Công nghệ sửa chữa đầu máy diezel - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:163

Thêm vào BST

Báo xấu

166
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI VÀ SỬA CHỮA CHI TIẾT 4.1. Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật của việc sửa chữa chi tiết Trong quá trình sử dụng các chi tiết đầu máy bị hao mòn làm cho hình dạng hình học, kích thước nguyên thủy và đặc tính lắp ghép của chúng thay đổi dẫn đến các bộ phận của đầu máy mất khả năng làm việc hoặc không đảm bảo an toàn khi sử dụng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ sửa chữa đầu máy diezel - Chương 4

CHƯƠNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI VÀ SỬA CHỮA CHI TIẾT 4.1. Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật của việc sửa chữa chi tiết Trong quá trình sử dụng các chi tiết đầu máy bị hao mòn làm cho hình dạng hình học, kích thước nguyên thủy và đặc tính lắp ghép của chúng thay đổi dẫn đến các bộ phận của đầu máy mất khả năng làm việc hoặc không đảm bảo an toàn khi sử dụng. Mục đích của việc sửa chữa là để phục hồi lại hình dáng, kích thước, đặc tính lắp ghép của các chi tiết và các cụm máy hay nói cách khác là phục hồi khả năng làm việc của chúng. Khi sửa chữa, thời hạn làm việc (tuổi thọ) của chi tiết được tăng lên và như vậy có thể tận dụng hết khả năng làm việc ban đầu của nó. Giá thành sử dụng cuả chi tiết sửa chữa được xác định bởi tuổi thọ của nó vì vậy giá trị sử dụng càng cao nếu tuổi thọ của chi tiết sửa chữa càng lớn. Giá thành sử dụng Esd của chi tiết sửa chữa có thể tính như sau: Tsc  T E  E0   E , đồng Esd  (4.1) 0 T trong đó: T - tuổi thọ trung bình của chi tiết khi sử dụng mà không sửa chữa, giờ (km); Tsc - tuổi thọ trung bình của chi tiết với điều kiện có sửa chữa, giờ (km); E - giá thành của chi tiết mới, đồng ; E0 - giá thành thanh lý của chi tiết (giá thành khi bán sắt vụn), đồng. Như ta đã biết trong quá trình lắp ráp đầu máy ở xưởng (hoặc đoạn) thường phải dùng ba loại chi tiết sau đây: - Các chi tiết sau khi kiểm tra thấy vẫn còn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, đó là những chi tiết cũ còn sử dụng được. - Các chi tiết có hư hỏng hoặc khuyết tật đã được phục hồi và sửa chữa. - Các chi tiết mới, đó là những chi tiết mua hoặc tự chế tạo. Giá thành và số lượng của mỗi chi tiết trên đây đều khác nhau. Theo kinh nghiệm ở các xưởng sửa chữa của Liên Xô (cũ) thì số lượng chi tiết còn dùng được chiếm khoảng 30 - 40%, số lượng các chi tiết phục hồi chiếm khoảng 20 - 40% và số lượng các chi tiết mới chiếm khoảng 20 - 50%. Không kể các chi tiết còn dùng được, giá thành chi tiết phục hồi giảm rất nhiều so với chi tiết mua mới và nó chiếm khoảng 20 - 30% giá thành chi tiết mới. Việc phục hồi khả năng l m việc của chi tiết dẫn đến tiết kiệm nguyên vật liệu. à Trong nhiều trường hợp khi phục hồi bằng những phương pháp hiện đại tuổi thọ và tính năng làm việc của chi tiết đảm bảo không những như chi tiết mới mà còn có thể cao hơn 1,5 - 2 lần. Cnsc.111
Muốn phục hồi chi tiết có hiệu quả kinh tế cao phải đảm bảo yêu cầu sao cho chi phí sửa chữa nhỏ hơn trị số tăng giá thành sử dụng của chi tiết đạt được do sửa chữa. Điều kiện để sửa chữa chi t iết có lợi về mặt kinh tế được xác định bằng bất đẳng thức sau: Tsc  T E  E0  , Rsc  (4.2) E trong đó: Rs.c - giá thành sửa chữa chi tiết, đồng. Hoặc còn có thể xác định như sau: Csc Cm  , (4.3) Lsc Lm trong đó: Cs.c - toàn bộ chi phí để phục hồi chi tiết , đồng; Ls.c - thời gian sử dụng (tuổi thọ) của chi tiết sau khi sửa chữa; Cm - giá tiền mua phụ tùng mới; Ls.c - thời gian sử dụng của chi tiết. Ngoài ra khi sửa chữa phải chú ý tới giá thành ban đầu của chi tiết. Những chi tiết đắt tiền thì sửa chữa sẽ có lợi hơn. Do mòn không đều nên một số bề mặt làm việc của những chi tiết phức tạp có thể bị mòn không đáng kể và để phục hồi những bề mặt đó không cần phải chi phí nhiều vật liệu và lao động. Chẳng hạn giá thành của những con đội của bơm cao áp HK-10 có tất cả hai bề mặt làm việc chỉ chiếm 23-25% giá thành mua mới của nó, giá thành sửa chữa của một số chi tiết đắt tiền phức tạp và thậm chí khó sửa chữa như trục cam bơm cao áp cũng chỉ chiếm 6,5- 7,5% giá thành của trục mới. Muốn nâng cao tính kinh tế của các chi phí cho sửa chữa chi ti t thì phải ế giảm giá thành sửa chữa và tăng tuổi thọ của những chi tiết sửa chữa. Giá thành sửa chữa chi tiết có thể xác định như sau: Rs.c = Rt.l + Rpx + Ev.l + Rt.x, đồng (4.4) trong đó: Rt.l - tiền lương cơ bản của công nhân sản xuất; Rv.l - giá thành vật liệu chi phí cho sửa chữa chi tiết; Rp.x - các chi phí của phân xưởng; Rt.x - các chi phí chung của toàn xí nghiệp hoặc nhà máy. Nếu một chi tiết được phục hồi bằng những phương pháp khác nhau mà đảm bảo chất lượng như nhau, thì phương pháp có lợi về kinh tế nhất là phương pháp mà ở đó tỷ số giữa chi phí sửa chữa với trị số nâng cao tuổi thọ trung bình của chi tiết đạt được do sửa chữa là nhỏ nhất, có nghĩa là: Rsc  min , (4.5) Tsc  T Việc phục hồi chi tiết có lợi hay không còn thể hiện ở những mặt như chất lượng phục hồi, quy trình công nghệ, phương pháp phục hồi và các trang thiết bị sẵn có của xí nghiệp hay nhà máy sửa chữa. 4.2. Phục hồi chi tiết bằng các phương pháp nguội Cnsc.112
4.2.1. Phương pháp cạo Cạo là công việc gia công bằng tay cho các b mặt chi tiết bằng dụng cụ ề nguội gọi là dao cạo. Phương pháp này được sử dụng tương đối rộng rãi để gia công các bề mặt cong, chủ yếu khắc phục độ ô van không đáng kể của lỗ các ổ trượt không tháo rời được hoặc để rà khít các bạc lót với cổ trục hoặc gối đỡ của các ổ. Nhiều khi còn dùng cạo để rà khít các mặt phẳng của các bề mặt tiếp xúc, đặc biệt của các mặt phẳng của các chi tiết lớn. Quá trình cạo được tiến hành như sau: Bề mặt cổ trục hoặc một chi tiết công nghệ nào đó được bôi một lớp bột màu mỏng, sau đó chi tiết cần cạo được đặt lên bề mặt của chi tiết công nghệ, hay ngược lại chi tiết công nghệ được đặt vào lỗ của chi tiết cần gia công, sau đó quay đi vài vòng. Như vậy trên bề mặt của chi tiết gia công sẽ xuất hiện những vết tiếp xúc bột màu và khi cạo sẽ cạo vào chỗ những vết tiếp xúc đó. Cứ như thế tiến hành lặp đi lặp lại nhiều lần cho tới khi các vết tiếp xúc lấm chấm hoa dâu phân bố đều trên bề mặt chi tiết cần gia công thì thôi. Đối với các bề mặt có độ chính xác trung bình thì trên diện tích 25x25 mm cần phải có khoảng 10-15 vết tiếp xúc và đối với các bề mặt có độ chính xác cao phải có 20 – 25 vết tiếp xúc. Nhược điểm của phương pháp này là năng suất lao động thấp, giá thành cao. Trong sửa chữa đầu máy khi rà khít các bạc lót của cổ trục treo động cơ điện kéo với các cổ trục và các gối đỡ trong thân máy người ta dùng phương pháp cạo, hoặc để khắc phục những hư hỏng nhỏ của lớp hợp kim ba-bít của các bạc lót cổ trục khuỷu và trục cam, v.v... cũng dùng phương pháp này. 4.2.2. Phương pháp doa Gia công bằng dao doa (hay dao khoét) được sử dụng cơ bản để gia công lần cuối cho các lỗ của các ổ trượt không tháo rời được sau khi ép chúng vào thân máy hoặc để khắc phục độ ô van của các lỗ của một số chi tiết bị mòn. Khi doa hai lỗ trở lên cùng một lúc, muốn đạt được độ đồng tâm của chúng phải dùng các mũi dao có thể điều chỉnh được, có nghĩa là các mũi dao có phần dẫn hướng lắp trong trục dao hoặc lắp trên vành điều chỉnh ngắn với trục dao. Phương pháp này chỉ được sử dụng trong những trường hợp khi các ổ trượt đã lắp vào thân máy mà việc gia công các lỗ của chúng trên máy gặp khó khăn. 4.2.3. Phương pháp dũa Phương pháp gia công bằng đũa dùng để khắc phục độ ô van không lớn hoặc các khuyết tật cục bộ như vết xước, vết dập hoặc vết nứt nhỏ của các trục. 4.2.4. Phương pháp cấy chốt Phương pháp cấy chốt được sử dụng để khắc phục các vết nứt ở các bộ phận không quan trọng (không chịu tải) của chi tiết như trong các vách ngăn làm mát của blốc xylanh, trong thân các hộp giảm tốc hoặc máy tăng áp v.v..., có nghĩa là ở những chỗ mà ở đó vết nứt không thể khắc phục được bằng phương pháp hàn, hàn gắn hoặc bằng chất ê-pốc- xi vì nguyên nhân công nghệ nào đó. Để tránh cho vết nứt khỏi phát triển thêm phải tiến hành khoan chặn hai đầu bằng hai lỗ khoan 1 và 2 (hình 4.1a). Sau đó tiến hành cắt ren trong các lỗ đó rồi cấy các chốt vào đấy; các đầu nhô lên của chốt được xén cho bằng mặt với bề mặt chi tiết. Dọc theo vết nứt giữa hai chốt dùng dao phay hoặc dũa một rãnh A sâu 1,5 - 2,0mm và có chiều rộng lớn hơn đường kính của chốt cấy một chút (hình 4.1b). Sau Cnsc.113
đó khoan các lỗ 3 và 5 (hình 4.1c), ta rô ren và lắp các chốt, phần chốt nhô lên được xén đi và chừa lại khoảng 5mm (hình 4.1đ, d) tiếp theo xảm các đầu đỏ (đập toè ra) cho tới khi đầy kín rãnh (hình 4.1đ). Tiếp đó khoan các lỗ 4 và 6 (hình 4.1e) và lặp lại quá trình như trên cho tới khi toàn bộ vết nứt được lấp đầy bởi các chốt găm chồng lên nhau. Mối xảm được đánh sạch cho bằng mặt với bề mặt chi tiết rồi hàn thiếc lên chốc. Chất lượng sửa chữa được đánh giá bằng cách ép nước. a/ A 1 2 b/ c/ d/ ®/ 2 4 5 e/ 1 3 6 Hình 4.1. Sơ đồ phục hồi chi tiết có vết nứt bằng phương pháp cấy chốt Khi sửa chữa bằng phương pháp cấy chốt phải lưu ý mấy điểm sau đây: - Không được nong vết nứt và không được làm lỏng các chốt đã cấy lên tr- ước. Mỗi lỗ khoan tiếp theo kể từ lỗ thứ 3 cần phải chờm lên lỗ trước đã được cấy chốt một khoảng bằng 1/3 đường kính. - Chốt phải được chế tạo từ thanh đồng đỏ chiều dài khoảng 100-200mm. Ren của chốt phải dày hơn một chút so với ren của lỗ để khi lắp vào sẽ tạo ra lực căng nhất định. - Đường kính chốt không được lớn hơn chiều dày của chi tiết ở vùng có vết nứt. Thường dùng các loại chốt có đường kính 5-10mm. - Trước khi lắp chốt nên bôi một lớp keo lên phần ren của lỗ và của chốt. Phương pháp này tương đối đơn giản và tin cậy nhưng đắt tiền và lâu công, đòi hỏi thợ tay nghề cao vì vậy việc sử dụng bị hạn chế. Cnsc.114
4.3. Phục hồi chi tiết bằng các phương pháp gia công cơ khí 4.3.1. Phục hồi chi tiết bằng phương pháp lắp thêm chi tiết phụ Phục hồi các bề mặt bị mòn của chi tiết bằng phương pháp lắp thêm chi tiết phụ được sử dụng rộng rãi để phục hồi chi tiết theo kích thước sửa chữa và đặc biệt là để phục hồi kích thước danh nghĩa. Bằng phương pháp này còn có thể phục hồi các mặt làm việc của chi tiết phẳng bằng cách sử dụng các tấm có kích thước khác nhau táp lên chi tiết đó. Việc gia công các lỗ bị mòn của chi tiết để lắp ống lót được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau, thường là tiện trong sau đó mài hoặc không mài, khoan rộng lỗ và doa hoặc chỉ khoan rộng ra, chẳng hạn như khi phục hồi lỗ có ren. Các cổ trục có độ cứng không cao thường được tiện láng và sau đó mài, trong một số trường hợp chỉ tiện láng mà thôi. Việc chọn vật liệu để làm chi tiết phụ phải dựa vào vật liệu của chi tiết cần phục hồi. Ngoài ra đối với các chi tiết bằng gang thì có thể chế tạo chi tiết phụ không những bằng gang mà còn cho phép bằng thép (thường là thép 20). Bề mặt làm việc của chi tiết phụ cần phải thỏa mãn tất cả các yêu cầu về độ cứng như bề mặt làm việc của chi tiết được phục hồi. Vì vậy nếu cần thiết thì chi tiết phụ phải được gia công nhiệt luyện để đạt được các yêu cầu tương ứng. Phương pháp lắp ghép chi tiết phụ thường là lắp ghép có độ dôi. Trong một số trường hợp nếu dùng lắp trung gian thì có thể hàn chấm ở một vài điểm hoặc hàm theo toàn bộ chu vi hoặc dùng vít, gugiông để kẹp chặt. Việc kẹp chặt các tấm chi tiết phụ tiến hành nhờ các vít, đinh tán hoặc hàn theo chu vi. Khi sửa chữa khung giá thường dùng phương pháp hàn để ghép các tấm chi tiết phụ. Phục hồi các chi tiết chính như blốc xylanh, các te, thân các loại bơm bằng phương pháp lắp chi tiết phụ có thể đạt chất lượng cao nếu đảm bảo các yêu cầu công nghệ và chọn vật liệu của chi tiết phụ (nếu cần thì gia công nhiệt luyện), đảm bảo độ bóng của các bề mặt lắp ghép và bề mặt làm việc của chi tiết phụ sau khi gia công cơ hoàn chỉnh và đảm bảo trị số độ dôi của mối ghép. Trong thực tế sửa chữa có rất nhiều những trường hợp do chọn độ dôi không đúng nên ống lót (chi tiết phụ) chóng bị xoay và bị lỏng hoặc cả hai chi tiết đều bị phá hoại, thậm chí ngay trong quá trình ép do độ dôi quá lớn. Vật liệu ống lót kém chất lượng cũng như khi không gia công nhi t luyện đều dẫn đến h hỏng ệ ư nhanh chóng. Chúng ta đều biết rằng độ dôi thực tế bao giờ cũng nhỏ hơn độ dôi quy chuẩn (cho loại mối ghép đã định), còn bề mặt tiếp xúc thực tế của các chi tiết lắp ghép thì nhỏ hơn bề mặt hình học do trên bề mặt chi tiết sau khi gia công cơ khí để lại các vết lõm, nhấp nhô. Từ đó thấy rằng để đảm bảo lắp ghép chắc chắn ống lót vào lỗ hoặc lên cổ trục cần phải gia công thật bóng bề mặt chi tiết và ống lót, còn trị số nhấp nhô thì phải được chú ý tới khi tính toán độ dôi thực tế. Thực nghiệm chứng minh rằng khi độ bóng bề mặt chi tiết tăng lên thì hệ số ma sát tăng lên và do đó làm cho mối ghép càng chắc chắn hơn. Tuy nhiên, không cần cố gắng để đạt được độ bóng lớn hơn 810 bởi vì các bề mặt quá bóng sẽ không đem lại kết quả mong muốn đối với độ bền của mối ghép. Có lợi nhất nên gia công chi tiết và ống lót theo dung sai lắp chặt có độ chính xác cấp 2 hoặc cấp 3. Cnsc.115
Trị số độ dôi tính toán (thực tế)  có thể xác định theo công thức cho trước hoặc lấy độ dôi trong bảng (quy chuẩn),  t trừ đi một trị số quy ước u, trị số này xét tới sự san bằng các độ nhấp nhô khi ép:   t  u , (4.6) u  1,2h1  h2  , Với (4.7) trong đó: h1 và h2 - trị số nhấp nhô lớn nhất của bề mặt lắp ghép của các chi tiết, lấy trong bảng 4.1. Khi ép ống lót không đốt nóng hoặc không làm lạnh chi tiết thì nên bôi lên bề mặt ống lót một lớp dầu máy nhằm làm cho bề mặt khỏi bị kẹt và làm cho quá trình ép dễ dàng. Bảng 4.1. Độ sâu lớn nhất của các độ nhấp nhô ở các dạng gia công khác nhau Trị số h Trị số h Kiểu gia công Kiểu gia công ( m ) ( m ) Tiện Mài Thô 16 - 40 Thô 16 - 40 Trung bình 6 - 16 Trung bình 6 - 16 Tinh 2,5 - 6 Tinh 2,5 -6 Rất tinh 1,0-2,5 Khoan Trung bình + một lần doa 10 - 25 2 -4 Chuốt Tinh + một lần doa 6 - 10 Tinh + doa hai lần 2,5 - 6 Chừng nào việc kiểm tra độ bền lắp ghép ống lót vào lỗ hoặc lắp lên cổ trục của chi tiết này hoặc chi tiết khác không thể tiến hành bằng các phương tiện thông thường được, cho nên đối với các chi tiết cơ bản nên kiểm tra độ bền theo lực ép, và lực ép đó là tiêu chuẩn duy nhất để đánh giá độ bền. Lực ép xác định như sau: Pn  f n . p. .d .l , (4.8) trong đó: Pn - lực ép, daN; fn - hệ số ma sát khi ép; p - ứng suất nén trên bề mặt tiếp xúc, daN/cm2 ; d- đường kính bề mặt lắp ghép của chi tiết, mm; l - chiều dài mối ghép, mm. Hệ số ma sát khi ép lấy theo bảng 4.2. Ứng suất nén p trên bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào độ dôi và liên hệ với nó bằng biểu thức sau đây: Cnsc.116
 .103 , daN/cm2; p (4.9)  C1 C2    .d E E  1 2 trong đó: E1 và E2 - mô đuyn đàn hồi của chi tiết bị bao v chi tiết bao à 2 daN/mm ; C1 và C2 - hệ số phụ thuộc vào vật liệu của các chi tiết lắp ghép và d phụ thuộc vào tỷ số 1 ; d - độ dôi tính toán, m ;  d- đường kính của các chi tiết lắp ghép, mm. Trị số mô đuyn đàn hồi lấy theo bảng 4.3. Các trị số C1 và C2 tuỳ thuộc vào tỷ số các đường kính (hình 4.2) lấy theo bảng 4.4. Việc kiểm tra lực ép có thể tiến hành theo áp lực của dầu của đồng hồ. Khi ép ống lót sẽ bị biến dạng. Khi ép lên trục đường kính ngoài của ống lót sẽ tăng lên, còn khi ép ống lót vào lỗ đường kính trong của nó giảm xuống. Điều đó cần phải được lưu ý khi cho lượng gia công cơ của các bề mặt làm việc của ống lót sau khi ép chúng lên trục. Bảng 4.2. Hệ số ma sát khi ép Vật liệu chi tiết Kiểu lắp ghép Hệ số ma sát Bị bao Bao f fn Thép 30, 50 Thép 30, 50 Ép 0,06 - 0,13 0,06 - 0,22 Thép 30, 50 Gang Cì 28-48 Ép 0,07 - 0,12 0,06 - 0,14 Thép 30, 50 Đồng thau Ép - 0,05 - 0,10 Có đốt nóng Thép 30, 50 Thép 30, 50 0,08 -0,19 - Có làm lạnh Thép 30, 50 Thép 30, 50 0,07 - 0,16 - Có đốt nóng Thép 30, 50 Gang Cì 28-48 0,07 - 0,09 - hoặc làm lạnh Ghi chú: f- hệ số ma sát ép ra khi máy ép ổn định còn chi tiết dịch chuyển. Bảng 4.3. Mô đuyn đàn hồi và hệ số dãn nở Hệ số dãn nở  = 10-6 Vật liệu Mô đuyn đàn hồi E kG/cm2 CM/m2 Đốt nóng Làm lạnh Thép và thép đúc 20000- 21000 200 - 210 11 - 8,5 Gang đúc 7500 - 10500 75 - 105 10 -8 Gang rèn 9000 - 15000 90 - 150 10 -8 Đồng đỏ 8500 85 17 - 15 Đồng thau 8000 80 18 - 16 Cnsc.117
Bảng 4.4. Các trị số hệ số C1 và C2 Hệ số Hệ số d1 d1 d d d d C1 C2 C1 C2 hoặc hoặc d2 d2 0,0 0,70 - 0,5 1,37 1,97 0,1 0,72 1,32 0,6 1,83 2,43 0,2 0,78 1,38 0,7 2,62 3,22 0,3 0,89 1,49 0,8 4,25 4,85 0,4 1,08 1,68 0,9 0,25 9,83 P P d1 d d 2 Hình 4.2. Sơ đồ mối ghép có độ dôi Khi ép bạc lót lên trục đường kính ngo ài nó sẽ tăng lên một lượng: 2. p.d 2 .d 2 .103 , m 2  (4.10)   E2 d 22  d 2 trong đó: d2 - đường kính ngoài của ống lót, mm; d- đường kính trong của ống lót, mm. Khi ép ống lót vào lỗ đường kính trong sẽ giảm đi một lượng: 2. p.d 2 .d1.103 , m 1  (4.11)   E1 d 2  d12 trong đó: d - đường kính ngo ài của ống lót, mm; d1 - đường kính trong của ống lót, mm. Trong những trường hợp khi các chi tiết lắp ghép làm việc với các tải trọng lớn hoặc chế tạo từ những vật liệu có các hệ số dãn nở dài khác nhau và mối ghép Cnsc.118
phải chịu tác dụng của nhiệt độ cao hoặc khi phải lắp ghép với độ dôi lớn, thì khi ép nên đốt nóng chi tiết bao hoặc làm lạnh chi tiết bị bao. Việc đốt nóng ống lót khi ép còn tiến hành cả trong khi ép có độ dôi nhỏ nhằm làm cho quá trình ép được nhẹ nhàng và nâng cao độ bền của nó. Độ bền các mối ghép có đốt nóng, trong các điều kiện như nhau, lớn hơn 3 lần so với các mối ghép ép nguội, còn trị số độ dôi trung bình lớn gấp 2 lần do các độ nhấp nhô của bề mặt chi tiết không bị là phẳng như khi ép nguội. Khi lắp ép có đốt nóng cần phải biết nhiệt độ cần đốt nóng chi tiết bao hoặc cần làm lạnh chi tiết bị bao. Nhiệt độ đốt nóng chi tiết bao hoặc làm lạnh chi tiết bị bao xác định theo điều kiện:  .10 3   .t.d , (4.12) Từ đó  .103 t , (4.13)  .d  -trị số độ dôi lắp ghép lớn nhất, m ; trong đó:  - hệ số dãn nở (co hẹp) khi đốt nóng (làm lạnh) lấy theo bảng 4.3; d- đường kính mối ghép, mm; t - nhiệt độ đốt nóng hoặc làm lạnh, 0C. Trị số t nhận được cần phải tăng thêm khi đốt nóng và giảm đi khi làm lạnh độ 20 - 30% nhằm bù trừ sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình đưa ống lót tới và lắp lên chi tiết. Hình dạng các gờ có ảnh hưởng tới lực ép và sự xuất hiện vết xước, còn ống lót, tùy thuộc vào ép ống lót lên trục hay ép vào lỗ cần phải có góc vát 30-450. Phương pháp phục hồi các lỗ hình trụ và lỗ ren bằng cách lắp thêm chi tiết phụ là phương pháp tin cậy và phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp đó còn có những nhược điểm sau đây: 1. Ép bạc lót lên trục làm giảm độ bền mỏi của trục, điều đó rất quan trọng đối với các chi tiết làm việc với tải trọng đổi dấu. 2. Phương pháp này đắt tiền, bởi vì không những phải gia công sơ bộ bề mặt bị mòn của chi tiết mà còn phải chế tạo chi tiết phụ mà sau khi ép đòi hỏi phải gia công tinh lần nữa. 4.3.2. Phục hồi chi tiết theo kích thước sửa chữa Đây là phương pháp sửa chữa nhằm phục hồi hình dạng hình học đúng đắn và độ bóng bề mặt chi tiết mà không cần phải đảm bảo kích thước ban đầu, hay nói khác kích thước danh nghĩa của nó. Nhờ gia công cơ khí, lớp bề mặt bị mòn của chi tiết được phá bỏ và chi tiết nhận được một kích thước mới, lớn hơn, hoặc nhỏ hơn kích thước danh nghĩa. Khi gia công cơ khí, kích thước danh nghĩa bị thay đổi (về phía thịt của chi tiết) do đó không thể lắp ghép chúng với những chi tiết mới có kích th- ước danh nghĩa. Vì vậy, khi lắp ráp phải dùng những chi tiết phụ tùng có kích thước sửa chữa tương ứng đã được chế tạo sẵn hoặc phải phục hồi chi tiết lắp ghép sao cho chúng có kích thước tương ứng với những chi tiết cơ bản. Trong sửa chữa thường dùng hai loại kích thước sửa chữa: kích thước sửa chữa quy chuẩn (định trước) và kích thước sửa chữa tự do (không định trước). Cnsc.119
Kích thước sửa chữa quy chuẩn sử dụng rộng rãi đối với các chi tiết như píttông, xécmăng, chốt pittông, con đội, các bạc lót. Những chi tiết có kích thước sửa chữa như trên được chế tạo hàng loạt ở các nhà máy chế tạo phụ tùng và được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp sửa chữa. Ngoài ra, các nhà máy còn tiến hành phục hồi theo kích thước sửa chữa các chi tiết khác như blốc xylanh (sơ mi xylanh), trục khuỷu, lỗ dẫn hướng trục cam và bạc lót, xupáp và ống dẫn hướng của chúng, v.v... Ưu điểm của phương pháp phục hồi theo kích thước sửa chữa quy chuẩn so với kích thước sửa chữa tự do là nó cho phép chế tạo sẵn các chi tiết và tiến hành sửa chữa bằng phương pháp lắp lẫn, do đó giảm thời gian sửa chữa một cách đáng kể. Khi gia công chi tiết theo kích thước sửa chữa quy chuẩn, không những chỉ phải phá bỏ lớp bề mặt bị hao mòn của chi tiết để phục hồi hình dạng hình học đúng đắn, mà còn phải tiếp tục gia công cho tới khi nào đạt được kích thước sửa chữa mới thôi. Đối với loại kích thước sửa chữa không quy chuẩn (tự do) việc gia công được tiến hành cho tới khi đạt được hình dạng hình học đúng đắn và độ bóng cần thiết của bề mặt làm việc của chi tiết; tùy thuộc vào đặc tính và trị số hao mòn của chúng mà chi tiết có thể nhận những kích thước khác nhau. Chi tiết lắp ráp với chi tiết được phục hồi cũng phải có kích thước tương ứng. Như vậy, lắp ráp các mối ghép có kích thước sửa chữa tự do có liên quan tới phương pháp sửa lắp và sử dụng trong sản xuất sửa chữa nhỏ và đơn chiếc. Trong phương pháp này không thể chế tạo trước những chi tiết có kích thước nhất định, tuy nhiên, có thể chế tạo chúng ở dạng bán thành phẩm với độ dư gia công nhất định để sửa lắp. Trị số kích thước sửa chữa mới của chi tiết phụ thuộc vào độ hao mòn của nó và lượng dư gia công. Trị số hao mòn có thể đo trực tiếp. Lượng dư gia công lắp dựa theo đặc tính gia công, kiểu loại trang thiết bị, kích thước và vật liệu chi tiết. Khi lấy lượng dư gia công phải chú ý tới trị số biến dạng của hình dạng hình học, tới độ ô van và độ côn. Lượng dư gia công cần phải đảm bảo để nhận được hình dạng hình học đúng đắn của chi tiết bị mòn sau khi gia công cơ và không để lại dấu vết mòn nào trên bề mặt làm việc của nó. Nếu ký hiệu: dn - đường kính danh nghĩa (nguyên thủy) của cổ trục; dsc1, dsc2 ..., dscn - kích thước sửa chữa cổ trục; imax - trị số độ mòn lớn nhất về một phía của cổ trục; a - lượng dư gia công về một phía của cổ trục. Khi đó kích thước sửa chữa sẽ là: dsc1 = dn - 2 (imax + a) dsc2 = dsc1 - 2 (imax + a) = dn - 4(imax + a) (4.14) ... ... dscn = dscn-1 - 2(imax + a) = dn - 2.n(imax + a) Kích thước sửa chữa cuối cùng xác định bởi kích thước cho phép nhỏ nhất của cổ trục, nếu nhỏ hơn kích thước đó điều kiện độ bền sẽ không đảm bảo. Các kích thước giới hạn cho phép của các chi tiết khác nhau xác định bởi độ bền của chi tiết, chiều dày của lớp thấm các bon hoặc lớp tôi và kích thước của chi tiết lắp ghép. Cnsc.120
Số kích thước sửa chữa của trục (hay số lần sửa chữa): d  d scn n n , (4.15)  Ở đây, hiệu của đường kính danh nghĩa và đường kính giới hạn dn - dscn c hỉ độ giảm kích thước cổ trục mà không phá hoại độ bền của nó trong các lần sửa chữa. Độ giảm đường kính cổ trục sau 1 lần sửa chữa do mài mòn và do lượng dư gia công được ký hiệu là  và gọi là khoảng sửa chữa:  = 2 (imax + a), (4.16) Hoàn toàn tương tự như trên có thể xác định các kích thước sửa chữa đối với lỗ, chỉ có điều trong các công thức cần thay dấu trừ thành dấu cộng, còn số lượng các kích thước sửa chữa sẽ là: D  Dn n  max , (4.17)  trong đó: Dmax - đường kính lớn nhất cho phép của lỗ Việc chọn phương pháp gia công chi tiết theo kích thước sửa chữa phụ thuộc vào vật liệu và gia công nhiệt luyện của chi tiết, vào trị số hao mòn, lượng dư gia công và thiết bị cắt gọt. Phục hồi chi tiết theo kích thước sửa chữa là phương pháp thông dụng và phổ biến và tương đối rẻ tiền so với các phương pháp khác. Tuy nhiên nó còn có một số nhược điểm chẳng hạn như nó phá vỡ tính lắp lẫn của các chi tiết và tính lắp lẫn đó chỉ còn tồn tại đối với một kích thước sửa chữa nhất định mà thôi. dsc dsc a a a a i min i max i max i max dn dn Hình 4.3. Sơ đồ tính toán kích thước sửa chữa của trục và lỗ a. Trục; b. Lỗ. 4.4. Hàn và hàn đắp các chi tiết bằng gang và hợp kim nhôm Cnsc.121
Hàn và hàn đắp chiếm một vị trí quan trọng không thể thiếu ở các xí nghiệp sửa chữa như hàn đắp bề mặt bị mòn của các chi tiết, hàn các đường nứt, các chi tiết bị hư hỏng, v.v... Hàn là quá trình liên kết các phần kim loại với nhau thông qua sự chảy lỏng của kim loại bằng nhiệt độ. Còn hàn đắp là lớp kim loại hàn phủ lên bề mặt chi tiết nhằm làm tăng kích thước, tăng chất lượng bề mặt (độ cứng, khả năng chống mòn...). Hàn đắp thường dùng để phục hồi các bề mặt chi tiết bị mòn của máy. Hiện nay công nghệ hàn đã phát triển đến mức độ cao, hoàn thiện về thể loại cũng như chất lượng. Nhiều công việc cũng như toàn bộ quá trình công nghệ đã tiến tới bán tự động và tự động. Tuy vậy, hàn tay vẫn còn được sử dụng rộng rãi, trong những điều kiện cụ thể nhất định nó vẫn tỏ ra vạn năng, linh hoạt. Bên cạnh đó hàn còn một số nhược điểm như: vi phạm nhiệt luyện và cấu trúc kim loại, giảm độ bền mỏi, khó hàn cho thép chứa nhiều các bon, thép hợp kim và kim loại màu, gây ra ứng suất tập trung, gây ra nứt và cong vênh chi tiết, cháy cục bộ các thành phần vật liệu kim loại. Dựa vào nguồn nhiệt cung cấp người ta chia ra hàn hơi và hàn điện hồ quang. Ngoài ra tuỳ theo tính chất đặc trưng của quá trình hàn còn chia ra các loại như: hàn tiếp xúc, hàn điểm, hàn với tần số cao, hàn ma sát, hàn dùng siêu âm, v.v... Trong thực tế sửa chữa, người ta thường dùng hàn điện và hàn hơi để phục hồi các chi tiết chế tạo bằng gang và thép. Về nguyên lý của các phương pháp hàn và các trang thiết bị hàn có thể tham khảo trong các tài liệu về "hàn và máy hàn"; trong phần này chỉ đề cập tới một số trường hợp đặc biệt đó là hàn gang, hàn nhôm và hàn rung mà thôi. 4.4.1. Hàn các chi tiết bằng gang 1. Tính chất của gang xám và ảnh hưởng của các thành phần hóa học Gang xám là một trong những sản phẩm đúc, dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Từ gang xám người ta chế tạo ra nhiều chi tiết ô tô, máy kéo, đầu máy và các máy móc khác. Gang là h kim của sắt với hàm lượng các bon cao hơn ợp 1,7%. Theo kết cấu, gang xám bao gồm phần lớn là sắt, trong đó một số ít các bon (không quá 0,8%) có liên kết hóa học với sắt (xêmentít) và graphit ở trạng thái tự do. Cơ tính của gang không những phụ thuộc vào thành phần hóa học mà còn bởi sự tương quan giữa số lượng liên kết hóa học và các bon tự do.Thành phần liên kết hóa học của các bon càng lớn thì độ cứng và độ bền càng cao. Độ bền của gang còn phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của mạng tinh thể graphit. Mức độ chứa các thành phần hóa học của gang và tốc độ làm nguội khi gang chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn. Thành phần của gang xám thông thường ngoài sắt, các bon chiếm tỷ lệ từ 0,3 - 3,6% và các nguyên tố khác như silic, măngan, phốt pho và lưu huỳnh. Silíc có tác dụng thúc đẩy việc tạo thành các bon tự do, trong quá trình nguội của gang nó phân tích xêmentít thành pherit graphit. Trong các loại gang xám thông thường hàm lượng silích dao động trong khoảng 2 - 3%. Măngan có tác dụng cản trở việc tạo thành graphit và thúc đẩy quá trình tạo gang trắng. Măngan chiếm khoảng 0,5 - 0,8%. Măngan còn có tác dụng làm trung hòa tác dụng của lưu huỳnh và kết hợp với lưu huỳnh thành liên kết hóa học. Cnsc.122
Lưu huỳnh cũng có tác dụng ngăn cản việc tạo thành graphít, làm giảm độ bền cơ học và tăng độ giòn của gang khi bị đốt nóng. Ngoài ra nó còn giảm đặc tính chảy lỏng của gang, tăng độ co và thúc đẩy việc tạo thành các vết nứt. Trong gang lưu huỳnh chiếm khoảng 0,08 - 0,12%. Phốt pho có hàm lượng trung bình 0,3% tạo nên thể trung hòa phức tạp và được sinh ra trong thể tạp riêng. Phôtphit cùng tinh làm tăng độ cứng và độ chống mòn của gang đồng thời cũng làm tăng độ giòn. Ngược với lưu huỳnh, phốt pho làm tăng khả năng chảy lỏng của gang; trong các phôi đúc quan trọng bằng gang phốt pho chiếm tỷ lệ 0,2 - 0,3%. Gang dùng chế tạo các chi tiết cần độ chống mòn cao, lượng phốt pho chiếm 0,7 - 0,8%. Phốt pho hầu như không ảnh hưởng đến việc tạo thành graphít. 2. Ảnh hưởng của tốc độ làm nguội và ứng suất trong chi tiết gang đúc Tốc độ làm nguội của gang ảnh hưởng rất lớn tới quá trình graphit hóa gang nóng chảy và tạo nên kết cấu của gang sau khi nguội. Nếu tốc độ làm nguội nhanh thì quá trình graphit hóa bị ngăn trở và kết quả gang bị biến trắng. Ngược lại nếu tốc độ làm nguội của gang nóng chảy không nhanh quá thì graphit kịp thời xuất hiện với số lượng đáng kể. Trong khi làm nguội gang nóng chảy thì silic ảnh hưởng tới quá trình graphit hóa.Nếu tăng lượng silic thì thậm chí với tốc độ làm nguội nhanh vẫn có khả năng loại trừ hiện tượng biến trắng của gang. Kết cấu gang trắng hoặc gang hóa trắng (biến trắng) có thể thay đổi được bằng cách gia công nhiệt. Nếu đốt nóng gang đến 5000C thì trong thực tế không xảy ra graphit hóa và trong khoảng nhiệt độ 650-7500 thì quá trình đó lại xảy ra một cách nhanh chóng. Gang bị graphit rất nhanh khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn (cao hơn 7500C). Trong quá trình đông đặc của các chi tiết bằng gang đúc có bề dày khác nhau, khi làm nguội các bộ phận đó không được làm nguội đồng đều và như vậy sẽ xuất hiện ứng suất bên trong khá lớn. Các ứng suất này có khả năng làm chi tiết bị cong vênh và sinh ra vệt nứt. Để giảm ứng suất trong các chi tiết bằng gang người ta thường đốt nóng tới nhiệt độ 400-5000C. Ở nhiệt độ này không làm thay đổi kết cấu kim loại trong gang, nhưng ứng suất bên trong được giảm đi nhiều. Kinh nghiệm cho thấy rằng ứng suất xảy ra trong quá trình đúc có thể giảm tới 80% và hơn nữa nếu để phôi gang đó "già hóa" ở nhiệt độ bình thường trong khoảng thời gian nửa năm hay một năm. Đối với các chi tiết của đầu máy phần lớn không phải ủ ở nhiệt độ thấp hoặc cho thêm thời gian già tự nhiên. Các chi tiết này ngay trong quá trình sử dụng ứng suất được giảm đi rất lớn. Tuy vậy khi phục hồi chúng bằng phương pháp hàn và hàn đắp, do bị đốt nóng ở nhiệt độ cao, làm nguội nhanh, không đều, sẽ làm xuất hiện ứng suất cục bộ lớn. Vì vậy, việc khử ứng suất trong và sau khi hàn là việc rất quan trọng. Biện pháp chủ yếu khử ứng suất đối với các chi tiết gang là đốt nóng chi tiết trước khi hàn. Thông thường chi tiết đốt nóng trước đến 3500C thì hiệu quả khử ứng suất tương đối rõ. Đốt nóng trước tới 5500C và giữ chi tiết ở nhiệt độ này từ 3 - 4 giờ và hàn ngay ở nhiệt độ đó thì có thể khử được hoàn toàn ứng suất bên trong. Cnsc.123
Khi phục hồi bằng hàn và hàn đắp, tùy theo tầm quan trọng, đặc điểm và kết cấu của chi tiết ta có thể dùng phương pháp hàn nóng hoặc hàn nửa nóng. Khi hàn nóng, có thể đốt nóng toàn bộ chi tiết hay từng phần (còn gọi là đốt nóng cục bộ) chi tiết. Đối với các chi tiết phức tạp và quan trọng khó đốt nóng cục bộ thì để giảm ứng suất bên trong trước khi hàn phải đốt nóng toàn bộ với tốc độ đốt nóng chậm và tốc độ làm nguội chậm. 3. Hàn các chi tiết bằng gang Như các đặc điểm đã trình bày ở trên ta thấy gang là một loại vật liệu khó hàn vì trong gang xuất hiện các nội ứng suất lớn, gang bị biến trắng, trong trạng thái nóng gang không có tính dẻo và có đặc tính chảy lỏng. Tính chảy loãng của gang làm cho nước kim loại của gang chảy tràn trên bề mặt chi tiết nhanh cho nên khó tạo thành những mối hàn đặc biệt khi hàn những chi tiết nằm ở vị trí thẳng đứng. Hàn gang có thể chia ra hai loại: hàn nóng và hàn nguội. a. Hàn nóng Gọi là hàn nóng vì chi tiết trước khi hàn đã được đốt nóng tới nhiệt độ nào đó và được giữ ở nhiệt độ này trong suốt quá trình hàn. Nhờ đốt nóng ở nhiệt độ cao toàn bộ (hay một vùng tương đối lớn) mà vùng được hàn sau đó được làm nguội từ từ cùng với toàn bộ chi tiết, tạo điều kiện dễ dàng cho quá trình graphit hóa của gang. Việc đốt nóng cao và làm nguội từ từ còn có tác dụng khử ứng suất bên trong do quá trình hàn gây ra. Nếu hàn nóng bằng hơi thì vật liệu hàn nên dùng các que gang, còn nếu hàn điện hồ quang thì có thể dùng que gang hoặc thép có thuốc bọc đặc biệt. Quá trình công nghệ hàn gồm các nguyên công sau đây: đốt nóng sơ bộ, hàn, làm nguội. Đốt nóng chi tiết trước khi hàn là một nguyên công chính ảnh hưởng đến chất lượng hàn, đốt nóng là để đảm bảo cho các chi tiết giãn nở đều về mọi phía. Các chi tiết không lớn thì có thể đốt nóng bằng khí đốt, lò điện hoặc lò đốt bằng than gỗ. Đốt nóng chi tiết cho phép tiến hành theo hai biện pháp sau đây: đầu tiên đốt nóng chi tiết đến 200-2500C trong vòng 20 phút (tốc độ khoảng 6000C/giờ,) sau đó tiến hành đốt nóng lần cuối tới nhiệt độ 7000C trong thời gian 20 - 25 phút. Quá trình hàn có thể tiến hành trong một chu kỳ khi mà nhiệt độ chi tiết chưa giảm xuống dưới 350-4000C. Để bảo vệ cho chi tiết khỏi ngu nhanh và nguội ội không đều thì sau khi đốt nóng chi tiết người ta ủ trong cát, tro hoặc bọc bằng bộ điều nhiệt chế tạo bằng thép tấm có bọc amiăng chỉ để hở chỗ cán hàn. Ngoài ra sau khi hàn cũng có thể lại phải đốt chi tiết đến 650-7000C sau đó làm nguội từ từ để loại trừ ứng suất bên trong. Hàn hơi cho gang thì dùng ngọn lửa trung hòa với lượng dư axêtylen không lớn. Muốn đạt được phẩm chất tốt nên dùng các que gang có thành phần hóa học sau đây (bảng 4.5). Bảng 4.5. Thành phần hóa học các que hàn gang Ứng Mã Thành phần hóa học, % Cnsc.124
hiệu Lưu dụng Phôt Crôm Niken huỳnh que Măngan Cácbon Silic pho P Cr Ni hàn S C S Mn Không quá Hàn A 3-3,6 3-3,5 0,5-0,8 0,08 0,2-0,5 0,05 0,03 nóng Hàn nóng và B 3-3,6 3,6-4,8 0,5-0,8 0,08 0,3-0,5 0,05 0,03 hàn nguội Chất trợ dung thường là burax hay hỗn hợp gồm 50% burax, 47% bicácbênát và 3% silic oxyt. Sau khi hàn xong cần ủ chi tiết trong thời gian 10 - 12 phút ở nhiệt độ 600- 0 650 C và sau đó làm nguội chậm đều bằng cách phủ cát, tro hay ủ trong lò. Dùng que hàn gang với lớp thiếc đã kê ở bảng trên nhằm tạo xỉ trên bề mặt mối hàn và ngăn chặn cho măngan khỏi bị cháy hoàn toàn, mối hàn nhận được sẽ là mối hàn mềm. Để hàn nóng các chi tiết bằng gang đòi hỏi phải có đầy đủ thiết bị như: lò xo, nhiệt luyện, nhiệt kế, v.v... Do đó, phương pháp này chỉ nên dùng ở những trường hợp cần thiết khi yêu cầu lớp kim loại hàn giống như kim loại chính về mọi tính chất. Bằng phương pháp này có thể hàn các ổ đặt xupáp bị mòn trên nắp động cơ bằng gang (chú ý là hàn hơi) hoặc hàn các vết nứt trong thành vỏ giữa hai xylanh hoặc ở các vị trí cách các ổ đỡ xupáp một khoảng nhỏ nào đó. b. Hàn nguội Sở dĩ gọi là hàn nguội vì trước khi hàn chi tiết không được đốt nóng sơ bộ. Khi đó kim loại ở vùng hàn được làm nguội rất nhanh hạn chế quá trình graphít hóa của gang cho nên sinh ra hiện tượng hóa trắng và tôi trong mối hàn, làm tăng ứng suất bên trong và có khả năng sinh ra vết nứt. Vì vậy, phải có phương pháp hạn chế nào đó có thể loại trừ hoặc hạn chế các hiện tượng trên. Đó là điều rất quan trọng vì rằng hàn nguội là phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp hàn nóng, năng suất cao. Dùng phương pháp này có thể phục hồi những chi tiết cỡ lớn bằng gang xám mà việc đốt nóng chúng tương đối khó khăn như thân máy, giá xe, v.v... Hàn nguội cho gang thường được thực hiện bằng phương pháp điện hồ quang với các que hàn bằng thép, gang, kim loại màu (ni ken, đồng thau, đồng đỏ), bột kim loại hoặc bằng chùm que. Để tránh cho cấu trúc mối hàn khỏi bị giòn và biến trắng, nên tiến hành hàn với mối hàn rộng và ngắn, có chiều dài khoảng 40-50mm. Để khử cấu trúc giòn tạo ra trong mối hàn cần phải tiến hành ủ sau đó làm nguội từ từ. Còn để giảm ứng suất dư trong mối hàn, tăng độ đậm đặc của kim loại mối hàn, giảm độ biến trắng của gang cần t iến hành như sau: lớp kim loại hàn thứ nhất được hàn đắp với tốc độ lớn bằng que hàn có đường kính 3mm ở cường độ dòng Cnsc.125
điện cao. Để tránh tập trung nhiệt ở một chỗ khi hàn phải lắc que hàn hoặc phải nghỉ ngắt quãng. Trước khi mối hàn thứ nhất đông đặc thì phủ lên nó một lớp thứ hai bằng những mối hàn ngang. Nếu lớp hàn thứ nhất bị xếp rõ thì các lớp sau cũng sẽ tương đối đậm đặc. 4.4.2. Hàn các chi tiết bằng nhôm và hợp kim nhôm Hàn nhôm và các hợp kim của nó là một quá trình rất phức tạp vì trên bề mặt của nhôm và hợp kim nhôm luôn luôn tồn tại một lớp oxyt Al2O3 rất khó nóng chảy (nóng chảy ở nhiệt độ 20500C), có tỷ trọng lớn hơn so với tỷ trọng của nhôm nguyên chất. Lớp ôxyt này chỉ có chiều dày khoảng 0,002mm nhưng rất vững chắc, nhiệt độ nóng chảy của nó còn cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nhôm và nó làm cản trở công việc hàn rất lớn. Khi hàn nó khó nóng chảy nên khả năng bám của kim loại hàn và kim loại chính sẽ rất kém nếu như không làm sạch cẩn thận. Màng ôxyt có thể bị phá hủy nhờ một chất trợ dung đặc biệt cho vào vùng hàn. Khi tác dụng lên oxyt nhôm chất trợ dung phân tích nó, nhôm được hoàn nguyên tạo điều kiện đảm bảo công việc hàn được tốt. Các chất trợ dung đặc biệt và thuốc hàn dùng khi hàn nhôm và các hợp kim nhôm gồm các muối ftorit hoặc clorua liti, kali, natri và canxi. Các muối ftorit và clorit nói trên có khả năng hòa tan rất tốt với ôxyt nhôm và làm cho nó dễ nóng chảy. Các chất trợ dung này không làm ảnh hưởng xấu đến mối hàn vì chúng không tạo với nhôm thành liên kết và không làm giảm cơ tính của nó. Khi kết hợp với các chất trợ dung màng ôxyt trở thành chất nhẹ nổi lên trên không làm bẩn mối hàn. Muối liti là loại có tác dụng hòa tan tích cực đối với màng ôxyt nhôm, song, vì là lo ại muối tương đối độc nên không được dùng rộng rãi lắm. Khi hàn các chi tiết nhôm hoặc hợp kim nhôm, để ngăn ngừa hiện tượng biến dạng (vênh) nứt và ổn định cho quá trình kết tinh của kim loại chảy trong vùng hàn, ta phải đốt nóng sơ bộ, cục bộ hoặc đôi khi phải đốt nóng toàn bộ chi tiết, đồng thời phải làm nguội chậm sau khi đã hàn xong. Trước khi hàn phải làm sạch chi tiết một cách kỹ càng bằng bàn chải kim loại sau đó rửa bằng xăng hoặc axêtôn. 1. Hàn hồ quang đối với nhôm và hợp kim nhôm Có thể tiến hành hàn nhôm bằng cực than hoặc bằng que kim loại. Khi hàn điện hồ quang bằng cực than, thường dùng thân cực graphit hoặc thỏi than dài từ 200-700mm có đường kính từ 6-25 mm tùy thuộc vào chiều dày của vật hàn. Đầu cực than được mài côn một góc 60-700. Chế độ hàn bằng cực than hoặc cực graphít xem bảng 4.6. Hàn bằng cực than hoặc graphít tiến hành ở dòng 1 chiều, ngược cực. Phương pháp này dùng để hàn hợp kim nhôm- magiê. Bảng 4.6. Chế độ hàn bằng cực than hoặc cực graphít Bề dày kim loại Cường độ dòng Đường kính của Đường kính cực được hàn, mm điện hàn, A cực than, mm graphít, mm 2-5 120 - 250 12,5 10,0 Cnsc.126
5 - 10 250 - 400 15,0 12,5 10 - 15 400 - 500 18,0 15,0 Khi hàn cực than cũng như khi hàn hơi có thể tiến hành bằng phương pháp hàn trái hoặc hàn phải. Hàn phải (kim loại đắp theo sau cung hàn) thường để phục vụ các chi tiết dày. Trường hợp này nhiệt của cung hồ quang đốt nóng trước cho kim loại chính như vậy tốc độ hàn được tăng lên. Mặt khác, khi hàn phải, thì việc làm nguội chậm như vậy đảm bảo điều kiện tốt cho kim loại kết tinh, đảm bảo cơ tính tốt. Đường kính que hàn được chọn phụ thuộc vào bề dày chi tiết hàn, số liệu cụ thể xem bảng 4.7. Bảng 4.7. Lựa chọn đường kính que hàn Bề dày vật hàn, Đường kính cực hàn, Bề dày vật hàn, Đường kính cực mm mm mm hàn, mm 3-5 4-6 12 - 15 8 - 10 5-8 5-6 15 - 20 10 - 12 20 và hơn nữa 8 - 10 6-7 12 - 15 10 - 12 7-8 - - Chất trợ dung được đưa vào vùng hàn nhờ que hàn, bột xỉ và các phần không hòa tan của ôxyt cũng được đưa ra khỏi vùng han nhờ que hàn. Các chi tiết trước khi hàn phải nung tới nhiệt độ 250-3000C, nhằm mục đích giảm biến dạng. Hàn điện hồ quang bằng các điện cực nhôm (que hàn nhôm) trần là không nên, vì như vậy hiện tượng ôxy hóa xảy ra rất mạnh. Các giọt nhôm hay hợp kim nhôm nóng chảy ra sẽ bị bọc bởi màng ôxyt, do vậy các giọt đó sẽ không dính lại với nhau và với kim loại cơ bản. Do đó để hàn được tốt, các que nhôm được bọc thuốc hàn đặc biệt thành phần như đã trình bày ở trên. Trong trường hợp này lớp thuốc hàn đóng vai trò của một chất trợ dung, thành phần của nó xem bảng 4.8. Bảng 4.8. Thành phần của thuốc hàn Các loại hóa chất Thành phần thuốc hàn, % 1 2 3 4 Kali clorua (KCl) - 50 50 50 Natri clorua (NaCl) 27,2 15 30 35,5 Liti Clorua (LiCl) 18,2 - - 10,0 Natri Florua (NaF) - - - 1,5 Kali florua (KF) - - - 3,0 Cnsc.127
Kroiôlit 45,5 35 20 - Sunfua natri 9,1 - - - Để bọc thuốc cho que hàn, các chất được nghiền nhỏ và khuấy trong dung dịch muối ăn bão hoà cho đến khi thấy đặc lại như hồ dán là được. Sau đó nhúng que hàn vào dung dịch, lấy ra ngo ài để khô trong 2 - 3 giờ ở nhiệt độ bình thường rồi cho vào lò sấy ở nhiệt độ 150-2500C trong thời gian từ 0,5 - 1,5 giờ. Bề dày lớp thuốc bọc phụ thuộc vào đường kính quen hàn như sau: Đường kính que hàn, mm: 3 4 5 6 Bề dày thuốc bọc, mm: 0,25-0,30 0,3-0,5 0,5-0,75 0,75-1,6 Kim loại dùng làm que hàn thường là các hợp kim nhôm có 5-6% silic và tốt nhất là chọn thế nào để hợp kim đó có thành phần phù hợp với thành phần kim loại chính. Khi hàn điện hồ quang đối với các chi tiết nhôm hay hợp kim nhôm phải tuân theo những quy tắc chung sau đây: chỉ hàn bằng dòng điện một chiều ngược cực, trong thời gian hàn que hàn chỉ dịch chuyển dọc theo mối hàn mà không phải cho dao động qua lại theo phương vuông góc với mối hàn. Cố gắng cho cung hàn thật ngắn càng ngắn càng tốt. Trên bảng 4.9 ghi chế độ hàn các chi tiết nhôm và hợp kim nhôm tùy thuộc vào chiều dày chi tiết và đường kính que hàn với điện áp nhỏ hơn 60 V. Bảng 4.9. Chế độ hàn đối với các chi tiết nhôm và hợp kim nhôm Bề dày kim Đường kính Cường độ Số lượt hàn, loại hàn, dòng điện que que hàn, Chi chú lần mm mm hàn, A Hàn có lót đệm 1,5 - 4,0 2,5 - 4,0 90 - 180 1 Nếu bề dày chi tiết 4-6 5 - 6,3 220 - 240 1 là 6mm thì phải đốt nóng tới 2000C Đốt nóng đến 2000C 6 - 10 4-5 180 - 250 1 Đốt nóng tới 5000C hơn 10 2 và có thể 4-6 200 - 250 hơn Khi hàn các chi tiết có kích thước lớn cường độ dòng điện hàn có thể tăng lên tới mật độ 40A cho 1mm đường kính que hàn với chiều dài cung hàn là 4mm và điện áp làm việc là 22-27V. Quá trình hàn được tiến hành có nung nóng sơ bộ và không cần dao động ngang cho que hàn. Khi hàn những chi tiết có chiều dày dưới 5mm có thể đốt nóng cục bộ ở một vùng nhỏ bằng điện cực trong vòng vài giây là đủ. Hàn nhôm cũng có thể tiến hành trên các máy hàn tự động thông thường có chất trợ dung với giới hạn không lớn lắm. Trường hợp này gặp khó khăn lớn là chuẩn bị cho cơ cấu cung cấp chất trợ dung một cách đều đặn trong suốt quá trình hàn. Trong hàn tự động người ta dùng chất trợ dung có mã hiệu AH-A1 có thành phần Cnsc.128
như sau: 50% kaliclorua, 20% natri clorua, 30% kriclit. Chất trợ dung A -4 có thành phần 28% NaCl, 50% Kol, 14% LiCl, 8% NaF. 2. Hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng hàn hơi Hàn nhôm và các hợp kim của nó bằng ph ương pháp hàn hơi nói chung không có gì đặc biệt khác so với hàn hơi các chi tiết bằng thép hay gang. Nhược điểm lớn của hàn hơi là không tập trung nhiệt. Cho nên trong hàn hơi, ngọn lửa sẽ đốt nóng bề mặt chi tiết trên một vùng rộng và trong một vài trường hợp có thể làm thay đổi cấu trúc của kim loại chi tiết. Tuy vậy, hàn hơi có ưu điểm là có thể điều chỉnh được nhiệt lượng và môi trường hơi đốt (từ ngọn lửa oxy đến ngọn ửa l axêtylen) ngoài ra còn cho phép giữ kim loại trong vùng hàn ở trạng thái nóng chảy, điều đó cho phép tăng thời gian thoát khí của mối hàn tránh được hiện tượng rỗ khí. Trong hàn hơi phải dùng ngọn lửa có công suất bé hơn so với hàn hơi đối với các chi tiết bằng thép và phải dùng ngọn lửa trung hòa. Tùy thuộc vào chiều dày của chi tiết hàn mà tiến hành chọn công suất ngọn lửa và số hiệu đầu mỏ hàn như trong bảng 4.10. Sở dĩ phải dùng ngọn lửa trung hòa để hàn là vì nếu trong khi thừa ôxy thì nhôm bị ôxy hóa mạnh và tạo ra màng ôxyt khó chảy. Nếu là ngọn lửa axêtylen mà thừa hyđrô thì làm cho mối hàn dễ bị rỗ. Bảng 4.10. Lựa chọn công suất ngọn lửa và số hiệu đầu mỏ hàn Chiều dày Công suất Số hiệu, Chiều dày Công suất Số hiệu chi tiết, ngọn lửa đầu mỏ chi tiết, mm ngọn lửa đầu mỏ mm axetylen, l/h hàn axetylen, l/h hàn 0,8 50 0 4,0 750 4 1,0 75 0 6,0 1200 5 1,5 150 1 10,0 1750 6 Lớn hơn 10,0 2,0 300 2 2500 7 3,0 500 3 - - - Chất trợ dung dùng để hòa tan lớp ôxyt nhôm khó chảy là các chất đã nêu ở trên như các hợp chất muối clorua và florua ở dạng kali clorua (KCl), natri clorua (NaCl), liti clorua (KliCl), kali ftorit (KF), natri ftorit (NaF) với các hợp chất khác như kriôlit và kim lo ại kiềm thô. Trước khi hàn các chi tiết đúc từ hợp kim nhôm phải đốt nóng sơ bộ chi tiết đến nhiệt độ 150-2000C để tránh hiện tượng nứt. Sau khi hàn cũng phải đốt nóng bên trong. Trong trường hợp này cũng sử dụng chất trợ dung kiểu có thành phần như sau: kali clorit (KCl) - 50%, natri clorit (NaCl) - 28%, liti clorit (LiCl) - 14% và natri ftorit (NaF) - 8%. Ngoài ra, người ta còn đề ra thêm một công nghệ mới để hàn một vài hợp kim nhôm mà không cần chất trợ dung. Công nghệ đó đảm bảo chất lượng cao: mối hàn hoàn toàn đồng nhất với kim loại chính của chi tiết. Sở dĩ đề ra như vậy là vì các chất trợ dung và bọt xỉ do chúng tạo ra có thể tác dụng với kim loại và phá hủy nó ngoài ra lại là chất đắt tiền không thường xuyên sẵn có ở các cơ sở sản xuất. Khi hàn không Cnsc.129
có chất trợ dung thì lớp ôxyt nhôm được tẩy sạch bằng phương pháp cơ khí bằng mỏ thép đặc biệt hoặc bằng que hàn. Việc tẩy sạch màng kim loại bằng móc thép có thể dùng khi sửa chữa các chi tiết không quan trọng, đồng thời móc thép không được để ở trong vùng hàn bởi vì ngược lại thì lượng tạp chất có hại của sắt sẽ tăng lên. Phương pháp hàn này thường dùng cho các chi tiết làm từ hợp kim nhôm loại xilimin (píttông động cơ đầu máy). Loại công nghệ này gồm những bước sau đây: Bất kỳ chi tiết nào cũng đốt nóng tới 250-3000C. Cạnh chỗ cần hàn đặt mẫu kim loại hàn, kim loại đó có thành phần tương ứng với thành phần của kim loại chính. Như vậy tay trái của người thợ hàn được tự do. Người thợ hàn chỉ hướng ngọn lửa trung hòa vào vùng hàn sao cho ngọn lửa cũng phủ kín toàn bộ mẫu hợp kim hàn. Khi đó, tay trái người thợ cầm mỏ sắt, đưa mỏ nhọn vào vùng cháy sáng của ngọn lửa hàn và đốt nó đến khi nóng đỏ. Từ đó mỏ sắt luôn tỳ vào chỗ cần hàn, để nhằm xác định điểm nóng chảy của kim loại chính ở từng chỗ một. Khi kim loại chính bắt đầu chảy, người thợ dùng mỏ sắt đẩy mẫu kim loại đến vị trí cần hàn và sao cho mẫu kim loại đó được trùm lên toàn bộ vị trí cần hàn. Sau đó điều chỉnh ngọn lửa thành ngọn lửa thừa axetylen (còn gọi là ngọn lửa hoàn nguyên). Khi tiếp tục đốt nóng chỗ hàn và mẫu kim loại hàn thợ hàn phải chú ý làm nóng chảy thật kỹ. Song, sự nóng chảy kim loại chính với kim loại hàn khi chưa hoàn toàn, hoặc có trường hợp khó chảy, đó là nguyên nhân do màng ôxýt nhôm bao phủ. Nên chú ý rằng, nếu kim loại chính chỗ v ùng hàn đã được chảy thì phải chuyển nhanh mỏ hàn sang chỗ khác để tiếp màng ôxýt đồng thời làm cho kim loại hàn nóng chảy. Ở thời điểm kim loại chính và kim loại hàn vừa chảy, phải chuyển toàn bộ sang vị trí kế tiếp. Thợ hàn phải luôn luôn giữ mỏ sắt sao cho ngọn lửa hoàn nguyên bao trùm vùng hàn, nhằm bảo vệ vùng hàn được nóng chảy cùng một chỗ người thợ hàn mới chuyển vị trí hàn và tiếp tục mối hàn. Nhờ đó, người thợ hàn đã làm cho các mảnh tạp chất vụn trở thành bọt xỉ nổi lên và vùng hàn đã được nóng chảy hoàn toàn. Sau khi vừa hoàn thành xong công việc hàn cần phải đốt nóng lại một lần nữa, hướng ngọn lửa mỏ hàn lên mối hàn, kiểm tra lại các vị trí hàn. Sau khi kết thúc mọi công việc hàn, chi tiết phải được làm nguội từ từ, hoặc tốt hơn nên đốt nóng tới nhiệt độ 3000C và sau đó cho nguội chậm. Làm như vậy sẽ khử được ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình hàn. Khi hàn đắp các píttông động cơ đầu máy làm bằng hợp kim xilumin người ta dùng que hàn xiluumin đường kính 10-12 mm có chiều dài 300-350mm. Khi hàn đắp, que hàn được dao động theo hình lưỡi liềm dọc theo vùng hàn có chiều rộng khoảng 30-40 mm. Sau khi hàn tiến hành làm nguội chậm. 4.5. Phục hồi chi tiết bằng phương pháp hàn đắp rung 4.5.1. Nguyên lý hoạt động Hàn đắp rung là một dạng hàn cơ khí tự động, nguyên tắc hoạt động cơ bản của nó cũng giống như nguyên tắc của hàn tự động duy chỉ có khác là trong quá trình làm việc mỏ hàn luôn luôn rung với tần số và biên độ nhất định. Sơ đồ nguyên lý thiết bị hàn đắp rung được thể hiện trên hình (hình 4.4). 6 5 7 8 Cnsc.130 9 4 10 3