nhưng xảy ra trong một thể tIch nhỏ và thời gian ngắn. Môi trương Xỷ, thuốc bọc que hàn: FeO, MnO, SiO2,... Các nguyên tố có trong vật hàn và que hàn : [Fe], [FeO], [Si], [Mn],... Hình 2 - 1 Sơ đồ nh ngữ yếu tố ảnh hưởng đến chất l ngượ mối hàn Ảnh hư ngở của ôxy Ôxy có trong các môi trương xung quanh như không khI, hơi nước, Co2, H2O, và trong các ỗit kim loại, trong lớp x khi hàn,... Ôxy có tác d ng mạnh với các nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, ... k t quả sẽ làm thay đổi thành phần và tInh chất của kim loại mối hàn. VI d : Fe + O ----> FeO Fe + O2 ----> 2FeO Một phần các ôxit sắt như trên sẽ đi vào x , một phần sẽ trộn lẫn với kim loại mối hàn do không thoát ra ngoài kịp. Mối hàn có lẫn x sẽ làm cho cơ tInh giảm mạnh. Trong môi trường xung quanh cũng còn có nhiều chất khI có ảnh hưởng đ n chất lưӧng mối hàn như hydro., Nitơ, lưu huỳnh, phốt pho,... Hydro: có trong hơi nước, trong các loại khI bảo vệ hoặc do bị phân huỷ các chất trong quá trình hàn sẽ hoà tan vào mối hàn và gây nên rỗ khI. Đối với thép và hӧp kim nhôm, hy dro là nguyên nhân chủ y u gây nên rỗ khI. Lưu huỳnh là chất gây nên nứt nóng cho mối hàn Phốt pho gây nên nứt nguội cho mối hàn Trong vùng mối hàn xảy ra quá trình khử ôxy. Có thể tóm tắt theo các dạng phản ứng sau: [FeO] + (Si) --> [Fe] + (SiO2) 4 [ ] - Thành phần các chất đi vào kim loại; ( ) - Thành phần các chất đi vào trong xỷ ; [FeO] + (Mn) --> [Fe} + (MnO2) [FeO] + (SiO2 --> (FeO.SiO2) FeS + Mn -- > MnS + Fe FeS + MnO --> MnS + FeO Fe3P + FeO ---> (P2O5) + 9 Fe CaO + P2O5 --> Ca3P2O8 Cơ tính của v tậ liệu σ AH σ AH % O2 Hình 2 - 2 Sơ đồ ảnh hưởng c aủ o xy đến cơ tính mối hàn [13] Ảnh hưởng của một số ch tấ khí đ n cơ tính mối hàn (như hình 2 - 3) N2 %δ Akσ B O2 O2 O2 N2 N2 % O2 % N2 % O2 % N2 % O2 % N2 Hình 2 - 3 Ảnh h ngưở của m tộ số ch tấ khí đến cơ tính m iố hàn [13] 2.2 VŨNG HÀN VÀ ĐẶC ĐI MỂ C AỦ NÓ. Khi hàn, dưới tác d ng của nguồn nhiệt, vùng kim loại nóng chảy tạo nên một vũng hàn. Kim loại ở đây là hổn hӧp các nguyên tố của kim loại c ơ bản và kim 5 loại vật liệu hàn. Vũng hàn đưӧc chia ra 2 vùng chInh: vùng đầu và vùng đuôi vũng hàn. a/ b/ H. 2-4 Sơ đồ m iố ghép hàn (a) và tác d nụ g c aủ ngu nồ nhiệt khi hàn hồ quang (b) II I B C H 3 2 1 H. 2-5 Sơ đồ đ ngườ hàn và vị trí vũng hàn I - Vùng đầu vũng hàn; II - Vùng đuôi vũng hàn 1 - Vùng có nhiệt độ không xác định 2- Vùng có nhiệt độ khoảng 1800 oC; 3 - Vùng có nhiệt độ gần nhiệt độ nóng ch yả (khoảng 1500oC) B - Chiều rộng m iố hàn; C- Chiều cao m iố hàn; H - Chiều sâu của m iố hàn Quá trình k t tinh của mối hàn < Mối hàn k t tinh trong điều kiện phần đầu vũng hàn luôn bị nung nóng bởi nguồn nhiệt hàn còn vùng đuôi thì đưӧc nguội dần. < Kim loại vũng hàn luôn chuyển động; < Thể tIch vũng hàn nhỏ khoảng 0,2-0,4 cm3. < Thời gian kim loại mối hàn tồn tại ở trạng thái lỏng nhỏ,; < Tốc độ làm nguội lớn < Vùng tâm mối hàn có nhiệt độ cao dễ làm cho kim loại bị quá nhiệt. 2.3. TỔ CH CỨ KIM LOẠI MỐI HÀN VÀ VÙNG C NẬ MỐI HÀN 6 Sau khi đông đặc, kim loại mối hàn sẽ có thành phần khác so với kim loại cơ bản. Dưới tác d ng của nhiệt độ ổ chức kim loại mối hàn cũng đưӧc chia thành nhiều vùng khác nhau. Tổ chức kim loại mối hàn ph thuộc phương pháp hàn, kim loại vật hàn, và ch độ hàn. Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn đưӧc chia ra 7 vùng khác nhau : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt gồm có các vùng : vùng quá nhiệt, vùng thường hoá, vùng k t tinh lại không hoàn toàn vùng k t tinh lại, vùng dòn xanh. Vùng mối hàn (1) : Có thành phần kim loại hổn hӧp giưua vật hàn, thuốc hàn và que hàn. Tổ chức có dạng kéo dài về tâm mối hàn (theo hương k t tinh)Vùng gần viền chảy có tổ chức hạt nhỏ mịn do tốc độ tản nhiệt nhanh; vung trung tâm có lẫn nhiều tạp chất do k t tinh sau cùng. Vùng viền chảy (2) : Vùng này kim loại nóng chảy không hoàn toàn. Thành phần kim loại mối hàn có lẫn các nguyên tố của que hàn và thuốc hàn. Do có sự tác d ng qua lại giữa pha long và pha đặc nên trong mối hàn có thể lẫn các tạp chất. Hạt tinh thể vùng này nhỏ, có cơ tInh tốt. Vùng này tồn tại 2 pha lỏng có chhiều rộng vùng này nhỏ khoảng 0,1- 0,3 mm rất khó phân biệt chúng nên gọi chung là vùng viền chảy. Vùng ảnh h ngưở nhiệt : Là vùng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy nhưng có tổ chức và tInh chất thay đổi dưới tác d ng của nhiệt độ. Chiều rộng vùng này ph thuộc chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt, ch độ hàn, phương pháp hàn,... (xem bảng 1.1) Bảng 1 -1 Ph ngươ pháp hàn Chiều dày (mm) T ngổ chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt (a) Trong đó chiều rộng vùng quá nhiệt (mm) Hàn khí 3 12-13 4 - 7 Hàn khí 10 25 - 30 10 - 12 Hàn điện 10 3 - 5,5 1 - 2 Vùng quá nhiệt (3) T = 1100 ... 1200 oC Có tổ chức hạt lớn, cơ tInh giảm nhiều, dòn, dễ nứt, ... Đây là vùng thường gây nên các v t gẫy nứt của mối hàn. Vùng thư ngờ hoá (4) Có T 〉 AC3 Có nhiệt độ khoảng (880...1100 oC),có chiều rộng khoảng 0.2 ... 5 mm có tổ chức hạt nhỏ, cơ tInh tốt. Vùng k t tinh Iại không hoàn toàn (5) : có nhiệt độ khoảng T = 720 ... 880 Tứ là nằm trong khoảng AC1 - AC3, nên có th ể xảy ra quá trình chuyển bi n ôstenit về tổ chức péclIt và martenxit cho nên có thành phần hoá học và cơ tInh không đồng nhất, cơ tInh bị giảm. Vùng k t tinh Iại (6) : T = 500 ... 700 oC Tổ chức kim loại giống vật hàn nhưng độ cứng giảm, tInh dẻo tăng Vùng dòn xanh (7) : cĩ T = 100 ... 500 oC Tổ chức kim loại It bị thay đổi nhưng do không khI xâm nhập vào nên cơ tInh giảm, tồn tại ứng suất dư, kim loại bị hoá già, khi thử kéo mẫu hay bị đứt vùng này. 7 III III Hình 2 - 6 Sơ đồ các vùng c aủ mối hàn (I- Vùng có nhiệt độ cao , II- Vùng có nhiệt độ cao hơn T nóng ch y,ả III- Vùng có nhiệt độ nhớ h nơ nhiệt độ nóng ch y)ả TOC % C σB [13 Hình 2 - 7 Tổ ch cứ kim lo iạ vùng m iố hàn và c nậ mối hàn. 8 CH NGƯƠ 3 : HÀN HỒ QUANG 3.1 HỒ QUANG HÀN VÀ CÁC Đ CẶ TÍNH C AỦ NÓ 3.1.1 Hồ quang hàn Hiện tượng hồ quang điện được phát minh từ năm 1802, nhưng mãi tới năm 1882 mới được đua vào nứ g dụng để nung chảy kim loại. Nguồn nhiệt của hồ quang điện này đư c ợ nứ g dụng để hàn kim loại và ph ngươ pháp n iố ghép này đư c ợ gọi là hàn hồ quang. Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi tr ngườ khí hoặc h i.ơ Hồ quang điện đư c ợ ứng dụng để hàn g iọ là hồ quang hàn. 3.1.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang hàn: a/ b/ c/ Hình 3-1 Sơ đồ sự t oạ thành hồ quang c aủ các lo iạ dòng điện a- Nối v iớ ngu nồ điện b- Nối nghịch ( C cự d ngươ nối v iớ que hàn, âm nối v iớ v tậ hàn) c- Nối thu nậ (C cự âm n iố v iớ que hàn, c cự d ngươ nối v iớ vật hàn) Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài của nó đư cợ g iọ là chiều dài cột hồ quang (Lhq). Cấu tạo của hồ quang điện có d ngạ như hình 3-2 1 3 Lhq2 1- Vùng c nậ anốt 2- Vùng c nậ ka t tố 3- C tộ hồ quang Hình 3-2 Sơ đồ c uấ tạo cột hồ quang hàn. Điện cực hàn đư c ợ chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau: Loại điện cực không nóng chảy : Vônfram (W), Grafit, than,... Điện cực nóng chảy : Chế tạo từ thép, gang, các loại kim loại màu,... Nguồn điện hàn : Xoay chiều (tần số công nghiệp, tần số cao,... chỉnh lưu, một chiều. 3.1.3 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn. 9 Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có hướng của các phần tử mang điện (ion âm, ion d ng,ươ điện tử) trong môi trường khí; trong dó điện tử có vai trò rất quan tr ng.ọ Trong điều kiện bình th ng,ườ 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 tr ng ườ 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 tr ngườ 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. Công thoát electron của một số chất đư c ợ thể hiện trong bảng 3-1 Bảng 3-1 Nguyên tố Công thoát electron Nguyên tố Công thoát electron K 2.26 eV Mn 3.76 eV Na 2.33 Ti 3.92 Ba 2.55 Fe 4.18 Ca 2.96 Al 4.25 Khi có điện áp, dưới tác dụng của điện trường, các điện tử trong môi trường sẽ chuyển đ nộ g từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận t cố lớn. Với sự chuyển động đó các điện tử se 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. Nh ư vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là do sự va chạm giữa các điện tử đ cượ tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí. Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiệncác 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 tr ngườ không khí). Như vậy mu nố 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 : 1. Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại. 2. Tăng cường độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch. 3.1.4 Các ph ngươ pháp gây hồ quang khi hàn. Tăng điện áp : Phương pháp này dễ gây nguy hiểm cho ng iườ sử dụng nên ng iườ ta phải sử dụng bộ khuyếch đại điện áp Phương pháp cho ng nắ m chạ : Cho que hàn tiếp xúc vật hàn và nhấc lên khoảng cách 1-3 mm và giữ cho hồ quang cháy ôn định (xem hình 3-3). a. Cho chuyển động thẳng đ ngứ 10 12 1- Que hàn 2- V tậ hàn Hình 3-3 Sơ đồ quá trình gây hồ quang khi hàn b. Đặt nghiêng que hàn và cho chuyển động tiếp xúc v iớ v tậ hàn 1- Que hàn 2- Vật hàn Hình 3-4 Sơ đồ quá trình gây hồ quang bằng cách cho que hàn tiếp xúc vật hàn 3.1.5 Đ cặ diểm của h quang hàn : 2< M t d dông di n 1 n (J - A/mm < Nhi t d cao kho ng trén 3000 o ); và t p trung C < H quang c a dông di n m t chi u cháy ổn d nh . < H quang c a dông xoay chi u khong nổ d nh nén chất 1 ợng m iố hàn kém h nơ Nhi t d ở catot kho ng 2100 oC. Ngu n nhi t to ra chiếm kho ng 36% A not 2300 --/-- 43% C t h quang 5000-7000oC --/-- 21% < S cháy c a h quang ph thu c: Đi n áp ngu , C ờng d dông di n; T n số f=150-450 có h quang cháy nổ d nh); V t 1i u 1àm di n c c,... Đ th biểu diễn s ph thu c giữa di n thế c a h quang và dông di n h quang g iọ 1à d nờ g dặc tính tĩnh c a h quang. 1. Đ nờ g dặc tĩnh c a h quang hàn có dạng : Uhq d 1d1 < d2 d 2 I Hình 3-5 Đường đặc tĩnh c aủ hồ quang hàn phụ thu cộ đ ngườ kính điện c cự 11 mm m ) Uhq Lhq2 L1 < L2 L hq1 100 1000 I, (A) Hình 3-6 Đường đặc tĩnh của hồ quang hàn phụ thuộc chiều dài hồ quang Lhq • Trong kho ng I < 100A (J,12A/m 2 ) U gi m khi I tăng. Đi u dó có thể gi i thích nh sau: khi I tăng, di n tích tiét di n c a c t h quang cũng tăng vì thế m t d dông sẽ gi m (J = I/F sẽ gi m trong dó F 1à di n tích tiết diẹn c a c t h quang) U = IR = I . (ρ .L)/F = J. ρ.L ; mà ρ.L = const nén J gi m khi U gi m,. < Trong kho ng I = 100- 1000 A, di n tích c t h quang tăng rất ít vì dã dã g n b o hoà, nén d d nẫ di n ít b thay d i,ổ vì thế m t d dông J g n nh khong dổi. Đoạn này d cợ sử d ng rất r ng rãi khi hàn h quang. d =2 mm d =4 mm d =10 mm Với L hq1 =10 J80 (A/mm 2 Với L hq2 =2 mm 100 1000, I (A) Hình 3-7 Đường đặc tính tĩnh c aủ hồ quang hàn phụ thu cộ dh và Lhq. 1- Lhq1 = 5 mmm Lhq2 = 2 mm 80A/mm2. Kho ng này có m t d dông J 1 n nén th ờng sử d ng dể hàn t d ng. Kho ng này có U tăng vì I 1 n, nh ng tiết di n c t h quang h u nh khong tăng; nén khi J tăng dể d m b o cho I tăng thì U ph i tăng). < Đ th trén nứ g v i các d ờng dặc tính tĩnh c a h quang khi chi u dài c t h quang khong d i.ổ Khi thay d iổ Lhq, ta sẽ nh n d cợ nhi u d ợng dặc tính tĩnh t ơng t nh trén. b. H quang của dông di n xoay chi u 12 Khi sử d ng ngu n xoay chièu, dông di n và hi u di n thế thay dổi theo chu kỳ. V i t n số cong nghi p f = 50 Hz, ta có 100 1 n thay dổi c c nén có 100 1 n h quang b tắt do I = 0. Khi dó nhi t d sẽ gi m, mức d ion hoá c a c t h quang sẽ gi m 1àm cho cho h quang cháy khong nổ d nh. Muốn xuất hi n h quang tiếp theo thì yéu c u di n áp ngu n ph i dạt và 1 n hơngiá tr tối thiểu g iọ 1à di n áp m i h quang. H quang sẽ cháy ổn d nh khi U ngu n > U m i h quang H quang sẽ tắtkhi U ngu n < U m i h quang Khi hàn h quang tay U m i h quang = (1,8 - 2,5)U hàn U m i h quang = (60-80V) T T t U m hq Hình 3-8 Sơ đồ đường biến thiên của điện áp và dòng điện nguồn và hồ quang dòng xoay chiều Tt - Th iờ gian h quang tắt Chú ý : • Th iờ gian h quang tắt Tt ph thu c di n áp khong t i (Ukt); t n số (f) f tăng thì Tt nhỏ. • Ukt 1 n thi Tt nhỏ nh ng tăng Ukt thì kích th c máy sẽ 1 n, khong có 1 i.ợ • Tăng t n số thì ph i mắc thém b khuyếch dại t n nh ng sẽ 1àm phức tạp thém mạch di n. • Trong th c tế dể 1àm nổ d nh h quang ngu n xoay chi u ng iờ ta mắc th m cu n c m dể 1àm 1 ch pha giữa dông di n và di n áp. Dông di n xuất hi n trong cu n c m sẽ có tác d ng duy trì s cháy c a h quang. Tại th iờ diểm I = 0 di n áp ngu n dạt giá tr U m i h quang nén vẫn có h quang xuất hi n. 3.2 „ẢNH HƯỞNG C AỦ ĐI NỆ TRƯỜNG ĐỐI V IỚ HỒ QUANG HÀN. C t h quang d cợ coi nh m t dây dẫn m m nén nó sẽ ch u tác d ng h ởng c a di n từ tr ng.ờ 3.2.1 Từ tr ờng của c t h quang Trong c h quang có 2 1oại dông chuyển d ng c a các ph n tử mang di n. Đó 1à dông chuyển d ng c a các ion âm và di n tử; dông chuyển d ng c a các ion d ơng. Sơ d biểu diễn 1 c di n tr ờng tác d ng 1én c t h quang nh hình 3-10 13 Vi H F F H Vi Hình 3-10 Sơ đồ biẻu diễn l cự điện tr ngườ tác d ngụ lên cột hồ quang hàn. • L c F c a tất c các ph n tử mang di n d u h ng vào tâm c a c t h quang. Khi hàn, 1 c tác d ng 1én c t h quang g m có : + L c di n tr ngờ tĩnh; + L c di n tr ngờ sinh ra b iở sắt từ c a v t 1i u hàn. L c này 1àm cho h quang b th iổ 1 ch nh h ởng dến chất 1 ợng c a mối hàn (xem hình 3-11). 3.2.2 Ảnh h ởng của 1 c di n tr ờng Hình 3-11 Sơ đồ biẻu diễn hồ quang hàn bị th iổ lệch bởi lực điện tr nườ g. a/ b/ c/ Khi nối dây nh hình b/ h quang b tác d ng c a di n tr ờng d iố x nứ g nén khong b thổi 1 ch; khi n iố dây nh hình a/ và hình c/ di n tr ờng tác d ng 1én c t h quang khong dối x nứ g nén h quang b th iổ 1 ch. Từ phía dông di n di vào có di n tr ờng mạnh, m t d d ờng sức dày h iờ phía d iố di n nén h quang b th iổ 1 ch v phía di n tr ờng yếu hơn. 3.2.3 Ảnh h ởng của góc nghiéng que hàn. Đ nghiéng c a que hàn cũng nh h ởng dến s phân bố d ờng sức xung quanh quanh h quang, vì thế có thể thay dổi h ng que hàn cho phù h pợ v i ph ơng c a h quang nh hình 3-12b. 14 Hình 3-12 Sơ đồ biẻu diễn ảnh h ngưở của góc nghiêng que hàn. 3.2.4 Ảnh h ởng của v t 1i u s tắ từ. V t 1i u sắt từ dặt g n h quang sẽ 1àm tăng d từ thẩm 1én hàng ngàn 1 n so v i khong khí xung quanh (μ = 1000 10.000 1 n). Từ thong qua sắt từ có d trở khánh nh ,ỏ 1 c từ tr ờng từ phía sắt từ gi m xuống 1àm cho h quang b th iổ 1 ch v phía sắt từ. 1 Fe 2 Hình 3-13 Sơ đồ biểu diễn ảnh h ngưở của sắt từ đối v iớ hồ quang hàn. 1- Que hàn ; 2 - V tậ hàn Hi n t ợng 1 ch h quang có thể xuất hi n ở cuối d ờng hàn. Vì 1úc dó có d từ thẩm phía v t hàn 1 n h nơ nhi u so v i khong khí nén h quang b thổi 1 ch v phía bén trong m iố hàn. Khi hàn giáp m iố ta ph i nối c c c a ngu n di v i 2 v t hàn v 2 phía dể m iố hàn khong b thổi 1 ch h quang. Hình 3-14 M tộ số biện pháp kh cắ phục hiện t ngượ hồ quang bị thổi l chệ 1 - V tậ hàn 2 - Que hàn 3.3 PHÂN LO IẠ HÀN HỒ QUANG 15 3.3.1 Phân 1oại theo di n c c < Hàn h quang b nằ g di n c c khong nóng ch y : nh di n c c than, grafit, W , h pợ chất c a m t số nguyén tố có kh năng phát xạ ion nh La, Th,... < Hàn bằng que hàn nóng ch y : có các 1oại que hàn thép ( que hàn thép các bon thấp, que hàn thép các bon cao, que hàn thép h pợ kim, ... ) que hàn nhom, que hàn d ng,... Các 1oại que hàn này có 1õi và 1 p thuốc bọc. Chúng có khá năng bổ sung kim 1oại cho m iố hàn và các tác d ng khác nh kích thích h quang, b o v m iố hàn, hợp kim hoá mối hàn, ... 3.3.2 Phân 1oại theo ph ơng pháp dấu dây Dấu dây tr c ti pế : 1 Nguồn điện 1 pha 2 3 Hình 3 - 5 Sơ đồ đấu dây tr cự tiếp 1 -Điện c cự hàn ( que hàn) 2-Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Khi hàn dông m t chi u có thể có hai ph ngơ pháp n iố dây : noí thu n và n iố ngh ch. 1 2 3 Nối thuận Hình 3 - 16 Sơ đồ nối thuận 1 - Điện c cự hàn ( que hàn)2 - Hồ quang hàn; 3- Vật hàn 1 2 3 Nối nghịch Hình 3-17 Sơ đồ n iố nghịch 1 - Điện c cự hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Đấu dây gián tiếp : 16 Nguồn một pha 1 1 2 3 Hình 3 - 17 Sơ đồ đ uấ dây gián tiếp 1 - Điện c cự hàn ( que hàn) 2 - Hồ quang hàn 3 - Vật hàn Đ uấ dây hổn h pợ (H quang 3 pha): Nguồn ba pha 2 1 3 Hình 3 - 19 Sơ đồ đ uấ dây h nổ h pợ 2 - Điện c cự hàn 1 2 - Điện c cự hàn 2 3 - Vật hàn ( điện c cự hàn 3) Có 3 ngọn 1ữa h quang giữa 3 di n c c: h quang giữa 1-3 giữa 1-2 và giữa 2 - 3. 3.4 NGU NỒ ĐI NỆ HÀN VÀ MÁY HÀN 3.4.1 Ngu nồ điện hàn Ngu n di n hàn có th ể m t chi u, xoay chi u. Máy hàn dông di n m t chi u hay chỉnh 1 u cho chất 1 ợng mối hàn cao, ổn d nh nh ng giá thành dắt nén chỉ sử d ng khi có yéu c u cao v chất 1 ợng. Hi n nay máy hàn dông xoay chi u vẫn 1à ch yếu. Ơ Nh t b n g n 80% máy hàn dông xoay chi u, 95,6% máy hàn xoay chi u khi hàn h quang tay. 3.4.2 Yêu cầu đối với ngu nồ đi nệ hàn 1. Dể gây h quang và khong gây nguy hiểm cho ng iờ sử d ng. Khi nghién cứu h quang c a dông xoay chi u ta thấy r nằ g dể dể dang m i h quang thì di n áp khong t i c a máy hàn ph i cao hơn 1úc h quang cháy nổ d nh. Để d m b o an toàn di n di n áp khong t i th ngờ nhỏ h nơ 100 von. < Ukt ≈ 55 - 80 V ( dối v i dông xoay chi u) < Ukt ≈ 30 - 55 V , Uh = 16 - 35 V, ( d iố v i dông m t chi u) 2. Ph i có dông di n ngắn mạch hạn chế dể kh iỏ 1àm h hỏng máy. Ing.m. = (1,3 - 1,4) Ih. 3. Khi 1àm vi c h quang ph i cháy nổ d nh. 17 4. Máy hàn ph i di u chỉnh d cợ c ờng d dông di n hàn phù hợp v i các 1oại chi u dày, d ờng kính và v trí t ơng dối c a mối hàn trong khong gian. 5. Khi hàn ng iờ ta th ờng mắc thém cu n c n dể tạo ra s 1 ch pha c a dông di n và hi u di n thế nén chế d hàn sẽ nổ d nh hơn. 6. Quan h giữa hi u di n thế ngu n di n và dông di n hàn d cợ gọi 1à d ờng dặc tính d ng c a máy hàn. Ta có các 1oại d ờng dặc tính d ng nh sau: Ukt1 Ukt2 Ih Ing.m Ing.m.1 Hình 3 - 20 Đường đ cặ tính đ ngộ của máy hàn U 1 Ukt 2 4 3 I Hình 3 - 21 Các dạng đường đ cặ tính đ ngộ của máy hàn Đ ờng cong 1 - Dạng u tăng dùng cho hàn t d ng trong moi tr ngờ khí b o v . Đ ờng cong 2 - Dạng U khong thay d iổ (h u nh khong tăng khi I tăng) dùng cho hàn di n x ,ỷ hàn t d ng trong moi tr ờng khí b o v . Bởi vì khi hàn trong moi tr ngờ khí b o v , kim 1oại dây hàn ch y thành dông tạo nén dông ngắn mạch 1ién t c, dông di n hàn tăng nhanh 1àm nóng ch y day hàn nhanh và 1ién t c. Chế d này phù h pợ v i 1a iọ dây có dh = 0,5 - 1,2 mm Đ ờng cong 3 - D nạ g cong d cố thoai tho i dùng cho hàn t d ng và bán t d ng d i 1 p thuốc có tốc d cấp dây hàn khong dổi. Vi c cấp 1õi dây hàn theo nguyén 1ý t d ng di u chỉnh (tức 1à khi I tăng, Uh gi m 1àm cho nhi t 1 ợng Q = UIt gi m kết qu dây cháy ch m 1ại, ph c h i chi u dài c t h quang. 18 dt Đ ờng cong 4 - Dạng cong dốc dùng cho hàn h quang tay và hàn t dọng d i 1 p thuốc (khi mà t cố d cấp dây ph thu c chế d hàn. Khi U h thay dổi, nh ng Ih thay dổi ít nén chế d hàn ổn d nh h nơ Kết h pợ các d ơng dặc tính d ng và d ờng dặc tính tĩnh c a h quang ta sẽ thấy chúng giao nhau tại 2 diểm A và B (tại dó Ungu n = Uh quang) Tại diểm B hi u di n thế cao d dể gây h quang nh ng vì dông di n nhỏ khong d u dể duy trì s cháy ổn d nh c a h quang. Th c v y nếu vì m t 1ý do nào dó 1àm cho dông di n gi m xu nố g thì hi u diẹn thế h quang sẽ tăng 1én và 1úc dó Uhq > Ung, có nghĩa 1à hi u di n thế c a ngu n khong d dể gây h quang nén nó tắt. Ng cợ 1ại, nếu tăng dông I thì Ung > Uhq ; di n thế thừa Ung - Uhq 1à nguyén nhân gây nén s tiếp t c tăng dông di n cho dến khi dạt d cợ giá tr ở diểm A. Nh v y khi I tăng hoặc I gi m tại diểm A có s ph c h i 1ại di u ki n ổn d nh c a h quang (Uhq = Ung) U, V B A I, A Hình 3-22 Sơ đồ biểu diễn vị trí hồ quang cháy nổ đ nhị Ta biết răng khi h quang cháy, trongmạch hàn h , quang sẽ sinh ra suất di n d ng c m ứng. dI eL = − L dt L - 1à h số t c m U h = U hq = U nguon + eL U − L dI U h = U hq = U nguon + eL = ng dt Ung-Uh = L dI Từ biểu thức trén ta nh n thấy rằng nếu vì m t 1ý do nào dó 1àm cho diểm d ch chuyển vé diểm A’ có di n thế U’ > Uh tức 1à : dI U’-Uh > hay L. > 0 tức 1à dt dI > 0 Đièu này ch nứ g tỏ I ph i tăng dểdt diểm A’ trở v v trí diểm A. Ng cợ 1ại khi A d ch chuyển v diểm A’’ dIta có U’’ < Uh. < 0 Đi u này ch nứ g tỏ I ph i gi m dể A’’ trở v v trí diểm A -dt v trí mà h quang cháy ổn d nh. 19 Nh v y h quang cháy nổ d nh khi trong mạch hàn nanh chóng ph c h i trạng thái cấn bằng : Uh = Uhq = Ung. 3.4.3 Máy hàn hồ quang Máy hàn h quang th ngờ có các 1oại sau : • Máy hàn dông xoay chi u : máy biến áp có b t c m riéng, máy biến áp hàn có hàn có từ