Giáo trình Hàn kim loại và hợp kim màu (Trình độ Trung cấp, Cao đẳng)

ảy của nó 20500c trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm và hợp kim nhôm khoảng 600 - 6500c. Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền thấp khi gần nhiệt độ chảy thì chi tiết có thể bị phá hoại do khối lượng bản thân nó. Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm không thay đổi màu sắc nên khó quan sát khi hàn. Khối lượng riêng của oxýt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên bể hàn. Ở nhiệt độ cao dễ hòa tan H2 tạo nên rỗ khí. 1.2 Vật liệu hàn nhôm: - Khí: Khí C2H2, O2 - Nhôm tấm S= 3mm - Que hàn phụ 2mm - Thuốc hàn. 2. Chuẩn bị Thiết bị dụng cụ hàn khí 2.1. Thiết bị: Mỏ hàn khí. Chai khí O2. Đồng hồ khí O2. Chai khí C2H2. Đồng hồ khí C2H2. Máy mài tay. 2.2. Dụng cụ Kính bảo hộ hàn khí. Găng tay da. Búa nguội. Kìm kẹp phôi. Bàn chải thép. 0+2 L k k 1   s 0 + 2  k k 3. Chuẩn bị phôi hàn 3.1.Cắt phôi. 3.1.1. Phôi hàn giáp mối: Hình: 1.1. Kích thước phôi hàn 3.1.2. Phôi hàn góc - Mối hàn góc Sự chuẩn bị và kích thước của mối hàn góc không vát mép Hình: 1.2. Phôi hàn góc - Mối hàn chữ T: Sự chuẩn bị và kích thước của mối hàn chữ T không vát cạnh. Hình: 2.5. Phôi hàn góc chữ T 3.2. Làm sạch Trước khi hàn Nhôm cần làm sạch lớp dầu mỡ có trên bề mặt chi tiết. Tẩy bằng Aceton hoặc dung môi khác trong khoảng rộng từ 100 ÷ 150 (mm) từ mép 200 3 1 ÷ 2 1 0 0 của chi tiết. Sau đó lớp oxyt Nhôm được tẩy trong khoảng rộng từ 25 ÷ 30 (mm) bằng phương pháp cơ học như (giấy ráp, bàn chải thép không gỉ có đường kính sợi <0,15mm). Có thể dùng hoá chất để khử ôxit (Tẩm thực 0,5 ÷ 1 phút) trong dung dịch 1 lít nước: 50 g NaOH, 45 g NaF. Sau đó xối nước (1 ÷ 2 phút) và trung hoà bằng dung dịch axit nitric 30 ÷ 35 % (với hợp kim Al-Mn) hoặc dung dịch axit khác (sổ tay về hàn). Sau đó xối lại bằng nước và sấy khô bằng không khí nóng 80 ÷ 90 0C. Sau khi làm sạch bề mặt, chi tiết phải được hàn trong vòng 3 ÷ 4 tiếng đồng hồ. 4 Tính chế độ hàn: Vật hàn trước khi hàn phải được chuẩn bị tốt. Vật mỏng S = 1,5 – 2 mm, dùng kiểu uốn mép, nhỏ hơn 30 mm không cần vát mép, 10mm vát 450 lớn hơn 10 mm vát 900. Ngọn lửa hàn: ngọn lửa hàn bình thường. Công suất ngọn lửa hàn. W = (190 – 225)S (l/h). Nếu vật hàn đã được nung nóng sơ bộ (400 – 5000c). W = (125 – 150)S (l/h). Nếu nung nóng sơ bộ thực hiện bằng cách dùng ngọn lửa phụ thì công suất mỗi ngọn lửa chon như sau. W = (100 – 150)s (l/h). W. là công suất ngọn lửa biểu thị bằng lượng tiêu hao khí axetylen. S. chiều dày vật hàn (mm). 5. Gá đính phôi 6. Kỹ thuật hàn: - §Æt ph«i lªn mÆt g¹ch chÞu löa trªn bµn hµn sao cho ®êng hµn n»m ë trong kho¶ng trèng gi÷a hai viªn g¹ch. - Gi÷ má hµn nghiªng mét gãc tõ 45- 500 so víi híng ng-îc víi h-íng 15÷2 0 3δ÷4δ Hình: 2.6. Gá đính phôi so víi h-íng hµn vµ gãc nghiªng cña que hµn kho¶ng 40 - Dïng bÐp hµn sè 50 vµ que hµn 1,6. - Hµn ®-êng hµn mÆt trªn xong, lµm s¹ch vµ lËt ph«i råi hµn mÆt sau. Khi hµn ®iÒu chØnh ®Ó ®-êng hµn trªn vµ d-íi trïng nhau. - T¹o chiÒu réng ®-êng hµn ®Òu nhau trªn toµn bé chiÒu dµi ®-êng hµn. NÕu gi÷a ®-êng hµn trªn vµ d-íi lÖch nhau th× ®é bÒn cña chóng sÏ kh¸c nhau. - KÕt thóc ®-êng hµn + T¨ng tèc ®é hµn tõ vÞ trÝ c¸ch ®iÓm cuèi ®êng hµn kho¶ng 20 mm. + Khi cßn c¸ch ®iÓm cuèi cña ®êng hµn kho¶ng 10 mm ®a nh©n ngän löa lªn vµ xuèng ®Ó gi¶m sù nãng ch¶y cña kim lo¹i c¬ b¶n. + LÊp ®Çy r·nh hå quang ë ®iÓm cuèi ®ưêng hµn. 7. Kiểm tra mối hàn, sửa chữa khuyết tật - Kiểm tra bề mặt mối hàn, kích thước mối hàn. - Kiểm tra độ ngấu mối hàn, chất lượng mối hàn. 8. An toàn lao động và vệ sinh phân xưởng - KiÓm tra b×nh xem cã cßn trong thêi h¹n sö dông hay kh«ng. B×nh ®· ®−îc kiÓm ®Þnh an toµn ch−a.( th−êng c¸c b×nh nµy ph¶i kiÓm tra thö ¸p suÊt 5 n¨m 1 lÇn.) Xem trªn b×nh cã c¸c hiÖn t−îng h− háng nh−: vÕt nøt, vÕt lâm, c¸c khuyÕt tËt kh¸c,... Khi ph¸t hiÖn cã c¸c khuyÕt tËt th× cÇn t×m c¸ch kh¾c phôc kÞp thêi hoÆc ph¶i b¸o ngay cho xÝ nghiÖp ®Ó t×m c¸ch thay thÕ. kiÓm tra c¸c van cã vÆn chÆt hay kh«ng. Kh«ng ®Ó lÉn c¸c b×nh cßn khÝ víi c¸c b×nh ®· hÕt khÝ dÔ g©y nh»m lÉn khi sö dông. Kh«ng ®Ó c¸c b×nh chøa khÝ nÐn c¹nh n¬i cã nguån nhiÖt nhÊt lµ nh÷ng n¬i cã ngän löa nh− lß rÌn, ngän löa hµn h¬i. CÇn biÕt r»ng : khi nhiÖt ®é t¨ng th× ¸p suÊt trong b×nh t¨ng lªn : NhiÖt ®é : +10 + 20 + 30 + 40 ¸p suÊt trong b×nh KG / mm 2 145 150 155 160 Khi ¸p suÊt trong b×nh t¨ng lªn céng víi nh÷ng khuyÕt tËt trªn b×nh cã thÓ lµm cho nã næ, v× thÕ c¸c b×nh nµy cÇn c¸ch xa nguån nhiÖt Ýt nhÊt lµ trªn 1 m vµ c¸ch xa ngän löa kho¶ng trªn 5 m. B×nh chøa khÝ ph¶i ®Æt th¼ng ®øng (cho phÐp ®Ó nghiªng trong 1 thêi gian ng¾n). CÇn lau chïi s¹ch c¸c vÕt bÈn, dÇu mì, chÊt dÔ b¾t löa trªn c¸c d©y dÉn khÝ, van khÝ, ... v× nh÷ng chÊt nµy dÓ g©y ch¸y råi sinh ra næ b×nh hoÆc sinh ra ho¶ ho¹n. Khi më van khÝ ®Ó lau chïi hay vËn hµnh, c«ng nh©n kh«ng ®−îc ®øng ®èi diÖn c¸c van trªn mµ ph¶i ®øng vÒ mét bªn. C¸c van khÝ cã thÓ më vÆn vµo - ra dÓ dµng, khi gÆp nh÷ng van chÆt qu¸ ph¶i cÈn thËn khi më hoÆc ph¶i tr¶ l¹i nhµ m¸y s¶n xuÊt ®Ó xö lý. C¸c b×nh chøa khÝ nh− «xy th−êng lµ kh«ng g©y ch¸y, nh−ng khi tiÕp xóc c¸c chÊt nh− dÇu mì, th× chóng cã thÓ b¾t löa & g©y ch¸y næ. C¸c b×nh chøa khÝ cã thÓ ph¸t löa do sù ma s¸t khi ®ãng më van. V× thÕ tr¸nh kh«ng cho dÇu mì r¬i dÝnh vµo c¸c b×nh chøa khÝ nh− «xy; khi thao t¸c më m¸y ph¶i lµm nhÑ nhµng, nªn tr¸nh va ®Ëp khi vËn hµnh, di chuyÓn,...tr¸nh g©y nªn ma s¸t m¹nh cã ph¸t tia löa... Kh«ng nªn ®Ó nhiÒu b×nh khÝ «xy ( >10 b×nh) cïng nhiÒu c«ng nh©n trong 1 ph©n x­ëngg. Khi cã hiÖn t−îng ch¸y quÆt l¹i cña ngän löa, th× lËp tøc ph¶i kho¸ c¸c van khÝ l¹i (van axªtylen vµ van «xy). Nung nãng c¸c b×nh C 2 H nguy hiÓm h¬n b×nh «xy v× khi T 0 = 56 0 C, ®é hoµ tan cña axªtylen vµo axet«n gi¶m ®i ®ét ngét. Axªtylen sÏ biÕn ®æi tõ d¹ng hoµ tan trong axªt«n sang d¹ng khÝ axªtylen. Lóc nµy ¸p suÊt cã thÓ t¨ng lªn 11,2 lÇn khi ë 20 0 C - 100 0 C. Khi cã ho¶ ho¹n th× nhÊt thiÕt ph¶i chuyÓn c¸c b×nh axªtylen ®i tr−íc. Khi vËn hµnh trong thêi gian dµi, bät xèp trong b×nh axªtylen cã thÓ bÞ nhá vôn vµ nÐn chÆt l¹i. Lµm cho l−îng khÝ axªtylen trµn lªn phÝa trªn, rÊt nguy hiÓm khi cã hiÖn t−îng ch¸y quÆt l¹i cña ngän löa. Khi hµn cÇn ®Ó l¹i mét Ýt khÝ axªtylen ®Ó kh«ng khÝ kh«ng vµo b×nh ®−îc cã thÓ g©y næ & ®Ó b¶o vÖ líp bät xèp cïng axªt«n: L−îng khÝ ®Ó l¹i cã thÓ kiÓm tra qua ®ång hå : T( o C) 0 0-15 15-25 23-35 P(KG/mm) 2 0,5 1,0 2,0 3,0 Khi vËn chuyÓn tr¸nh va ch¹m m¹nh, ph¶i lµm hÕt søc nhÑ nhµng, Kh«ng xÕp chung c¸c b×nh chøa khÝ lÉn víi b×nh kh«ng cã khÝ. Kh«ng cho phÐp mang v¸c c¸c b×nh trªn vai, trªn l−ng mµ ph¶i dïng xe ®Èy hay c¸ng khiªng,...Cho phÐp l¨n ®Èy c¸c b×nh trong c¸c kho¶ng c¸ch ng¾n kho¶ng 15-25 m. Kho chøa c¸c b×nh khÝ nÐn ph¶i c¸ch xa c¸c ngän löa kho¶ng trªn 10 m. C¸c b×nh chøa bÞ ch¸y cã thÓ g©y næ, cho nªn viÖc tr−íc hÕt cÇn t¸ch c¸c b×nh g©y ch¸y ra khái n¬i nguy hiÓm, t¸ch chóng khái c¸c b×nh chøa khÝ kh¸c. §©y lµ viÖc lµm kh¸ nguy hiÓm, th−êng lµ do c¸c ®éi ch÷a ch¸y næ chuyªn nghiÖp. Khi hµn khÝ cÇn chó ý khi b¾t ®Çu hµn: Më van «xy tr−íc ®Ó thæi bôi trong má hµn, sau ®ã ®ãng van l¹i vµ më van C 2 H 2 tr−íc råi míi më van oxy. Khi kÕt thóc hµn: th× dãng van C 2 H 2 tr−íc, sau ®ã míi ®ãng van «xy. Khi sö dông c¸c b×nh chøa khÝ axªtylen cÇn tr¸nh va ®Ëp, ph¶i ®¶m b¶o vÆn chÆt c¸c van khÝ, kh«ng ®Ó rß khÝ, kh«ng ®Ó ¸nh mÆt trêi chiÕu räi l©u g©y nãng b×nh, kh«ng ®Ó trong kho c¸c b×nh chøa axªtylen chung víi c¸c b×nh «xy, khi më b×nh ph¶i nhÑ nhµng. Khi sö dông b×nh sinh khÝ axªtylen (hay b×nh chÕ khÝ) th× kho¸ b¶o hiÓm ph¶i lu«n lu«n cã ®Çy n−íc ®Õn møc quy ®Þnh, ph¶i ®Æt b×nh c¸ch xa n¬i cã ngän löa trªn 10 m, cÇn kiÓm tra c¸c van vµ kho¸ an toµn tr−íc khi lµm viÖc. Xem c¸c van an toµn, ®ång hå cã lµm viÖc b×nh th−êng kh«ng,...Sö dông ®Êt ®Ìn theo ®óng kÝch cì vµ khèi l−îng ®· quy ®Þnh cho tõng lo¹i b×nh. Kh«ng dïng c¸c chæi kim lo¹i ®Ó lµm s¹ch c¸c van, kho¸, kh«ng dïng chæi ®ång ®Ó g¹t ®¸ v«i ra khái b×nh v× dÓ g©y tia löa, g©y ch¸y næ, khi më b×nh cÇn nhÑ nhµng, kh«ng hót thuèc khi tiÕp xóc víi c¸c b×nh tr−íc khi vËn hµnh,..Khi ®ang lµm viÖc, cÇn ph¶i cã ng−êi th−êng xuyªn kiÓm tra vµ quan s¸t, Kh«ng ®Ó ®Êt ®Ìn trong c¸c hép th−êng dÓ sinh khÝ cã thÓ lµm ch¸y kho. C¸c b×nh chøa khÝ th−êng ®−îc b¶o qu¶n n¬i cã t−êng x©y bao quanh ch¾c ch¾n. BÀI 2: HÀN NHÔM, HỢP KIM NHÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG TAY 1. Đặc điểm khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm và vật liệu hàn nhôm 1.1 Đặc điểm khó khăn khi hàn nhôm và hợp kim nhôm Nhôm có ái lực lớn đối với O2 tạo thành Al2O3. Ôxit này ở trong vùng mối hàn gây rỗ, xỉ nằm trên mặt vật hàn ngăn cản quà trình hàn. Nhiệt độ nóng chảy của nó 20500c trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm và hợp kim nhôm khoảng 600 - 6500c. Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền thấp khi gần nhiệt độ chảy thì chi tiết có thể bị phá hoại do khối lượng bản thân nó. Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm không thay đổi màu sắc nên khó quan sát khi hàn. Khối lượng riêng của oxýt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên bể hàn. Ở nhiệt độ cao dễ hòa tan H2 tạo nên rỗ khí. 1.2 Vật liệu hàn nhôm: - Nhôm tấm S= 3mm - Que hàn Nhôm 2.5mm - Thuốc hàn. 2. Chuẩn bị Thiết bị dụng cụ hàn khí 2.1. Thiết bị: Máy hàn 1 chiều Máy mài tay. 2.2. Dụng cụ Kính bảo hộ hàn khí. Găng tay da. Búa nguội. Kìm kẹp phôi. Bàn chải thép. 3. Chuẩn bị phôi hàn 3.1.Cắt phôi. 3.1.1. Phôi hàn giáp mối: 200 3 1 ÷ 2 1 0 0 0+2 L k k 1   s 0 + 2  k k Hình: 1.1. Kích thước phôi hàn 3.1.2. Phôi hàn góc - Mối hàn góc Sự chuẩn bị và kích thước của mối hàn góc không vát mép Hình: 1.2. Phôi hàn góc - Mối hàn chữ T: Sự chuẩn bị và kích thước của mối hàn chữ T không vát cạnh. Hình: 2.5. Phôi hàn góc chữ T 3.2. Làm sạch Trước khi hàn Nhôm cần làm sạch lớp dầu mỡ có trên bề mặt chi tiết. Tẩy bằng Aceton hoặc dung môi khác trong khoảng rộng từ 100 ÷ 150 (mm) từ mép của chi tiết. Sau đó lớp oxyt Nhôm được tẩy trong khoảng rộng từ 25 ÷ 30 (mm) bằng phương pháp cơ học như (giấy ráp, bàn chải thép không gỉ có đường kính sợi <0,15mm). Có thể dùng hoá chất để khử ôxit (Tẩm thực 0,5 ÷ 1 phút) trong dung dịch 1 lít nước: 50 g NaOH, 45 g NaF. Sau đó xối nước (1 ÷ 2 phút) và trung hoà bằng dung dịch axit nitric 30 ÷ 35 % (với hợp kim Al-Mn) hoặc dung dịch axit khác (sổ tay về hàn). Sau đó xối lại bằng nước và sấy khô bằng không khí nóng 80 ÷ 90 0C. Sau khi làm sạch bề mặt, chi tiết phải được hàn trong vòng 3 ÷ 4 tiếng đồng hồ. 4. Tính toán chọn chế độ hàn: - Có thể dùng cực than hoặc cực kim loại. Các que hàn được bọc thuốc hàn như hàn khí. - Que hàn là hợp kim nhôm có chất khử ôxy là Phốt pho (P) với dq=(1,5÷10)mm, Ih= (35 ÷ 65) dq. 5. Gá đính phôi 6. Kỹ thuật hàn: 6.1. Gây hồ quang . Gây hồ quang cách đầu mối hàn (10÷20) mm, sau khi phát sinh hồ quang, đưa que hàn quay lại điểm bắt đầu để hàn. 5.2. Tiến hành hàn. - Khi hàn dùng que hàn Φ3,2 hàn với hồ quang ngắn, đầu que hàn hướng vào đường tâm của rãnh. Điều chỉnh que hàn vuông góc với bề mặt vật hàn theo hướng nhìn dọc theo mối hàn và nghiêng với hướng hàn một góc 750 ÷ 850. Dao động que hàn theo kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt với biên độ dao động 5 ÷ 6 mm, bước dao động 1 ÷ 2 mm (hình 5.6). Chú ý dừng ở hai bên biên độ dao động để kim loại điền đầy mép hàn 15÷2 0 3δ÷4δ 5 ÷ 6 1÷2 Hình 5-5. Góc độ que hàn Hình 5-4. Cách gây hồ quang Hình 5-6. Phương pháp dao động que hàn Trong quá trình hàn phải luôn luôn quan sát bể hàn để điều chỉnh góc độ que hàn, dao động, hàn với chiều dài hồ quang hồ quang ngắn: Lhq = 2 ÷ 3mm, khi hàn mặt trước tốc độ đưa que hơi chậm, khi bịt đáy thì đưa que theo kiểu đường thẳng để tăng chiều cao mối hàn và giảm bề rộng mối hàn. - Đối với vật hàn không quan trọng khi hàn xong (hàn bịt đáy) không cần đục, cạo sạch gốc của mối hàn chính nhưng phải làm sạch sỉ hàn, Oxít kim loại bằng bàn chải sắt sau đó dùng que Φ3 để hàn bịt đáy với dòng điện lớn hơn một chút. - Đối với những vật hàn quan trọng khi hàn mặt chính và mối hàn một phía khi hàn cần thiết phải bảo vệ mặt sau của mối hàn bằng cách dùng đệm đồng, đệm đồng + thuốc hàn, dùng khí bảo vệ. Để tạo thuận lợi cho mối hàn có H>S thông thường người ta dùng đệm đồng, bột nhão.... - Khi hàn mặt sau cần thiết phải làm sạch gốc của mối hàn chính đến khi không còn thấy khuyết tật, rỗ khí, xỉ của mối hàn chính có thể dùng phương pháp đục, khoét, mài, cắt bằng Plasma, hồ quang + khí nén.... - Khi hàn các mối hàn có chiều dài khác nhau: + Mối hàn ngắn (L < 500mm): Khi hàn cho phép hàn liên tục một mạch từ đầu đến cuối theo cùng một hướng (hình 5-7a). + Mối hàn trung bình (L = 500 ÷ 1000mm): Khi hàn tiến hành hàn phân đoạn, hàn từ giữa ra hai đầu (hình 5-7b). + Mối hàn có chiều dài lớn (L > 1000 mm). Khi hàn dùng phương pháp phân đoạn ngịch để hàn: Chia môi hàn ra thành các đoạn ngắn (150 ÷ 250mm) và hàn từng đoạn theo hướng ngược lại với hướng hàn chung, nhằm tránh ứng suất tập trung và giảm biên dạng sau Hình 5-7. Hàn các mối hàn có chiều dài khác nhau Hướng hàn L < 500mm Hướng hàn 1 1’ L = 500 ÷ 1000mm Hướng hàn chung 1 2 3 4 L = 500 ÷ 1000mm a) b) c) khi hàn (hình 5-7c). 6.2. Ngắt hồ quang. Rút ngắn chiều dài hồ quang rồi ngắt thật nhanh. 6.3. Nối mối hàn. Làm sạch xỉ hàn tại chỗ nối. Gây hồ quang cách chỗ nối khoảng 20 mm sau đó đưa quay lại điểm nối. Điều chỉnh cho kim loại điền đầy rãnh hồ quang sau đó di chuyển que hàn theo hướng hàn. 6.4. Lấp rãnh hồ quang ở cuối đường hàn. Hình 5-10. phương pháp lấp rãnh hồ quang cuối đường hàn Cuối đường hàn, rút ngắn hồ quang rồi xoay đầu điện cực thành vòng tròn nhỏ khoảng (2÷3) lần. Dùng phương pháp hồ quang ngắt để điền đầy rãnh hồ quang. 7. Kiểm tra chất lượng mối hàn. Quan sát bề mặt và kiểm tra: - Hình dạng mối hàn (bề rộng mối hàn, chiều cao mối hàn và vảy hàn) có cháy cạnh hoặc rỗ xỉ, rỗ khí, khuyết cạnh, chảy tràn... - Quan sát điểm nối mối hàn. Hình 5-8. Cách nối que hàn Hình 5-9. Trạng thái mối nối - Điểm cuổi đường hàn. - Kim loại bắn tóe, xỉ hàn Dùng dưỡng kiểm và cá líp để kiểm tra kích thước mối hàn: bề rộng, chiều cao mối hàn. 6.2. Các khuyết tật của mối hàn. 7.1. Mối hàn không ngấu. - Nguyên nhân: do cường độ dòng điện hàn yếu, tốc độ hàn lớn. - Biện pháp phòng ngừa: Quan sát tình hình nóng chảy của vũng hàn để điều chỉnh lại dòng điện và tốc độ hàn, trước khi hàn phải hàn thử để kiểm tra chế độ hàn. 7.2 Mối hàn khuyết cạnh. - Nguyên nhân: do dòng điện hàn quá lớn, không dừng lại khi chuyển động que hàn sang hai bên rãnh hàn. - Biện pháp phòng ngừa: điều chỉnh cường độ dòng điện hàn chính xác, có dừng lại ở hai bên rãnh hàn khi dao động que hàn. 7.3. Mối hàn rỗ khí ngậm xỉ. - Nguyên nhân: do không chấp hành công tác làm sạch phôi hàn, sấy khô que hàn trước khi hàn, dòng điện hàn yếu. - Biện pháp phòng ngừa: Tuyệt đối chấp hành công tác làm sạch phôi, sấy khô que hàn trước khi hàn. 8. AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH PHÂN XƯỞNG. 8.1. An toàn lao động. - Trang bị đầy đủ bảo hộ lao động: Mặt nạ hàn, kính bảo hộ, tạp dề da, dày da, ống che chân, che tay. - Có trang bị bình chống cháy và bình chống cháy phải thường xuyên được kiểm tra hạn sử dụng. Hình 5-11. Các líp kiểm tra mối hàn Hình 5.7. Cá líp kiểm tra mối hàn - Nghiêm chỉnh chấp hành nội qui xưởng thực hành. 8.2. Vệ sinh phân xưởng: Sau khi kết thúc ca thực tập, phải vệ sinh khu vực hàn và toàn bộ xưởng. - Cắt công tắc “OFF” của máy hàn, cắt cầu dao điện nguồn vào máy hàn, cuốn dây hàn treo vào vị trí quy định. - Thu dọn các dụng cụ: Kính hàn, búa nguội, búa gõ xỉ, dưỡng kiểm vào vị trí quy định - Vệ sinh bàn hàn: Các đầu mẩu que hàn ; phôi hàn; xỉ hàn để riêng các thùng khác nhau. - Vệ sinh toàn bộ phân xưởng. BÀI 03: HÀN NHÔM HỢP KIM NHÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG 1. Đặc điểm khó khăn khi hàn nhôm, hợp kim nhôm và vật liệu hàn nhôm 1.1 Đặc điểm Nhôm có ái lực lớn đối với O2 tạo thành Al2O3. Ôxit này ở trong vùng mối hàn gây rỗ, xỉ nằm trên mặt vật hàn ngăn cản quà trình hàn. Nhiệt độ nóng chảy của nó 20500c trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm và hợp kim nhôm khoảng 600 - 6500c. Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền thấp khi gần nhiệt độ chảy thì chi tiết có thể bị phá hoại do khối lượng bản thân nó. Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm không thay đổi màu sắc nên khó quan sát khi hàn. Khối lượng riêng của oxýt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên bể hàn. Ở nhiệt độ cao dễ hòa tan H2 tạo nên rỗ khí. Khi hàn sử dụng dòng điện xoay chiều để hàn nhôm, đầu điện cực được mài tròn. 1.2. Vật liệu và khí bảo vệ hàn TIG nhôm 1.2.1. Khí bảo vệ: Khí Ar; He Bất kỳ loại khí trơ nào cũng có thể dùng để hàn TIG, song Argon và Heli được ưa chuộng hơn cả vì giá thành tương đối thấp, trữ lượng khí khai thác dồi dào. Argon là loại khí trơ không màu, mùi, vị và không độc. Nó không hình thành hợp chất hóa học với bất cứ vật chất nào khác ở mọi nhiệt độ hoặc áp suất. Ar được trích từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,9 %, có tỷ trọng so với không khí là 1,33. Ar được cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng khí hóa lỏng với nhiệt độ - 1840C trong các bồn chứa. Heli là loại khí trơ không màu, mùi, vị. Tỷ trọng so với không khí là 0,13 được khai thác từ khí thiên nhiên, có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp – 2720C, thường được chứa trong các bình áp suất cao. Sự trộn hai khí Ar và He có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Nó cho phép kiểm soát chặt chẽ năng lượng hàn cũng như hình dạng của tiết diện mối hàn. Khi hàn chi tiết dày, hoặc tản nhiệt nhanh, sự trộn He vào Ar cải thiện đáng kể quá trình hàn. 1.2.2. Điện cực Wolfram Tungsten (Wolfram) được dùng làm điện cực do tính chịu nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy cao (34100C), phát xạ điện tử tương đối tốt, làm ion hóa hồ quang và duy trì tính ổn định hồ quang, có tính chống oxy hóa rất cao. Hai loại điện cực sử dụng phổ biến trong hàn TIG: Tungstène nguyên chất (đuôi sơn màu Xanh lá cây): chứa 99,5% tungsten nguyên chất, giá rẻ song có mật độ dòng cho phép thấp, khả năng chống nhiễm bẩn thấp, dùng khi hàn với dòng Xoay chiều (AC) áp dụng khi hàn nhôm hoặc hợp kim nhẹ. Tungstène zirconium (0,15 đến 0,4% zirconium {ZrO2} - đuôi sơn màu nâu) có đặc tính hồ quang và mật độ dòng hàn định mức trung gian giữa tungsten pure và tungsten thorium, thích hợp với nguồn hàn AC khi hàn nhôm. Ưu điểm khác của điện cực là không có tính phóng xạ như điện cực thorium. Tungstène Cerium (2% cerium { CeO2} - đuôi sơn màu cam): nó không có tính phóng xạ, hồ quang dễ mồi và ổn định, có tuổi bền cao hơn, dùng tốt với dòng DC hoặc AC. Tungsten Lathanum { La2O3} có tính năng tương tự tungsten cerium. Bảng 2.1. Mã màu điện cực Loại điện cực Màu nhận biết EWP Xanh lá cây Green EWCe-2 Da cam Orange EWLa-1 Đen Black EWLa-1.5 Vàng Gold EWLa-2 Xanh da trời Blue EWTh-1 Vàng chanh Yellow EWTh-2 Đỏ Red EWZr-1 Nâu Brown EWG Xám Grey EWP = pure tungsten EWCe – 2 = tungsten + 2% cerium EWLa – 1 = tungsten + 1% lathanum EWLa – 1.5 = tungsten + 1.5% lathanum EWLa – 2 = tungsten + 2% lathanum EWTh – 2 = tungsten + 2% thorium EWG = tungsten + nguyên tố hợp kim không xác định EWZr – 1 = tungsten + 1% thorium EWTh – 1 = tungsten + 1% zirconium Bảng 2.2. Thành phần điện cực hàn TIG Phân loại Ký hiệu W min CeO2 LaO3 THo2 ZnO2 Thành phần khác EWP R07900 99,5 - - 0.5 EWCe-2 R07932 97,3 1.8-1.2 - 0.5 EWLa-1 R07941 98,3 - 0.8-1.2 0.5 EWLa-1.5 R07942 97,8 - 1.3-1.7 0.5 EWLa-2 R07943 97,3 - 1.8-2.2 0.5 EWTh-1 R07911 98,3 - - 0.5 EWTh-2 R07912 97,3 - - 0.8-1.2 0.5 EWZr-1 R07920 99,1 - - 1.7-2.2 0.15- 0.4 0.5 EWGd - 94,5 Không rõ 0.5 Ở bảng trên thể hiện sự phân loại điện cực hàn theo AWS. Chữ cái “E” là tên điện cực (Electrode). Chữ cái “W” là tên của nguyên tố hóa học Volfram. Tiếp theo là một hoặc 2 chữ cái chỉ rõ nguyên tố hợp kim được sử dụng trong điện cực. Chữ cái “P” chỉ ra loại điện cực Wolfram tinh khiết (Pure) mà không có thêm bất cứ nguyên tố hợp kim nào. Các chữ cái “Ce”, “La”, “Th” và “Zr” theo thứ tự chỉ ra rằng điện cực W được pha trộn với cerium, lanthanum, thorium, hoặc ziconium. Các chữ số: “1”, “1.5” hoặc “2” đằng sau nguyên tố hợp kim xác định thành phần % của các hợp chất được thêm vào. Tên điện cực cuối cùng, “EWG”, cho biết đây là loại điện cực chung chung (General) vì thành phần của nó không thích hợp với các loại khác ở bảng trên. Tất nhiên, hai điện cực cùng mang loại “G” sẽ thực sự khác nhau, vì vậy mà Hiệp hội hàn Hoa Kỳ (AWS) yêu cầu nhà sản xuất phải chỉ rõ thành phần của hợp chất thêm vào trên nhãn sản phẩm. Các điện cực được đánh mã màu để dễ dàng nhận biết. Trong khi làm việc với các điện cực này cần cẩn thận để màu của chúng không bị bong ra. + Tính chất – ứng dụng của điện cực Volfram - EWP, Volfram tinh khiết (99.5%W) Loại điện cực này không có hợp chất, điện cực W tinh khiết chứa tối thiểu 99.5% Volfram. Chúng cung cấp hồ quang ổn định tốt khi sử dụng dòng điện xoay chiều (AC-Alternating Current) với cả sóng được cân bằng hay không cân bằng và bộ làm ổn định liên tục tần số cao. Điện cực W tinh khiết phù hợp hơn với dòng xoay chiều hình sin để hàn Nhôm và Manhê vì nó cho hồ quang ổn định với cả khí bảo vệ là Ar và He. Vì không có khả năng dẫn nhiệt nhiều nên đầu của chúng có dạng hình cầu. Thường sử dụng để hàn Nhôm, Mn và các kim loại-hợp kim mầu khác. - EWCe-2, Volfram hợp chất với 2% o xít Cerium: Được kết hợp với khoảng 2% Cerium – một kim loại không phóng xạ và có nhiều nhất trong các nguyên tố “đất hiếm” (rare earth), việc thêm vào một lượng phần trăm rất nhỏ oxít Cerium làm tăng khả năng phóng điện của điện cực, cho điện cực có đặc tính khởi động tốt hơn và khả năng chuyển tải dòng điện cao hơn so với điện cực W tinh khiết. Đây là loại điện cực “đa mục đích” vì chúng có thể sử dụng tốt với cả dòng AC và dòng DC nối thuận. So với điện cực EWP thì loại điện cực này cho ra hồ quang ổn định hơn. Chúng có đặc tính gây hồ quang vượt trội ở dòng hàn nhỏ dùng để hàn các liên kết có quĩ đạo, ống, tấm mỏng và các chi tiết nhỏ. Nếu được sử dụng ở dòng hàn lớn hơn, oxít Cerium có thể tập trung quá mức vào đầu điện cực. Điều kiện làm việc này và sự thay đổi oxit sẽ loại bỏ các lợi ích mà Cerium mang lại. Điện cực EWCe-2 sử dụng tốt với dòng điện có sóng vuông. - EWLa-1 (1% Lanthan, màu đen); EWLa-1,5 (1,5% Lanthan, màu vàng); EWLa-2 (2% Lantan, màu xanh da trời): Là loại điện cực hợp chất với o xít Lantan (đất hiếm)-o xít không phóng xạ, chúng cho khả năng châm hồ quang tốt. Việc thêm vào từ 1-2% lanthan làm tăng khả năng chuyển tải dòng điện lên tới 50% (so với điện cực W tinh khiết) khi sử dụng với dòng AC. So sánh với các điện cực chứa Ce hoặc Th, điện cực chứa La có tuổi thọ cao hơn và có khả năng chống nhiễm bẩn W vào mối hàn tốt hơn. Lantan phân bố đều khắp chiều dài điện cực và duy trì đầu nhọn điện cực tốt, đây là một thuận lợi khi hàn thép thường và thép không rỉ với dòng DC. Điện cực chứa La sử dụng tốt với cả dòng DC và AC với đầu điện cực được mài nhọn hoặc dạng cầu. - EWTh-1 (vàng chanh); EWTh-2 (đỏ) - Volfram hợp chất với oxít Thorium: Là loại điện cực W hợp chất với 1 hoặc 2% oxít Thorium. Đây là 2 loại điện cực được sử dụng phổ biến vì chúng tạo ra hiệu suất hồ quang cao hơn so với loại điện cực W tinh khiết (dòng điện DC). Thorium cũng làm tăng “tuổi thọ” của điện cực dài hơn điện cực EWP. Tuy nhiên, Thorium là một kim loại phóng xạ (mức thấp) vì vậy khi làm việc cần phải chú ý bảo mang hộ đầy đủ, đặc biệt khi làm việc trong không gian hạn chế cần phải đảm bảo thông gió tốt. Đầu điện cực EWTh không mài có dạng cầu như khi hàn với điện cực W tinh khiết, EWCe hay EWLa. Thay vào đó nó được mài nhọn và sử dụng tốt với loại dòng điện một chiều sóng hình vuông. Loại điện cực này thường được sử dụng để hàn các loại thép. Hay sử dụng nhất là loại EWTh-2. - EWZr-1, Volfram hợp chất với 1% oxit Zirconium: Loại điện cực này chỉ sử dụng để hàn với dòng điện AC. Nó cho mối hàn chất lượng cao và khả năng nhiễm W vào mối hàn rất thấp. Hơn nữa, điện cực EWZr-1 còn tạo ra sự ổn định hồ cực kỳ tốt và chống lại sự phân chia W trong hồ quang hàn. Khả năng chuyển tải dòng điện bằng hoặc tốt hơn một chút so với điện cực EWCe, EWLa hay EWTh có cùng kích cỡ. - EWG (unspecified alloy-hợp chất không chỉ định) Loại điện cực này không chỉ rõ thành phần % của các o xít đất hiếm hoặc các o xít được kết hợp khác. Khi được chỉ rõ bởi nhà sản xuất, các chất được thêm vào với mục đích gây ảnh hưởng tới đặc tính tự nhiên của hồ quang. Nhà sản xuất cần phải chỉ rõ chất (hoặc các chất) được thêm vào cũng như số lượng (hoặc tổng số lượng) của chúng. Một vài điện cực chứa đất hiếm thuộc loại này và chúng chứa thành phần % khác nhau của 17 kim loại đất hiếm. Một hỗn hợp có thể gồm: 98% W; 1,5% o xít lanthan; và 0,5% hỗn hợp của các o xít đất hiếm khác. Một số loại điện cực trong nhóm này làm việc với dòng DC và AC, tuổi thọ kéo dài hơn và có thể sử dụng dòng điện lớn hơn so với điện cực chứa Thorium Bảng 2.3. Một số loại điện cực thông dụng. Kim loại hàn Bề dày mọi bề dày Loại dòng điện AC Điện cực nguyên chất hoặc zirconium Khí bảo vệ Argon hoặc Argon-Helium Nhôm Dày Mỏng DCEP DCEP Thoriée thoriée hoặc zirconium argon hoặc argon-hélium argon Đồng và hợp kim đồng Mọi cỡ bề dày Mỏng DCEP AC Thoriée nguyên chất hoặc zirconium argon hoặc argon-hélium argon Hợp kim Mọi cỡ bề AC nguyên chất argon Magesium dày Mỏng DCEP hoặc zirconium thoriée hoặc zirconium argon Niken, và hợp kim niken Mọi cỡ bề dày DCEP Thoriée argon Kích thước điện cực Các điện cực tungsten thường được cung cấp với đường kính 0,25 ÷ 6,35 mm, dài từ 70 ÷ 610 mm, có bề mặt đã được làm sạch hoặc được mài. Bề mặt đã được làm sạch có nghĩa là sau khi kéo dây hoặc thanh, các tạp chất bề mặt được loại bỏ bằng các dung dịch thích hợp. Bề mặt được mài có nghĩa là các tạp chất được loại bỏ bằng phương pháp màl. Tùy thuộc vào ứng dụng, vật liệu, bề dày, loại mối nối mà ta có các dạng mài khác nhau. Khi hàn với dòng AC ta chọn điện cực lớn hơn và mài vê tròn thay vì mài nhọn như khi hàn với dòng DCEN. Hình dạng và cách mài điện có ảnh hưởng quan trọng đến sự ổn định và tập trung của hồ quang hàn. Khi hàn với dòng xoay chiều (AC) thì đầu điện cực cần có dạng Bán cầu. Để có dạng mũi điện cực thích hợp ta dùng dòng xoay chiều kích hoạt hồ quang trên tấm vật liệu dày với tư thế trục điện cực thẳng góc với tấm vật liệu. Sở dĩ chúng ta phải dùng mũi điện cực bán cầu là vì khi hàn với dòng AC thì điện cực bị đốt nóng nhiều hơn do vậy cần bề mặt lớn hơn để giảm mật độ dòng nhiệt. Đặc biệt khi hàn trên nhôm, lớp oxýt nhôm bám trên mũi điện cực có vai trò tăng cường bức xạ electron và bảo vệ điện cực. Với điện cực bằng zirconium mũi điện cực tự động hình thành dạng bán cầu khi hàn với dòng AC. Song khi đó ta phải chấp nhận sự cháy không ổn định của hồ quang hàn. Các đề nghị dưới dây cho phép sử dụng tối ưu các điện cực tungsten. Cần chọn dòng điện thích hợp (kiểu và cường độ) đối với kích cở điện cực được sử dụng. Dòng điện quá cao sẽ làm hư hại đầu điện cực, dòng điện quá thấp sẽ gây ra sự ăn mòn, nhiệt độ thấp và hồ quang không ổn định. Đầu điện cực phải được mài hợp lý theo các hướng dẫn của nhà cung cấp để tránh quá nhiệt cho điện cực. Điện cực phải được sử dụng và bảo quản cẩn thận tránh nhiễm bẩn. Dòng khí bảo vệ phải được duy trì không chỉ trong khi hàn mà còn sau khi ngắt hồ quang cho đến khi nguội điện cực. Khi các điện cực đã nguội, đầu điện cực sẽ có dạng sáng bóng, nếu làm nguội không chuẩn, đầu này có thể bị oxy hóa và có mảng màu, nếu không loại bỏ sẽ ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Mọi kết nối, cả nước và khí, phải được kiểm tra cẩn thận. Phần điện cực ở phía ngoài mỏ hàn trong vùng khí bảo vệ phải được giử ở mức ngắn nhất, tùy theo ứng dụng và thiết bị, để bảo đảm được bảo vệ tốt bằng khí trơ. Cần tránh sự nhiểm bẩn điện cực. Khi sự tiếp xúc giữa điện cực nóng với kim loại nền hoặc que hàn, sự duy trì khí bảo vệ không đủ, sẽ gây ra sự nhiểm bẩn. Thiết bị, đặc biệt là đầu phun khí bảo vệ, phải sạch và không dính các vệt hàn. Đầu phun bị bẩn sẽ ảnh hưởng đến khí bảo vệ, ảnh hưởng đến hồ quang, do đó giảm chất lượng mối hàn. 1.2.3. Que hàn TIG Phương pháp hàn TIG có thể hàn không dùng que đắp, tùy thuộc vào dạng mối nối và kim loại hàn. Đồng thời khi hàn trên vật liệu mỏng có thể dùng kiểu mối hàn bẻ mí và hàn không que. Cũng có thể áp dụng cách hàn này cho các mối hàn kiểu gấp mép (Edge) hoặc các mối hàn góc ngoài. Chọn kim loại đắp Thành phần của que đắp cần phải phù hợp tốt nhất với thành phần của kim loại hàn để bảo đảm mối hàn đồng nhất, mà không có các cấu trúc bất lợi về mặt luyện kim. Que đắp được dùng phải là loại đáp ứng được các yêu cầu của phương pháp TIG: không gây ra các tác động bất lợi về mặt luyện kim như rỗ khí, ngậm oxýt / silic. Kim loại đắp và kim loại hàn hòa tan vào nhau khi hàn, tỉ lệ này thay đổi theo độ ngấu sâu của vũng chảy vào vật liệu hàn và đôi khi độ ngấu thiếu hoặc thái quá cũng gây ra các cấu trúc bất lợi cho thành phần kim loại của mối hàn. Mặt khác phải bảo đảm que hàn được tẩy sạch dầu mỡ và bụi/ rỉ khi hàn để hạn chế rỗ bọt khí. Bảng 2.4. Tiêu chuẩn kỹ thuật AWS kim