Bài giảng Công nghệ hàn áp lực

Định do Bộ Giáo dục & Đào tạo quy định. Trình độ: Đại học. Việc biên soạn Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực là một trong số các công nghệ tiên tiến và đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong ngành Công nghệ Ôtô; Công nghệ đóng tàu và Chế tạo kết cấu thép... Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập của sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hàn; góp phần vào đào tạo đội ngũ Giáo viên Dạy nghề và Kỹ sƣ Công nghệ Hàn, đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của xã hội. Để tập bài giảng đƣợc hoàn thiện, chúng tôi mong đƣợc sự đóng góp ý kiến rộng rãi của các đồng nghiệp và các độc giả. Xin trân trọng cảm ơn. CHỦ BIÊN TS. NGUYỄN NGỌC HÙNG 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ 4 1.1. Công nghệ Hàn điểm 4 1.1.1. Khái niệm 4 1.1.2. Nguyên lý 5 1.1.3. Sự tiếp xúc và điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm 7 1.1.4. Quá trình tạo điểm hàn 15 1.1.5. Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm 17 1.1.6. Phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm 18 1.1.7. Phƣơng pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc 20 1.1.8. Công nghệ Hàn điểm một số vật liệu 21 1.2. Công nghệ Hàn đƣờng 31 1.2.1. Khái niệm 31 1.2.2. Nguyên lý 32 1.2.3. Đặc điểm và ứng dụng của Hàn đƣờng 34 1.2.4. Các thông số cơ bản của chế độ Hàn đƣờng 36 1.2.5. Tính chế độ Hàn đƣờng 37 1.2.6. Công nghệ Hàn đƣờng một số vật liệu 39 1.3. Công nghệ hàn điểm nhô 42 1.3.1. Khái niệm 42 1.3.2. Nguyên lý 42 1.3.3. Đặc điểm 42 1.3.4. Thông số 43 1.4. Hàn tiếp xúc giáp mối 43 1.4.1. Khái niệm 43 3 1.4.2. Nguyên lý 43 1.4.3. Phân loại Hàn tiếp xúc 50 1.4.4. Công nghệ Hàn tiếp xúc giáp mối 52 Hƣớng dẫn tự học 60 Câu hỏi ôn tập 60 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ HÀN NỔ 66 2.1. Khái niệm, đặc điểm của Hàn nổ 66 2.2. Các thông số cơ bản trong Hàn nổ 68 2.2.1. Thông số công nghệ 68 2.2.2. Thông số động lực 68 2.2.3. Thông số năng lƣợng 68 2.2.4. Thông số vật lý 69 2.3. Các khuyết tật khi Hàn nổ và biện pháp hạn chế 69 2.4. Vật liệu dùng trong Hàn nổ 70 2.4.1. Vật liệu chống ăn mòn 70 2.4.2. Vật liệu chống mài mòn 71 2.4.3. Vật liệu kỹ thuật điện 72 2.4.4. Vật liệu chống ma sát 73 2.4.5. Lƣỡng kim (bimetal) „nhiệt‟ 74 2.4.6. Vật liệu composite lớp trong sản phẩm dân dụng 74 Hƣớng dẫn tự học 79 Câu hỏi ôn tập 79 CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT 80 3.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại Hàn ma sát 80 3.1.1. Khái niệm 80 4 3.1.2. Đặc điểm 81 3.1.3. Phân loại hàn ma sát 81 3.2. Khả năng ứng dụng của Hàn ma sát 85 3.2.1. Hàn các chi tiết dạng thanh, ống 85 3.2.2. Hàn trục, xi lanh 86 3.2.3. Hàn trục, bánh răng 86 3.2.4. Cắt bavia nóng 87 3.2.5. Hàn các kim loại khác với nhau 87 3.3. Vật liệu dùng trong hàn ma sát 87 3.4. Hàn ma sát với sự truyền động liên tục 88 3.5. Hàn ma sát với sự truyền động theo quán tính 89 3.6. Các chú ý khi lựa chọn / điều chỉnh các thông số hàn ma sát 89 3.7. Chu trình hàn ma sát 90 3.8 Chế độ hàn ma sát 90 3.9. Quy trình hàn ma sát 91 3.10. Thiết bị hàn ma sát 91 Hƣớng dẫn tự học 93 Câu hỏi ôn tập 93 Câu hỏi ôn tập ba chƣơng và hƣớng dẫn tự học 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 5 CHƢƠNG 1 CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN TRỞ 1.1 Công nghệ Hàn điểm 1.1.1.Khái niệm Hàn điểm là phƣơng pháp hàn điện trở, trong đó mối hàn đƣợc hình thành dƣới dạng những điểm riêng biệt ở chỗ tiếp xúc giữa hai vật hàn. Hàn điểm thƣờng đƣợc sử dụng khi hàn kim loại dạng tấm mỏng và không cần tới độ kín. Hình 1.1 Máy Hàn điểm 6 1.1.2. Nguyên lý Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý máy Hàn điểm 1. Ổ cắm điện 7. Điện cực dƣới 2. Nguồn điện hàn 8. Bàn đạp chấp hành 3. Giá đỡ trên 9. Vật hàn 4. Giá đỡ dƣới 10. Vùng hàn 5. Bộ phân tạo áp lực 11. Nƣớc làm mát điện cực 6. Điện cực trên P. Lực ép Hình 1.3 : Cấu tạo điện cực để hàn điểm 7 Phƣơng pháp hàn điểm: thƣờng dùng để hàn các chi tiết có độ dày phù hợp. Thƣờng dùng để hàn gắn các chi tiết phụ trong các cơ cấu ít chịu lực, đồ dùng sinh hoạt và các sản phẩm yêu cầu độ thẩm mỹ cao. Phƣơng pháp hàn điểm đƣợc thực hiện nhƣ sau: các chi tiết đƣợc ép chặt với nhau sau đó đóng nguồn cấp cho biến áp hàn. Tại điểm tiếp xúc có dòng đi qua, sẽ làm nóng chảy kim loại tại điểm đó, sau đó cắt nguồn hàn và vẫn duy trì lực ép. Khi điểm hàn đã kết dính lại với nhau, cắt lực ép, hai điện cực đƣa ra xa nhau, kết thúc quá trình hàn. 1.1.2.1. Công nghệ Hàn tiếp xúc điểm một phía Là hai điện cực đƣợc bố trí về một phía của chi tiết hàn. Để nâng cao mật độ dòng điện chỗ tiếp xúc ngƣời ta dùng một tấm đỡ bằng đồng áp vào chi tiết phía dƣới. Phƣơng pháp này mỗi lần hàn đƣợc 2 điểm, tuy nhiên nó hiếm khi đƣợc sử dụng (do mạch rẽ lớn hơn nên hàn một phía thƣờng chỉ đƣợc sử dụng khi hàn 2 tấm mỏng) U~ 3 P P Ih 2 1 4 Hình 1.4 Hàn tiếp xúc điểm một phía 1 - Vật hàn; 2 - Điện cực; 3 - Máy hàn; 4 - Tấm đệm đồng 1.1.2.2. Công nghệ Hàn tiếp xúc điểm hai phía Là hai điện cực đƣợc bố trí về 2 phía của các chi tiết hàn. Mỗi lần ép chỉ hàn đƣợc 1 điểm. Khi hàn điểm 2 phía có thể hàn hai hay nhiều tấm với nhau. Hàn tiếp xúc điểm chiếm gần 80% số lƣợng các liên kết hàn tiếp xúc. Hàn điểm đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế tạo xe máy, ô tô, toa xe, trong ngành xây dựng và kỹ thuật điện tử. Chiều dày các tấm hàn có thể từ vài mm  30mm. Các chi tiết hàn 1 đƣợc ghép chồng lên nhau, dùng các điện cực 2 để ép sơ bộ chúng lại với nhau, sau đó cho dòng điện chạy qua. Chỗ tiếp xúc nằm giữa 2 chi tiết đƣợc nung nóng đến trạng thái nóng chảy còn xung quanh thì đến trạng thái dẻo. Dƣới tác dụng của lực ép P mối hàn đƣợc hình thành. Thiết bị điều khiển 4 có nhiệm vụ tự động đóng ngắt dòng 8 điện và lực ép. Vật liệu làm điện cực có tính dẫn điện, tính nhiệt, chịu nhiệt và có độ bền cao nhƣ đồng điện phân, đồng có pha Crom và Cadimi, ở điện cực có đƣờng dẫn nƣớc làm nguội. Tùy theo cách bố trí điện cực mà có thể chia thành hàn tiếp xúc điểm một phía hay hàn tiếp xúc điểm hai phía. P 2 Ih 1 Ih 3 P 4 U~ Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hàn điểm hai phía 1 - Vật hàn; 2 - Điện cực; 3 - Máy hàn; 4 - Bộ phận điều khiển Công nghệ Hàn điểm bao gồm: - Chuẩn bị phôi hàn - Gá lắp - Hàn Chuẩn bị phôi và gá lắp có thể ảnh hƣởng thực sự đến chất lƣợng mối hàn, hình dạng hình học mối hàn, năng suất lao động. Khe hở lắp càng lớn càng gây khó khăn cho việc nâng cao chất lƣợng mối hàn và có thể làm tăng biến dạng. Vì vậy khe hở cho phép ≤ 0,5  0,8 mm. Đối với những chi tiết dập bị biến cứng khe hở có thể giảm đến 0,1  0,2 mm. 1.1.3. Sự tiếp xúc và điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm 1.1.3.1. Sự tiếp xúc Trong giai đoạn đầu, sự tiếp xúc diễn ra tại một số điểm (Hình 1.6 a) các điểm này có kích thƣớc khác nhau do lực ép còn nhỏ và có sự không đồng đều của bề mặt hàn. Cùng với sự tăng lên của lực ép, các điểm tiếp xúc ban đầu bị biến dạng rồi đạt tới trạng thái tiếp xúc lý tƣởng (Hình 1.6b). Trong trƣờng hợp bề mặt vật hàn có các lớp ôxít sự tiếp xúc trở nên phức tạp hơn (Hình 1.6c). Và có thể có tới ba cách tiếp xúc. 9 Trƣờng hợp A: Lớp ôxít bị vỡ ra và kim loại đƣợc tiếp xúc với kim loại. Trƣờng hợp V: Lớp ôxít chỉ bị vỡ ra một phần. Trƣờng hợp B: Lớp ôxít còn nguyên vẹn, sự tiếp xúc chỉ diễn ra giữa các ôxít. Tuy vậy dòng điện sẽ đi qua cả 3 điểm tiếp xúc này, nhƣng mật độ dòng điện ở mỗi điểm là khác nhau, lớn nhất là điểm A và thấp nhất là điểm B Hình 1.6: Sự tiếp xúc khi hàn điểm 1.1.3.2. Điện trở tiếp xúc khi Hàn điểm Bề mặt tiếp xúc của các chi tiết dù gia công kiểu gì kể cả mài vẫn tồn tại nhấp nhô tế vi. Khi các chi tiết bị ép tạo ra tiếp xúc điểm trên các bề mặt. Số điểm tiếp xúc và diện tích các điểm tiếp xúc đó phụ thuộc vào vật liệu, tính chất bề mặt tiếp xúc nhiệt độ, lực ép và nhiều yếu tố khác trong đó yếu tố lực ép hết sức quan trọng. Trên hình 1.7 chỉ ra sơ đồ hàn tiếp xúc giáp mối với bề mặt sạch lý tƣởng. Khi lực ép nhỏ số điểm tiếp xúc nhiều diện tích các điểm tiếp xúc nhỏ với các đƣờng kính khác nhau d1, d2 , d3. Do đó dòng điện đi qua sẽ uốn nhiều hơn. Khi tăng lực ép diện tích bề mặt tiếp xúc lớn lên và đƣờng đi của dòng điện đỡ uốn hơn. Theo kỹ thuật điện, độ uốn của dòng điện càng nhiều, điện trở càng lớn. Trong thực tế bề mặt không thể sạch tuyệt đối với tình trạng tiếp xúc đƣợc thể hiện trên hình 1.7. Tại A có vảy ôxít hoàn toàn bị phá hỏng nên tạo ra kim loại tiếp xúc với kim loại do đó cả hai đều biến dạng đáng kể và mật độ dòng điện đi qua lớn nhất. 10 Tại C chỉ có một phần bị phá hủy. Bởi vậy, nhiệt sinh ra tại các điểm đó không giống nhau tạo nên dòng nhiệt nhƣ trên hình vẽ 1.7. Hình1.7 Dòng nhiệt sinh ra khi hàn điểm Nhƣ vậy, điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết do giảm tiết diện đáng kể gần chỗ tiếp xúc và do tồn tại trên bề mặt các màng mỏng (ôxít, dầu mỡ, bẩn) làm giảm điện trở. Điện trở tiếp xúc giữa các mặt tiếp xúc nhau dƣới áp lực đƣợc tính theo công thức: Rk= () (1.1) rk: Điện trở tiếp xúc đơn vị ( khi P = 1KG) () P: Lực ép (KG) : Hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc nằm trong khoảng.  = 0,5 1 phụ thuộc vào vật liệu VD: Hợp kim nhôm  = 0,75  0,85 Thép  = 0,65  0,75 Điện trở tiếp xúc đơn vị phụ thuộc vào vật liệu và trạng thái bề mặt tiếp xúc. Chẳng hạn khi làm sạch tốt đối với thép rk = 0,005  0,006 còn đối với hợp kim nhôm rk = 0,001  0,002. Chúng ta có thể thấy rõ ảnh hƣởng của trạng thái bề mặt tiếp xúc đến điện trở tiếp xúc qua bảng 1.1. Bảng 1.1. Điện trở của bề mặt tiếp xúc Phƣơng pháp làm sạch bề mặt Điện trở () Làm sạch bằng ăn mòn axit 300 Làm sạch bằng đá mài 100 Bề mặt phủ dầu mỡ sau khi làm sạch 300 Bề mặt bị oxyd hóa sau khi làm sạch 500.000 Làm sạch bằng gia công cắt gọt 1200 Lạm sạch bằng dũa 280 Làm sạch bằng mài 110 11 Ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc đƣợc trình bày trên đồ thị hình 1.8. Hình 1.8. Ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc ở trạng thái nguội a. Thép các bon thấp, làm sạch tốt. b. Đuyara 16 khi tiếp xúc giữa các tấm: 1- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng bàn chải sắt, 2- Dày 1,5 + 1,5 mm làm sạch bằng ăn mòn axit, 3- Dày 0,5 + 0,5mm làm sạch bằng ăn mòn axit c. Giữa điện cực đồng với các tấm Đuyra 16 1- Dày 1,5mm, mm làm sạch bằng bàn chải sắt 2- Cũng với chiều dày nhƣ thế nhƣng ăn mòn bằng axit photphoric 3- Dày 0,5mm ăn mòn bằng axit photphoric. Ví dụ 1: Xác định điện trở tiếp xúc khi hàn hai tấm thép cacbon thấp cán nguội với lực ép P = 600KG, Biết  = 0,75, rk = 0,006. Thay các trị số trên vào công thức ta có: 0,006 Rk= =  67 6000,75 Sự thay đổi điện trở tiếp xúc theo nhiệt độ và áp lực đƣợc biểu thị trên đồ thị hình 1.9. Khi nung nóng nhiệt độ thay đổi làm cho điện trở riêng thay đổi. Cùng với sự thay đổi của nhiệt độ, số điểm tiếp xúc và diện tích tiếp xúc cũng thay đổi. Trong điều kiện hàn tiếp xúc tăng diện tích tiếp xúc là yếu tố quyết định đến trị số điện trở tiếp xúc. Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy ở nhiệt độ trên 6000C hầu nhƣ điện trở tiếp xúc không phụ thuộc vào lực ép nữa. Đối với thép ít các bon thông thƣờng điện trở tiếp xúc vẫn còn nhƣng rất bé. 12 Đối với hợp kim nhôm ở nhiệt độ 3500C hầu nhƣ điện trở tiếp xúc đã biến mất. Trong một vài trƣờng hợp, khu nung nóng cả màng ngăn bị phá hủy làm cho diện tích tiếp xúc giảm. Hình 1.9: Sự phụ thuộc của điện trở tiếp xúc vào nhiệt độ và lực ép khi hàn thép cacbon thấp Điện trở mạch rẽ khi hàn tiếp xúc. Trong nhiều trƣờng hợp khi hàn dòng điện thứ cấp của máy hàn bị phân nhánh thành hai thành phần: Dòng điện mạch hàn Ih và dòng mạch rẽ Ir không đi qua chỗ hàn nhƣ hình 1.10. Trong tất cả các trƣờng hợp dòng điện tổng I2 ở mạch thứ cấp của máy hàn đều đƣợc xác định theo công thức: I2 = Ih + Ir Hình 1.10: Sơ đồ thay thế Khi hàn không chỉ không gian bao quanh vật hàn mà cả trong bản thân vật hàn cũng xuất hiện từ trƣờng. Phụ thuộc vào khả năng từ hóa hay không của vật hàn mà số đƣờng sức của từ trƣờng cũng khác nhau. Khi hàn điểm không gian bao quanh điện cực cũng nhƣ bản thân bên trong điện cực cũng xuất hiện từ trƣờng. Dù hình thức phân nhánh của những phƣơng pháp khác nhau có khác nhau nhƣng trong hai trƣờng hợp đã nêu ở trên chúng đều có sơ đồ thay thế nhƣ hình 1.10. Với những vật liệu không từ tính, độ thấm từ của nó bằng không khí, có nghĩa là bằng 1. Còn với thép, độ thấm từ có thể hàng chục hoặc hàng trăm. Do vậy khi hàn điểm thép tấm thậm chí kể cả chiều dày không lớn thì dòng từ trƣờng khép kín trong chúng cũng lớn. Theo định luật Ôm ta có: U= IhRh = Irzr (2.2) Rr Từ đó ta có: Ir = Ih (1.3) Z r Ở đây Ih: Dòng điện mạch hàn (A) Ir : Dòng điện mạch rẽ 13 Rh: Điện trở thuần mạch hàn ( ) Zr : Điện trở toàn phần của mạch rẽ và đƣợc tính theo công thức: 2 2 Zr = (m*Rr )  X r (1.4) m: Hệ số hiệu ứng bề mặt Xr: Điện trở cảm ứng của mạch rẽ Khi hàn giáp mối một vòng xuyến bằng thép các bon thấp ( hình 1.11.a) hoặc những vật liệu từ tính khác từ thanh tròn có đƣờng kính nhỏ hơn 20mm hay chiếu dày đến 10mm, ảnh hƣởng của hiệu ứng bề mặt có thể bỏ qua (m = 1). Khi đƣờng kính tƣơng ứng với chiều dày 20mm, lấy gần đúng m = 1,5 khi đƣờng kính 60mm thì m đạt đến trị số 2,5 . Hình 1.11: Hàn giáp mối một vòng xuyến bằng thép các bon thấp Điện trở thuần của mạch rẽ vòng xuyến đƣợc tính: R= = ρ0.π.D/F (2.5) Ở đây D: Đƣờng kính vòng xuyến F: Diện tích tiết diện ngang của vòng xuyến 0 : Điện trở riêng của thép. Điện trở cảm ứng của vòng xuyến phụ thuộc vào vật liệu kích thƣớc hình học và mật độ dòng điện trong nó. Một cách gần đúng khi đƣờng kính vòng xuyến từ 100mm đến 500mm, điện trở cảm ứng có thép lấy bằng 300  1500  ( với vòng xoay chiều tần số 50Hz) . Điện trở này tỷ lệ với đƣờng kính phôi hàn và đƣờng kính vòng xuyến và tăng với sự tăng của mật độ dòng điện. Điện trở mạch rẽ khi hàn điểm: Hình 1.12: Dòng mạch rẽ khi hàn điểm điện cực một phía a) không hợp lý; b) Hợp lý; c) Mạch thay thế 14 Khi hàn điểm (Hình 1.12c và 1.13c), điện trở thuần của mạch rẽ có thể tính theo công thức: Rr = 20 (2.6) Rr = 20 Ở đây, 0: Điện trở riêng của thép (.Cm) l: Khoảng cách giữa các tâm điểm hàn (Cm) S: Chiều dày vật hàn (cm) h: Chiều rộng tƣơng đƣơng của mạch dẫn Tỷ số h/l phụ thuộc vào tỷ số l/dm và đƣợc xác định theo đồ thị trên hình 1.13b. Ở đây dm là đƣờng kính của lõi điểm hàn (Cm). Hệ số hiệu ứng bề mặt khi hàn điểm những chi tiết bằng thép có chiều dày lớn tƣơng đối lớn, còn với chiều dày nhỏ hơn 2 mm có thể bỏ qua. Hệ số hiệu ứng bề mặt m có thể xác định trên đồ thị hình 1.13.c Hình 1.13: Đồ thị xác định hệ số hiệu ứng bề mặt m Điện trở cảm ứng thay đổi rất nhanh cùng với sự thay đổi của mật độ dòng điện trong mạch rẽ. Lúc đầu điện trở cảm ứng tăng cùng với sự tăng cƣờng độ dòng điện và sau đó giảm chậm. Trong khi tính toán ta có thể bỏ qua điện trở cảm ứng trong mạch rẽ và đƣợc tính gần đúng theo công thức: Zr = mRr (2.7.) Dòng điện mạch rẽ có ý nghĩa rất quan trọng khi hàn điểm một phía ( hình 1.12) . Khi đó điện trở chủ yếu của mạch hàn là điện trở tiếp xúc và điện trở của tấm dƣới, điện trở này 15 đƣợc xác định theo công thức ( 1.6) với hệ số m xác định theo đồ thị 2.13.c. Điện trở mạch rẽ ở tấm trên đƣợc xác định theo công thức (1.6 ) với hệ số m. Ví dụ 1. Xác định2 điện2 trở toàn phần của mạch rẽ và dòng điện mạch rẽ khi hàn (m*Rr )  X r giáp mối nóng chảy vòng xuyến có đƣờng kính 400mm từ phôi tròn bằng thép h/l cacbon thấp có diện tích tiết diện ngang là 6200 mm2, điện áp hàn 2,5 vol. 3 m 2 4,0 Zr 3,0 1 2,0 m*Rr 1,0 S(mm) Rr (A) 3,0 6,0 9,0 12,0 Ir (A) 4 8 12 l/dm Điện trở thuần mạch rẽ khi hàn giáp mối nóng chảy vòng xuyến đƣợc xác định bằng công thức Rr = ρ0.π.D/F Điện trở toàn phần của mạch rẽ là: Zr = Trong đó: 0 - ρ0 : Là điện trở riêng của chi tiết ở 0 ; tra bảng đƣợc ρ0 = 13,5 μΩ.cm - D: Đƣờng kính phôi tròn; D = 400mm = 40 cm. - F: Diện tích tiết diện ngang của phôi; F = 6200 mm2 = 62 cm2.  Rr = 13,5*3,14*40/62 = 27,3 μΩ Điện trở toàn phần của mạch rẽ là: Zr = Trong đó: - m: Là hệ số hiệu ứng bề mặt; phụ thuộc chiều dày vật hàn - D: Đƣờng kính phôi tròn; D = 400mm = 40 cm. - F: Diện tích tiết diện ngang của phôi; F = 6200 mm2 = 62 cm2.  S  5 mm = 0,5cm Tra đồ thị đƣợc m = 2,5 - Xr: Là điện trở cảm ứng của vòng xuyến; trong tính toán lấy Xr = 0 2  Z r  (2,5* 27,3) = 68,3 μΩ Dòng điện mạch rẽ là: U 2,5 I r   6  36600 (A) Rz 68,3*10 16 Ví dụ 2.Tính điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình tính toán khi hàn giáp mối điện trở thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 30 mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía 25mm. Biết tốc độ nóng chảy là v = 0,25 cm/s, mật độ dòng điện J = 20 A/mm2 và lực ép khi hàn là 500KG, Điện trở tiếp xúc đơn vị rk = 0,005 Giai đoạn đầu: khi T < 6000 . Ta có điện trở tổng cộng đƣợc xác định: R∑1 = Rct1 + Rct2 + Rk Trong đó: - Rct1 và Rct2 là điện trở chi tiết hàn, khi hàn 2 tấm có kích thƣớc giống nhau thì Rct1 = Rct2 = 2Rct , và đƣợc xác định theo công thức l R   ct t F Với: + ρt : điện trở riêng của chi tiết; lấy ρt = ρ0 = 13,5 μΩ.cm + l : chiều dài vật dẫn; l = 25mm = 2,5 cm. + F : diện tích tiết diện ngang chi tiết; + r : bán kính phôi tròn r = 15mm = 1,5 cm 2 2 2 F=π.(d/2) = π×1,5 = 7,1 cm . Rct = 2×13,5×(2,5/7,1) = 9,5 μΩ.- Rk : điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết; r 0,005 R  k = = 47,3 μΩ k P 5000,75 Thay các giá trị trên vào công thức ta có: R∑1 = 9,5 + 47,3 = 52,8 μΩ Giai đoạn cuối: khi T > 6000. 0 Khi T > 600 thì điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết Rk = 0; Khi đó điện trở tổng cộng đƣợc xác định: R∑2 = Rct1 + Rct2 = 2.Rct t  0 (1.T) = 13,5(1 + 0,004×1250) = 81 (µΩcm) 2,5 = 81 = 28,5 µΩ 7,1 R∑2 = 2. Rct = 2×28,5 = 57 μΩ. Điện trở trung bình của toàn bộ quá trình là : R  R 52,8  57 R  1 2  = 55 μΩ tb 2 2 1.1.4. Quá trình tạo điểm hàn Gồm các giai đoạn sau - Ép sơ bộ các chi tiết hàn. - Nung nóng chi tiết ở chỗ hàn đến nhiệt cần thiết. - Làm nguội sau hàn. 17 Giai đoạn 1 Tạo sự tiếp xúc hoàn toàn nhờ lực ép P cho tới khi có điện. Giai đoạn 2 Lõi điểm hàn đƣợc tạo bằng kết tinh nên mối hàn bền sau khi làm nguội Trong thực tế hiện nay, hàn bằng lõi nóng chảy đƣợc dùng đáng kể bởi lẽ nó đảm bảo độ bền. Lõi hàn đƣợc bảo vệ bởi vành biến dạng dẻo. Nếu không đủ điều kiện bảo vệ, kim loại lỏng có thể bị đẩy ra ngoài với lý do: - Nung nóng quá nhanh, lực ép nhỏ - Cuối quá trình thời gian nung quá dài Một số thông số cơ bản * Đƣờng kính lõi nóng chảy dm = 2S + 3 mm, trong đó s mm hay dm = (0,9  1,4) de , de là đƣờng kính điện cực mm S: mm de (510) s * Bƣớc hàn L = (6  8)dm (mm) * Thời gian nén điện cực t (gy): Tấm mỏng: S = 1 - 1,5 mm Hàn điểm hai phía t = 0,1 0,2 gy Tấm dày s = 8  10 mm t = 0,5 2,5 (s). Khoảng cách giữa các điểm: th tch th tch thƣờng l = 3d. I P I P I I P P tng t t a) b) Hình 1.14 : Hàn điểm Đơn giản (a) Phức tạp hơn (b) Quan trọng thời gian nghỉ tng. Khi tng lớn(>0,2s) sẽ không có lợi. Khi ép quá sớm (tng <0) kim loại sẽ bắn toé ra ngoài tạo nên ba via. 18 Trong nhiều trƣờng hợp (phần lớn khi hàn thép), chế độ nguội sau hàn có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng mối hàn. Thƣờng đƣợc làm nguội giữa các điện cực hàn theo áp lực hàn. tng dài đáng kể có thể dẫn tới tôi điểm hàn gây giòn Các thông số liên quan đến hiện tƣợng này: - Ih, thời gian duy trì nó và điện trở chi tiết hàn ảnh hƣởng đến nung nóng nó. - Lực đặt vào điện cực và kích thƣớc bề mặt tiếp xúc của điện cực với chi tiết hàn. - Cả hai thông số đồng thời ảnh hƣởng đến biến dạng dẻo của kim loại vùng hàn cũng nhƣ điện trở chi tiết hàn. 1.1.5. Quá trình nhiệt khi hình thành mối Hàn điểm Đa số các trƣờng hợp trong sản xuất là hàn điểm các tấm chiều dày bằng nhau. Dòng điện xoay chiều khi hàn đi từ điện cực này đến điện cực khác sẽ gặp các điện trở sau: '' ' '' - Điện trở chuyển tiếp giữa điện cực và chi tiết là R'n và Rn , coi RRRnnn nên điện trở chuyển tiếp sẽ là 2Rn. - Tổng trở của mặt tiếp xúc hàn Rtx. Nhiệt phát ra trong một đơn vị thời gian: Q = qk + 2qn (1.8) Trƣờng hợp hai chi tiết chiều dày khác nhau sự phát nhiệt trong mặt chuyển tiếp sẽ không đều. '" Q qnnn  q  q (1.9) Trong điều kiện bình thƣờng bỏ qua nhiệt chuyển tiếp vì điện trở tiếp xúc lớn hơn nhiều điện trở chuyển tiếp. Khi nóng chảy công thức (1.8) và (1.9) viết đƣợc: '"'" Q qTTTMM  q  q  q  q và Q qT 2 q z  q M (1.10) Sơ đồ quá trình nhiệt khi hàn điểm biểu thị trên hình 1.15a và b. Hình 1.15 Sơ đồ phân bố dòng nhiệt khi hàn điểm Nếu đo nhiệt độ trong mặt tiếp xúc, trực tiếp ở nhân điểm hàn thì ta có thể vẽ đƣợc đồ thị liên quan giữa thời gian nung nóng và nguội lạnh với nhiệt độ nhƣ hình 1.16. Trên đồ thị vị trí 1 là lúc tiếp xúc nguội, vị trí 2 mặt tiếp xúc nóng chảy dần, vị trí 3 tạo thành điểm hàn và vị trí 4 mối hàn đông đặc và nguội lạnh. 19 Nhiệt độ lớn nhất ở tâm điểm hàn và cao hơn nhiệt độ chảy của kim loại. Tốc độ nung nóng và nguội lạnh khi hàn rất cao có thể đạt đƣợc hàng ngàn độ trong một giây. Do đó ở vùng nóng chảy và vùng lân cận điểm hàn tạo ra tình trạng gia công nhiệt luyện phức tạp. Hình 1.16: Sơ đồ nhiệt độ trong mặt phẳng tiếp xúc khi hàn điểm và sự hình thành điểm hàn Trƣờng nhiệt độ của mỗi một vị trí trên hình 1.16, trên hình này ta thấy vị trí 1 là lúc ép chi tiết hàn chƣa đóng điện, vị trí 2 là lúc bắt đầu đóng điện và nóng chảy, vị trí 3 hoàn toàn tạo ra điểm hàn và bắt đầu ngắt điện, vị trí 4 mối hàn kết tinh và nguội. Để điểm hàn đủ bền, nhiệt cung cấp cho việc hình thành mối hàn phải tạo ra đƣợc hai thông số quan trọng là đƣờng kính và chiều cao của điểm hàn. Do đó phải chọn chế độ hàn sao cho đủ nhiệt cung cấp làm nóng chảy một chiều cao không nhỏ hơn 30% nhƣng không lớn hơn 80% tổng chiều dày của hai chi tiết hàn. Hàn tấm chiều dày khác nhau thì tấm mỏng phải nóng chảy khoảng 30% chiều dày. Hàn tấm dày trung bình mà hai chi tiết giống nhau, chiều cao điểm hàn bằng chiều dày một tấm là tốt nhất. 1.1.6. Phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt khi Hàn điểm Thực tế nhiều trƣờng hợp hàn chiều dày chi tiết khác nhau nhƣ hình 1.17, mật độ dòng điện trên mỗi chi tiết có khác nhau và nhiệt tạo ra trên bề mặt điện cực cũng khác nhau. Bởi vậy sự nung nóng và hình thành điểm hàn sẽ không đều, chất lƣợng điểm hàn sẽ xấu. Những kết cấu hàn không phải dạng tấm hình 1.18 cũng tƣơng tự hàn các tấm có chiều dày khác nhau nhƣ hình 1.17. Chính vì vậy ngƣời công nghệ khi gặp phải kết cấu nhƣ thế phải tìm biện pháp điều chỉnh nhiệt để tạo ra mối hàn điểm có chất lƣợng tốt nhất. 20 Thông thƣờng hay dùng nguồn phát nhiệt phụ đặt dƣới điện cực là tấm đệm mỏng không nóng chảy hoặc nóng chảy. Đối với kết cấu thép, lá đồng, đối với hợp kim nhôm, lá thép không gỉ để làm tấm đệm không hàn, còn những tấm đệm hàn cũng tƣơng tự nhƣ thế. Chiều dày tấm đệm phải so với tấm mỏng, nhƣng nhân điểm hàn vƣợt ra ngoài phạm vi tấm mỏng. Hàn đƣờng dùng tấm đệm điều chỉnh là trƣờng hợp hàn đƣờng giáp mối, mối hàn sẽ ngấu cả tấm đệm điều chỉnh. Hình 1.17: Hàn điểm các tấm có chiều dày khác nhau Hình 1.18: Hàn điểm chi tiết không phải dạng tấm 21 Hình 1.19: Sơ đồ công nghệ hàn các tấm có chiều dày khác nhau a. Hai chi tiết dày khác nhau nhân điểm hàn lệch về phía tấm dày do mất nhiệt b. Dùng tấm đệm mỏng không đƣợc hàn. c. Dùng tấm đệm mỏng đƣợc hàn nên ngấu đều. d. Hàn đƣờng giáp mối dùng hai tấm đệm đƣợc hàn ngấu đều 1.1.7. Phƣơng pháp tính chế độ Hàn điểm tiếp xúc Muốn tính chế độ hàn điều trƣớc tiên là phải tính đƣợc giá trị dòng điện hiệu dụng I. I 2 T . Đây là năng lƣợng nhiệt cung cấp cho kim loại để đảm bảo điểm hàn có 2 dT h = S. Qua nhiều thực nghiệm hàn các loại vật liệu thép: Dura, Titan, Hợp kim MA8, I 2 Latong, thép không gỉ thấy rằng T nằm trong phạm vi từ 14.000 đến 30.000W/cm. 2 dT 2 I T Về ý nghĩa vật lý thì 2 là năng lƣợng nhiệt làm nóng chảy kim loại một hình trụ dT đƣờng kính dT chiều cao h = 1cm trong thời gian 1s. Bởi vậy có thể xác định dòng điện hàn bằng phƣơng trình: 2 T . I2 14.000 30.000( W / cm ) dT Hay: d I 120 170 T (1.12) T Trong đó: I – tính bằng (ampe); dT = dm - đƣờng kính điểm hàn (cm); T - điện trở riêng ( cm ). Đƣờng kính điểm hàn dT phải xác định trƣớc theo yêu cầu về độ bền của mối hàn, điện trở riêng T xác định theo từng loại vật liệu hàn. Do đó hoàn toàn tính đƣợc dòng điện hàn cho mỗi một vật liệu. 22 1.1.8. Công nghệ Hàn điểm một số vật liệu 1.1.8.1. Công nghệ hàn thép có chiều dày nhỏ và trung bình Trong công nghiệp thƣờng hàn thép các bon với chiều dày S ≤ 6 mm. Với chiều dày lớn hơn đòi hỏi công suất máy lớn hơn và phải ứng dụng công nghệ đặc biệt. Hàn điểm có thể tiến hành cả với thép cán nóng và cán nguội. Thép cán nóng có lớp vảy ôxit sắt (thậm chí cả xỉ) nên phải làm sạch cẩn thận trƣớc khi hàn. Thép cán nguội không đòi hỏi phải làm sạch. Thép ít cacbon đƣợc hàn theo chu trình đơn giản hình 1.14 a I P tch I P t Hình 1.14 a Thép ít cacbon hàn theo chu trình đơn giản + Đặc điểm - Dòng hàn không liên tục - Lực ép duy trì không đổi trong suốt quá trình hàn. - Nhạy cảm nhỏ với nhiệt. + Chế độ hàn Có hai chế độ hàn: Khi chiều dày đến 6 mm có thể hàn với cả tốc độ nung nóng lớn (chế độ cứng) và nhỏ (chế độ mềm), tất nhiên máy phải có công suất lớn. - Thời gian hàn, cƣờng độ dòng điện hàn: Ta có thể xác định một số thông số chế độ hàn theo công thức: - Đƣờng kính lõi nóng chảy dm = 2S + 3 mm, trong đó S mm hay dm = (0,9  1,4) de , de là đƣờng kính điện cực mm d (510) S e S : mm Bƣớc hàn L = (6  8) dm (mm) Thời gian nén điện cực, t (s): 23 Tấm mỏng: S = 1 1,5 mm t = 0,1  0,2 (s) Tấm dày S = 8  10 mm t = 0,5  2,5 ( s). Thời gian hàn, cƣờng độ dòng điện hàn: Với chiều dày đến 6mm và chế độ hàn cứng: t = 0,5  1,5 s. Dòng điện hàn phụ thuộc chiều dày vật hàn, thời gian hàn, áp lực và đƣờng kính tiếp xúc của điện cực de. + Chế độ hàn cứng: th = (0,1  0,2)S (s) , S: chiều dày vật hàn mm. J = 120 360 A/ mm2. + Chế độ hàn mềm: th = (0,8  3) S (s) J = 80  160 A/ mm2. Bảng 1.1. Chế độ hàn thép các bon thấp trên máy hàn tự động, sản xuất hàng loạt, chế độ cứng (B12,S38) 3 Chiều dày Đƣờng kính tiếp xúc Lực ép (KG) Thời gian Ih .10 (A) mỗi tấm của điện cực mm hàn(s) mm 0,5 5  6 30  40 0,2  0,3 4  5 1,0 5  6 80  120 0,2  0,35 6  7 1,5 6  8 120  160 0,25  0,35 7  8 2,2 8  10 180300 0,25  0,35 9  10 3,0 10  12 500600 0,6  1,0 12  16 4,0 12  14 600800 0,8  1,1 14  18 5,0 12  14 700900 0,9  1,2 17  22 6,0 14  16 10001200 1,1  1,5 20  25 Bảng 1.2. Chế độ hàn thép các bon thấp trên máy hàn không tự động, chế độ mềm (B13,S.38) 3 Chiều dày Đƣờng kính tiếp xúc Lực ép (KG) Thời gian hàn Ih .10 (A) mỗi tấm mm của điện cực mm (s) 1 6  7 80  100 0,6  1 4  5 1,5 7  9 100  140 0,8  1,2 5  6 2 8  10 140  180 1,5  2,0 6  7.5 3 9  11 180  250 2,0  3,0 7,5  9 24 + Lực ép P Hàn thép các bon thấp, chiều dày S ≤ 6 mm, cán nóng. P = ( 60  200 )S (KG), S mm. + Áp lực riêng 2  3 KG/mm2, chế độ hàn mềm, S =0,5  3 mm. 4  8 KG/mm2, chế độ hàn mềm, S = 4  6 mm. 2  5 KG/mm2, chế độ hàn cứng, S =0,5  2 mm. 6  10 KG/mm2, chế độ hàn cứng, S= 3  6 mm. Chú ý: Khi hàn thép cán nguội, tăng (20  30)%. - Đƣờng kính điện cực chỗ tiếp xúc dm. dm = 2S + 3 mm Trong quá trình hàn điện cực mòn làm tăng de nhƣng không vƣợt quá (15  20) %. Bề mặt tiếp xúc cầu : r = 50  70 mm. Điện cực bằng đồng hoặc hợp kim khác nhƣng phải đảm bảo độ cứng và dẫn điện ≥ 75 % Cu. - Kích thƣớc thực tế của điểm hàn Khi chế độ công nghệ hàn hợp lý đƣờng kính điểm hàn: dm = ( 0,9  1,4)de - de : Đƣờng kính tiếp xúc của điện cực mm. de = 2S + 3 mm Khi hàn hai chi tiết có chiều dày giống nhau điểm hàn hình thành đối xứng với độ ngấu tổng: h = (0,5  0,75)S mm Khi lực ép không đủ ta nhận đƣợc lõi đúc không bình thƣờng. Khi kích thƣớc điện cực khác nhau, trên điện cực lớn không có vết lõm và do đó lõi có xu hƣớng di chuyển về phía điện cực nhỏ. Hàn các chi tiết có lớp phủ bề mặt, hàn đƣợc tiến hành ở chế độ hàn cứng. Thời gian hàn : th = 0,1 0,2 (s) Lực ép P cao hơn so với thép các bon không phủ có cùng chiều dày 15  25%. Khi hàn các tấm thép có chiều dày không đồng nhất, chế độ hàn đƣợc xác định theo tấm có chiều dày bé và tăng Ih lên 10  20%. - Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến 25mm nhƣng khi chiều dày lớn hơn 6mm gặp những khó khăn sau: + Để tiếp xúc tốt phải có lực ép lớn 25 + Làm sạch bề mặt lớn làm tăng giá thành. + Do lực ép lớn, thời gian hàn dài nên điện cực chóng mòn. +Do tiết diện lớn nên dẫn đến giảm dòng điện, làm xấu chất lƣợng hàn. +Tăng mức độ mạch rẽ. +Công suất máy phải lớn Hàn điểm thép có chiều dày lớn có thể thực hiện bằng dòng điện xung tần số công nghiệp (50Hz) hay tần số thấp (2,5  3Hz). Để nâng cao hiệu quả ngƣời ta dùng tần số thấp vì điện trở cảm ứng tỷ lệ thuận với tần số, hệ số cos của máy sẽ cao. Ví dụ: Hàn thép có chiều dày 12mm. Thời gian đƣa dòng điện vào t = 10  16 (s) Lực ép sơ bộ và lực ép rèn đặt vào điện cực P = 75 kN Lực ép tại thời điểm đƣa dòng điện P = 50 kN Thời gian ép sơ bộ và nung nóng t=...24t I2t = F.l..C. T1 Ta rút ra : 0,24 k    I 2 t T  t (cal) (3.36) 1  C  F 2 Nhiệt lƣợng cần thiết để nâng nhiệt độ chỗ tiếp xúc đến T2(0C) là qttb. TC2   FC....   Trong đó : t(giây) - Thời gian hàn F(cm2) - Tiết diện vật hàn (g/cm3) - Tỷ trọng phôi hàn C(cal/g.độ) - Nhiệt dung riêng (tỷ nhiệt) qtb (cal/giây) - Nhiệt lƣợng trung bình sinh ra ở chỗ tiếp xúc của các chi tiết hàn và tính theo công thức : qtb = 0,24 m1I2Rk (3.37) Với : l F 47 Rk - Điện trở tiếp xúc khi bắt đầu hàn () m1 - Hệ số kể đến sự thay đổi điện trở tiếp xúc khi hàn, gần đúng lấy m1 = 0,4). Nhiệt độ chỗ nối khi hàn giáp mối điện trở T(0C) : 0,24 k    I 2 t 0,24 m  R  I 2  t T = T1 +T2 = t  1 k (3.38)  C  F 2 F    C  2 2 0,24 k  t  I t 0,24 m1  Rk  I  t Nếu T = Th ta có: T    C  F 2 F    C  và khi đó dòng điện hàn cần thiết sẽ là : T I  h 0,24 k   t 0,24 m  R  t t  1 k  C  F 2 F    C   Mật độ dòng điện hàn : J = I/F (A/cm2) (3.39) Khi hàn điện trở thanh tròn bằng thép và hợp kim màu, ta có thể dùng công thức 3 gần đúng của Koepuh : J t  k1 10 (3.40) Hệ số kj phụ thuộc tính chất vật liệu hàn, tiết diện và chiều dài cặp phôi khi hàn và tra bảng 3.4. Chiều dài cặp l Đƣờng kính phôi hàn Vật liệu hàn (Đƣờng kính phôi Hệ số k (mm) tròn) d 4-10 10 Thép các bon thấp (0,7 - 1,0)d 10-40 8 Đồng 2d 10-40 27 Đồng thau 1,5d 10-40 20 Nhôm (Al) 1,5d 10-40 12-15 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc hệ số k j vào vật liệu hàn Ví dụ 5 : Tính toán nhiệt khi hàn giáp mối điện trở : 1. Hãy xác định nhiệt độ mối hàn giáp mối điện trở các thanh thép các bon thấp 2 có tiết diện F = 400mm , chiều dài cặp mỗi bên 25mm, lực ép P = 4000N, dòng hàn Ih = 12.000A, thời gian hàn 12 giây. 2. Xác định công suất tối thiểu của máy hàn để hàn các thanh thép cacbon thấp có đường kính 10mm với năng suất 600 mối hàn/giờ, biết thời gian phụ 4 giây. 48 3. Một máy hàn giáp mối có công suất 50KW, cường độ dòng điện tối đa 15.000A được dùng hàn giáp mối điện trở thanh thép cacbon thấp có tiết diện F = 400mm2. Hãy xác định năng suất hàn tối đa, biết thời gian phụ 8 giây. Hình 3.18 : Trường nhiệt độ của quá trình hàn giáp mối a) Sơ đồ tính; b) Sơ đồ lý thuyết; A – Hàn điện trở; B – Hàn giáp mối có nung nóng sơ bộ; C – Hàn nóng chảy không nung nóng sơ bộ 49 1.4.2.3. Hàn giáp mối nóng chảy Nung nóng khi hàn nóng chảy có thể nung nóng sơ bộ và không có nung nóng sơ bộ. Đặc trƣng của hàn không nung nóng sơ bộ là nhiệt độ giảm nhanh ở vùng xa tâm mối hàn (hình 3.18 , đƣờng B). Điều đỏ đƣợc giải thích rằng khi nung nóng phần lớn kim loại ở mặt đầu bị đẩy ra ngoài và mang nhiệt theo một nhiệt lƣợng lớn. Các phần nguội của phôi hàn dịch chuyển về tâm mối nối : Tốc độ nóng chảy càng cao (độ co trong một đơn vị thời gian), tốc độ dịch chuyển càng lớn lƣợng nhiệt giảm càng nhanh ở xa tâm mối hàn và građien nhiệt càng lớn. Trƣờng nhiệt độ của quá trình hàn giáp mối đƣợc biểu thị trên hình vẽ. Nhìn vào đồ thị ta thấy khi hàn nóng chảy, nhiệt độ ở tâm mối nối gần nhiệt độ chảy (với thép các bon 1500 0C). Sự nung nóng khi hàn nóng chảy cũng nhƣ hàn điện trở là kết quả đồng thời của nhiệt sinh ra bên trong vật hàn và chỗ tiếp xúc. 0 Nhiệt sinh ra bên trong vật hàn sẽ đƣa nhiệt độ của nó lên T1 C . Còn lƣợng nhiệt sinh 0 ra ở chỗ tiếp xúc sẽ đƣa nhiệt độ ở đó lên T2 C. (hình 3.18). Tuy nhiên T1 lớn hơn T2 một cách đáng kể. Để đảm bảo chất lƣợng mối nối ta phải đƣa nhiệt độ chỗ nối đến nhiệt độ chảy. Khi đó trên đoạn a phải nâng đến nhiệt độ Tct đảm bảo biến dạng dẻo khi ép. Khi ép đoạn a bị co lại một đoạn a1 và còn lại a-a1 (hình3.19). Lƣợng ép a1 phụ thuộc vào vật liệu, tiết diện vật hàn.Trị số a có thể đƣợc xác định nếu biết tỷ số a/a1. 2 Quan hệ giữa a/a1 với áp lực ép P (kG/mm ) đƣợc chỉ ra trên hình khi thí nghiệm với thép các bon thấp. Trên đồ thị cũng chỉ ra quan hệ giữa nhiệt độ chi tiết Tct và áp lực ép . Khi hàn nóng chảy liên tục khó nhận đƣợc vùng vật liệu chi tiết hàn đƣợc đốt nóng mãnh liệt. Bởi vậy khi đoạn a nhỏ sẽ dẫn đến nhiệt độ Tct phụ thuộc vào áp lực chồn sẽ giảm. Đó cũng là lý do mà trong thực tế ngƣời ta chỉ sử dụng phƣơng pháp này với áp lực chồn lớn. 0 Khi hàn thép cacbon thấp, nhiệt độ Tct không đƣợc vƣợt quá 500 - 600 C. Hàn có nung nóng sơ bộ thƣờng dùng mật độ dòng điện không lớn lắm. Vì vậy nhiệt độ sinh ra trong chi tiết hàn trong trƣờng hợp này có thể bỏ qua. Trong mọi trƣờng hợp cần phải đảm bảo chi tiết hàn ở thời điểm tiếp xúc đạt nhiệt độ gần nhiệt độ chi tiết Tct và luôn phải đảm bảo nhiệt độ đó không đƣợc nhỏ hơn nhiệt độ Tct. Xuất phát từ điều kiện đó nhiệt lƣợng tính toán khi hàn nóng chảy có nung nóng sơ bộ đƣợc xác định qua các bƣớc sau: 50 1) Xác định nhiệt độ Tct và nhiệt độ phù hợp với nó T0 = (0,8-l)Tct (3.41) 2) Với thời gian nung nóng đã cho xác định dòng điện cần thiết để nung nóng sơ bộ đến T0. 3) Xác định điện trở tiếp xúc khi hàn nóng chảy ( Tốc độ nóng chảy phù hợp); và tính nhiệt lƣợng sinh ra ở chỗ tiếp xúc trong một giây. 4) Xác định lƣợng nhiệt chuyển vào theo chiều sâu chi tiết và lƣợng nhiệt cần thiết trong 1 đơn 'vị thời gian để làm chảy thép. 5) Xác định tốc độ nóng chảy đảm bảo quá trình liên tục. Dòng điện cần thiết để nung nóng sơ bộ : 2 CF T0 I0 = = (3.42) 0,24k3t t Từ công thức (3.42) ta tìm đƣợc công thức tính thời gian t. Công suất nhiệt sinh ra ở chỗ tiếp xúc: 2 qk = 0,24.k3I 0 Rknc (3.43) 51 K3 = 0,7 : Tính đến dạng không hình sin của dòng điện. Công suất nhiệt dẫn vào chiều sâu chi tiết hàn đƣợc tính theo công thức sau : T q  2. . (3.44) ct x T - Gradien nhiệt ở chỗ tiếp xúc x - Khi hàn thép không nung nóng sơ bộ : T = 4000 0C /cm (3.45) Ax - Khi hàn thép có nung nóng sơ bộ đến nhiệt độ T0 : 1500  T = 4000. 0 /cm (3.46) 1500 Nhiệt làm nóng chảy thép ( nhiệt hữu ích ) qnc : qnc = qk - qct (3.47) qnc = Vnc F(C.(Tch - T0) + m0) (3.48) Trong đó : Vnc - Tốc độ nóng chảy cm/giây Tch - Nhiệt độ trung bình sinh ra khi kim loại nóng chảy cục bộ ( hàn thép lấy : 20000C) 0 T0 - Nhiệt độ nung nóng sơ bộ C m0 - Ấn nhiệt nóng chảy ( với thép : m0 = 65 cal/g). Ví dụ 6: Cần phải hàn giáp mối nóng chảy ống thép có đường kính ngoài D = 150mm, chiều dày ống 20mm trên máy hàn giáp mối với dòng điện I = 25.000A, diện tích tiết diện ống là 8200mm2. Cho biết tốc độ nóng chảy 1mm/giây. 1.4.3. Phân loại công nghệ Hàn tiếp xúc Hàn tiếp xúc đƣợc chi làm 2 loại: - Hàn tiếp xúc chảy dẻo - Hàn tiếp xúc nóng chảy 1.4.3.1. Công nghệ Hàn tiếp xúc chảy dẻo Là phƣơng pháp hàn điện trở tiếp xúc mà dòng điện đƣợc dẫn qua vật hàn sau khi hai vật đã đƣợc ép tiếp xúc hoàn toàn với nhau. Nhƣ vậy khi hàn tiếp xúc chảy dẻo các bề mặt chi tiết hàn đƣợc ép chặt và nung nóng trong suốt quá trình hàn. 52 Trạng thái kim loại chỗ hàn là trạng thái chảy dẻo. Nghĩa là nhiệt độ nung nóng thấp hơn nhiệt độ chảy. Trong suốt quá trình hàn chi tiết hàn bị biến dạng do vậy tiết diện chỗ hàn phình ra. Điện trở hàn tiếp xúc chảy dẻo: Điện trở ở đây bao gồm - Điện trở chi tiết hàn - Điện trở tiếp xúc Điện trở chi tiết hàn: Đƣợc tính theo công thức l R   . ct t F Khi hàn điện trở nhiệt độ cuối quá trình hàn lấy bằng 12500C Điện trở riêng của chi tiết tại nhiệt độ T0C l, F – Chiều dài và diện tích tiết diện ngang của vật dẫn. Nếu các vật hàn cùng vật liệu, kích thƣớc tiết diện vật hàn giống nhau thì Rct1  Rct2 Điện trở tiếp xúc: Tính theo công thức Rk= () 1.4.3.2. Công nghệ Hàn tiếp xúc nóng chảy Là phƣơng pháp hàn điện trở tiếp xúc mà dòng điện hàn đƣợc đóng mạch từ trƣớc khi hai vật hàn và đƣa chúng lại gần nhau không có lực ép, sau đó ép nhanh để thực hiện quá trình nung nóng tới trạng thái chảy dẫn đến tạo thành mối hàn. Nhƣ vậy khi hàn tiếp xúc nóng chảy khác với hàn tiếp xúc chảy dẻo ở chỗ dòng điện đƣợc đƣa vào trƣớc khi có lực ép. Khi đƣa các chi tiết lại gần nhau tạo nên tiếp xúc điểm ở một số điểm trên bề mặt tiếp xúc của chi tiết hàn. Ở những chỗ tiếp xúc này kim loại đƣợc nung nóng rất nhanh trong khoảng thời gian rất ngắn (khoảng phần ngàn giây) và đạt đến trạng thái chảy tạo nên giữa các chi tiết một hoặc một số cầu nối bằng kim loại lỏng và sẽ nổ khi nung nóng tiếp tục. Sự phá huỷ các cầu nối kèm theo bắn toé các hạt kim loại lỏng ra khỏi khe hở giữa các mặt đầu ở dạng tia lửa và do đó làm ngắn các chi tiết hàn lại. Khi đƣa liên tục các chi tiết lại gần nhau, tất cả các cầu nối mới lại xuất hiện làm cho mặt đầu các chi tiết bị nung nóng mãnh liệt tạo nên ấn tƣợng của quá trình nổ liên tục. Đó cũng chính là đặc trƣng của phƣơng pháp hàn này. Có thể tiến hành hàn các chi tiết thép có tiết diện ngang lớn. Điện trở tiếp xúc nóng chảy đƣợc tạo nên do các cầu kim loại có tiết diện nhỏ. Điện trở này cao hơn khi hàn tiếp xúc điện trở thƣờng nằm trong khoảng 100 – 400 đối với thép. Điện trở này giảm cùng với số lƣợng các cầu nối và tiết diện của chúng tăng. Tiết diện cầu nối này tăng khi kích thƣớc chi tiết hàn và tốc độ nóng chảy tăng. 53 1.4.4 Công nghệ Hàn tiếp xúc giáp mối 1.4.4.1. Chọn phương pháp nung nóng và công nghệ chuẩn bị chi tiết cho hàn giáp mối Đối với những chi tiết có tiết diện không bằng nhau, công nghệ chuẩn bị bề mặt tiếp xúc là nguyên công quan trọng Hình 1.28: Chuẩn bị bề mặt a) và b) – Hợp lý; c) và d) – Không hợp lý) Hình 1.28 a không có truyền nhiệt vào phần to của chi tiết hàn nên có thể dùng phƣơng pháp hàn điện trở. Hình 1.28 b vì khoảng cách ngắn nên mất nhiều nhiệt, kết cấu nhƣ vậy chỉ thích hợp hàn bằng nóng chảy trên các máy hàn xung. Hình 1.28 c cũng chỉ hàn trên máy hàn xung vì tiết diện mặt tiếp xúc khác nhau. Hình 1.28 d là phƣơng pháp chuẩn bị tốt nhất. Đối với tất cả các phƣơng pháp hàn giáp mối, sự phát nhiệt để nung nóng hàn có hai điều kiện: - Nhiệt độ trong mặt tiếp xúc phải bằng nhiệt độ điểm chảy. - Bất kỳ phƣơng pháp nung nóng nào, thì trƣớc lúc ép cần đảm bảo phân bố nhiệt độ đều và đủ để cho kim loại biến dạng dẻo không có khuyết tật trong mặt tiếp xúc. Chuẩn bị mối hàn ống nhƣ hình 1.29 d là không hợp lý vì nhƣ vậy sẽ tập trung ứng suất cơ học xung quanh mối hàn. Tóm lại, nội dung công nghệ chuẩn bị là nhằm mục đích chọn phƣơng pháp nung nóng để mối hàn đạt đƣợc chất lƣợng cao nhất. Hình 1.29: Các dạng chuẩn bị chi tiết 54 Nhƣ chúng ta đã biết hàn giáp mối có thể tiến hành bằng điện trở hoặc nóng chảy. Dù là phƣơng pháp nào đi nữa để nhận đƣợc mối hàn có chất lƣợng cần phải đảm bảo các điều kiện sau: - Các bề mặt hàn của mỗi phía phải giống nhau và bằng nhau. - Các mặt đầu chi tiết hàn phải đƣợc bảo vệ không bị oxy hoá bởi oxy của không khí trong quá trình hàn. - Đảm bảo khả năng biến dạng của hai chi tiết hàn bằng nhau khi ép chồn. - Để thực hiện những điều kiện trên cần đảm bảo hình dạng hình học chi tiết hàn gần chỗ nối giống nhau và diện tích bằng nhau, vì vậy chuẩn bị các mặt đầu nối của chúng và chọn công nghệ hàn thích hợp hết sức quan trọng . - Những yêu cầu đối với hình dạng hình học và phôi khi hàn giáp mối điện trở và nóng chảy là khác nhau. 1.4.4.2. Công nghệ Hàn giáp mối điện trở Hàn giáp mối điện trở phải đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn trƣớc khi nung. Nếu không sẽ tạo khe hở giữa chúng tạo điều kiện oxy hoá làm giảm chất lƣợng mối hàn. Tiếp xúc hoàn toàn đó đƣợc đảm bảo bằng làm sạch bề mặt và lực ép của máy hàn. Việc tăng tiết diện, chu vi cũng nhƣ giảm độ cứng vật hàn sẽ gây khó khăn cho điều chỉnh trùng khít các mặt đầu. Bởi vậy hàn giáp mối điện trở những ống mỏng, tấm và những chi tiết hàn khác với tiết diện có chu vi lớn sẽ khó nhận đƣợc chất lƣợng mong muốn và do đó không sử dụng trong công nghiệp. Hạn chế của hàn giáp mối điện trở khi hàn vật có tiết diện đặc không lớn (thanh đặc có đƣờng kính đến 15  20 mm), những ống mỏng với đƣờng kính quá bé. Liên quan đến độ bền mối hàn loại này không cao và đòi hỏi phải nung nóng chi tiết trƣớc khi hàn nên trong công nghiệp ít sử dụng. Chủ yếu của hàn giáp mối là hàn nóng chảy . 1.4.4.3. Công nghệ Hàn giáp mối điện trở thép Hàn giáp mối điện trở hiện nay chỉ đƣợc dùng để: - Hàn dây: d = 6  8 mm - Thanh : d ≤ 20 mm Phƣơng pháp này dễ hàn phù hợp với thép các bon thấp nhƣng độ bền thƣờng giảm, đặc biệt độ dẻo ở vùng nối so với vật liệu cơ bản (độ dai va chạm mối nối 2 5 KG/cm2). Độ bền giảm liên quan đến sự ôxi hoá mạnh liệt chỗ hàn. Vùng hạt lớn rộng. Vùng này bị mở rộng lớn sẽ gây hiện tƣợng nung nóng mãnh liệt chi tiết trên một chiều dài đáng kể (xem trƣờng nhiệt độ khi hàn giáp mối điện trở). Ƣu điểm của phƣơng pháp này là mép nối trơn tru. Điều đó đặc biệt có ý nghĩa khi hàn các ống mà phải đảm bảo đƣờng kính trong không thay đổi. Khi hàn giáp mối điện trở 55 thƣờng đƣờng kính trong thƣờng không thay đổi, trong khi đó hàn giáp mối nóng chảy sẽ tạo thành ba via ở mối nối cả trong vùng ngoài khi hàn ống, làm giảm đƣờng kính trong. Mặc dù khó khăn khử ba via nhƣng ngƣời ta vẫn dùng hàn giáp mối nóng chảy thay hàn điện trở do chất lƣợng mối nối khi hàn giáp mối điện trở không cao. Chế độ hàn cơ bản của hàn giáp mối điện trở bao gồm những thông số : - Cƣờng độ dòng điện hay công suất hàn Ih (A) - Thời gian hàn t (s); - Áp lực chồn P (N, KG) hay P (N, KG/mm2); - Chiều dài phần nhô để cặp của chi tiết khi hàn. Dòng điện và thời gian nung nóng phụ thuộc vào vật liệu hàn, kích thƣớc tiết diện vật hàn, thời gian hàn nung nóng. Áp lực chồn thƣờng xác định gián tiếp qua lƣợng dƣ chồn, nghĩa là độ co của chi tiết khi ép. Hàn giáp mối điện trở thép các bon thấp có thể chọn: J = 10  100 A/mm2, thƣờng dùng 20  60 A/ mm2 Mật độ lớn dùng khi hàn tiết diện lớn. Mật độ dòng điện phụ thuộc vào thời gian nung nóng đã cho (năng suất hàn). Chế độ hàn càng mềm đòi hỏi công suất hàn càng lớn. Mật độ dòng hàn có thể xác định theo công thức: 3 J =kj.10 Hệ số k phụ thuộc tính chất vật liệu hàn, tiết diện và chiều dài cặp phôi khi hàn và tra bảng 2.11. Bảng 1.11 Hệ số k Chiều dài cặp l ( d- Đƣờng kính Hệ số k Vật liệu hàn Đƣờng kính phôi tròn) phôi hàn (mm) D 4  10 10 Thép các bon thấp ( 0,7  1,0 )d 10  40 8 Đồng 2d - 27 Đồng thau 1,5d - 20 Nhôm (Al) 1,5d - 12  15 1.4.4.4. Công nghệ Hàn giáp mối nóng chảy (GMNC) Cả hai chi tiết hàn cần phải đảm bảo kích thƣớc và hình dạng chỗ nối bằng nhau. Cái đó đảm bảo nung nóng và biến dạng dẻo đồng đều khi hàn. Kết cấu hợp lý đó đƣợc chỉ ra trên hình 1.30 Chiều dài l đoạn có tiết diện bằng nhau : l 56 Hàn tấm và ống mỏng : l mm a: Lƣợng dƣ tổng cộng khi nóng chảy và chồn mm (tổngđộ co của chi tiết khi hàn nóng chảy) S: Chiều dày tấm hoặc thành ống mm. s s s a) b) Hình 1.30. Kết cấu chi tiết hàn giáp mối a- Không hợp lý; b- Hợp lý Khi hàn nóng chảy yêu cầu tiết diện phôi hàn ở chỗ nối gần bằng nhau. Các đƣờng kính phôi tròn và chiều dày không đuợc khác nhau quá 15% (hình 1.31).  1,15 1 2 Hình 1.31: Sự khác nhau cho phép về đường kính và chiều dày khi hàn giáp mối. a. Đƣờngkính: D1 ≤ 1,15D2; b. chiều dày ống Tuỳ phƣơng pháp hàn có thể chuẩn bị phôi bằng các phƣơng pháp khác nhau: Có thể bằng cơ khí hay cắt bằng khí. Hàn giáp mối nóng chảy có thể hàn tốt cả các chi tiết có tiết diện đặc ( tròn, vuông, tấm) cũng nhƣ hàn các chi tiết có tiết diện khác nhau (ống mỏng, tấm mỏng và rộng). Hiện nay trên những máy hàn đặc biệt chúng ta có thể hàn đƣợc những tấm rộng 500-2000 mm với chiều dày không nhỏ hơn 1,5  3 mm. Với việc giảm chiều dày tấm sẽ làm tăng độ nguy hiểm do dịch chuyển giữa các mép mối hàn. Chiều rộng vật hàn càng lớn thì chiều dày tối thiểu của vật hàn càng lớn và khi đó vẫn có thể hàn đƣợc mối hàn giáp mối đảm bảo chất lƣợng. Khi hàn ống, ở thời điểm chồn có khả năng làm phình ống (làm giảm độ bền ống). Độ nguy hiểm đó tăng cùng với việc tăng đƣờng kính ống. 57 Trong bảng 1.12 giới thiệu chiều dày tối thiểu của ống theo đƣờng kính của nó đảm bảo độ bền của thành. Bảng 1 .12 Chiều dày tối thiểu của ống theo đường kính Hàn vòng xuyến : a) b) Hình 1.32. Hàn giáp mối vành xuyến a- Vành xuyến có đƣờng kính D lớn; b- Vành xuyến có đƣờng kính D nhỏ Kết cấu chi tiết hàn phải đảm bảo mặt đầu vuông góc với đƣờng tâm của chi tiết hàn. Trong trƣờng hợp cá biệt có thể phân bố nghiêng một góc so với tâm chi tiết (VD Khung cửa sổ hình 1.33). Khi hàn tiết diện lớn kết cấu hợp lý chỉ ra trên hình 1.34 Góc nghiêng nhỏ nhất cho phép của mặt đầu phôi hàn khi hàn nóng chảy phụ thuộc vào phƣơng pháp hàn nhƣ chỉ ra trên hình 1.34. Hình 1.33 Độ nghiêng nhỏ nhất cho phép Hình 1.34 Chuẩn bị mặt đầu phôi hàn khi của các mặt đầu của phôi khi hàn nóng hàn nóng chảy. chảy Khi vật hàn có tiết diện lớn trong thực tế Hàn tự động: Δ ≤ 0,2-0,3 mm ngƣời ta tạo côn một phía nhƣ hình 1.34. Hàn không tự động: Δ ≤ 0,15a; Điều đó tạo điều kiện nung nóng ban đầu và a: Lƣợng dƣ ép mm duy trì q uá trình ổn định của hàn nóng chảy. 58 1.4.4.5. Công nghệ Hàn giáp mối nóng chảy thép các bon thấp - Nhận đƣợc mối hàn chất lƣợng cao, không phải nung nóng sơ bộ trừ khi hàn tiết diện lớn. - Lực ép lớn: Thƣờng 10  12 KG/mm2, hạt nhỏ, gần mối hàn có thể nhỏ hơn vật liệu cơ bản. Nhƣng P lớn làm thớ bị uốn nhiều làm giảm độ dẻo mối hàn. - Sau khi hàn nóng chảy không gia công nhiệt tiếp nhận đƣợc độ bền cao khi chịu tải trọng tĩnh, va chạm và chu kỳ. - Độ dai va chạm của mối hàn không cao do hạt to (6  12 KGM/ cm2) so với những chỉ tiêu yêu cầu. Để nâng cao độ dai va chạm ta tiến hành gia công nhiệt sau khi hàn. Khi thƣờng hoá ở nhiệt độ 9300C hay ủ thấp (630  6500C) đạt đƣợc độ bền mỏi gần vật liệu cơ bản. - Chiều dài cặp một phía chi tiết tròn hay vuông: l = 0,75 d - Công suất riêng khi hàn nóng chảy thép các bon thấp và thép hợp kim thấp: Bảng 1.13 Công suất riêng Công suất riêng, KW/mm2 Hàn nóng chảy có nung nóng sơ Loại chi tiết Hàn nóng chảy liên tục bộ SX đơn chiếc SX hàng loạt và diện tích tiết diện Dạng SX Dạng SX và hàng loạt lớn và hàng mm2 trung bình hàng loạt nhỏ khối TD vuông :2000 0,05  0,08 0,12  0,16 0,15  0,25 0,25  0,4 TD vuông:2000 0,03  0,05 0,05  0,12 - - DT kín bất kỳ : 1500 0,1  0,12 0,18  0,22 0,25  0,35 s0,4  0,6 DT kín bất kỳ :1500 0,08  0,1 0,1  0,18 - - - Mật độ dòng điện hàn J (A/mm2): Thƣờng J =10 – 50 A/ mm2. Khi ép chồn, J tăng 1,5-3,5 lần so với khi nóng chảy ổn định. J hàn nóng chảy = (1,5 – 2,5)J hàn điện trở. - Thời gian hàn: Tra bảng 1.14 59 Bảng 1.14. Công suất riêng Đƣờng kính Diện tích Thời gian hàn khi hàn không tự động Thời gian hàn tự phôi tiết diện có nung nóng sơ bộ, giây động nóng chảy tròn d mm vuông mm2 Nung nóng sơ bộ Nóng chảy liên tục , giây 5 20 - 2 - 10 80 2 3 - 15 180 3 4 6 20 320 5 6 10 30 700 8 6 20 40 1200 25 8 40 50 2000 30 8 - 75 4200 75 15 - 90 6400 120 20 - 1.1.4.6. Đặc điểm công nghệ Hàn giáp mối nóng chảy thép Các bon và Thép hợp kim. Tốt nhất là hàn nóng chảy khác thép C thấp ở chỗ: áp lực ép cao hơn. Những vật liệu này đƣợc chia thành 4 nhóm: - Thép các bon trung bình (C < 0,5%) và thép HK thấp với hàm lƣợng C nhỏ. VD: 15CrMo (15XM): C ≤ 0,16%C ; 1%Cr; 0,5%Mo. - Thép C cao: C >0,5% và thép HK với hàm lƣợng C cao, VD: OLCr15 (X15) - Thép kết cấu các bon cao loại Péc lít (16Cr6M) - Thép không gỉ: Loại 18% Cr V; 9% Ni. Đặc điểm công nghệ Nhóm a Khi hàn nóng chảy có thể hàn nhƣ thép ít C. Áp lực riêng khi chồn có thể lấy: P =1  1,5 KG/mm2, Khi nung nóng sơ bộ có thể chọn p đến 4  6 KG/mm2. Những MH đòi hỏi chất lƣợng cao cần GC (gia công) nhiệt sau hàn. Nhóm b Khó hàn hơn loại a vì %C cao, khoảng kết tinh đáng kể, nhạy tôi. Khắc phục: - Giảm nhiệt độ nung nóng để giảm chiều rộng phần nóng chảy. - Tăng p khi ép đến 6  8 KG/ mm2 khi hàn không tự động có nung nóng sơ bộ, đến 7-10 KG/ mm2 khi hàn nóng chảy liên tục 60 - Để tránh nứt có thể làm nguội chậm sau hàn Nhóm c Có xu hƣớng tạo nứt sau hàn và khả năng chống lại biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao. Tƣơng đối dễ hàn hơn thép các bon cao nhƣng đôi khi bị nứt nên thƣờng gia công nhiệt sau hàn. Nói chung giống thép các bon cao. Nhóm d (loại Ostenit) Hoàn toàn có khả năng hàn . Điện trở tƣơng đối cao, công suất riêng thấp hơn một ít so với hàn thép P. Có thể tăng áp lực ép do độ bền tƣơng đối cao của nó ở nhiệt độ cao. Khi hàn tiết diện đặc hoặc ống mỏng P 12  14 KG/mm2 Khi hàn tấm cần nâng P đến 20  25 KG/mm2. Tấm hàn càng rộng, áp lực càng cao. Khi hàn thép Ostenit hàm lƣợng O2 trong mối hàn đáng kể so với hàn thép C thƣờng nên tốc độ nóng chảy và ép đặc biệt cần lớn. VD: 2 -Tăng Vnc tăng từ 1  3 mm/s dẫn đến ak = 6  15 KGm/cm . 2 -Tăng Vnc tăng từ 12  30 mm/s dẫn đến ak = 10  18 KGm/cm .. Lƣợng dƣ nóng chảy và ép lấy nhƣ thép C. Chiều dài kẹp giảm 25% so với thép C thấp cùng loại. Chọn chế độ Hàn giáp mối Gồm các bƣớc sau: 1- Chọn sơ đồ công nghệ (giáp mối điện trở, nóng chảy, không nung nóng, có nung nóng sơ bộ) 2- Xác định công suất máy hàn theo bảng trên. 3- Xác định chế độ công nghệ 4- Chiều dài cặp l 5- Lƣợng dƣ 6 - Lực ép 7- Tốc độ ép 8 - Thời gian của quá trình 1.1.4.7. Hàn giáp mối kim loại màu và hợp kim Hàn đồng khó khăn vì dẫn điện và nhiệt rất cao nên không tạo đƣợc lớp kim loại lỏng ở mặt đầu. Những thanh có d = 8  10mm có thể hàn bằng điện trở với mật độ dòng điện J cao gấp 3  3,5 lần so với hàn thép c thấp, P = 1  1,5 kg/mm2, phải ép nhanh và bắt buộc phải ép tự động. 61 Những thanh Latyn có thể hàn giáp mối điện trở và khi đó mật độ dòng điện thấp hơn một ít so với hàn đồng và bằng 2,5 lần mật độ hàn thép C thấp. Đồng và đồng thanh có thể hàn tốt với thép bằng hàn nóng chảy. - Nhôm và hợp kim nhôm có thể hàn giáp mối điện trở và nóng chảy. - Mật độ dòng điện cao hơn 2 lần so với J hàn thép. Nói chung khi hàn nhôm và hợp kim nhôm đòi hỏi máy phải có công suất lớn và điều khiển tự động. HƢỚNG DẪN TỰ HỌC TT Nội dung kiến thức, kỹ năng Mức độ đánh giá 1 Công nghệ hàn điểm Hiểu, vận dụng 2 Công nghệ hàn đƣờng Hiểu 3 Công nghệ hàn điểm nhô Hiểu 4 Công nghệ hàn tiếp xúc giáp mối Hiểu, vận dụng 5 Bài tập áp dụng Hiểu, vận dụng CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Trình bày sự tiếp xúc khi hàn điểm. Câu 2 Trình bày điện trở tiếp xúc khi hàn điểm. Câu 3 Trình bày quá trình tạo điểm hàn và các thông số cơ bản khi hàn điểm. Câu 4 Trình bày đặc điểm công nghệ hàn thép có chiều dày lớn. Câu 5 Trình bày khái niệm, cách phân loại, đặc điểm và ứng dụng công nghệ hàn đƣờng Câu 6 Hãy trình bày các thông số cơ bản khi hàn đƣờng Câu 7 Trình bày khái niệm và đặc điểm công nghệ hàn điểm nhô 62 Câu 8 Trình bày khái niệm về hàn tiếp xúc và hàn tiếp xúc chảy dẻo. Đặc điểm công nghệ hàn tiếp xúc chảy dẻo. h/lCâu 9 3Trình bày khái niệm về hàn tiếp xúc và hàn tiếp xúc nóng chảy. Đặc điểm công nghệ hàn tiếp xúc nóng chảy. m 2 4,0 Câu 10 Zr Trình bày phƣơng pháp nung nóng3,0 và chuẩn bị chi tiết cho hàn tiếp xúc giáp mối 1 2,0 m*Rr Câu 11 1,0 S(mm) Rr (A) Trình bày công nghệ hàn giáp mối điện trở thép các bon thấp 3,0 6,0 9,0 12,0 Ir (A) 4 8 12 l/dm Câu 12 Trình bày công nghệ hàn giáp mối nóng chảy thép các bon thấp. Câu 13 Đặc điểm và công nghệ hàn điểm thép Ostenit và thép không gỉ. Cho ví dụ. Câu 14 Trình bày đặc điểm công nghệ hàn hợp kim nhẹ. Cho ví dụ. Câu 15 Trình bày công nghệ hàn thép hợp kim thấp. Cho ví dụ. Câu 16 Xác định điện trở thuần, điện trở toàn phần và dòng điện mạch rẽ khi hàn giáp mối nóng chảy vòng xuyến từ phôi ống thép cacbon thấp có đƣờng kính ngoài 320 mm, diện tích tiết diện ngang là 5900 mm2, điện áp hàn U = 2,5V 63 Câu 17 Xác định điện trở thuần, điện trở toàn phần và dòng điện mạch rẽ khi hàn điểm hai tấm thép cacbon thấp dày mối tấm S=3mm, bƣớc các điểm hàn l=80mm, lực ép P=1000kG, đƣờng kính lõi điểm hàn là dm=12,5mm, điện áp hàn U=2,5V h/l 3 m 2 4,0 Zr 3,0 1 2,0 m*Rr 1,0 S(mm) Rr (A) 3,0 6,0 9,0 12,0 Ir (A) 4 8 12 l/dm Câu 18 Tính điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình khi hàn giáp mối điện trở thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 25mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía l=20mm, lực ép khi hàn P=400kG, điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc α=0,75 Câu 19 Xác định tổng nhiệt độ mối hàn giáp mối điện trở các thanh thép cacbon thấp có tiết diện F=400 mm2. Chiều dài cặp mỗi bên 25 mm, lực ép P=4000kG; điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005, dòng hàn Ih=12000A, thời gian hàn 12 giây; nhiệt độ tại thời điểm khảo sát T=650oC. Câu 20 Xác định công suất tối thiểu của máy hàn để hàn các thanh thép cacbon thấp có đƣờng kính D=12mm; với năng suất 600 mối hàn/h, biết thời gian phụ là 4 giây. Điện áp hàn U=2,5 V; lực ép P=4000kG; điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; nhiệt độ giai đoạn cuối o của quá trình hàn Th=1250 C Câu 21 Hãy xác định nhiệt lƣợng cần thiết để nung nóng cột kim loại trung tâm và vành khăn bao quanh cột kim loại trung tâm đƣờng kính de đƣợc kẹp giữa hai điện cực khi hàn điểm các tấm thép cacbon thấp chiều dày 3mm, đƣờng kính tiếp xúc của điện cực dm=10mm, lực ép lên điện cực P=6000N, thời gian hàn t=1,5s; nhiệt dung của thép C=0,16 cal/g.oC. 64 Câu 22 Hãy xác định nhiệt lƣợng sinh ra ở chỗ tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết; nhiệt lƣợng tổng cộng và cƣờng độ dòng điện khi hàn điểm các tấm thép cacbon thấp, đƣờng kính o tiếp xúc của điện cực dm=10mm. Biết nhiệt dung riêng của đồng là C=0,09 Cal/g. C; ‟ o 3 độ dẫn nhiệt của đồng λ =0,86 Cal/cm.s. C; tỷ trọng ‟=8,9 g/cm ; Q1=798Cal; Q2=2395Cal; R2=36,8μΩ; m2=1. Câu 23 Xác định điện trở tổng cộng cần thiết trƣờng hợp nhiệt độ T<600oC khi hàn điểm hai tấm thép với chiều dày mỗi tấm 5mm, lực ép điện cực P=1000 kG, đƣờng kính tiếp xúc của điện cực de=12mm. Biết độ bền nén của vật liệu ở nhiệt độ thƣờng σn=400 kG/cm2. Câu 24 Xác định điện trở tổng cộng cần thiết trƣờng hợp nhiệt độ T>600oC khi hàn điểm hai tấm thép với chiều dày mỗi tấm 5mm, lực ép điện cực P=1500kG, đƣờng kính tiếp xúc 2 của điện cực dm=12mm. Biết độ bền nén của vật liệu ở nhiệt độ cao σn=450kG/cm ; nhiệt độ tại thời điểm khảo sát T=1250oC. Câu 25 Tính điện trở tổng cộng bình khi hàn giáp mối nóng chảy thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 30mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía l=25mm. Biết tốc độ nóng chảy là 0,2 cm/s, mật độ dòng điện J=18 A/mm2 và lực ép khi hàn là 400kG điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc α=0,75. 65 CHƢƠNG 2 CÔNG NGHỆ HÀN NỔ 2.1. Khái niệm, đặc điểm của Hàn nổ Hàn nổ xét theo kiểu năng lƣợng đƣa vào, có liên quan đến nhóm quá trình cơ học liên kết các kim loại. Khi đó năng lƣợng hóa học chuyển hóa của lƣợng thuốc nổ ở dạng sản phẩm khí nổ đƣợc chuyển thành năng lƣợng cơ, làm cho một phần của vùng hàn trong các tấm kim loại dịch chuyển với vận tốc rất lớn. Động năng va đập của phần chuyển động với bề mặt của phần cố định, đƣợc dùng làm công biến dạng mềm hỗn hợp của các lớp tiếp xúc của các kim loại (2 kim loại cần hàn), dẫn đến việc hình thành liên kết hàn hay mối hàn. Công biến dạng mềm chuyển thành nhiệt, nhiệt này do hậu quả tính đoạn nhiệt của quá trình, do vận tốc lớn có thể đốt nóng kim loại ở vùng liên kết cho đến khi đạt nhiệt độ khá cao (tạo những vùng nóng chảy cục bộ). Sơ đồ nguyên lý hàn nổ có 2 dạng: dạng song song và dạng không song song (tạo góc). Sơ đồ song song đƣợc trình bày sơ bộ trên hình Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hàn hổ dạng song song 1- khối thuốc nổ, 2- tấm đệm lót, 3- tấm kim loại dịch chuyển (tấm kim loại thứ nhất), 4-dụng cụ cố định khe hở giữa 2 tấm kim loại, 5-tấm kim loại cố định (tấm thứ 2), 6- tấm ván, 7-nền đất, 8- ngòi nổ điện (kích nổ bằng điện). Với việc kích nổ thuốc, sẽ xuất hiện một mặt trƣớc (mặt tiền) của sóng dẫn nổ và nó lan truyền với vận tốc D, phù hợp với việc chọn thuốc nổ, tính chất, khối lƣợng, trạng thái, sẽ trong khoảng 2000-8000 m/s. Ở mặt sau (mặt hậu) tạo thành những sản phẩm nổ dạng khí trong khoảng thời gian rất ngắn theo quán tính chúng sẽ bảo toàn thể tích trƣớc kia của thuốc nổ nằm trên đó dƣới áp suất 100-200 nghìn at, sau đó với vận tốc 0,5 0,7D chúng sẽ mở rộng ra theo hƣớng vuông góc với những mặt phẳng tự do của khốithuốc nổ. Việc này tạo ra vùng kim loại ở dƣới xung lƣợng nào đó, xung lƣợng này sẽ cuốn lần lƣợt từng khoảng thể tích kim loại thứ nhất vào sự chuyển động hƣớng tới bề mặt của tấm kim loại cố định và va đập với nó với vận tốc Vv (vận tốc va đập). Trong 66 quá trình này, tấm kim loại thứ nhất (tạm gọi là kim loại “bay”) sẽ bị bẻ cong hai lần. Phần nghiêng của nó chuyển động với vận tốc Vt (vận tốc tiếp điểm), chuyển động ngay sau “mặt tiền” của song dẫn nổ, còn phần phía trƣớc nữa của sóng dẫn nổ chƣa kịp nổ thì dƣới quán tính sẽ tiếp tục chiếm trạng thái của trạng thái ban đầu. Hình 2.2 - Sơ đồ cơ chế diễn biến Hàn nổ ở thời điểm bất kỳ trong quá trình hàn 1- Mặt tiền của song dẫn nổ, 2-mặt tản của sản phẩm nổ, 3-mặt sóng loãng. Sự va đập với vận tốc lớn của kim loại “bay” (KLB) và kim loại cố định (KLCD) phát triển ra trong phạm vi của đỉnh chuyển động với góc gama (γ), các mặt phẳng KL gặp nhau với áp lực 1023 10 kb. Sự nén của nổ khắp các hƣớng tạo thuận lợi cho xu hƣớng mềm hóa ở khu vực tiếp xúc theo hƣớng hàn nhờ có sự hiện... 2.4.1 Vật liệu chống ăn mòn Một trong các phƣơng pháp bảo vệ có hiệu quả kim loại trƣớc ăn mòn đó là sản xuất kim loại nhiều lớp. Điều này cho phép hạ thấp chi phí cho các kim loại thiếu hụt 70 và hiếm trong công nghiệp. Một mặt việc sử dụng sẽ cho khả năng kết hợp các tính chất nhiều vật liệu khác nhau sử dụng ở các công việc khác nhau trong một sản phẩm vật liệu suy nhất (composite). Bimetall chống ăn mòn đƣa vào trạng thái “xử lý nhiệt”, khi đó hiển nhiên mức độ các cơ tính của tấm bimetal tăng cao hơn hẳn cơ tính của kim loại dùng để mạ. Điều này liên hệ đến vận dụng các thép hợp kim thấp làm kim loại cơ bản (kim loại đƣợc mạ). Phối hợp thép hợp kim thấp với thép chống gi sẽ làm tăng độ bền composite so với kim loại dùng để mạ. Với cách này bimetal chống ăn mòn đã đƣợc sản suất đại trà có giới hạn chảy đạt 400  500 MPa và có thể làm cho cao hơn nữa. Các tính chất quan trọng khác của bimetal này là tính dẫn nhiệt và tính công nghệ- có khả năng cho phép thực hiện các quá trình công nghệ khác nhƣ hàn, uốn, dập Dĩ nhiên bimetal không có độ dẫn nhiệt cao bằng một kim loại nguyên khối thuần nhất. Tuy thế ở trƣờng hợp này khi dùng thép chống gỉ để mạ thì bimetal có độ dẫn nhiệt chỉ kém độ dẫn nhiệt của kim loại cơ sở (kim loại đƣợc mạ) một chút nhƣng lại cao hơn hẳn kim loại dùng để mạ đến 2  3 lần. Điều này cho phép chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt mà lại có các tính năng vận hành khác tƣơng đối tốt. Khả năng chống ăn mòn của bimetal quyết định bằng lớp kim loại mạ. Có thể sử dụng thép ayctenit crom và chế tạo thiết bị làm việc trong môi trƣờng có liên kết hữu cơ, các dung dịch muối nitrit, sunphat, và clorua cũng nhƣ có khí clo khô, khí lƣu huỳnh hoặc cacbonat. Trƣờng hợp môi trƣờng đặc biệt ăn mòn mạnh, có thể sử dụng vật liệu mạ làm từ hợp kim của niken, titan và một số kim loại màu. Trong công nghiệp hóa học ngƣời ta sử dụng bimetal kể trên để làm bể kết tinh, thiết bị chân không, bình ngƣng tụ, thiết bị trao đổi nhiệt lò l(uyện) hơi, giếng rửa, bình phản ứng, nồi hấp để làm sạch dầu mỡ, thiết bị dành cho phản ứng oxi-hóa, máy trộn Trong công nghiệp dầu mỏ, ngƣời ta vận dụng bimetall này để chế tạo máy trộn, bể phản ứng chƣng cất xăng từ dầu, nồi phản ứng tinh luyện, thiết bị trao đổi nhiệt Gần 80% bimetal dùng trong các nhà máy thuộc công nghiệp dầu mỏ đều dùng bimetal chứa 12  14% Cr, C < 0,08% , P < 0,03%, S < 0,025% Nhƣng thép này, bỏ qua tính chống gỉ của nó, không thể sử dụng làm vật liệu kết cấu. Chính độ nhớt va đập thấp và tính giòn của các mối hàn, đặc biệt trong điều kiện làm việc nhiệt độ thấp đã tạo ra vấn đề đó. Cho nên dùng nó làm kim loại mạ sẽ đƣa ra khả năng nhận đƣợc vật liệu kết cấu với những tính năng làm việc mới. 2.4.2. Vật liệu chống mài mòn Chúng ta dùng phƣơng pháp hàn nổ để tạo ra bimetal chống mài mòn. Vật liệu dùng để mạ, là thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao, còn vật liệu dùng làm 71 kim loại cố định thì thông thƣờng chọn thép các-bon thấp. Để sử dụng làm vật liệu chống mài mòn, ngƣời ta có thể dùng tấm 2 hoặc 3 lớp có độ dày chung là 2  15 mm với độ dày tƣơng đối của từng lớp 10  15% độ dày chung. Kim loại cơ sở hay kim loại đƣợc mạ, đƣợc chọn là các loại thép có 0,060,5 % C, tƣơng tự để chọn làm kim loại mạ, có thể sẽ là thép chứa 0,61,3% C hoặc các hợp kim dụng cụ chống mòn cũng nhƣ một số thép cac-bit. Có thể sử dụng các tấm bimetal dày hơn- độ dày lên tới 50100 mm, chủ yếu dùng trong khai thác quặng mỏ. Tƣơng lai sẽ sử dụng bimetall định hình ở dạng có các tiết diện của các loại lƣỡi dùng làm các dao cắt khác nhau trong sản xuất nông nghiệp và dụng cụ cắt gọt công nghiệp, hoặc ở dạng tròn hay phức tạp hơn (nhƣ bánh răng, các chi tiết thân rỗng) dùng trong các trục, đĩa, chốt, dao phay, tiện Sử dụng kết hợp kim loại cứng với kim loại mềm hơn sẽ không chỉ cho ra thứ vật liệu có thời hạn sử dụng chống mài mòn tăng mà còn tạo đƣợc từ chúng những cái lƣỡi cắt trong máy cày với tính năng mới đó là tự mài mòn. Điều này giải thích đƣợc rằng những lớp vật liệu mềm bị mài mòn nhanh hơn những lớp cứng (đƣợc dùng làm lƣỡi sắc). Các chi tiết nhƣ vậy không cần phải mài sắc cho đến khi nào vật liệu bị mài mòn hoàn toàn. Cũng có phƣơng án khác để làm lƣỡi cày từ bimetall, đó là dùng bimetall định hình dạng “chèn đôi” với độ dày chung là 412 mm bề rộng 220 mm. Bề dày lớp cắt gọt làm từ thép 15% C, 6% Cr, 1% V và chiếm 2330% đọ dày chung bimetal. Bimetall còn dùng làm đĩa và chân máy xới đất, đĩa xới của máy bừa, máy cắt phẳng (bào), bộ phận xay của máy xay-giã Từ composite dụng cụ cũng tạo ra dao nhíp cắt gỗ, giấy Tƣơng lai lớn hơn sẽ dùng phổ biến bimetal dạng này vào tổ chức, kết cấu giao thông vận tải: rãnh-máng, gàu xúc, dùng trong khai thác khoáng sản, nghành nhiệt lƣợng, công nghiệp nhẹ và công nghiệp thực phẩm. Composite kim loại chống mài mòn không chịu các thử nghiệm cơ chuyên dụng. Có một số qui ƣớc chuẩn định trƣớc là độ cứng tối đa cho phép của kim loại cơ sở trong trạng thái chƣa xử lý nhiệt và độ cứng nhỏ nhất của kim loại mạ sau khi tôi. Cũng có thể kiểm soát sự tách lớp. Tiêu chuẩn cơ bản của chất lƣợng vật liệu chống mài mòn là độ mài mòn riêng của lớp vật liệu cứng (lớp mạ), có thể theo độ dài hoặc theo khối lƣợng. Điều này đƣợc xác định nhờ thí nghiệm trong phòng thí nghiệm các dao cắt trong chậu với đất trồng và thực nghiệm trong sản xuất với mẫu thử tự nhiên của chi tiết máy nông nghiệp (lƣỡi cày, lƣỡi gạt) lúc cày. 2.4.3. Vật liệu kỹ thuật điện Trong kỹ thuật điện bimetall dùng làm dây dẫn và chi tiết của bộ phận tiếp xúc. 72 Thông thƣờng composite kim loại kết hợp lại trong đó các tính chất về điện và tính bền rất tốt với các kim loại rẻ nhất, ít hiếm (Cb, Al, Ag). Ngoài ra dây dẫn composite còn có khối lƣợng nhỏ và chống ăn mòn tốt. Bimetall dây với lớp ngoài làm từ đồng và lõi thép có tính phổ biến cao nhƣ vật liệu dây dẫn hầu nhƣ không thua kém về khả năng dẫn của dây đồng nhƣng lại kinh tế hơn và bền hơn. Dây thép chứa nhôm dùng làm đƣờng thông khí trong ống thông gió của tàu điện và xe điện, dây chão cho việc tiếp xúc và truyền điện khí hóa trong đƣờng sắt. Triển vọng lớn là việc sử dụng composite để làm những mấu nối liền trong mạch điện. Chính ở đầu nối này xảy ra phần mất mát cơ bản năng lƣợng điện trong các chi tiết tải lƣu (dẫn điện). Sử dụng các mấu tiếp xúc bằng bimetal bởi vì các nguyên nhân sau: thiết kế thanh dẫn, điện cực, và các chi tiết khác từ các kim loại khác nhau; sự nhất thiết tạo ra mấu tiếp điểm chuyển mạch giữa các chi tiết tải lƣu không có đồng; việc sử dụng các chi tiết tải lƣu thành phần với mục đích kinh tế đối với các kim loại đắt giá và kim loại hiếm; tăng cƣờng cơ tính các chi tiết tải lƣu làm từ kim loại và hợp kim mềm dẻo. Một trong những nghành vận dụng năng lƣợng trong thời đại ngày nay là điện hóa thực hành, điện phân, kết tủa và tinh luyện kim loại (Ni, Al, Cu, Zn, Ti, Co, Sn, Cr). Sử dụng các tiếp điểm bằng vật liệu lớp kim loại trong mạch điện điện hóa thực hành làm việc dƣới tải dòng với cƣờng độ lớn, dƣới nhiệt độ cao, trong môi trƣờng hóa có hoạt tính lớn. Đây là yêu cầu cao đòi hỏi về chất lƣợng vật liệu đƣợc sử dụng. Tiếp điểm bằng bimetal (Ti+Cu, thép+Al, Cu+Al) sử dụng cho hàng loạt các quá trình điện hóa thực hành, mà sẽ tăng thời hạn sử dụng của các chi tiết tải lƣu một cách tƣơng đối và giảm đáng kể trở kháng tại vị trí chuyển tiếp điểm. Cũng trong điện hóa thực hành, vật liệu nhiều lớp dạng dải cuộn đƣợc dùng làm vật liệu kết cấu. Vật liệu này kết hợp trong đó những tính chất nhƣ độ bền cao, độ dẫn điện cao và hệ số nở dài thấp, khả năng chống ăn mòn, tính công nghệ tiếp nhận gia công. 2.4.4. Vật liệu chống ma sát Một trong những lĩnh vực hiệu quả của việc sử dụng composite lớp kim loại đó là sản xuất vòng bi trƣợt. Trong các máy hiện hành việc sử dụng vòng bi trƣợt là tốt hơn cả, hơn các vòng bi lăn, nhờ có kích thƣớc và lƣợng chứa kim loại nhỏ cũng nhƣ các tính năng làm việc tốt. Chi phí kim loại màu dùng trong vòng bi composite đặc biệt nhỏ hơn chi phí cho vòng bi làm từ một kim loại màu (độ dày của lớp chống ma sát chỉ cẩn vài phần mm). 73 Vật liệu gốc cho vòng bi là dải bimetall hoặc cuộn với lớp cơ sở làm từ thép các-bon thấp, lớp mạ làm từ hợp kim chống ma sát (la-tông, brong, hợp kim nhôm) hoặc một số loại polimer cũng có tính chống ma sát tốt. 2.4.5. Lưỡng kim (bimetall) “nhiệt” Bimetall nhiệt dùng trong sản xuất các dụng cụ cảm ứng nhiệt, rơ-le, bộ phận tự lựa Vê cơ bản tính chất của bimetal nhiệt có thể tóm gọn lại vào khả năng bẻ cong dƣới tác dụng nhiệt độ khi nóng lên. Bởi vậy để đạt đƣợc độ cong lớn nhất thì trong thiết kế phải chọn các thành phần của bimetall có sự khác biệt lớn về hệ số nở dài. Khi đó tính cơ-lý của các thành phần phải đáp ứng cho việc nhận đƣợc liên kết bền theo toàn bộ mặt tiếp xúc, cũng nhƣ gia công bimetall-nhiệt (dập, cắt, hàn). Ngoài ra nhất thiết phải đáp ứng trong quá trình làm việc bimetall-nhiệt không có ứng suất dƣ, không thay đổi điện trở và tính nhiệt hoạt. 2.4.6. Vật liệu composite lớp trong sản phẩm dân dụng Trong cộng đồng thế giới con ngƣời, chế tạo đồ dân dụng từ bimetal đem lại hiệu quả rất lớn (chén bát, các dụng cụ điện dân dụng), chi tiết hoàn thiện, trang trí trong ô-tô, tiền xu, biểu tƣợng, trang trí, đồ sắt, kiến trúcCái chảo nấu ăn đƣợc làm từ 2 hoặc nhiều lớp kim loại, trong đó có thép không gỉ kết hợp với thép các-bon thấp, hợp kim đồng hoặc nhôm. Composite này sẽ cho tính chống gỉ và vẻ đẹp cũng nhƣ tính an toàn. Chảo này giữ một nhiệt độ tối ƣu trong khi nấu ăn (nhanh và nóng đều), giảm thiểu khả năng thức ăn bị cháy. Công ty Hoa Kỳ “Texas Instruments” đã xuất xƣởng loại chảo 4 lớp vật liệu gồm Ni+thép không gỉ+Cu+Ni. Công ty Anh quốc “Prestige” thì sản xuất chảo từ 3 lớp kim loại: thép không gỉ + thép các-bon thấp + thép không gỉ. Còn tại Đức vật liệu không gỉ “Platinox” dùng để sản xuất xoong - nồi, chảo, chi tiết của máy giặt, máy sấy, các máy tự động rửa chén bát. Thép fe-rit để mạ dùng trong chế tạo ô-tô, làm giếng, bình vật liệu trang trí cho xây dựng. Trên đây là giới thiệu chung về sơ đồ hàn nổ để chế tạo bimetal và một số ví dụ nhỏ về sự ứng dụng của nó trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống khác nhau. Ƣu điểm của công nghệ ở việc cho phép tạo ra bimetall hoặc composite lớp với các kim loại bất kỳ, với các kích thƣớc lớn bất kỳ (tƣơng đối) với các ƣu điểm về cơ tính và một số tính chất đặc biệt khác. Việc ứng dụng bimetall và composite lớp nói chung vào phục vụ sản xuất và đời sống là hết sức phổ biến và có hiệu quả to lớn. Việc sản xuất bimetall hoặc vật liệu kim loại nhiều lớp bằng hàn nổ đòi hỏi phải có sự chuẩn bị kỹ lƣỡng về công nghệ, kinh nghiệm và tính toán tối ƣu hóa các tham số liên quan. 74 Điều này rất quan trọng trong việc cho ra các sản phẩm đạt tiêu chuẩn nhƣ yêu cầu và thể hiện đƣợc tính ƣu việt của công nghệ. Bởi vì có nhiều yếu tố liên quan và ảnh hƣởng đến quá trính hàn nổ và chất lƣợng của thành phẩm, mặt khác quá trình xảy ra hàn là rất nhanh cho nên không thể trực quan quan sát và kiểm soát quá trình này. Vì thế việc tối ƣu hóa và tin tƣởng vào sự lựa chọn các tham số là rất quan trọng. Thông thƣờng ngƣời ta sẽ kết hợp hàn nổ với một số phƣơng pháp gia công áp lực khác nhƣ cán, ép và các phƣơng pháp xử lý nhiệt để tùy mục đích mà nhận đƣợc thành phẩm theo mong muốn. Điều quan trọng là độ bền của mối hàn phải đạt yêu cầu cao. Điều đó thể hiện ở việc thử nghiệm độ bền với sự phá hủy không xảy ra ở chỗ hàn mà xảy ra ở kim loại có độ bền thấp hơn. Việc nghiên cứu cơ tính có thể là thực nghiệm trên: đo độ cứng, độ vi cứng, đứt, cong, độ nhớt Tùy thuộc vào kim loại và các tham số hàn nổ mà các quá trình xảy ra ở vùng hàn khi hàn sẽ khác nhau. Tại đó sẽ có thể xảy ra các quá trình: chuyển pha, khuyếch tán, phản ứng hóa học kết quả sẽ nhận đƣợc những thành phần khác nhau: những vùng nóng chảy cục bộ, liên kim loại, dung dịch rắn, liên kết hóa học và các pha khác Hàn nổ nhìn chung là một phƣơng pháp sản suất kim loại nhiều lớp có tính sản xuất cao và tính kinh tế. Hàn nổ đƣợc phát triển trên thành quả của những nghiên cứu ứng dụng áp lực vào gia công kim loại, điều khác biệt để tạo nên hiệu quả cao là áp lực nổ tƣơng đối lớn. Ở nhiều nƣớc có nền công nghiệp tiên tiến việc ứng dụng công nghệ này đã trở nên phổ biến và chuyên nghiệp, thể hiện qua các công ty, nhà máy chuyên dụng và cho hiệu quả kinh tế cao, và dễ dàng nhận thấy rằng triển vọng của hàn nổ cũng đi lên cùng với triển vọng của kim loại lớp nói riêng, composite nói chung trong thời đại mới. 1) Sơ đồ bố trí Hàn nổ dạng nghiêng (tạo góc) Hình 2.3. Sơ đồ bố trí Hàn nổ dạng nghiêng (tạo góc) 1-tấm kim loại cố định, 2- tấm kim loại dịch chuyển, 3-khối thuốc nổ, 4- tấm ván, 75 5- ngòi nổ điện (kích nổ bằng điện). 2) Tấm vật liệu nhận được từ các hợp kim trên cơ sở nhôm-đồng với số lượng lớp khác nhau Hình 2.4. Tấm vật liệu nhận được từ các hợp kim trên cơ sở nhôm - đồng với số lượng lớp khác nhau 3)Quan sát tại vùng hàn, đường ranh giới giữa hai kim loại của mối hàn sau khi nổ (hàn 2 miếng thép các bon thấp cùng loại) Hình 2.5. Quan sát tại vùng hàn, đường ranh giới giữa hai kim loại của mối hàn sau khi nổ và cũng 2 tấm kim loại này nhƣng với các tham số khác nhau khi nổ sẽ cho ra hình dạng đƣờng giới hạn khác nhau, và có thể sẽ dẫn đến tính chất khác nhau của mối hàn. 76 Hình 2.6. Hình dạng của các sản phẩm bimetal và composite lớp 4) Hình dạng của các sản phẩm bimetal và composite lớp 77 Hình 2.7. Vật liệu chống ma sát (thép+brông) 78 HƢỚNG DẪN TỰ HỌC TT Nội dung kiến thức, kỹ năng Mức độ đánh giá 1 Khái niệm và đặc điểm của hàn nổ Hiểu 2 Các thông số cơ bản trong hàn nổ Hiểu 3 Các khuyết tật khi hàn nổ và biện pháp hạn chế Hiểu 4 Vật liệu dùng trong hàn nổ Hiểu, vận dụng CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày các tham số cơ bản của hàn nổ. Câu 2. Trình bày các khuyết tật và các biện pháp phòng ngừa trong hàn nổ. Câu 3. Trình bày vật liệu chống ăn mòn đƣợc sử dụng trong hàn nổ 79 CHƢƠNG 3 CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT 3.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại Hàn ma sát 3.1.1. Khái niệm Hàn ma sát là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau để nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn. 3.1.1.1. Ma sát Khi hai bề mặt của vật thể chuyển động tƣơng đối với nhau dƣới tác dụng của lực ép thì năng lƣợng cơ học (cơ năng) sẽ chuyển thành nhiệt năng. Ma sát trong quá trình hàn ma sát khô. Hình 3.1. Ma sát trong quá trình hàn khô 3.1.1.2. Nhiệt ma sát Nhiệt ma sát là nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát, do sự trƣợt tƣơng đối của hai chi tiết với nhau. Nhiệt ma sát phụ thuộc vào lực pháp tuyến của bề mặt ma sát và phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa hai chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu hàn và tốc độ chuyển động tƣơng đối giữa hai chi tiết. Trong quá trình hàn ma sát, phần lớn nhiệt ma sát làm nhiệm vụ nung kim loại mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, một phần truyền vào chi tiết hàn, phần còn lại truyền vào môi trƣờng xung quanh. Hình 3.2. Hàn ma sát a) Mối hàn ma sát; b) Nhiệt khi khi hàn ma sát 80 3.1.2. Đặc điểm 3.1.2.1. Ưu điểm của Hàn ma sát - Ít hao phí vật liệu, tiết kiệm kim loại - Thời gian hàn cực nhanh, năng suất cao - Không phát xạ độc hại (khói độc, bắn tóe, bức xạ tử ngoại,...) - Khả năng chế tạo lại và điều khiển các thông số quá trình hàn tốt - Không cần bổ xung kim loại phụ - Dễ dàng tích hợp quá trình hàn vào dây chuyền sản xuất tự động - Độ chính xác của các chi tiết hàn cao (kể cả khi hàn tiết diện đặc biệt) - Hàn đƣợc các kim loại khác nhau với nhau - Cơ tính mối hàn rất tốt - Hàn đƣợc các loại tiết diện khác nhau - Môi trƣờng sản xuất sạch - Không yêu cầu cao về tay nghề của công nhân - Khuyết tật mối hàn hầu nhƣ không có - Không cần yêu cầu tiết diện của 2 chi tiết phải giống nhau - Là phƣơng pháp hàn rất triển vọng trong tƣơng lai 3.1.2.2. Nhược điểm của Hàn ma sát - Một chi tiết hàn phải quay tròn hoặc tịnh tiến - Mối hàn lồi ba via mất công cắt bỏ (gia công cơ) - Chiều dài của chi tiết hàn bị giảm - Thiết bị đắt tiền - Kích thƣớc của chi tiết hàn bị hạn chế - Không hàn đƣợc kết cấu quá phức tạp 3.1.3. Phân loại Hàn ma sát 3.1.3.1. Hàn ma sát quay Hình 3.3. Hàn ma sát quay + Ƣu điểm - Hàn các chi tiết dạng thanh, ống tròn xoay hoặc không tròn xoay 81 - Chất lƣợng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ - Năng suất rất cao - Hàn các kim loại khác nhau với nhau + Nhƣợc điểm - Lƣợng chùn của kim loại mối hàn lớn - Phải gia công cơ khí sau hàn - Thiết bị đắt tiền 3.1.3.2. Hàn ma sát tịnh tiến Hình 3.4. Hàn ma sát tịnh tiến + Ƣu điểm - Hàn các chi tiết dạng thanh, ống không tròn xoay (VD: cánh turbin bằng Ti) - Chất lƣợng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ - Ứng dụng rất nhiều trong hàn chất dẻo - Hàn các kim loại khác nhau với nhau + Nhƣợc điểm - Lƣợng chùn của kim loại mối hàn lớn - Phải gia công cơ khí sau hàn - Thiết bị đắt tiền - Không thích hợp lắm đối với vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao 3.1.3.3. Hàn ma sát ngoáy 82 Hình 3.5. Hàn ma sát ngoáy a); b) phương pháp hàn ma sát ngoáy c) mối hàn ma sát ngoáy Hình 3.6. Hàn ma sát ngoáy Hình 3.7. Đầu hàn và mối hàn ma sát ngoáy + Ƣu điểm - Hàn giáp mối các chi tiết dạng tấm (phẳng hoặc định hình profil) đến 25mm 83 - Chất lƣợng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ - Dễ cơ khí hóa, tự động hóa (dùng Robot) - Hàn đƣợc các hợp kim đặc biệt trong hàng không, vũ trụ + Nhƣợc điểm - Có hố lõm cuối đƣờng hàn - Thiết bị đắt tiền - Cần phải đỡ ở mặt đối diện 3.1.3.4. Hàn chốt bằng ma sát Hình 3.8. Hàn chốt bằng ma sát + Ƣu điểm - Hàn các chốt lên bề mặt vật thể - Chất lƣợng hàn cao, hàn đƣợc cả các vật liệu khó hàn - Biến dạng nhiệt nhỏ - Hàn các kim loại khác nhau với nhau + Nhƣợc điểm - Lƣợng chùn của kim loại mối hàn lớn - Phí tổn quá trình tƣơng đối - Thiết bị tƣơng đối đắt tiền - Cần phải có đồ gá đỡ phía đối diện (nếu tấm mỏng) 84 3.2. Khả năng ứng dụng của hàn ma sát 3.2.1. Hàn các chi tiết dạng thanh, ống Hình 3.9. Hàn các chi tiết dạng thanh, ống 85 3.2.2. Hàn trục, xilanh Hình 3.10. Hàn trục, xilanh 3.2.3. Hàn trục, bánh răng Hình 3.11. Một số ứng dụng hàn ma sát 86 3.2.4. Cắt bavia nóng Hình 3.12. Cắt bavia nóng 3.2.5. Hàn các kim loại khác nhau với nhau Hình 3.13. Hàn các kim loại khác nhau 3.3. Vật liệu dùng trong hàn ma sát Hàn ma sát thích hợp để hàn các chi tiết làm việc tiêu chuẩn và có tính kinh tế cao hoặc các sản phẩm đơn giản nhƣ các thanh, ống, vật đúc hoặc rèn. Nhờ có nhiệt độ hàn thấp (T < Ts) mà các vật liệu rỗng xốp cũng có thể hàn bằng ma sát. Ngoài ra phƣơng pháp này cũng có thể hàn các vật liệu khác nhau với nhau ví dụ nhƣ hàn thép với nhôm, nhômvới đồng, titan với thép, các vật liệu nhôm với gốm, v.v... Với hàn ma sát thì các vật liệu “khó hàn” và các tổ hợp vật liệu có thể đƣợc hàn. Khả năng hàn ma sát của vật liệu ảnh hƣởng bởi loại hợp kim, các tính chất vật lý của chúng (cặp ma sát, hệ số dãn nở nhiệt) và một phần cũng bị ảnh hƣởng bởi kích cỡ và hình dáng của tiết diện ngang của mối nối. 87 3.4. Hàn ma sát với sự truyền động liên tục Hình 3.14. Hàn ma sát với sự truyền động liên tục 1- Động cơ. 2- Phanh hãm. 3.a- Mâm cặp quay. 3.b- Mâm cặp trƣợt 4.a- Phôi hàn quay. 4.b- Phôi hàn trƣợt Hình 3.15. Chu trình của quá trình hàn ma sát với sự truyền động liên tục Các thông số quá trình hàn theo thời gian Process parameters = các thông số quá trình hàn Time = thời gian Torque = mômen xoắn Number of revolution = số vũng quay Friction force = lực ma sát Axial upseting force = lực chồn hƣớng trục Axial lenght reduction = sự giảm chiều dài hƣớng trục 88 3.5. Hàn ma sát với sự truyền động theo quán tính Hình 3.16. Hàn ma sát quán tính 1- Động cơ. 2- Khối lƣợng quán tính. 3. a- Mâm cặp quay. 3. b- Mâm cặp trƣợt. 4. a- Phôi hàn quay 4. b- Phôi hàn trƣợt Hình 3.17. Mối hàn ma sát Hình 3.18. Chu trình của quá trình Hàn ma sát quán tính theo thời gian Các thông số của quá trình hàn theo thời gian Process parameters = các thông số quá trình hàn Time = thời gian Number of revolution = số vũng quay Axial thrust force = lực đẩy hƣớng trục Torque = mômen xoắn Axial lenght reduction = sự giảm bớt chiều dài hƣớng trục 3.6. Các chú ý khi lựa chọn, điều chỉnh các thông số hàn ma sát - Lựa chọn, điều chỉnh các thông số quá trình hàn ma sát tuỳ thuộc vào các yếu tố sau: + Loại vật liệu hàn (khi hàn các vật liệu khác nhau, ta chọn các thông số theo vật liệu mềm hơn) + Diện tích tiết diện cần hàn - Khi hàn diện tích lớn cần chọn lực ép lớn, thời gian ma sát và thời gian ép hàn cũng lớn - Chọn tốc độ quay / tịnh tiến lớn khi hàn tiết diện lớn - Mômen phanh hãm, mômen xoắn khi chồn phải đủ lớn 89 3.7. Chu trình hàn Ma sát Hình 3.19. Chu trình hàn ma sát Accelerate = tăng tốc Welding speed = tốc độ hàn Friction force = lực ma sát Forge force = lực rèn, lực ép hàn Total upset length = chiều dài chồn Completion of welding = kết thúc hàn Time = trục thời gian 3.8. Chế độ Hàn ma sát Bảng 3.8 Chế độ hàn ma sát một số vật liệu dạng tấm chiều dày S=6 -19mm thời gian hàn từ 0,5-10s Vật liệu Nhiệt lƣợng Lực ma sát/ Vận tốc hàn (J/mm2) lực m/s chồn(N/mm2) Thép C 50 ÷ 180 100 ÷ 200 2,5 ÷ 15,0 Thép hợp kim cao 70 ÷ 220 150 ÷ 300 2,5 ÷ 15,0 Thép hợp kim bền nhiệt 100 ÷ 300 200 ÷ 700 1,5 ÷ 7,5 25 ÷ 300 40 ÷ 100 Kim loại màu 1,0 ÷ 15,0 150 ÷ 350 50 ÷ 70 Cu 3,0 ÷ 5,0 100 ÷ 180 10 ÷ 70 Al 2,0 ÷ 3,5 90 Bảng 3.9 Thông số hàn ma sát một số vật liệu dạng thanh nhỏ hơn Φ20 mm Vật liệu Lực ma Lực chồn Thời gian Thời gian Vận tốc 2 sát N/mm ma sát (s) chồn(s) m/s 2 N/mm Thép C và thép HK thấp 20 ÷ 80 80 ÷ 200 1 ÷ 100 2 ÷ 10 0,5 ÷ 5 C60 50÷ 80 150 ÷ 250 3 ÷ 6 2 ÷ 3 1,5 ÷ 3,0 42CrMo4 50÷ 80 150 ÷ 250 3 ÷ 6 2 ÷ 3 1,5 ÷ 3,0 Thép hợp kim cao 40 ÷ 100 120 ÷ 400 3 ÷ 120 2 ÷ 10 0,5 ÷ 5 X5CrNi18 8 60 ÷ 80 250 ÷ 300 6 ÷ 10 2 ÷ 3 1,5 ÷ 3,0 S6-5-3 60 ÷ 100 190 ÷ 250 10 ÷ 15 2 ÷ 3 1,5 ÷ 3,0 Thép hợp kim bền nhiệt 60 ÷ 180 180 ÷ 600 5 ÷ 150 2 ÷ 15 0,5 ÷ 5 Nimonic80 60 ÷ 100 180 ÷ 400 5 ÷ 10 2 ÷ 3 2,0 ÷ 3,0 Inconel 713C 60 ÷ 100 400 ÷ 500 5 ÷ 10 2 ÷ 3 1,5 ÷ 3,0 Kim loại nặng, nhẹ 10÷ 80 20 ÷ 150 1÷ 8 2 ÷ 5 0,5 ÷ 4,0 E-Cu 4,0 TiAl6V4 20 ÷ 30 60÷ 80 2 ÷ 8 2 ÷ 5 1,0 ÷ 4,0 Al 99,5 10 ÷ 30 30 ÷ 80 0,1 ÷ 4 2 ÷ 5 2,0 ÷ 4,0 AlMgSi0,5 30 ÷ 80 50 ÷ 150 0,1 ÷ 6 2 ÷ 5 0,5 ÷ 2,0 PB 50 ÷ 70 70 ÷ 100 2 ÷ 34 2 ÷ 3 1,5 ÷ 2,0 3.9. Quy trình Hàn Ma sát 1. Chuẩn bị chi tiết hàn: yêu cầu mép hàn phẳng, có độ nhám cần thiết 2. Gá kẹp chi tiết hàn lên máy: đảm bảo chắc chắn, định vị đúng 3. Cài đặt các thông số hàn 4. Hàn 5. Dừng máy và tháo chi tiết hàn 6. Cắt ba via 7. Kiểm tra chất lƣợng hàn 3.10. Thiết bị hàn ma sát - Thiết bị hàn ma sát quay có cấu tạo gần giống với máy tiện - Bộ phận quan trọng nhất là: các giá kẹp phôi hàn, bộ phận tạo lực ép, ccơ cấu phanh hãm, hệ thống điều khiển - Lựa chọn thiết bị hàn ma sát dựa vào khả năng lực ép của thiết bị, diện tích tiết diện của chi tiết có thể hàn 91 Hình 3.20. Một số thiết bị hàn ma sát 92 HƢỚNG DẪN TỰ HỌC TT Nội dung kiến thức, kỹ năng Mức độ đánh giá 1 Khái niệm, đặc điểm và phân loại hàn ma sát Hiểu 2 Ứng dụng hàn ma sát Hiểu, vận dụng 3 Vật liệu dùng trong hàn ma sát Hiểu, vận dụng CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày khái niệm và ƣu nhƣợc điểm của hàn ma sát. Câu 2. Trình bày khái niệm và phân loại hàn ma sát. 93 CÂU HỎI ÔN TẬP BA CHƢƠNG VÀ HƢỚNG DẪN TỰ HỌC * Câu hỏi ôn thi và hƣớng dẫn tự học số 1 Câu 1-01-C1 Trình bày sự tiếp xúc khi hàn điểm. Câu 1-02-C1 Trình bày điện trở tiếp xúc khi hàn điểm. Câu 1-03-C1 Trình bày quá trình tạo điểm hàn và các thông số cơ bản khi hàn điểm. Câu 1-04-C1 Trình bày đặc điểm công nghệ hàn thép có chiều dày lớn. Câu 1-05-C1 Trình bày khái niệm, cách phân loại, đặc điểm và ứng dụng công nghệ hàn đƣờng Câu 1-06-C1 Hãy trình bày các thông số cơ bản khi hàn đƣờng Câu 1-07-C1 Trình bày khái niệm và đặc điểm công nghệ hàn điểm nhô Câu 1-08-C1 Trình bày khái niệm về hàn tiếp xúc và hàn tiếp xúc chảy dẻo. Đặc điểm công nghệ hàn tiếp xúc chảy dẻo. Câu 1-09-C1 Trình bày khái niệm về hàn tiếp xúc và hàn tiếp xúc nóng chảy. Đặc điểm công nghệ hàn tiếp xúc nóng chảy. Câu 1-10-C1 Trình bày phƣơng pháp nung nóng và chuẩn bị chi tiết cho hàn tiếp xúc giáp mối 94 * Câu hỏi ôn thi và hƣớng dẫn tự học số 2 Câu 2-01-C1 Trình bày công nghệ hàn giáp mối điện trở thép các bon thấp Câu 2-02-C1 Trình bày công nghệ hàn giáp mối nóng chảy thép các bon thấp. Câu 2-03-C1 Đặc điểm và công nghệ hàn điểm thép Ostenit và thép không gỉ. Cho ví dụ. Câu 2-04-C1 Trình bày đặc điểm công nghệ hàn hợp kim nhẹ. Cho ví dụ. Câu 2-05-C1 Trình bày công nghệ hàn thép hợp kim thấp. Cho ví dụ. Câu 2-06-C2 Trình bày các tham số cơ bản của hàn nổ. Câu 2-07-C2 Trình bày các khuyết tật và các biện pháp phòng ngừa trong hàn nổ. Câu 2-08-C2 Trình bày vật liệu chống ăn mòn đƣợc sử dụng trong hàn nổ Câu 2-09-C3 Trình bày khái niệm và ƣu nhƣợc điểm của hàn ma sát. Câu 2-10-C3 Trình bày khái niệm và phân loại hàn ma sát. 95 * Câu hỏi ôn thi và hƣớng dẫn tự học số 3 Câu 3-01-C1 Xác định điện trở thuần, điện trở toàn phần và dòng điện mạch rẽ khi hàn giáp mối nóng chảy vòng xuyến từ phôi ống thép cacbon thấp có đƣờng kính ngoài 320 mm, h/l h/l diện tích tiết diện ngang là 5900 mm2, điện áp hàn U = 2,5V 3 3 m m 2 4,0 2 4,0 Zr 3,0 Zr 3,0 1 2,0 1 2,0 m*Rr 1,0 m*Rr S(mm) Rr (A) 1,0 Rr (A) S(mm) Ir (A) 4 8 12 l/dm 3,0 6,0 9,0 12,0 3,0 6,0 9,0 12,0 Ir (A) 4 8 12 l/dm Câu 3-02-C1 Xác định điện trở thuần, điện trở toàn phần và dòng điện mạch rẽ khi hàn điểm hai tấm thép cacbon thấp dày mối tấm S=3mm, bƣớc các điểm hàn l=80mm, lực ép P=1000kG, đƣờng kính lõi điểm hàn là dm=12,5mm, điện áp hàn U=2,5V Câu 3-03-C1 Tính điện trở giai đoạn đầu, giai đoạn cuối và điện trở trung bình khi hàn giáp mối điện trở thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 25mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía l=20mm, lực ép khi hàn P=400kG, điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc α=0,75 Câu 3-04-C1 Xác định tổng nhiệt độ mối hàn giáp mối điện trở các thanh thép cacbon thấp có tiết diện F=400 mm2. Chiều dài cặp mỗi bên 25 mm, lực ép P=4000kG; điện trở tiếp xúc 96 đơn vị rk=0,005, dòng hàn Ih=12000A, thời gian hàn 12 giây; nhiệt độ tại thời điểm khảo sát T=650oC. Câu 3-05-C1 Xác định công suất tối thiểu của máy hàn để hàn các thanh thép cacbon thấp có đƣờng kính D=12mm; với năng suất 600 mối hàn/h, biết thời gian phụ là 4 giây. Điện áp hàn U=2,5 V; lực ép P=4000kG; điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; nhiệt độ giai đoạn cuối o của quá trình hàn Th=1250 C Câu 3-06-C1 Hãy xác định nhiệt lƣợng cần thiết để nung nóng cột kim loại trung tâm và vành khăn bao quanh cột kim loại trung tâm đƣờng kính de đƣợc kẹp giữa hai điện cực khi hàn điểm các tấm thép cacbon thấp chiều dày 3mm, đƣờng kính tiếp xúc của điện cực dm=10mm, lực ép lên điện cực P=6000N, thời gian hàn t=1,5s; nhiệt dung của thép C=0,16 cal/g.oC. Câu 3-07-C1 Hãy xác định nhiệt lƣợng sinh ra ở chỗ tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết; nhiệt lƣợng tổng cộng và cƣờng độ dòng điện khi hàn điểm các tấm thép cacbon thấp, đƣờng kính o tiếp xúc của điện cực dm=10mm. Biết nhiệt dung riêng của đồng là C=0,09 Cal/g. C; ‟ o 3 độ dẫn nhiệt của đồng λ =0,86 Cal/cm.s. C; tỷ trọng ‟=8,9 g/cm ; Q1=798Cal; Q2=2395Cal; R2=36,8μΩ; m2=1. Câu 3-08-C1 Xác định điện trở tổng cộng cần thiết trƣờng hợp nhiệt độ T<600oC khi hàn điểm hai tấm thép với chiều dày mỗi tấm 5mm, lực ép điện cực P=1000 kG, đƣờng kính tiếp xúc của điện cực de=12mm. Biết độ bền nén của vật liệu ở nhiệt độ thƣờng σn=400 kG/cm2. 97 Câu 3-09-C1 Xác định điện trở tổng cộng cần thiết trƣờng hợp nhiệt độ T>600oC khi hàn điểm hai tấm thép với chiều dày mỗi tấm 5mm, lực ép điện cực P=1500kG, đƣờng kính tiếp xúc 2 của điện cực dm=12mm. Biết độ bền nén của vật liệu ở nhiệt độ cao σn=450kG/cm ; nhiệt độ tại thời điểm khảo sát T=1250oC. Câu 3-10-C1 Tính điện trở tổng cộng bình khi hàn giáp mối nóng chảy thanh tròn bằng thép cacbon thấp có đƣờng kính 30mm với chiều dài nhô ra của phôi về một phía l=25mm. Biết tốc độ nóng chảy là 0,2 cm/s, mật độ dòng điện J=18 A/mm2 và lực ép khi hàn là 400kG điện trở tiếp xúc đơn vị rk=0,005; hệ số ảnh hƣởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc α=0,75. 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Thông, Vật liệu & Công nghệ Hàn . NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2004 [2]. Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy. (Tập 1, 2). NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2007. [3]. Hoàng Tùng và các tác giả, Cẩm nang Hàn, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004. [4] Lƣu Văn Hy, Chung Thế Quang, Nguyễn Phƣớc Hậu, Huỳnh Kim Ngân, Đỗ Tấn Dân, Kỹ thuật Hàn, Nhà xuất bản giao thông vận tải 2004. [5]. Prof. DrSc. Jozep Adamka. Teoria zvárania. Bratislava. 1983. [6]. American Society for Metals. Metal Handbook Ninth Edition. Volume 6: Welding,Brazing and Soldering. 1983 [7]. Kenneth Easterling. Introduction to the Physical Metallurgy of Welding. Butterworths. 1983 99