Bài giảng Công nghệ Hàn áp lực - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ Hàn áp lực do trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định biên soạn gồm có 3 chương với những nội dung chính sau: công nghệ hàn điện trở; công nghệ hàn nổ; công nghệ hàn ma sát. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ Hàn áp lực - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG – THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ HÀN ÁP LỰC Mã số: TB2012-01-02 TS. Nguyễn Ngọc Hùng ThS. Bùi Thị Tuyết Nhung KS. Cao Thị Hằng NAM ĐỊNH, Năm 2012 1
LỜI NÓI ĐẦU Ngành Công nghệ Hàn ở Việt Nam đang có những bƣớc phát triển mạnh mẽ đặt ra yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực nghề Hàn có kỹ thuật cao. Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Nam Định đào tạo Kỹ sƣ Công nghệ Hàn và Sƣ phạm kỹ thuật Công nghệ Hàn; do đó rất cần có tập bài giảng phù hợp phƣơng thức đào tạo Học chế tín chỉ. Tập bài giảng Công nghệ Hàn áp lực đƣợc biên soạn dựa trên chƣơng trình đào tạo thuộc Bộ môn Công nghệ Hàn, Khoa Cơ khí - Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Nam 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 Ih P 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 600 0,75 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 = I h + I r 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) Zr 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: Zr = (m * Rr ) 2  X r2 (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 định điện trở toàn phần của mạch rẽ và dòng điện mạch rẽ khi hàn 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) 4 8 12 l/dm 3,0 6,0 9,0 12,0 Ir (A 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 = (m * Rr ) 2  X r2 Trong đó: - ρ0 : Là điện trở riêng của chi tiết ở 00; 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 = (m * Rr ) 2  X r2 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  Z r  (2,5 * 27,3) 2 = 68,3 μΩ Dòng điện mạch rẽ là: U 2,5 Ir    36600 ( A) Rz 68,3 * 10 6 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 Rct   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 F=π.(d/2)2 = π×1,52 = 7,1 cm2 . Rct = 2×13,5×(2,5/7,1) = 9,5 μΩ.- Rk : điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết; rk 0,005 Rk   = = 47,3 μΩ P 500 0, 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. Khi T > 6000 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) l 2,5 Rct   t = 81 = 28,5 µΩ F 7,1 R∑2 = 2. Rct = 2×28,5 = 57 μΩ. Điện trở trung bình của toàn bộ quá trình là : R1  R 2 52,8  57 Rtb   = 55 μΩ 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 d e  (5 10) s S: mm * 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: thƣờng l = 3d. I P th tch I P th tch 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
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 Rn  Rn'  Rn'' 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  qn  qn'  qn" (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  qT  qT'  qT"  qM '  q" và Q  q  2q  q (1.10) M T z M 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