Công nghệ hàn - Lý thuyết hàn cơ bản hàn I

pháp hàn. Đ1- 1: Lịch sử phát triển nghề hàn Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài ng-ời đã biết hàn kim loại. Từ cuối thế kỷ 19, vất lý, hoá học và các môn khoa học khác phát triển mạnh. Năm 1802 Nga Pe-t- - Rốp đã tìm ra hiện t-ợng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 Kỹ s- Be-Na-Đớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Sla - vi -Anốp đã dùng cực điện nóng chảy( kim loại) đẻ hàn kim loại. - Năm 1900 1902 trong công nghiệp đã sản xuất đ-ợc các bít canxi và sau đóvào năm 1906 hàn khí ra đời. - Hàn tiếp xúc xuất hiện xuất hiện và phát triển chậm hơn; năm 1886 Tôm sơn tìm ra ph-ơng pháp hàn tiếp xúc giáp mối; năm 1887 Be- Na- đớt tìm ra ph-ơng pháp hàn điện, nh-ng mãi đến năm 1903 hàn giáp mối mới đ-ợc dùng trong công nghiệp và đặc biệt sau chiến tranh thế giới thứ 2 hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều ph-ơng pháp hàn mới. - Một đóng góp quan trọng trong sự nghiệp phát triển hàn hồ quang là thành công của kỹ s- Thuỵ Điển Ken-Be năm 1907 về ph-ơng pháp ổn định qúa trình phóng hồ quang và ph-ơng pháp bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí xung quanh bằng cách đắp lên cực điện (kim loại) một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc là để đảm bảo cho mối hàn có chất l-ợng cao. - Thời phát triển mới của môn hàn đã đ-ợc mở ra vào những năm cuối ba m-ơi và đầu những năm bốn m-ơi với công trình nổi tiếng của viện sĩ E-O-Pa- Tôn về hàn d-ới thuốc. Ph-ơng pháp hàn tự động và sau đó hàn bán tự động d-ới thuốc ra đời và đ-ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đó là thành tựu to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại, nó là ph-ơng pháp cơ khí hoá cơ bản trong kỹ thuật hàn. - Từ cuối năm 1940 các ph-ơng pháp hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ đ-ợc nguyên cứu và đ-a vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (Hêli, Acgông ở Mỹ, khí Cacbonnic ở Nga) làm cho ph-ơng pháp hàn này phát - 3 - triển mạnh. Hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ làm tăng vọt chất l-ợng mối hàn. Hiện nay ph-ơng pháp này đ-ợc áp dụng rộng rãi. - Một phát minh nổi tiếng của tập thể viện hàn mang tên E-Ô-Pa-Tôn (Kiép) là hàn điện xỉ, đ-ợc phát minh vào năm 1949 và đ-ợc áp dụng vào sản xuất đầu năm 1950. Ph-ơng pháp hàn điện xỉ ra đời là cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy hạng nặng: lò hơi, tuốc bin, máy ép cỡ lớn - Những năm gần đây hàng loạt các ph-ơng pháp hàn mới ra đời nh- hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn platsma hồ quang.. * Hiện nay có hơn 120 ph-ơng pháp hàn khác nhau: - Nói chung các ph-ơng pháp hàn ngày càng hoàn thiện và đ-ợc sử dụng rộng rãi trong nghành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một ph-ơng pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại. - Hàn ở Việt Nam đã xuất hiện từ đời th-ợng cổ hồi đó cha ông ta đã biết sử dụng hàn để làm dụng cụ phục vụ đời sống và cải thiện điều kiện lao động. - Tr-ớc cách mạng tháng 8 nghề hàn ít đ-ợc ứng dụng. Nh-ng sau cách mạng tháng 8 và trong thời kỳ kháng chiến, nghề hàn đã đ-ợc phát triển hơn, nó đóng góp cho nền quốc phòng mới mẻ của chúng ta. Sau hoà bình lập lại chúng ta sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa và đấu tranh thống nhất đất n-ớc. - Hiện nay với sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất n-ớc việc áp dụng các ph-ơng pháp hàn tiên tiến ngày càng nhiều. Với lực l-ợngkhoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn có tay nghề cao. Chúng ta tin chắc rằng kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày càng phát triển và ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất đuổi kịp các n-ớc tiên tiến trên thế giới. Đ1- 2: thực chất, đặc điểm, công dụng của hàn 1.Thực chất của hàn: Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoặc 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 đông đặc ta nhận đ-ợc mối hàn. -Khi hàn ở trạng thái dẻo: Chỗ nối đ-cợ nung nóng đến trạng thái mềm dẻo khả năng thẩm thấu và chuyển động các phân tử kim loại tăng lên nên chúng có thể dính lại với nhau. Nhiều khi nh- vậy không đảm bảo mối hàn bền nên ta tác dụng lên chỗ nối một áp lực (ví dụ: ép, đập). - 4 - -Quá trình hàn là một nhóm các quá trình công nghệ nhu nung nóng cục bộ, nối liền chi tiết với nhaunét đặc tr-ng là quá trình gia nhiệt. Để tạo ra một mối hàn cần phải có sự chuyển hoá năng l-ợng điện năng, cơ năng hoặc phải có sự kết hợp của nhiều năng l-ợng khác. -Quá trình hàn là một quá trình chuyển háo năng l-ợng. Giai đoạn đầu là các phần tử kim loại tiến lại gần nhau. Giai đoạn hai là tạo nên liên kết kim loại mới, khi các phần tử kim loại ở các vị trí lực hạt nhân tác dụng và năng l-ợng này đ-ợc chuyển hoá thành mối hàn. 2.Đặc điểm: Hàn có những đặc điểm sau: a.So với tán rivê: -Tiết kiệm 10-20% khối l-ợng kim loại do sử dụng mặt cắt làm việc của chi tiết hàn triệt để hơn. Hình dáng chi tiết cân đối, giảm đ-ợc khối l-ợng kim loại nh- phần đầu rivê, đột lỗ. -So với đúc tiết kiệm tới 50% vì không cần hệ thống rót. -Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng l-ợng s-ờn vì kèo đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chung đ-ợc giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng. b.Giảm đ-ợc thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng xuất cao gảim đ-ợc số l-ợng nguyên công, c-ờng độ lao động và tăng đ-ợc độ bền chặt của kết cấu. c.Hàn có thể nối những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ nh-: kim loại đen với nhau, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu. Ngoài ra hàn còn có thể nối với các vật liệu phi kim loại với nhau. d.Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo ta chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy hạ thế từ 220v hay 380v xuống nhỏ hơn 80v. 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 rất tốt. Mối hàn chịu áp suất cao nên hàn là ph-ơng pháp chủ yếu dùng để chế tạo bình hơi, nồi chứa, ống dẫnchịu áp lực cao. g.Giảm đ-ợc tiếng động khi sản xuất. Tuy nhiên có nhiều nh-ợc điểm là: Sau khi hàn tồn tại ứng suất d-, 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 đ-ợc dùng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại, trong hai quá trình công nghệ: Chế tạo và sửa chữa. - 5 - -Chế tạo: Nh- nồi hơi, bình chứa, s-ờn vì kèo, cầu, tàu, thân máy bay, vỏ máy, ô tô, tên lửa, ngay cả ngành du hành vũ trụ Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp chịu tải trọng lớn đều đ-ợc chế tạo bằng hàn. -Sửa chữa: Những bộ phận hỏng và cũ. Nh- xi lanh, bánh răng, trục, vật đúc khuyêtđều dùng ph-ơng pháp hàn để tu sửa vừa nhanh vừa rẻ. Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn, không có chỗ nào là không hàn đ-ợc. Do đó công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho nền công nghiệp hiện đại. Đ1- 3: Phân loại các ph-ơng pháp hàn Hàn có thể chia làm hai nhóm: 1.Hàn nóng chảy: Nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy. Sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Ph-ơng pháp này thích hợp với kim loại và hợp kim. Ví dụ: Thép, gang, niken, đồng, bạch kim, nhôm và những hợp kim khác. Dựa theo nguồn nhiệt năng khi hàn, hàn nóng chảy chia làm hai loại: a.Hàn điện hồ quang: Ph-ơng pháp này dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang sản ra nhiệt đốt cháy mối hàn. Hàn điện hồ quang gồm: Hàn hồ quang tay, hàn tự động, nửa tự động (hàn d-ới thuốc, hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ, hàn điện xỉ). b.Hàn khí (Hàn hơi): Dùng nhiệt năng của khí cháy với ôxy để nung nóng làm chảy mép vật hàn và que hàn sau khi nguội tạo thành mối hàn. Trên đây là hai ph-ơng pháp hàn nóng chảy chủ yếu trong ch-ơng trình môn học kỹ thuật hàn. Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật hàn thực tế đã áp dụng ph-ơng pháp hàn nóng chảy mới; hàn bằng tia điện tử, hàn hồ quang platsma, hàn bằng tia laser.. 2.Hàn áp lực: Đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo sau đó ép hoặc đập để tăng khả năng thẩm thấu, khuyếch tánCác phần tử kim loại làm cho chúng liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành mối hàn. -Ph-ơng pháp này thích hợp với kim loại 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 - 6 - sang thể lỏng không qua thể nhão, do đó không hàn đ-ợc. Với thép chứa 0,4% trở nên khó hàn. Theo cách nung nóng hàn áp lực chia làm3 loại: a.Ph-ơng pháp hàn rèn: Ph-ơng pháp này thợ thủ công hay dùng để hàn những chi tiết đơn giản. Chi tiết phức tạp không hàn đ-ợc. +Cách hàn: Vật rèn nung nóng trong lò khoảng 1200oc ữ 1300oc sau đó đặt lên đe dùng búa đập, khi đập phải đập từ giữa ra sau đó 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.Ph-ơng pháp hàn rèn: Đây là ph-ơng pháp dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhôm với ôxit sắt: 8Al + 3Fe3 O4 = 4Al2 O3 + 9Fe + Q Phản ứng này phát ra nhiệt l-ợng l-ợng 3000oc. Ph-ơng pháp hàn nhiệt nhôm có 3 loại: 1-Ph-ơng pháp áp lực bột nhôm sắt: Dùng xỉ và sắt nóng chảy làm nguồn nhiệt nung vật hàn sau đó dùng áp lực ép chúng lại với nhau. 2-Ph-ơng pháp làm nóng chảy bột nhôm sắt: Dùng xỉ để nung vật hàn đến nhiệt độ nóng chảy, sau đó đổ sắt nóng chảy vào cho liền với vật hàn. 3-Ph-ơng pháp hàn bột nhôm sắt hỗ hợp, hàn áp lực và hàn nóng chảy: Vật hàn lợi dụng nhiệt l-ợng 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.Ph-ơng pháp hàn tiếp xúc: Hàn điện tiếp xúc có nhiều ph-ơng pháp hàn khác nhau. -Thực chất: Cho dòng điện có c-ờng 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 á p lực xuất hiện thêm nhiều ph-ơng pháp mới: Hàn ma sát, hàn siêu âm, hàn nguội, hàn nổ, hàn khuyếch tán trong chân không. +Ngoài 2 nhóm hàn trên thcự tế ta còn gặp dạng hàn khác đó là hàn vẩy (hàn thiếc) Câu hỏi ôn tập ch-ơng 1 1-Hãy cho biết thực chât, đặc điểm và công dụng của hàn, trong t-ơng lai của nó trong sự nghiệp hoá hiện đại hoá đất n-ớc? 2-Có mấy ph-ơng pháp hàn? Ph-ơng pháp nào sử dụng nhiều nhất, có hiệu quả kinh tế lớn nhất? - 7 - ch-ơng 2: sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn hồ quang hàn Mục đích: Học sinh nắm đ-ợc quá trình nóng chảy và đông đặc mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn. Sự chảy của hồ quang và ph-ơng pháp phân loại hồ quang. Yêu cầu: - Hiểu đ-ợc quá trình luyện kim, tổ chức kim loại mối hàn. - Năm đ-ợc hồ quang hàn, phân loại hồ quang hàn. Đ2- 1: mối nối hàn - sự tạo thành bể hàn I.Mối nối hàn: Khái niệm: Là một mối ghép không tháo đ-ợc và đ-ợc thực hiện bằng hàn gọi là mối nối liền. *Cấu tạo: Trong hàn nóng chảy mối hàn gồm: -Mối hàn (1) -Vùng tiệm cận mối hàn (2) -Vùng kim loại cơ bản không bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn (3) +Mối hàn gồm hỗn hợp kim loại phụ (que hàn) và kim loại vật hàn kết tinh lại. +Vùng tiệm cận là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 10 oc đến nhiệt độ nóng chảy. II.Bể hàn - Sự tạo thành bể hàn: Bể hàn đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đến chất l-ợng mối hàn. Nếu một bể hàn có hình dáng kcíh th-ớc nhu nhau trong suốt quá trình hàn, nó là một tiền đồ cho một mối hàn đảm bảo chất l-ợng tốt. - Nếu có hình dáng kích th-ớc không phù hợp trong suốt quá trình hàn thì dẫn đến chất l-ợng mối hàn kém. - Bể hàn là một phần kim loại bị nóng chảy d-ới tác dụng của nguồn nhiệt trong quá trình hàn. -Trong quá trình hàn nóng chảy, mép kim loại vật hàn và kim loại phụ (que hàn) nóng chảy, tạo ra bể kim loại lỏng, bể hàn chung cho cả hai chi tiết. - Trong quá trình hàn nguồn nhiệt chuyển dời theo kẽ hàn, kim loại trong bể hàn đồng thời chuyển động theo. Theo qui -ớc, bể hàn đ-ợc chia thành hai phần: - 8 - -Phần đầu I: Bể hàn diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ (que hàn). -Phần đuôi II: Diễn ra quá trình kết tinh và hình thành mối hàn. *Kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sơ đồ chuyển động kim loại trong bể hàn (H2-2) Sự chuyển động đó gây ra do áp suất dòng khí lên mặt kim loại (vùng đầu), đồng thời do những yếu tố khác nh- lực điện tr-ờng khi hàn bằng hồ quang ngắn. D-ới tác dụng phụ của khí, kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng nhiệt về h-ớng ng-ợc với chuyển động của nó tạo nên chỗ lõm trong bể hàn. -Hình dạng bể hàn và hình dạng mối hàn ảnh h-ởng đến tính chất, đặc biệt tính chống nứt của mối hàn. -Hình dạng, kích th-ớc bể hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó chủ yếu là: Công suất nguồn điện, chế độ hàn, loại chiều dòng điện, tính chất lý nhiệt của vật hàn. -Hình dạng mối hàn đực tr-ng bằng chiều dài bể hàn Lb, chiều rộng và chiều sâu nóng chảy h (H2-3) -Ngoài ra chiều dài phần kết tinh (phàn đuôi Lk của bể hàn) tỷ số b/Lk gọi là hệ số, hình dáng của bể hàn cũng ảnh h-ởng đến điều kiện kết tinh và tính chất của kim loại mối hàn. - Chiều dài bể hàn không phụ thuộc vào tốc độ hàn mà chỉ phụ thuộc vào công suất nguồn nhiệt, còn hệ số hình dáng bể hàn phụ thuộc vào tốc độ hàn. -Khi tốc độ hàn lớn hình dáng K bể hàn sẽ nhỏ và ng-ợc lại hàn sẽ nhỏ và ng-ợc lại Hệ số hình dáng ảnh h-ởng lớn đến quá trình kết tinh dẫn đến chất l-ợng mối hàn. Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng) điều kiện kết tinh tôt và chất l-ợng mối hàn cao, ng-ợc lại (bể hàn hẹp) sinh ra nứt ở mối hàn. Đ2- 2: sự chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn Nguyên cứu sự chuyển dịch kim loại khi hàn hồ quang có ý nghĩa thực tiễn lớn: +Đối với sự tạo thành mối hàn - Quá trình luyện kim trong vùng hàn. - ảnh h-ởngđến thành phần, chất l-ợng mối hàn. Kim loại que hàn chuyển vào bể hàn ở dạng những giọt nhỏ, khi hàn hồ quang bất cứ ở vị trí t- thế nào kim loại cũng chuyển que hàn vào bể hàn. *Điều này giải thích nh- sau: - 9 - I.Các ph-ơng pháp vận chuyển: 1.Sự vận chuyển gắn liền với hiện t-ợng đoản mạch: Trong hàn hồ quang tay, đ-ờng kính que hàn lớn, dòng điện hàn nhỏ, nên quá trình vận chuyển của kim loại lỏng từ que hàn xuống bể hàn là: Kim loại lỏng ở đầu que hàn nóng chảy tạo thành giọt, sau đó giãn dài ra chạm vào bể hàn gây ra hiện t-ợng đoản mạch và đứt ra, mối hàn trong tr-ờgn hợp này có chiều sâu nóng chảy nhỏ. 2.Sự chuyển vận tự do (hiện t-ợng m-a): Khi ta hàn bằng ph-ơng pháp hàn tự động hoặc bán tự động thì đ-ờng kính dây hàn nhỏ, nguồn nhiệt lớn. Vì vậy nguồn nhịêt phát ra rất mạnh làm cho dây hàn nóng chảy tạo thành những hạt nhỏ. Những hạt này bay qua cột hồ quang đi đến bể hàn, th-ờng gọi là hiện t-ợng m-a. Mối hàn trong tr-ờng hợp này đạt độ sâu nóng chảy lớn. II.Các yếu tố tác động đến giọt kim loại lỏng nóng chảy từ que hàn vào bể hàn 1.Trọng lực của các giọt kim loại: Những giọt kim loại hình thành trong mặt đầu que hàn dịch chuyển theo ph-ơng thẳng đứng từ trên xuống d-ới. Lực này làm chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn khi hàn bằng (sấp) và có tác dụng ng-ợc lại khi hàn trần (ngửa). Còn hàn đứng một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống d-ới. 2.Sức căng bề mặt: Sinh ra do tác dụng của phân tử. Lực phân tử này luôn luôn có khuynh h-ớng tạo cho bề mặt chất lỏng một năng l-ợng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng tạo cho bề mặt những giọt kim loại có hình dạng cầu. Những giọt kim loại này chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng kéo thành dạng chung của bể hàn. -Sức căng bề mặt giữ cho kim loại lỏng của bể hàn khi hàn trần không bị rơi. 3.C-ờng độ điện tr-ờng: -Dòng điện đi qua que hàn sinh ra quanh nó một điện tr-ờng ép lên que hàn có tác dụng làm mặt cắt ngang đến 0. -Lực này cắt kim loại đầu que hàn thành những giọt. -Do sức căng bề mặt c-ờng độ điện tr-ờng ở danh giới nóng chảy que hàn thắt lại. -Mặt cắt ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác điện trở cao nên nhiệt lớn, Do đó kim loại lỏng đến trạng thái sôi, tạo ra áp lực đẩy giọt kim loại vào bể hàn. -Mật độ dòng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn do đó không có hiện t-ợng kim loại lỏng từ vật hàn vào que hàn đ-ợc. - 10 - 4.áp lực trong: Kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh, nhiều phản ứng hoá học xảy ra ở đó và sinh ra các chất khí. ở nhiệt độ cao thể tích các chất khí tăng lên gây nên một á p lực mạnh, đẩy giọt kim loại lỏng tách khỏi que hàn rơi vào bể hàn. Đ2- 3: tổ chức kim loại của mối hàn -Sau khi hàn, kim loại lỏng ở bể hàn gồm: (Kim loại que hàn và kim loại vật hàn) nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. -Vùng kim loại vật hàn gần mối hàn bị ảnh h-ởng nhiệt thay đổi về tổ chức và tính chất. Nguyên cứu mối hàn thép ít Cácbon qua kính hiển vi thấy có nhiều phần riêng và tổ chức khác nhau: 1.Vùng mối hàn (H2-5): -Vùng hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi nguội có tổ chức t-ơng tự thỏi đúc, thành phần, tổ chức khác với que hàn và vật hàn. -Vùng hàn với kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt rất nhỏ. Vùng tiếp theo của kim loại kết tinh theo h-ớng thẳng góc với mặt tản nhiệt tạo nên dạng nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm nguội chậm nên hạt lớn lẫn với chất phi kim loại (xỉ). 2.Vùng ảnh h-ởng nhiệt (H2-6): Sự tạo thành vùng ảnh h-ởng nhiệt là điều tất nhiên trong quá trình hàn nóng chảy. Chiều rộng của vùng ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp, chế độ hàn , thành phần và chiều dài vật hànTừ đó phân chia vùng ảnh h-ởng nhiệt ra các phần sau: a.Viền chảy 1: Trong quá trình hàn, kim loại cơ bản vùng này bị nung nóng xấp xỉ đến nhiệt độ nóng chảy và ở trạng thái rắn lỏng. Phần này thực chất quá trình hàn đã đ-ợc thực hiện gồm những hạt kim loại ch-a nóng chảy hoàn toàn. Hạt kim loại nhỏ ảnh h-ởng tốt đến cơ tính mối hàn . b.Vùng quá nhiệt 2: Vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 1100oc đến gần nhiệt độ nóng chảy. Kim loại vùng này chịu sự biến đổi thù hình và do quá trình nhiệt các hạt Ostennit bắt đầu phát triển. Vùng này hạt kim loại lớn, độ dai, va chạm, tính dẻo kém. Là vùng yếu nhất của vật hàn. c.Vùng th-ờng hoá 3: Kim loại bị nóng chảy từ 900 - 1100oc. Tổ chức gồm những hạt Ferit nhỏ và một số hạt Peclit nó có cơ tính cao. d.Vùng kết tinh lại không hoàn toàn 4: Kim loại bị nung nóng từ 720 - 900oc. Kim loại chỉ bị kết tinh lại một phần, do đó bên cạnh những tinh thể kim - 11 - loại cơ bản ch-a bị thay đổi, trong quá trình nung nóng có những tinh thể đ-ợc tạo nên trong quá trình kết tinh lại. Tổ chức gồm các Ferit và Ostennit nhỏ do đó cơ tính giảm. e.Vùng kết tinh lại 5 (vùng hoá già): Kim loại bị nung nóng từ 500- 700oc. Trong vùng diễn ra quá trình kết hợp những tinh thể nát vụn với nhau trong trạng thái biến dạng dẻo, trong quá trình kết tinh lại phát sinh và phát triển tinh thể mới. Nếu giữ ở nhiệt độ kết tinh lại quá lâu thì không diễn ra quá trình kết hợp mà diễn ra quá trình phát triển mạnh các tinh thể. Khi hàn kim loại không bị biến dạng dẻo, không xảy ra quá trình kết tinh lại. Vùng này có độ cứng giảm, tính dẻo tăng. f.Vùng giòn xanh: Kim loại bị nung nóng từ 100- 500oc. Trong quá trình hàn không có thay đổi về tổ chức nh-ng ảnh h-ởng nhiệt nên tồn tại ứng suất d-. Đ2-4: kích th-ớc thẳng của khu vực ảnh h-ởng nhiệt Có thể dùng đ-ờng cong (H2-6) để xác định kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt. Khu cực ảnh h-ởng nhiệt nhỏ, nội ứng suất sinh ra khi hàn lớn, nguy cơ nứt càng nhiều, những khu vực ảnh h-ởng nhiệt lớn thì nguy cơ biến dạngcong vênh vật hàn lớn. -Cơ tính kim loại trong vùng ảnh h-ởng nhiệt thấp hơn cơ tính kim loại vật hàn trừ vùng th-ờng hoá. -Từ những điều trên ta đi đến kết luận: +Trong điều kiện cho phép phải triệt để hạn chế kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt +Dùng các biện pháp ngăn ngừa sự phát triển nội ứng suất. +Kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn, chế độ hàn, tốc độ hàn, kim loại vật hàn. Kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp xác định theo bảng sau: Ph-ơng pháp hàn Kích th-ớc trung bình của các vùng (mm) Chiều dài của khu vực ảnh h-ởng nhiệt (mm) Quá nhiệt Th-ờng hoá Kết tinh lại không hoàn toàn Que hàn trần 1,2 0,6 0,7 2,5 Que hàn thuốc bọc dày 2,2 1,6 2,2 6,0 Hàn khí 21,0 4,0 2,0 27,5 Hàn tự động 0,8-1,2 0,8-1,7 0,7 2,5 - 12 - Tăng c-ờng độ dòng điện hàn hoặc chọn kích th-ớc que hàn lớn thì kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt tăng. Ng-ợc lại tăng tốc độ hàn khu vực ảnh h-ởng nhiệt giảm bởi vậy khi hàn tự động c-ờng độ dòng điện hàn lớn, tốc độ hàn nhanh. Kích th-ớc vùng nhiệt không lớn bằng hàn hồ quang tay, đôi khi hàn tự động vận tốc lớn khu vực ảnh h-ởng nhiệt không có. Điều này đ-ợc giải thích mặc dù trong quá trình hàn vùng kim loại nằm gần kim loại nóng chảy có nhiệt độ cao, nh-ng thời gian giữ nhiệt ngắn, các hạt Ostennit không kịp lớn lên nhiều. Kim loại có tính dẫn nhiệt cao thì kích th-ớc vùng ảnh h-ởng nhiệt bé. Đ2-5: hồ quang hàn I.Một số khái niệm về hồ quang hàn: 1.Khái niệm: Khi hàn cho que hàn tiếp xúc với vật hàn để sinh ra chập mạch do điện trở tiếp xúc và dòng điện chập mạch sinh ra nhiệt độ cao. Chỗ tiếp xúc giữa hai điện cực dẫn đến trạng thái nóng trắng. Sau đó nâng que hàn cách vật hàn một ít, lúc này không khí giữ đầu que hàn với vật hàn biến thành thể khí dẫn điện, sinh ra nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, hiện t-ợng này đ-ợc gọi là hồ quang. Nhiệt độ cao ánh sáng mạnh là hai đặc tính của hồ quang. Lợi dụng nhiệt độ để hàn hồ quang, á nh sá ng của hồ quang dùng để chiếu sá ng. 2.Cấu tạo: Sự phân bố về nhiệt, nhiệt l-ợng do 3 bộ phận cấu thành (H2-7). 1-Khu vực cực âm 2-Khu vực cực dơng 3-Cột hồ quang Trong hồ quang cực Cacbon hàn điện một chiều: -Khu vực cực âm có nhiệt độ 3200oc, nhiệt l-ợng toả ra là 38% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang. -Khu vực cực d-ơng có nhiệt độ 3400oc, nhiệt l-ợng toả ra là 42% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang. -Trung tâm cột hồ quang nhiệt độ lên đến 6000oc. Ng-ợc lại xung quanh cột hồ quang thấp, nhiệt l-ợng toả ra là 20% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang. Hồ quang của cực kim loại không nhất thiết, nh- vậy phụ thuộc vào tính năng que hàn, c-ờng độ dòng điện hàn Còn dòng xoay chiều nhiệt độ, nhiệt l-ợng phân bố trên que hàn, vật hàn căn bản giống nhau. 3.Điều kiện để hình thành hồ quang điện: - 13 - -Phải có một hiệu điện thế đủ lớn. -Khoảng không khí giữa hai điện cực phải đ-ợc ion hoá. Trong cấu trúc của nguyên tử, bao giờ cũng có nguyên tử . Nếu ta tăng động năng cho nó đủ lớn thì chúng ta sẽ bứt ra khỏi sức hút của hạt nhân và sẽ tách ra ngoài. Nếu nh- ở phía bên kia điện cực có hiệu điện thế đủ lớn thì điện cực bứt ra sẽ chuyển về phía d-ơng cực. Năng l-ợng dùng để bứt điện tử ra khỏi sức hút của hạt nhân (gọi là cộng ion hoá). Trong quá trình điện tử chuyển về phía d-ơng cực nó sẽ bắn phá các phần tử khi ở giữ hai điện cực và tạo ra các Ion d-ơng mới hay nói cách khác là sẽ xảy ra hiện t-ợng Ion hoá. Năng l-ợng dùng để Ion hoá khoảng không khí này gọi là điện thế Ion hoá và đến một mức độ nào đó sẽ xuất hiện cột hồ quang. II.Cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang: 1.Ph-ơng pháp gây hồ quang hàn: Có 2 cách a.Ph-ơng pháp mồi hồ quang ma sát: -Giống nh- ta đánh diêm, cho que hàn vạch lên trên mặt vật hàn, xuất hiện hồ quang nhân lúckim loại ch-a bắt đầu chảy nhiều lập tức nâng đầu que hàn và giữ khoảng cách từ đầu que hàn đến vật hàn từ 2- 4mm (H2-8b) b.Ph-ơng pháp mổ thẳng: Cho que hàn tiếp xúc (đầu que hàn và vật hàn đụng nhẹ vào nhau) sau đó xuất hiện hồ quang, nhanh chóng nâng đầu que hàn cách vật hàn từ 2 -4 mm (H2-8a) Đối với ng-ời mới học nghề thì ph-ơng pháp ma sát để điều khiển hơn nh-ng gây hỏng bề mặt hàn, còn ph-ơng pháp mổ thẳng khó thao tác, th-ờng sinh ra hồ quang bị tắt, hoặc chập mạch. Nh- vậy để nắm vững động tác khi mồi hồ quang, điều chủ yếu động tác cổ tay cần phải linh hoạt và chính xác. Chú ý: Tr-ờng hợp que hàn bị dính vào vạt hàn, chỉ cần lắc que hàn sang phảI hoặc sang trái có xu h-ớng kéo que hàn rời khỏi vật hàn. Nếu que hàn không rời ra ta bấm kìm hàn để nhả que hàn ra, sau đó tiến hành làm lại từ đầu. 2.Sự cháy của hồ quang: Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào điện thế giữa hai điện cực lúc máy ch-a làm việc, c-ờng độ dòng điện (chiều dài hồ quang). Quan hệ giữa điện thế và c-ờng độ dòng điện gọi là đ-ờng đặc tính của hồ quang. Ngoài ra còn phụ thuộc vào yếu tố khác. Ví dụ: Vật liệu điện thế, chiều dòng điện, không khí giữa hai điện cực Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. - 14 - Ngày nay bằng con đ-ờng lý thuyết và thực nghiệm ng-ời ta chứng minh và vẽ đ-ợc đ-ờng cong đặc tính của hồ quang (H2-9) Trên giản đồ Uh – f(Ih): Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện thì hình dáng đ-ờng cong cũng thay đổi cùng với sự thay đổi của dòng điện. *Khoảng dòng điện: I 80 A, điện thế hồ quang giảm khi dòng điện tăng lên. Nguyên nhân: Công suất hồ quang lúc này bé, tăng dòng điện, tăng mặt cắt cột hồ quang và đồng thời tăng tính dẫn nhiệt của nó. Đ-ờng đặc tính lúc này giảm dần liên tục. *Dòng điện tăng 80 – 800A thì dòng điện thế hồ quang trở nên không đổi, lúc này điện thế hồ quang phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Đ-ờng đặc tính của hồ quang song song với trục của dòng điện (gọi là đoạn đ-ờng đặc tính cứng), loại đ-ờng này sử dụng nhiều kỹ thuật hàn hồ quang tay. *Trong khoảng dòng điện 80 – 800A hồ quang cháy ổn định nhất và chỉ có chiều dài hồ quang thay đổi thì điện thế mới thay đổi. *Nừu tăng dòng điện lên 1000A mật độ dòng điện trong que hàn . Vết cực và mặt cắt cột hồ quang không thể tăng lên, mặc dù mật độ dòng điện tỷ lệ với c-ờng độ dòng điện. Nuế c-ờng độ dòng điện tăng Igh 10 3 A thì điện tích vết cực hồ quang không tăng. Bởi vậy điện thế lại tăng và đ-ờng cong đặc tính dốc lên, loại đ-ờng này dùng tròn kỹ thuật hàn tự động, hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ. III.Tác dụng của điện tr-ờng đối với hồ quang hàn: Cột hồ quang xem gần đay nh- vậy dẫn mền và d-ới tác dụng của điện tr-ờng cột hồ quang cũng bị chuyển dịch hình dáng thay đổi và dài ra: -Tr-ờng hợp bình th-ờng cột hồ quang cùng đ-ờng thẳng với trục tuyến của cực điện (H2-10) -Tr-ờng hợp không bình th-ờng trục tuyến cột hồ quang không trùng với trục cực điện (H2-11) -Tr-ờgn hợp này hồ quang lắc về bên phảI hoặc bên tráid, ng-ời thợ hàn khó khống chế cho hồ quang tập trung sức nóng voà vùng nóng chảy, làm cho chất l-ợng , sự hình thành mối hàn kém. Nhiều khi nghiêm trọng hồ quang bị tắt không hàn đ-ợc. Trong qúa trình hàn cần tránh hiện t-ợng hồ quang thổi lệch: +Nguyên nhân hồ quang thổi lệch: Do cột hồ quang chịu ảnh h-ởng của luồng không khí, độ dày thuốc bọc que hàn không đều. Nh-ng nguyên nhân chính th-ờng gặp do điện tr-ờng xung quanh cột hồ quang không phân bố đều gây nên hồ quang thổi lệch. Hiện t-ợng này gọi là hồ quang bị từ thổi lệch - 15 - Ví dụ: Khi dùng dòng một chiều để hàn th-ờng thấy hồ quang bị thổi lệch sinh ra theo chiều ng-ợc với chỗ tiếp diện điện của vật hàn (H2-12) Đó là vì kim loại vật hàn ở giữa vị trí tiếp diện điện và hồ quang của dòng điện hàn thông qua sinh ra từ thông. Nh-ng khi kim loại vật hàn một bên khác của hồ quang không có dòng điện hàn thông qua, không sinh ra từ thông, cho nên cột hồ quang phân bố không đều, phát sinh ra hiện t-ợng từ thổi lệch. Dòng điện càng lớn thì hiện t-ợng thổi lệch càng nghiêm trọng. -Nếu đem vị trí tiếp diện nối với phần d-ới của hồ quang, sự phân bố của điện tr-ờng xung quanh cột hồ quang đều nhau, khử đ-ợc hiện t-ợng hồ quang thổi lệch (H2-12) -Thực tế chứng minh khi dùng dòng xoay chiều để hàn ít thấy hiện t-ợng từ thổi lệch. - Vì dòng điện xoay chiều cực tính luôn thay đổi, do đó chiều của điện tr-ờng cũng luôn thay đổi do đó hiện t-ợng từ thổi lệch không đáng kể. Để đề phòng và giảm bớt hiện t-ợng hồ quang thổi lệch ta áp dụng biện pháp sau: 1-Dùng tấm chắn giảm bớt luồng khí ảnh h-ởng đến cột hồ quang. 2-Thay thế đổi vị trí tiếp điện của vật hàn làm cho điện tr-ờng xung quanh cột hồ quang phân bố đ-ợc đều. 3-Điều chỉnh thích đáng vị trí que hàn nghiêng theo h-ớng thổi lệch của hồ quang. IV.Phân loại hồ quang hàn; 1.Phân loại theo điện cực: a.Hàn hồ quang bằng cực điện không nóng chảy: -Cực điện chế tạo bằng than, grafit, hoặc bằng vomfram. -Sự hình thành mối hàn do kim loại vật hàn nóng chảy, không dùng que hàn phụ (H2-14a), hoặc đi kim loại phụ và vật hàn nóng chảy(H2-14b). b.Hàn hồ quang bằng cực điện nóng chảy: -Cực điện (que hàn bằng kim loại). Hồ quang cháy giữa que hàn và kim laọi cơ bản mối hàn hình thành chủ yếu là kim loại que hàn nóng chảy bù đắp vào mối hàn. 2.Phân loại theo ph-ơng pháp nối dây: a.Nối dây trực tiếp: Que hàn nối với một cực còn vật hàn nối với cực khác (H2-14a). (Th-ờng dùng khi hà bằng cực nóng chảy) b.Nối dây gián tiếp (H2-15a, b): Hai cực của nguồn điện với que hàn, hồ quang cháy giữa hai que hàn khi muốn hàn phảI để hồ quang gần mối hàn truyền nhiệt từ hồ quang vào vật hàn làm nóng chảy mối hàn (dùng cực điện không nóng chảy). - 16 - c.Nối dây vừa trực tiếp vừa gián tiếp: Ph-ơng pháp nối dây hỗ hợp chỉ dùng khi hàn hồ quang 3 pha (H2-15b). Năng suất hàn cao. 3.Phân loại theo dòng điện: a.Hàn hồ quang bằng dòng xoay chiều: C-ờng độ và chiều h-ớng dòng điện luôn thay đổi theo thời gian, dòng điện đó gọi là dòng điện xoay chiều hay gọi tắt là dòng xoay chiều. -Cực tính điện xoay chiều không cố định do đó khi hàn không cần suy tính cách đấu thuận hay nghịch có thể đấu tuỳ ý cực nào vào kìm, hoặc vật hàn đều đ-cợ. -Dòng xoay ch