Lý thuyết cơ sở hàn

Lý thuyết cơ sở hànCHƯƠNG IKHÁI NIỆM CHUNGI. Lịch sử phát triển nghề hàn. * Năm 1802 nhà bác học Nga Pê-Tơ-Rốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. * Năm 1882 Kỹ sư Bê-Na –Đớt đãê dùng hồ quang cực than để hàn kim loại.* Năm 1888 Sla-Vi- a- nốp đã dùng cực điện nóng chảy- cực điện kim loại vào hồ quang điện.* Năm 1900 ÷ 1902 Trong công nghiệp đã sản xuất được các –bít can xi và sau đó Năm 1906 hàn khí ra đời. * Năm 1886 Tôn -Sơn tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp môí . * Năm 1887 Bê – na – đớt tìm ra phương pháp hàn điện, nhưng mãi đến năm 1903 hàn giáp mối mới được dùng trong công nghiệp* Kỹ sư Thụy Điển Ken- Be năm 1907 vềø phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí xung quanh bằng cách đắp lên cực điện (kim loai) một lớp vỏ thuốc. * E. O. Pa. Tôn về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn tự động và sau đó hàn nửa tự động dưới thuốc ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. * Từ năm cuối 1940 các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. * Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên ( Hê-li, Ar-gôn ở Mỹ, khí các bon níc ở Nga) làm cho phương pháp hàn này phát triển mạnh. * Một phát minh nổi tiếng của tập thể viện hàn điện mang tên E-Ô-Pa-Tôn (Ki ép Liên Xô ) là hàn điện xỉ, được phát minh vào năm 1949 và được áp dụng vào sản xuất đầu năm 1950. * Những năm gần đây hàng loạt các phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn plas ma, hồ quang...* Hiện nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau. * Hàn ở Việt Nam đã xuất hiện từ thời thượng cổ hồi đó ông cha ta đã biết sử dụng hàn để làm dụng cụ phục vụ đời sống và cải tiến điều kiện lao động. * Trước cách mạng tháng tám nghề hàn ít được sử dụng. * Sau cách mạng và trong thời kỳ kháng chiến, nghề hàn đã được phát triển hơn, nó đóng góp cho nền quốc phòng mới mẻ của chúng ta. * Sau hoà bình lặp lại chúng ta sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế XHCN và đấu tranh thống nhất đất nước. * Hiện nay với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá việc áp dụng các phương pháp hàn tiên tiến ngày càng nhiều. II. Thực chất, đặc điểm, và công dụng của hàn. 1. Thực chất Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoăïc nhiều chi tiết với nhau bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay dẻo.* Khi hàn ở trạng thái chảy Chỗ nối của vật hàn chảy ra sau đó đông đặc lại ta nhận được mối hàn. * Khi hàn ở trạng thái dẻo Chỗ nối được nung nóng đến trạng thái mềm dẻo, chúng có thể dính lại với nhau. Nhiều khi như vậy không đảm bảo mối hàn bền nên ta tác dụng lên mối nối một áp lực (ví dụ : ép, dập) 2. Đặc điểm a) So với tán ri vê. Hàn tiết kiệm được từ ( 10-20)% khối lượng kim loại : như phấn đầu ri-vê, đột lỗ.* So với đúc tiết kiệm 50% vì không cần hệ thống rót .* Sử dụng hàn trong xây nhà cao tầng cho phép giảm 15% trọng lượng sườn, kèo đồng thời việc chế tạo và lặp ráp chung được giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng.b) Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. * Hàn có năng suất cao giảm được số lượng nguyên công , giảm cường độ lao động và tăng độ bền chặt của kết cấu. c) Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ: hàn kim loại đen với nhau, ï kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu. d) Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo. * Khi tán đinh ri- vê ta phải dùng rất nhiều máy móc như máy khoan , lò nung , máy đột v.. v * Còn khi hàn chỉ dùng máy hàn xoay hoặc máy hàn một chiều, gồm một máy hạ thế. 220 vôn hay 380 vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn . e) Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín . Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu áp suất cao nên hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo bình hơi, nồi chứa ống dẫn Chiụ áp lực cao. g) Giảm được tiếng động khi sản xuất.Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là: sau khi hàn tồn tại ứng suất dư , tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt. Giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, vết hàn bị cong vênh 3. Công dụng * Hàn được dùng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại, trong quá trình công nghệ: chế tạo và sửa chữa * Về chế tạo như nồi hơi, bình chứa, sườn vì kèo, tàu , cầu, thân máy bay, vỏ máy, ô tô, tên lửa, ngay cả ngành du hành vũ trụ * Nói chung những bộ phận máy có hình dạng phức tạp chịu tải trọng lớn đều được chế tạo bằng hàn . * Sửa chữa những bộ phận hỏng cũ, ví dụ : như xy lanh , bánh răng, trục, vật đúc bị khuyết Đều dùng phương pháp hàn vừa nhanh, rẻ.Hệ thống các tiêu chuẩn được áp dụng phổ biến hiện nay :1. ASME (American Society of Mechanical Engineers ). Hiệp hội các kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ, Bao gồm các tiêu chuẩn sau :* ASME Boiler & Pressure Vessel Code Quy phạm ASME về nồi hơi và bồn bể áp lực * ASME CODE for Pressure Piping, B31. Quy phạm ASME về các đường ống áp lực .2. AWS (American Welding Society) - Hội hiệp hàn Hoa Kỳ gồm các tiêu chuẩn sau * AWS D1.1 – Steel Structural Welding Code . Quy phạm hàn kết cấu thép 3. API (American Petrolium Institute) – Viện xăng dầu Hoa Kỳ gồm một số tiêu chuẩn sau.* API 650 –Welding Storage TanKs for Oil storage .Tiêu chẩn hàn bồn chứa dầu * API 1104 -Welding of Pipelines and Related Facilities . Tiêu chuẩn hàn đường ống và các phụ kiện đường ống . 4. Các tiêu chuẩn Quốc Tế ISO (Internation Standardization Organization) 5. EN ( European Nations) .Tiêu chuẩn châu Âu.6. JIS ( Japanese Industrial Standards). Hệ thống tiêu chuẩn cho các nghành công nghiệp của hội hiệp tiêu chuẩn quốc gia Nhật Bản . A. Phân loại các phương pháp. Hàn có thể chia làm 2 nhóm sau đây:1. Hàn nóng chảy. Là nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy. Sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. * Phương pháp này thích hợp với kim loại và hợp kim ví dụ :thép, gang, ni ken ,đồng, bạch kim, nhôm và những hợp kim khác* Phương pháp này dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang sản ra nhiệt đốt chảy mối hàn.* Hàn điện hồ quang gồm: hàn hồ quan tay, hàn tự động , nửa tự động(hàn dưới thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉa. Hàn SMAW (Shielded Metal Arc Welding) Hàn hồ quang tay que hàn thuốc bọc Nhiệt cần thiết để nóng chảy được cung cấp từ hồ quang giữa điện cực kim loại và kim loại nền . b . Hàn SAW ( Submerged Arc Welding ) Hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc bảo vệ là quy trình hàn hồ quang, trong đó một hoặc nhiều hồ quang được tạo thành giữa một hoặc nhiều điện cực và chi tiết gia công, cung cấp nhiệt cho quá trình hàn. Hồ quang hoàn toàn chìm phía dưới lớp trợ dung dễ nóng chảy, bảo vệ hồ quang đối với khí quyển xung quanh. Quy trình này có thể hoàn toàn tự động hoặc bán tự động.Trong quá trình hàn nhiệt hồ quang đồng thời làm nóng chảy đầu dây điện cực và một phần chất trợ dung .Hàn dưới lớp thuốc SAW trước đây thường chỉ sử dụng một dây điện cực , hiện nay cò nhiều quy trình sử dụng hai hoặc nhiều dây.c. Hàn GTAW-TIG ( Gas Tungsten Arc Wending Hàn hồ quang điện cực Vonfram không nóng chảy trong môi trường khí trơ bảo vệ. Là quá trình trong đó nguồn nhiệt là hồ quang được tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và kim loại cơ bản , hồ quang và vùng kim loại được bảo vệ bởi không khí xung quanh ( ô xy , ni tơ ) bằng lớp khí trơ bảo vệ như khí Argon , Hê li . Kim loại điền đầy nếu cần thiết được đưa vào hồ quang từ bên ngoài ở dạng dây trần .d. Hàn hồ quang plasma . Plasma được hiểu là khí bị ion hóa (chỉ chứa các điện tử và ion) và có khả năng dẫn điện , plasma được coi là trạng thái thứ tư của vật chất tiếp sau ba trạng thái rắn , lỏng , và khí . Hồ quang điện có thể tạo ra plasma từ chất khíTrong các quá trình hàn hồ quang hở kể cả hàn TIG dòng plasma có tốc độ thấp và khuếch tán trên diện rộng do đó hồ quang bị tổn thất về nhiệt độ bị giảm . Các quá trình hàn hồ quang plasma ( bao gồm hàn hồ quang plasma , cắt hồ quang plasma , phun và gia công bề mặt bằng hồ quang plasma ) Sử dụng mỏ hàn hồ quang plasma đặc biệt được cải tiến từ mỏ hàn TIG trong đó hồ quang do điện cực không nóng chảy Volfram được định hướng qua một ống dẫn khí trơ ( Argon hoặc hỗn hợp Ar-He )g. Hàn GMAW ( Gas Metal Arc Welding)Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ với điện cực chảy Trong quá trình hàn hồ quang cháy giữa dây điện cực liên tục được cấp vào vật hàn , hồ quang làm nóng chảy dây và mép vật hàn , kim loại điện cực chuyển vào vật hàn tạo thành bể hàn . Khi hồ quang chuyển đi bể hàn đông đặc tạo thành mối ha Khi hồ quang chuyển đi bể hàn đông đặc tạo thành mối hàn .Dây điện cực nóng chảy có thể đặc hoặc dây có lõi thuốc ( bột hợp kim , thuốc tạo xỉ và tạo thể khí bảo vệ ) * Hàn MAG/CO2 Là khi dùng khí hoạt tính bảo vệ thì gọi là hàn MAG (Metal Active Gas).* Hàn MIG/ (Ar, He) (Metal Inert Gas) Khi dùng khí trơ bảo vệ .* Hàn FCAW (Flux Cored Arc Welding ) : hàn dây có lõi thuốc. 2. Hàn áp lực.Là đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo sau đó ép hoặc dập để tăng khả năng thẩm thấu, khuếch tán . Các phần tử kim loại làm cho chúng liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với kim loại khi biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua thể nhão. Vật liệu khác (gang) khi đốt đến điểm chảy lập tức biến từ thể rắn sang thể lỏng không qua thể nhão, do đó không hàn được. Với thép chứa 0,4% C trở lên khó hàn. Theo cách nung nóng hàn áp lực chia làm 3 loại:a) Phương pháp hàn rèn.b) Phương pháp hàn nhiệt nhôm.c) Phương pháp hàn tiếp xúc .a) Phương pháp hàn rèn.Phương pháp này thợ thủ công hay dùng để hàn những chi tiết đơn giản, chi tiết phức tạp không hàn được.Cách hàn: Vật hàn nung trong lò khoảng 12000C ÷ 13000C sau đó đặt lên đe dùng búa đập. Khi đập phải đập từ giữa ra sau đập bên cạnh và bốn xung quanh để xỉ tạp trong ngàm nối dễ trôi ra, thì mới đảm bảo cơ tính mối hàn.b) Phương pháp hàn nhiệt nhôm.Đây là phương pháp dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhôm với ôxít sắt:8Al + 3Fe304 = 4 Al203 + 9 Fe + Q.Phản ứng này phát ra nhiệt lượng 30000C, phương pháp hàn nhiệt nhôm có 3 loại:* Phương pháp áp lực bột sắt nhôm.* Phương pháp làm nóng chảy bột nhôm sắt.* Phương pháp hàn bột nhôm sắt hỗn hợp hàn áp lực và hàn nóng chảy. * Phương pháp áp lực bột sắt nhôm.Dùng xỉ và sắt nóng chảy làm nguồi nhiệt nung vật hàn sau đó dùng áp lực ép chúng lại với nhau.* Phương pháp làm nóng chảy bột nhôm sắt. Dùng xỉ nung vật hàn đến nhiệt độ nóng chảy, sau đó đổ sắt nóng chảy vào cho liền với vật hàn.* Phương pháp hàn bột nhôm sắt hỗn hợp hàn áp lực và hàn nóng chảy. Vật hàn lợi dụng nhiệt lượng của xỉ để nung nóng nhờ áp lực ép chúng lại với nhau, phần khác do sắt nóng chảy nên kim loại vật hàn và nguyên liệu hàn kết chặt lại với nhau.c) Phương pháp hàn tiếp xúc .Hàn điện tiếp xúc có nhiều phương pháp khác nhau.Thực chất: do dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn bị nung nóng đến trạng thái hàn, nhờ lực cơ học chúng dính lại với nhau. Ngày nay hàn áp lực xuất hiện thêm nhiều phương pháp mới: hàn ma sát, hàn siêu âm, hàn nguội, hàn nổ, hàn khuếch tán trong chân khôngCÂU HỎI : Hãy cho biết thực chất, đặc điểm và công dụng của hàn. Tương lai của nó trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước.2. Có mấy phương pháp hàn? Phương pháp nào sử dụng nhiều nhất, hiệu quả kinh tế lớn nhất.HẾT CHƯƠNG 1